第六章微生物生態(tài)學(xué)

第六章微生物生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)（ecology）是一門(mén)研究生物系統(tǒng)與其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律性的科學(xué)?，F(xiàn)代生態(tài)學(xué)的研究是從生態(tài)系統(tǒng)的整體出發(fā)，考察系統(tǒng)中生物之間、生物與環(huán)境之間的生態(tài)關(guān)系，從而形成了生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈、食物網(wǎng)、能量流、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞以及生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的概念和理論框架。微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，特別是作為分解者分解系統(tǒng)中的有機(jī)物，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)乃至整個(gè)生物圈的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)發(fā)揮著獨(dú)特的、不可替代的作用。第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念在生命科學(xué)研究領(lǐng)域中，從宏觀到微觀一般可分為

10個(gè)層次：生物圈、生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群、個(gè)體、器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器和分子。其中前4個(gè)客觀層次屬于生態(tài)學(xué)的研究范圍。一、微生物生態(tài)學(xué)微生物生態(tài)學(xué)（Microbialecology）：是研究微生物群體與其周?chē)纳锖头巧锃h(huán)境條件間相互作用關(guān)

系，是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支。側(cè)重于微生物的群體研究，即微生物區(qū)系或正常菌群。微生物的分布也反映了生境的特征，是生境各種物理、化學(xué)、生物因素對(duì)微生物的限制、選擇的結(jié)果。二、生態(tài)系統(tǒng)與生物圈生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：在一定的空間內(nèi)生活的生物與其非生物環(huán)境之間通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)相互作用、相互依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。生態(tài)系統(tǒng)的范圍和大小可以相差懸殊。生物圈構(gòu)成一個(gè)范圍最大的生態(tài)系統(tǒng)。它是地球表面全部生物以及與之相關(guān)的自然環(huán)境的總稱(chēng)，包括水生物圈、地上巖石生物圈、大氣生物圈。生物圈的范圍大致可以說(shuō)是地球外殼34km厚度（即23km的高空加上11km深的海溝）。在這一范圍內(nèi)，生物與自然環(huán)境之間相互作用，相互滲透，進(jìn)行著巨大的生物地球化學(xué)變化。三、群落的結(jié)構(gòu)群落是（Community）：一定區(qū)域內(nèi)或一定生境中各種種群相互松散結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)和功能單位。生物個(gè)體、種群或群落所占據(jù)的具有時(shí)空特點(diǎn)的位置稱(chēng)為生態(tài)位。微生物的群落結(jié)構(gòu)受到生態(tài)位的生物和非生物環(huán)境的嚴(yán)格選擇，因此群落的組成實(shí)際上是生態(tài)位的狀況的真實(shí)反映。群落具有一定的結(jié)構(gòu)、一定的種類(lèi)組成和一定的中間

