8微生物生态文档格式.docx

1、 气 候二、生态系统中的能量流和物质流能量流：能量通过生态系统从一种生物传递给另一种生物的现象叫做能量流。物质流：生态系统内通过生产者、消费者和分解者的作用进行的物质循环。食物链：由生产者产生的有机物，以食物的形式从一系列食用和被食用的步骤通过生态系统，形成一种食物链索关系。种群：是在一定时空中同种个体的组合。具有3基本特征，空间特征、数量特征和遗传特征。群落：是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内的各种生物种群相互关联、相互影响的有规律的一种结构单元。三、微生物生态系统及其特点微生物生态系统：微生物生态系统是微生物与其生存环境组成的整体系统。微生物生态系统具有如下特点：1、微环境：紧密围绕

2、微生物细胞的环境，它与微生物的 关系比大环境更为密切。2、稳定性：群落中的优势种作为主导者使群落稳定。3、适应性：通过改变群体的结构适应新环境，形成新的 生态系统。第二节 微生物在自然界的分布一、土壤中的微生物（一）土壤是微生物生活的良好场所 1、土壤为微生物的生长提供丰富的营养物质。 2、土壤覆盖阻挡了太阳光中紫外线对微生物的伤害。 3、土壤的酸碱度多数在5.5-8.5之间，这是一般微生物最适合生长的pH范围。 4、土壤的渗透压在3-6之间，适合大多数微生物生长。5、土壤的团粒结构调节了空气和水分的含量，为好氧和厌氧微生物的生长提供了良好环境。6、土壤有保温性，土壤温度的变化比地面上空气温度

3、变化小，为微生物生长提供了有利条件。（二） 土壤中的微生物及生物量 A细菌 土壤中的微生物以细菌为最多，细菌占土壤微生物总量的70-90%，土壤中细菌的生物量（即生物细胞的重量）若以每亩半市尺耕作层的土壤重30万斤计算，则半尺深的一亩土壤中细菌的鲜重约为450斤。扣除细菌细胞中80%的水份，折合干重约90斤。因此土壤中细菌的生物量约占土壤重量的万分之三。 B放线菌 土壤中的放线菌的数量仅次于细菌，约占土壤微生物总数的5-30%。由于放线菌的一个丝状营养体的体积比细菌大几十倍乃至几百倍，所以数量虽少于细菌，但生物量却与细菌相似。在有机质丰富，pH偏碱的土壤中，放线菌数量最大。 C真菌 土壤中真菌

4、的数量仅次于细菌和放线菌，由于霉菌菌丝比放线菌宽几倍到十几倍，因此土壤真菌的生物量不比细菌或放线菌少。土壤真菌大多是好气性的，在土壤表层发育，在酸性土壤中，细菌和放线菌的生长受到抑制，但真菌仍能生长。 D藻类： 土壤中的藻类大多是单细胞的硅藻或呈丝状的绿藻等，其数量远较上述各菌少，约为土壤微生物总数的1%，但因个体较大，生物量约为细菌的十分之一。土壤藻类是土壤中的先行生物。 E原生动物： 土壤中的原生动物主要包括纤毛虫、鞭毛虫和根足虫等。它们数量不多，但对土壤有机质的分解起着重要的作用。 F病毒 土壤中的病毒，主要是以噬菌体的形态存在于土壤微生物体内。由于病毒个体微小，其生物量甚微。（三）、土

5、壤微生物区系： 在特定土壤中存在的具有特征性的微生物类群，称为土壤微生物区系。采用多种培养基和培养方法，培养土壤中微生物区系的各个组分，从而认识特定土壤的微生物区系在数量和类群上的特点，称为土壤微生物区系分析。1、土壤微生物区系分析法通常是：（1） 用普通培养基测定细菌、放线菌和真菌的数量。（2）用选择培养基测定土壤中特定生理群的数量，如固氮菌类、硝化细菌类，反硝化细菌类、硫化细菌类、纤维素分解细菌类，厌气菌类等等。 2、土壤微生物区系有如下的特点： （1）不同类型的土壤，其微生物的种类和数量不一样。 （2）同一土壤的不同深度，微生物的种类和数量不同。 一般在耕作层表土中，微生物数量最多，随土