相互關(guān)系，并可在環(huán)境條件相似的不同地段重復(fù)出現(xiàn)。地球上的群落主要類(lèi)型有：熱帶雨林、溫帶落葉闊葉

林、北方針葉林、草原、凍原、沙漠、淡水生物群落、海洋生物群落等。四、種群的相互作用種群（population）：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，種群是組成群落的基本成分。種群是物種具體存在單位、繁殖單位、進(jìn)化單位。一個(gè)種群通常生活在一定的范圍內(nèi)，并占據(jù)一定的空間。生態(tài)學(xué)上，把一個(gè)種群生活的環(huán)境稱(chēng)之為棲息地或稱(chēng)之為生境。種群之間相互作用的基本類(lèi)型包括：（1）互生；（2）共生；（3）寄生；（4）拮抗；（5）捕食；（一）互生兩種可單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們?cè)谝黄饡r(shí)，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的生活方式，稱(chēng)為互生?！翱煞挚珊?，合比分好”。1、微生物間的互生：在土壤中，當(dāng)分解纖維素的細(xì)菌與好氧的自生固氮菌生活在一起時(shí)，后者可將固定的有機(jī)氮化合物供給前者需要，而纖維素分解菌也可將產(chǎn)生的有機(jī)酸作為后者的碳源和能源物質(zhì)，從而促進(jìn)各自的增殖和擴(kuò)展。2、人體腸道中正常菌群與人的互生：在人體腸道中，正常菌群可以完成多種代謝反應(yīng)，對(duì)人體生長(zhǎng)發(fā)育有重要意義，而人體的腸道則為微生物提供了良好的生態(tài)環(huán)境。、在植物根部生長(zhǎng)的根際微生物與高等植物之間也存在著互生關(guān)系。、互生現(xiàn)象與發(fā)酵工業(yè)中的混菌培養(yǎng)（二）共生兩種生物共居在一起，相互分工合作、相依為命，合二為一的極其緊密的關(guān)系。1、微生物間的共生2、微生物與植物間的共生3、微生物與動(dòng)物間的共生葉狀地衣殼狀地衣（三）寄生一種小型生物生活在另一種較大型生物體內(nèi)（包括細(xì)胞內(nèi)）或體表，從中奪取營(yíng)養(yǎng)并進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系。1、微生物間的寄生；2、微生物與植物間的寄生；3、微生物與動(dòng)物間的寄生（四）拮抗由某種生物所產(chǎn)生的特定代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至殺死它們的一種相互關(guān)系。在制造泡菜、青儲(chǔ)飼料時(shí)，乳酸桿菌產(chǎn)生大量乳酸，導(dǎo)致環(huán)境變酸，即pH值的下降，抑制了其它微生物的生長(zhǎng)，這屬于非特異性的拮抗作用。而可產(chǎn)生抗生素的微生物，則能夠抑制甚至殺死其它微生物，例如青霉菌屬產(chǎn)生的青霉素能抑制一些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，鏈霉菌屬產(chǎn)生的制霉菌素能夠抑制酵母菌和霉菌等，這些屬于特異性的拮抗關(guān)系。（五）捕食一種大型生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營(yíng)養(yǎng)需要的相互關(guān)系。五、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用1.微生物在生態(tài)系統(tǒng)中作用：微生物是有機(jī)物的主要分解者；微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者；微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物是地球生物演化中的先鋒種類(lèi)。2.微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)：生物地球化學(xué)循環(huán)是指生物圈中的各種化學(xué)元素，經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)。這種循環(huán)是地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。碳、氮、磷、硫的循環(huán)受二個(gè)主要的生物過(guò)程控制，一是光合生物對(duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的同化，二是后來(lái)進(jìn)行的異養(yǎng)生物的礦化。實(shí)際上所有的生物都參與了這一循環(huán)。微生物在有機(jī)物的礦化中起決定性作用，地球上90%以上有機(jī)物的礦化都是由細(xì)菌和真菌完成的。（1）碳素循環(huán)（2）氮素循環(huán)：固氮、氨化作用、硝化作用、硝酸鹽還原作用、反硝化作用（3）硫素循環(huán)（4）磷循環(huán)（5）鐵循環(huán)（6）其他元素的循環(huán)：錳、鈣、硅的循環(huán)第二節(jié)

微生物在自然界的分布一、陸生生境的微生物陸生生境的主要載體是土壤。每克表層土壤的微生物數(shù)大約107~109個(gè)。常見(jiàn)的微生物包括細(xì)菌、放線菌、真菌等.細(xì)菌（~108）、放線菌（~107）、霉菌（~106）、酵母菌（~105）、藻類(lèi)（~104）、原生動(dòng)物（~103）。自養(yǎng)微生物：天然生活在土壤中的細(xì)菌，如硝酸菌、亞硝酸菌、硫酸菌等。異養(yǎng)微生物：隨動(dòng)物糞便和尸體進(jìn)入土壤中，污染食品后引起食品變質(zhì)、食物中毒的細(xì)菌。有腐生性球菌、需氧性芽孢菌（枯草桿菌、蠟狀芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌）、厭氧芽孢菌（肉毒梭菌、腐敗梭菌

等）、非芽孢菌（大腸桿菌、變形桿菌），還有酵母、放線菌、病毒等。各種不同類(lèi)型土壤pH值的變幅為3.5～8.5，多數(shù)土壤在5.5～8.5之間，這正是微生物的最適pH值范圍；土壤溫度雖然也有季節(jié)性和晝夜變化，但其變化幅度大大低于氣溫的變化而有利于微生物生長(zhǎng)；肥沃的土壤具有較好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，能在團(tuán)粒內(nèi)部保水而讓團(tuán)粒間流通空氣，因而能同時(shí)滿足好氧與厭氧微生物生長(zhǎng)的需要；土壤還能保護(hù)微生物不受烈日的曝曬，從而避免了紫外線等對(duì)微生物的殺傷作用。二、水生生境的微生物水環(huán)境包括江、河、湖泊等淡水環(huán)境以及海洋等咸水環(huán)境。依照水的化學(xué)組成可以將水體分為淡水和海水兩大部分，分別生存著不同種類(lèi)和數(shù)量的微生物。1、不同水體中微生物的種類(lèi)（1）淡水型水體根據(jù)有機(jī)物含量的多少及其與微生物的關(guān)系：①清水型水生微生物：存在于有機(jī)物含量低的水體中，以化能自養(yǎng)微生物和光能自養(yǎng)微生物為主，如硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、衣細(xì)菌及含光合色素的藍(lán)細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、紫硫細(xì)菌。②腐敗性水生微生物：存在于含有大量外來(lái)有機(jī)物的水體中，是造成水體污染、傳播疾病的重要原因。主要是革蘭氏陰性桿菌、變形桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌以及各種芽孢桿菌、弧菌和螺菌。（2）海水型水體海洋生境的特點(diǎn)是有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物含量低、含鹽量

高和溫度低。海水的ｐH值多為堿性（8.3～8.5），100

ｍ以下的溫度為0～5℃，表層的溫度變化也不超過(guò)35℃。此外，深海底層還有很高的靜水壓力。陽(yáng)光入射水體的

深度一般為10～100ｍ，由于陽(yáng)光中含的紫外光對(duì)表層微生物有致死作用，因而使海水中的微生物總量以表面稍

下的層次最多，由此向上和向下時(shí)均減少，下至底層時(shí)

又可因厭氧菌的生長(zhǎng)而增加。2、水體的自凈作用在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水體中，存在著對(duì)有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的自凈作用，其原因是多方面的，雖然有物理性的稀釋作用和化學(xué)的氧化作用，但更重要的卻是各種

生物學(xué)和生物化學(xué)作用，如好氧微生物對(duì)有機(jī)物的分解作

用,原生動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的吞噬作用,噬菌體對(duì)宿主的裂解作用，以及微生物產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)對(duì)污染物的吸附、沉降作用等，這就是“流水不腐”的重要原因。3、飲用水的微生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)1

mL自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)<100個(gè)/mL(37℃，24h)，1000

mL自來(lái)水中大腸菌群數(shù)不超過(guò)3個(gè)（37℃，48h）三、大氣生境的微生物空氣中的微生物種類(lèi)不是很多，主要是因?yàn)榭諝獗旧聿缓⑸锷L(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和充足的水分，而且日光對(duì)微生物生命活動(dòng)有很大的影響?？諝庵校饕敲咕?，其次是酵母菌、球菌、細(xì)球菌、八疊球菌、嗜氧性芽孢菌。常見(jiàn)的病原微生物有結(jié)核桿菌、溶血性鏈球菌、腦膜炎雙球菌、流感病毒等?？諝庵械奈⑸锏姆植?、數(shù)量隨季節(jié)、高度、地區(qū)、人口居住密度、風(fēng)速等有明顯差異。四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的微生物

農(nóng)產(chǎn)品上的微生物：各種農(nóng)產(chǎn)品上均有微生物生存，糧食尤為突出。糧食和飼料上的微生物以曲霉屬、青霉屬和鐮孢（霉）屬的一些種為主，其中以曲霉危害最大，青霉次之。有些真菌可產(chǎn)生真菌毒素，有的真菌毒素是致癌物。食品上的微生物：食品加工、包裝、運(yùn)輸和貯藏等過(guò)程中，經(jīng)常遭 到細(xì)菌、霉菌、酵母菌等的污染，其中有的是病原微生物。罐頭罐頭食品：在微生物主要是某些耐熱的，并具有厭氧或兼性厭氧特點(diǎn)的微生物，如肉類(lèi)罐頭變質(zhì)時(shí)，可檢出嗜熱脂肪芽孢桿菌、生孢梭菌、肉毒梭菌等。要有效地防止食品的霉腐變質(zhì)，除在加工制作過(guò)程中必須注意清潔衛(wèi)生外，還要控制保藏條件，尤其要采用低溫、干燥、密封等措施。此外，也可在食品中添加少量無(wú)毒的化學(xué)防腐劑。3.