6、壤深度的增加，数量迅速下降，种类相应减少，不论是水田还是旱地都表现耕作层微生物数量最多。心土层微生物数量最少。 （3）土壤微生物区系还发生明显的季节变化，这是由于不同季节温度、湿度和有机质的供应状况不同而引起的。一般地说，冬季气温低，微生物数量少，当春天来到后，气温升高，植物生长，根产生的分泌物增加，微生物数量迅速上升，夏季炎热干旱，微生物数量又下降，秋季雨水增多，植物残体进入土壤，微生物数量又上升。 3、土著性区系与发酵性区系： 根据土壤中有机质养料供应情况而发育的区系可分为两个组分，即土著性区系和发酵性区系。土著性区系是指那些对新鲜的有机质不很敏感的区系，主要的微生物种类有：G+球菌、节杆

7、菌、色杆菌、分枝杆菌、芽胞杆菌、放线菌、青霉、曲霉、丛霉等。 发酵性区系是指在新鲜动植物残体存在时曝发性的旺盛发育，而在新鲜残体消失后又很快消失的区系组分，这些M.有G-无芽胞杆菌、酵母、芽胞杆菌、根霉、曲霉、木霉、镰刀菌及链霉菌等。二、空气中的微生物： 空气中的微生物主要是真菌的孢子和细菌。空气不具备微生物生活所必需的各种条件，因而不是微生物的生活场所。空气中的微生物来自：1、从土壤扬起的灰尘 2、从水面吹起的小水滴 3、动植物体上的微生物 空气中微生物的数量决定空气被污染的程度，空气中的尘埃越多，则微生物越多。 因此，近地面空气中的微生物数量多于高空中微生物的数量，城市空气中的微生物数量多

8、于乡村空气。公共场所、畜舍、医院、宿舍、闹市区空气中的微生物数量最多。海洋、高山、森林地带、雪峰上空空气微生物数量最少。 由于空气不具备微生物生活的各种条件，加上阳光中的紫外线对微生物有杀伤作用，所以空气中的微生物不能长时间存活，它们只作为浮游于空气中的匆匆过客。 抗逆性强的芽胞，G+球菌，霉菌和放线菌的孢子能存活较长时间；抗逆性差的无芽胞杆菌，弧菌，螺旋菌及放线菌、霉菌的菌丝容易死亡。空气中M的数量和种类受温度和湿度的影响，在湿度大，温度不太高的黄梅雨季节，各种物品最易由空气污染的各种M引起发霉腐烂，特别是霉菌的孢子。 另外，空气中的微生物随风横向传播的距离几乎是无限的，因此，很多微生物的分

9、布是世界性的。三、水体中的微生物： 地球上70%的面积是海洋，如果加上江河，湖泊则水域面积更大。因水体是微生物生活的第二主要环境。（一）、水体是微生物生活的环境 1、水是良好的溶剂，水中有较丰富的营养物质天然水体有机物来自：A、固有生物死亡、排泄和分泌产生； B、陆地上的污染物。江河、湖泊及沿岸海水有机物含量为1-26mg/L有机碳 远洋海水有机物含量为0.4-2mg/L有机碳。 2、天然水体的温度 淡水水体的温度在0-36之间 海洋水温100米以下在5以下，表层超过35 温泉水温在70以上，甚至超过100。 以上温度适合不同温度型的微生物生长。 3、天然水体的pH值淡水pH在3.7-10.5