引起工業(yè)產(chǎn)品霉腐的微生物：許多工業(yè)產(chǎn)品是部分或全部由有機(jī)物組成，因此易受環(huán)境中微生物的侵蝕，引起生霉、腐爛、腐蝕、老化、變形與破壞，即便是無(wú)機(jī)物如金屬、玻璃也會(huì)因微生物活動(dòng)而產(chǎn)生腐蝕與變質(zhì)，使產(chǎn)品的品質(zhì)、性能、精確度、可靠性下降。霉腐微生物通過(guò)產(chǎn)生各種酶系來(lái)分解產(chǎn)品中的相應(yīng)組分，從而產(chǎn)生危害，如纖維素酶破壞棉、麻、竹、木等材料；蛋白酶分解革、毛、絲等產(chǎn)品；一些氧化酶和水解酶可

破壞涂料、塑料、橡膠和粘接劑等合成材料。此外，微生物還可通過(guò)菌體的大量繁殖和代謝產(chǎn)物對(duì)工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)生危害，如霉腐微生物在礦物油中生長(zhǎng)后，不僅因產(chǎn)生的大量菌體阻塞機(jī)件，而且其代謝產(chǎn)物還會(huì)腐蝕金屬器件；硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌會(huì)對(duì)金屬制品、管道和船艦外殼等產(chǎn)生腐蝕。五、正常人體及動(dòng)物體上的微生物1、正常菌群：生活在健康人體和動(dòng)物體各部位、數(shù)量大、種類(lèi)較穩(wěn)定且一般是有益無(wú)害的微生物種群，稱(chēng)為正常菌群。人體在健康的情況下與外界隔絕的組織和血液是不含菌的，而身體的皮膚、粘膜以及一切與外界相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中存在有許多正常的菌群。一般情況下，正常菌群與人體保持平衡狀態(tài)，且菌群之間互相制約，維持相對(duì)的平衡。微生態(tài)平衡。微生態(tài)制劑:有益菌的活制劑.

根據(jù)1984年一位學(xué)者統(tǒng)計(jì)，人體正常菌群總量重達(dá)1271克，其中腸道1000克，皮膚200克，口腔、上呼吸道和陰道各占20克，鼻腔10克和眼部1克。小鼠回腸柱狀上皮表面附著的微生物群落2、正常菌群失調(diào)，條件致病菌，內(nèi)源感染正常菌群的微生態(tài)平衡是相對(duì)的、可變的和有條件的。一旦宿主的防御功能減弱、正常菌群生長(zhǎng)部位改變或長(zhǎng)期服用抗生素等制菌藥物后，就會(huì)引起正常菌群失調(diào)。條件致病菌內(nèi)源感染3、無(wú)菌動(dòng)物與悉生動(dòng)物在體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動(dòng)物，稱(chēng)為無(wú)菌動(dòng)物。人為的接種上某種或某些已知純種微生物的無(wú)菌動(dòng)物或植物，稱(chēng)為悉生生物。4、根際微生物和附生微生物生活在根系鄰近土壤，依賴根系的分泌物、外滲物和脫落細(xì)胞生長(zhǎng)，一般對(duì)植物發(fā)揮有益作用的正常菌群。生活在植物地上部分表面，主要借植物外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)的微生物，稱(chēng)附生微生物，主要為葉面微生物。六、極端環(huán)境下的微生物極端環(huán)境下微生物的研究有三個(gè)方面的重要意義。極端環(huán)境下的微生物的類(lèi)型：嗜熱微生物兼性嗜熱菌：最高：50~65℃，也能在低于30℃條件下生長(zhǎng)。專(zhuān)性嗜熱菌：最適：65~70℃，低于40~42℃不能生長(zhǎng)。極端嗜熱菌：最適：高于65℃，最低高于40℃。超嗜熱菌：最適：80~110℃，最低55℃。大部分超嗜熱菌是古生菌。嗜熱微生物生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境有熱泉、高強(qiáng)度太陽(yáng)輻射的土壤、巖石表面，各種堆肥和廄肥、干草、鋸屑及煤渣堆，此外還有家庭及工業(yè)上使用的溫度比較高的熱水及冷卻水。嗜熱微生物生物大分子蛋白質(zhì)、核酸、類(lèi)脂的熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及存在的熱穩(wěn)定性因子是它們嗜熱的生理基礎(chǔ)。2.嗜冷微生物嗜冷微生物能在較低的溫度下生長(zhǎng)，可以分為專(zhuān)性和兼性兩類(lèi)。前者最高生長(zhǎng)溫度不超過(guò)20℃，可以在0℃或低于

0℃條件下生長(zhǎng)；后者可在低溫下生長(zhǎng)，但也可以在20℃以上生長(zhǎng)。嗜冷微生物的主要生境有極地、深海、寒冷水體、冷凍土壤、陰冷洞穴、保藏食品的低溫環(huán)境。嗜冷微生物的研究遠(yuǎn)沒(méi)有嗜熱微生物那樣深入，而且主要限于細(xì)菌。嗜冷微生物適應(yīng)環(huán)境的生化機(jī)理是因?yàn)榧?xì)胞膜脂組成中有大量的不飽和、低熔點(diǎn)脂肪酸。嗜酸微生物生長(zhǎng)最適pH在3~4以下，中性條件不能生長(zhǎng)的微生物稱(chēng)為嗜酸微生物；能在高酸條件下生長(zhǎng)，但最適pH接近中性的微生物稱(chēng)為耐酸微生物。溫和的酸性（pH為3~3.5）自然環(huán)境較為普遍，如某些湖泊、泥炭土和酸性的沼澤。極端的酸性環(huán)境包括各種酸礦水、酸熱泉、火山湖、地?zé)崛?。從這些生境中分離出來(lái)的嗜酸微生物，其優(yōu)勢(shì)菌是無(wú)機(jī)化能營(yíng)養(yǎng)的硫氧化菌、硫桿菌。嗜酸的抗酸機(jī)制目前還不太清楚，可能與其所含的質(zhì)粒有關(guān)。4.嗜堿微生物極端堿性湖是地球上最穩(wěn)定的堿性環(huán)境，pH在10.5~11。如青海湖等。人為堿性環(huán)境是石灰水、堿性污水。分布較廣，在堿性和中性環(huán)境的土壤中均能找到，專(zhuān)性嗜堿菌可在pH11甚至pH

12的條件下生長(zhǎng)，而在中性條件下不能生長(zhǎng)。已經(jīng)分離到的嗜堿菌主要有芽孢桿菌屬、微球菌屬、棒桿菌屬、鏈霉菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬等屬的一些種類(lèi)等。嗜堿微生物的細(xì)胞外被是胞內(nèi)中性環(huán)境和胞外堿性環(huán)境的分隔，是嗜堿微生物嗜堿性的重要基礎(chǔ)。其控制機(jī)制是具有排出OH-的功能，嗜堿微生物產(chǎn)生大量的堿性酶，包括蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、支鏈淀粉酶、纖維素酶、木聚糖酶等。這些堿性酶被廣泛用于洗滌劑和作其他用途。5.

嗜鹽微生物含有高濃度鹽的自然環(huán)境是鹽湖，此外還有鹽場(chǎng)、鹽礦和用鹽腌制的食品。海水中含有約3.5%的氯化鈉，是一般含鹽的環(huán)境。根據(jù)對(duì)鹽的不同需要，嗜鹽微生物可分為弱嗜鹽微生物（0.2~0.5mol/L）、中度嗜鹽微生物(0.5~2.5mol/L)、極端嗜鹽微生物(2.5~5.2mol/L)。大多數(shù)海洋微生物屬于弱嗜鹽微生物，在極端高鹽的環(huán)境中，已經(jīng)分離出來(lái)的主要有：藻類(lèi)、細(xì)菌（鹽桿菌、鹽球菌等）等。嗜鹽微生物的嗜鹽機(jī)制仍在不斷的探索研究。6.