10、 之间，大多数湖泊，江河及池塘在6.5-8.5之间；海水pH 在8-8.3；适合水生 M生长。4、水中溶解氧的存在溶氧的存在适合于好气性微生物的生长，流动的江河水中的溶氧较静止水域中的溶氧高，淡水中的溶氧比海水中的高。自然水域中的溶解氧在8mg/L左右。 5、水中的光线随水体深度的增加而减少。水体中的光合带在10-100米之间，在很清的水体中有时可深达200米。阳光中的UV对水表微生物有杀伤作用，所以水表层的微生物较下层的数量为少。（二）淡水中的微生物：陆地上的自然水域如江河、湖泊、池塘、水库和小溪等都是淡水，淡水中的微生物主要来自：土壤空气污水 人、动植物体及人与动物的排泄物 陆地上淡水中的

11、微生物通常分为： A、清水型的水生微生物：在清洁的水体中生活的微生物，它们大多数是光能自养菌和化能自养菌。如兰细菌，硫细菌，铁细菌等。 B、腐败型的水生微生物：由于腐败有机物进入水体为异养微生物提供了营养物质导致异养菌大量繁殖。这些微生物主要有：芽孢杆菌、梭菌、变形杆菌、大肠杆菌、链球菌以及一些病原菌如伤寒、痢疾、霍乱及传染性肝炎等。水的自净作用：当水中的有机质被微生物分解完了以后，水中的腐败微生物数量下降，水净化变清，称为水的自净作用。（三）海水中的微生物：海水中的微生物少部分来自雨水、河水、污水大部分是：1、嗜盐菌 如Halobacterium halobuim，在12%饱和盐水中生长。2

12、、嗜压菌 如 Pseudomoas xanthocrus，在400-500个大气压下生长。 海洋中的微生物包括细菌，放线菌，真菌，藻类，原生动物和噬菌体等各类群。四、食品中的微生物 污染食品的微生物主要是真菌和细菌 各种食品污染的微生物如下表：微生物类群罐藏食品乳及乳制品鱼类及肉类鲜 蛋果蔬及其制品粮食真菌霉青霉卵孢霉芽枝霉曲霉丛梗孢霉分枝孢霉柠檬酸霉毛霉镰刀霉丝衣霉枝霉疫霉交链孢霉葡萄孢霉核盘霉念珠霉刺盘霉根霉轮纹病霉蠕孢霉枯腐病霉黑孢霉酵母球拟酵母酵母属假丝酵母隐球酵母球拟酵母属丝孢酵母红球酵母啤酒酵母毕赤酵母酵母椭圆酵母汉逊酵母红酵母细嗜热芽孢杆菌沙门氏菌炭疽杆菌明串球菌欧文氏杆菌中温芽

13、孢杆菌小球菌属假单胞菌属枯草杆菌乳酸杆菌微球菌链球菌链球菌属无色杆菌属大肠杆菌棒杆菌属产碱杆菌属马铃薯杆菌欧氏杆菌芽孢杆菌乳杆菌属变形杆菌属产碱杆菌埃希氏杆菌属芽孢杆菌属荧光杆菌结核杆菌梭菌属绿脓杆菌布氏杆菌某些球菌沙门氏菌属假单胞菌葡萄球菌属产气杆菌五、极端环境中的微生物 自然界的极端环境包括：低温环境 高温环境 高酸环境 高碱环境 高盐环境 高压环境 在各种极端环境中存在着不同的微生物。 1、高温环境及嗜热微生物高温环境包括：热泉（温度可达100） 高强度太阳辐射的土壤、岩石表面（70） 堆肥、厩肥堆，煤渣堆中央（高达70） 家用热水器（55 - 80） 火山地带耐热菌最高生长温度在455

14、5之间，低于30也能生长。兼性嗜热菌的最高生长温度在5065之间，也能在低于30条件下生长。专性嗜热菌最适生长温度在6570，不能在低于4042条件下生长。极端嗜热菌最高生长温度高于70，最适生长温度高于65，最低生长温度高于40超热菌最适生长温度在80-110，最低生长温度高在55左右。超热菌主要是古细菌。前四类主要是真细菌。 最近，人们从意大利一处海底火山口附近的硫磺矿区分离到一种非常耐热的生物，命名为Pyrodictium ，它是迄今所知的嗜热最强的细菌，严格厌氧，生长温度85-110，最适生长温度105，pH范围5-7 。对盐适应范围广，为1.2%-12%，最适为 1.5%，生长时利用