嗜壓微生物僅分布于深海底部和深油井等少數(shù)地方。需要高壓才能良好生長(zhǎng)的微生物稱(chēng)為嗜壓微生物。最適生長(zhǎng)壓力為正常壓力，不同于耐壓微生物（耐受高壓的微生物被稱(chēng)為耐壓微生物）?？馆椛涞奈⑸锱c上述不同的是，抗輻射的微生物表現(xiàn)出抗性或耐受性，不能說(shuō)成“嗜好”。如煙草花葉病毒的X射線平均致死劑量為200,

000rd；馬鈴薯芽孢桿菌為130,

000rd。第三節(jié) 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系最典型和重要的5種關(guān)系：互生、共生、寄生、拮抗、捕食。一、互生互生（synergism）：是指兩種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們?cè)谝黄饡r(shí)，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的生活方式。這是

一種“可分可合，合比分好”的松散的相互關(guān)系。土壤中好氧性自生固氮菌與纖維素分解菌；根際微生物與高等植物之間也存在著互生關(guān)系；人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系。二、共生共生（symbiosis）：指兩種生物共居在一起，相互分工合作、相依為命，甚至達(dá)到難分難解、合二為一的極其緊密的一種相互關(guān)系。最典型的例子是由菌藻共生或菌菌共生的地衣。另外，根瘤菌與豆科植物之間的關(guān)系，牛、羊、鹿、駱駝和長(zhǎng)頸鹿等反芻動(dòng)物與瘤胃微生物之間的關(guān)系，都屬于共生關(guān)系。三、寄生寄生（parasitism）：一般指一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)（包括細(xì)胞內(nèi)）或體表，從中奪取營(yíng)養(yǎng)并進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系。前者稱(chēng)為寄生物，后者稱(chēng)為寄主或宿主。專(zhuān)性寄生物和兼性寄生物。噬菌體寄生于宿主菌是常見(jiàn)的寄生現(xiàn)象。此外，細(xì)菌與真菌，真菌與真菌之間也存在著寄生關(guān)系。土壤中存在著一些溶真菌細(xì)菌，它們侵入真菌體內(nèi)，生長(zhǎng)繁殖，最終殺死寄主真菌，造成真菌菌絲溶解。真菌間的寄生現(xiàn)象比較普遍，如某些木霉寄生于絲核菌的菌絲內(nèi)。蛭弧菌與寄主細(xì)菌屬于細(xì)菌間的寄生關(guān)系。寄生于動(dòng)植物及人體的微生物很普遍，常引起各種病害。四、拮抗拮抗（antagonism）：又稱(chēng)抗生，指由某種生物所產(chǎn)生的特定代謝產(chǎn)物可抑制他種生物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至殺死它們的一種相互關(guān)系。在制造泡菜過(guò)程中，由于乳酸菌迅速繁殖產(chǎn)生大量乳酸導(dǎo)致環(huán)境的pH下降，從而抑制其他微生物的生長(zhǎng)，這是一種非特異拮抗，因?yàn)檫@種抑制作用沒(méi)有特定專(zhuān)一性，對(duì)不耐酸細(xì)菌均有抑制作用。許多微生物在生命活動(dòng)過(guò)程中，能產(chǎn)生某種抗生素，具有選擇性地抑制或殺死別種微生物的作用，這是一種特異性拮抗。如青霉菌產(chǎn)生的青霉素抑制G+菌，鏈霉菌產(chǎn)生的制霉菌素抑制酵母菌和霉菌等。微生物間的拮抗關(guān)系已被廣泛應(yīng)用于抗生素的篩選、食品保藏、醫(yī)療保健和動(dòng)植物病害的防治等領(lǐng)域。五、捕食捕食（predation）：又稱(chēng)獵食，一般是指一種大型的生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營(yíng)養(yǎng)需要的相互關(guān)系。微生物間的捕食關(guān)系主要是原生動(dòng)物捕食細(xì)菌和藻類(lèi)，它是水體生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的基本環(huán)節(jié)，在污水凈化中也有重要作用。另有一類(lèi)是捕食性真菌例如少孢節(jié)叢孢菌等巧妙地捕食土壤線蟲(chóng)的例子，它對(duì)生物防治具有一定的意義。第四節(jié)

微生物與環(huán)境保護(hù)環(huán)境污染是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)能受到外來(lái)有害物質(zhì)的影響或破壞，超過(guò)了生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，打破了正常的生態(tài)平衡，給人類(lèi)造成嚴(yán)重危害。隨著工業(yè)高度發(fā)展、人口急劇增長(zhǎng)，在人類(lèi)生活的環(huán)境中，大量的生活廢棄物，工業(yè)生產(chǎn)形成的三廢（廢氣、廢渣和

廢水）及農(nóng)業(yè)上使用化肥、農(nóng)藥的殘留物等，特別是生活

污水和工業(yè)廢水，不經(jīng)處理，大量排放入水體，給人類(lèi)生

存環(huán)境造成嚴(yán)重污染。環(huán)境保護(hù)涉及范圍很廣，主要是消除污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。微生物不但可以處理污染物，還可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，所以微

生物在環(huán)境保護(hù)方面起重要作用。一、微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化1、生物降解生物降解是微生物（也包括其他生物）對(duì)物質(zhì)（特別是環(huán)境污染物）的分解作用。生物降解是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中的重要一環(huán)。2、降解性質(zhì)粒從污染地分離到的細(xì)菌50%以上含有降解性質(zhì)粒，與從清潔區(qū)分離的細(xì)菌質(zhì)粒相比，不但數(shù)量多，其分子也大。3、降解反應(yīng)和生物降解性發(fā)生在自然界的有機(jī)物的氧化分解過(guò)程也見(jiàn)于污染物的降解，主要包括氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)是決定化合物微生物降解性的主要因素；塑料薄膜分子體積過(guò)大而抗降解，造成白色污染。二、重金屬轉(zhuǎn)化環(huán)境污染中所說(shuō)的重金屬一般指汞、鎘、鉻、鉛、砷、銀、錫、硒等。微生物特別是細(xì)菌、真菌在重金屬的生物轉(zhuǎn)化中起重要作用。汞所造成的環(huán)境污染最早受到關(guān)注，汞的微生物轉(zhuǎn)化及其環(huán)境意義具有代表性。微生物對(duì)其他重金屬也具有轉(zhuǎn)化能力，鎘、鉛、砷、錫、硒、金、鋁、鎂等也可以甲基化轉(zhuǎn)化。微生物雖然不能降解重金屬，但通過(guò)對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化作用，控制其轉(zhuǎn)化途徑，可以達(dá)到減輕毒性的作用。三、污染介質(zhì)的微生物處理（一）污水處理水源的污染是危害最大、最廣的環(huán)境污染。污水的種類(lèi)很多，包括生活污水、農(nóng)牧業(yè)污水、工業(yè)有機(jī)廢水和有毒污水等。這些污水必須先經(jīng)處理，除去其雜質(zhì)與污染物，待水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，才能排入自然水體或直接供給生產(chǎn)和生活重復(fù)使用。污水處理的方法有物理法、化學(xué)法和生物法。目前應(yīng)用最廣的是生物學(xué)方法，優(yōu)點(diǎn)是效率高、費(fèi)用低、簡(jiǎn)單方便。污水處理按程度可分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理。污水處理中常見(jiàn)的名詞1.

BOD5（biological

oxygen

demand）即“五日生化需氧量”。它是一種表示水中有機(jī)物含量的間接指標(biāo)，一般指20℃下，1L污水中所含的有機(jī)物（主要是有機(jī)碳源），在進(jìn)行微生物氧化時(shí)，5日內(nèi)所消耗的分子氧毫克數(shù)（或ppm數(shù)）。BOD5

測(cè)定的大體操作是：取一定量被測(cè)水樣，用加有磷素營(yíng)養(yǎng)（如NaH2PO4或K2HPO4等）和經(jīng)水飽和的稀釋用水，將被測(cè)水樣稀釋到一定濃度，然后放在密封瓶?jī)?nèi)，在20℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)5天，最后測(cè)定水中殘留的溶解氧的量，并計(jì)算BOD5值。2.COD（chemicaloxygendemand)：使用強(qiáng)氧化劑使1L污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗氧的毫克數(shù)，稱(chēng)COD或化學(xué)需氧量。使用的氧化劑一般有KMnO4或K2Cr2O7。可分為好氧處理系統(tǒng)與厭氧處理系統(tǒng)：1.