15、H2和元素硫形成 H2S，说明该菌是依靠 H2S行自养生活的严格化能无机营养菌。该菌细胞为不规则的圆形，直径0.3-2.5um，在暗视野下，可见到一个很大的纤维网，细胞似乎都固定于其中。 嗜热菌嗜热的机制： 、嗜热菌含高熔化温度的膜脂 、嗜热菌的蛋白质（包括酶）具有热稳定性 、嗜热菌的蛋白质合成系统具有热稳定性 、核酸中G+C含量高 、嗜热菌中 RNA的周转速率大于中温菌。 2、低温环境及嗜冷菌 地球表面70%是海洋，90%的海洋温度低于5 生长的上限温度在20以下的称为嗜冷菌。G 假单胞菌、噬纤维菌、黄杆菌、海洋中还有 弧菌 嗜冷菌 螺旋菌G+ 微球菌、芽孢杆菌 食品在低温下保藏和搬运会被嗜

16、冷微生物腐败，起主要作用的是腐败假单胞菌，能在-7下生长。 嗜冷菌不能在中温下生长是由于： 、蛋白质合成受阻， 、细胞结构改变， 、酶失活。3、高盐环境及嗜盐菌 高盐环境包括：盐湖、死海 盐场 盐渍食品 嗜盐菌分为：非嗜盐菌：在 2%盐浓度中生长 （ 0.2mol/L） 弱嗜盐菌：在2-5%盐浓度中生长 （0.2-0.5 mol/L ） 中等嗜盐菌：在5-20%盐度中生长 （0.5-2.5 mol/L） 极端嗜盐菌：在15%以上盐浓度中生长，最盐浓度为25-30% （2.5-5.2 mol/L） 嗜盐菌有2个属：（1）、Halobacterium 盐杆菌属 （2）、Halococcus 盐球菌

17、属嗜盐菌耐盐的机制：（1）、对盐浓度的适应性：细胞内有相当高的离子浓度，基本与胞外离子浓度相等，可抵抗胞外盐溶液对细胞的脱水作用。 （2）、酶的嗜盐性：嗜盐菌的酶在低盐浓度中会失活变性。 （3）、紫膜的H+汞作用和排盐作用。 嗜盐菌具有特殊的膜称为紫膜，紫膜具有H+汞作用，起到排盐作用。 4、高酸环境及嗜酸菌 极端的酸性环境包括：各种酸矿水 酸热泉 嗜酸菌包括： 硫杆菌属 亚铁杆菌属 生金属菌属嗜酸菌 最适生长pH在34以下，中性条件不能生长。耐酸菌 能在高酸条件下生长，但最适pH接近中性。嗜酸M.嗜酸机制：细胞膜、细胞壁 、拆斥H+；、对H+不渗透；、把H+从胞内排出。 5、高碱环境及嗜碱菌

18、 高碱环境：碱湖、碱性泉、沙漠、工业废水、食品及纺织品加工废水。嗜碱菌 最适生长pH在9以上。专性嗜碱菌 最适生长pH在在9以上，中性条件不能生长。 耐碱菌 最适生长pH在9以上，中性条件甚至酸性条件都能生长嗜碱菌主要有 芽孢杆菌属、微球菌属、黄杆菌属、假单胞菌属、厌氧梭菌、嗜碱放线菌、嗜盐碱杆菌属、嗜盐碱球菌属嗜碱菌嗜碱的机制是 嗜碱菌最适生长pH在9以上，但胞内pH都接近中性，其控制机制是嗜碱菌具有排出OH-的功能。嗜碱微生物产生大量的碱性酶，包括:蛋白酶（活性pH10.5-12）淀粉酶（活性pH4.5-11）支链淀粉酶（活性pH9.0）果胶酶（活性pH10.0）纤维素酶（活性pH6-11