好氧處理系統(tǒng)（1）活性污泥法：又稱(chēng)曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水凈化的生物學(xué)方法?；钚晕勰啵河删z團(tuán)形成菌、原生動(dòng)物、有機(jī)和無(wú)機(jī)膠體及懸浮物組成的絮狀體。在污水處理過(guò)程中，它具有很強(qiáng)的吸附、氧化分解有機(jī)物或毒物的能力。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又具有良好沉降性能?；钚晕勰嘀械奈⑸镏饕羌?xì)菌，占微生物總數(shù)的90％~95％。，并多以菌膠團(tuán)的形式存在，具有很強(qiáng)的去除有機(jī)物的能力，原生動(dòng)物起間接凈化作用?；钚晕勰喾ǜ鶕?jù)曝氣方式不同，分多種方法，目前最常用的是完全混合曝氣法。完全混合曝氣法處理污水的裝置（2）生物膜法：該法是以生物膜為凈化主體的生物處理法。生物膜是附著在載體表面，以菌膠團(tuán)為主體所形成的粘膜狀物。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，其微生物的組成也類(lèi)似。凈化污水的主要原理是附著在載體表面的生物膜對(duì)污水中有機(jī)物的吸附與氧化分解作用。生物膜法根據(jù)介質(zhì)與水接觸方式不同，有生物轉(zhuǎn)盤(pán)法、塔式生物濾池法等。生物轉(zhuǎn)盤(pán)法構(gòu)造示意圖2.

厭氧處理系統(tǒng)在缺氧條件下，利用厭氧菌（包括兼性厭氧菌）分解污水中有機(jī)污染物的方法，又稱(chēng)厭氧消化或厭氧發(fā)酵法。因?yàn)榘l(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)生甲烷，又稱(chēng)甲烷發(fā)酵。此法既能消除環(huán)境污染，又能開(kāi)發(fā)生物能源，所以倍受人們重視。厭氧消化器的構(gòu)造圖甲烷發(fā)酵的3個(gè)階段（二）固體廢棄物處理處理的方法有焚燒、填埋、綜合利用、生物法等。其中生物法主要是利用微生物分解有機(jī)物，制作有機(jī)肥料和沼氣，可分為好氧性堆肥法和厭氧發(fā)酵法兩大類(lèi)。（三）氣態(tài)污染物的生物處理生物降解作用難于在氣相中進(jìn)行，所以廢氣的生物處理中，氣態(tài)污染物首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相或固體表面液膜中的過(guò)程。降解與轉(zhuǎn)化液化污染物的也是混合的微生物群體。處理過(guò)程在懸浮或附著系統(tǒng)的生物反應(yīng)器中進(jìn)行。提高凈化效率需要增強(qiáng)傳質(zhì)過(guò)程（即污染物從氣相轉(zhuǎn)入液相）和創(chuàng)造有利于轉(zhuǎn)化和降解的條件。四、污染環(huán)境的生物修復(fù)生物修復(fù)是微生物催化降解有機(jī)污染物，轉(zhuǎn)化其他污染物從而消除污染的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。目前生物修復(fù)技術(shù)主要用于土壤、水體（包括地下水）、

海灘的污染（如原油的泄漏）治理以及固體廢棄物的處理。主要的污染物是石油烴及各種有毒有害難降解的有機(jī)污染

物。生物修復(fù)的本質(zhì)是生物降解，能否成功取決于生物降解速率，在生物修復(fù)中采取強(qiáng)化措施促進(jìn)生物降解十分重要。近十余年來(lái)，人類(lèi)在石油、農(nóng)藥、重金屬汞等物質(zhì)的微生物代謝、降解、轉(zhuǎn)化方面取得了一定的進(jìn)展。五、環(huán)境污染的微生物監(jiān)測(cè)1.

糞便污染指示菌大腸菌群是最基本的糞便污染指示菌，是水質(zhì)指標(biāo)之一。大腸菌群是指一大群與大腸桿菌相似的好氧及兼性厭氧的革蘭氏陰性無(wú)芽孢桿菌，它們能在48h內(nèi)發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣，包括埃希氏菌屬、檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等。常用的大腸菌群測(cè)定方法有發(fā)酵法和濾膜法。大腸菌群數(shù)量的表示法有兩種，一是“大腸菌群數(shù)”；二是“大腸菌群值”。我國(guó)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)是：1mL自來(lái)水中的細(xì)菌總數(shù)不可超過(guò)

100個(gè)；而1000mL自來(lái)水中的大腸菌群數(shù)則不能超過(guò)3個(gè)，即大腸菌群值不得小于