19、）木聚糖酶（活性pH5.5-10）。这些碱性酶被广泛用于洗涤剂或作其他用途。 6、高压环境及嗜压菌高压环境主要指海洋深处，在海洋中深度每增加10米增加1个大气压。在海洋底部高压环境下生长，而不能在常压下生长的微生物称为专性嗜压菌。 在高压环境下生长的微生物，生物速度比常压下的微生物的生长速度慢100倍，例如从海洋底部分到的Pseudomonas bathycetes在1000个大气压下3培养，延迟期为4个月，世代时间为33天，一年后达到静止期。第三节 微生物的生物环境 微生物生存的生物环境包括植物，动物和其它微生物。一、微生物与植物的相互关系 微生物在植物的体表，体内均有存在，在植物体上的微生

20、物有的是有益的，有的是有害的。 土壤是微生物的大本营，植物的生长为土壤微生物提供有机物（根分泌物），土壤中的微生物分解有机物为植物生长提供矿质营养，从而构成了植物和微生物之间的密切关系，这种关系是自然界元素生物循环的核心。（一）、植物与微生物的互生关系 1、根际微生物（也称根圈微生物） 根圈：指植物根系直接影响的土壤范围，包括根系表面至几毫米（2 mm）的土壤区域。生活在根圈中的微生物，在数量，种类和活性上都有明显不同，表现出一定的特异性，这种现象称为根圈效应。（即植物根圈对微生物数量和种类的影响）。 根圈中的微生物数量同相应无根系影响的土壤中微生物数量之比称为根土比（R/S），根土比一般在5

21、-20之间。 根圈微生物具有： 数量大 活性强 组成简单等特点。 根圈中的微生物有：细菌：G-无芽孢杆菌占绝对优势 真菌：主要是尖镰孢、粘帚霉、青霉、柱 孢属、丝核菌、被孢霉、曲霉、腐 霉、木霉等 原生动物：波多虫、尾滴虫、肾形虫、小变形虫根圈微生物对植物的影响包括：1.提供有机营养和生长素物质。2.提高土壤矿质营养的有效性。3.消除H2S对植物的毒害。4.产生抗生素抑制植物病原菌。5.过度生长时竞争矿质营养使植物出现营养不良。6.产生有毒物质抑制后茬作物种子萌发和幼苗生长。 2、附生微生物 植物地上部分的表面生长着的特殊微生物区系，一般称为附生微生物。附生微生物以植物分泌到表皮组织外面的物质

22、为营养。因此它随植物种类和生长发育阶段不同，其数量和种类也有变化。植物茎、叶表面的附生微生物以细菌主为。其次是酵母菌和少数丝状真菌。同时也有各种植物病原菌和它们的孢子，在一定条件下，这些病原菌会从伤口，气孔等途经侵入植物体内而致病。成熟的浆果表面有大量糖类分泌物，是酵母菌的天然附生环境。其他各种果实和种子外面也附生有各种微生物。有资料报道，热带树木叶片下面有附生固氮菌的生长，它们利用叶片分泌的C水化合物作为C源和能源，叶片可吸收这些固氮菌所固定的氮素营养。（二） 、植物与微生物的共生关系：1、根瘤：根瘤菌与豆科植物共生，在植物根部联合发育形成的特殊囊状结构，称为根瘤。根瘤菌的的形成是通过分子对

23、话完成的：植物的根释放 受类黄酮刺激 结瘤因子诱导 类黄酮物质 根瘤菌产生结瘤因子 根瘤形成形成根瘤的根瘤菌有5个属：根瘤菌属（Rhizobium） 中慢生根瘤菌属（Mesorhizobium） 中华根瘤菌属（Sinorhizobium） 固N根瘤菌属（Azorhizobium） 慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）放线菌（弗氏放线菌）也可以与一些非豆科植物形成根瘤，如马桑根瘤，这种根瘤也有固氮作用。2、茎瘤：豆科植物毛萼田菁，除形成根瘤外，还形成茎瘤。茎瘤菌在分类上属固N根瘤菌属（Azorhizobium）3、叶瘤：某些微生物可在高等植物叶上形成叶瘤，某些热带，亚热带植物如茜草科，紫

24、金牛科等几百种植物有叶瘤，从某些叶瘤中分离到分枝杆菌，克氏杆菌和色杆菌等，叶瘤中的微生物从植物叶内吸取营养，它们的代谢物可能对植物生长起刺激作用。4、蕨类植物红萍与固氮蓝细菌共生体 蕨类植物红萍鳞叶腹腔内有一种鱼腥藻，具有旺盛的固氮能力，鱼腥藻在红萍腹腔内得到特殊的生活环境，获得碳水化合物，促进固氮作用，红萍又从这种固氮蓝细菌得到氮素营养，形成了一种共生关系。5、菌根：有些真菌在一些植物根上发育，菌丝体包围在根面或侵入根内组织共同发育，形成特殊的共生体，叫菌根。能与植物形成菌根的真菌叫菌根真菌。现在已知有2000多种植物与真菌形成菌根。形成菌根的真菌有担子菌、子囊菌和藻状菌，其中以担子菌最多。

25、根据菌根形态结构的不同，可分外生菌根和内生菌根，以及内外生菌根。外生菌根：真菌的菌丝在植物根的表面形成稠密的菌套，同时在根的皮层细胞间隙形成哈蒂氏网，真菌不侵入细胞内部。菌丝有隔。外生菌根多为林木菌根。外生菌根与内外生菌根加起来只占形成菌根植物的3%。内生菌根：内生菌根在根的表面没有菌套，菌丝多半侵入根的皮层组织内部。在皮层组织的细胞间隙有纵向的胞间菌丝，但不形成哈蒂氏网。而且菌丝能穿入皮层细胞内部形成各种不同形状的吸器。泡囊丛枝菌根（VA 菌根 ）：菌丝无隔，侵入皮层细胞内的菌丝呈泡囊状和丛枝状故称泡囊丛枝菌根，简称VA菌根。形成VA菌根的植物主要是草本植物。形成VA菌根的植物占形成菌根植物

26、的90%。内外生菌根：内外生菌根兼有内生菌根和外生菌根的特点。这类菌根除在根表有发育较好的菌套和在皮层组织细胞间形成哈蒂氏网外，在皮层细胞内还形成不同形状的菌丝圈。几种主要菌根的比较：菌根类型菌套哈蒂氏网菌丝隔膜胞内菌丝外生菌根内生菌根（VA菌根）泡囊丛枝内外生菌根圈状 菌根对植物有如下有益功能： 1、增大植物根系的吸收面积 2、增加对P素和其它矿质元素的吸收 3、产生生长刺激素 4、产生抗生素 5、增加植物的抗逆性 6、VA菌根促进根瘤菌的生长发育，加强固氮作用7、兰科植物种子的萌发靠菌根真菌提供营养物质（兰科植物最大的种子千粒不到10mg，最小的种子千粒不到1mg）（三）、植物与微生物的寄

27、生关系许多细菌、放线菌、真菌和病毒都能在植物上寄生生长。其中许多是植物病害的病原菌。植物病原菌主要是真菌，占95%，细菌只占3%，病毒至今已发现800多种。居植物病害的第二位。植物病原细菌主要是下面几属中的细菌：黄单胞菌属（Xanthomonas）假单胞菌属（Pseudomonas）土壤杆菌属（Agrobacterium）欧文氏菌属（Erwinia）棒杆菌属（Corynebacterium）寄生：只在活的寄主植物内生长称专性寄生既能在寄主内生长，也能在自然环境土壤中生长，称兼性寄生。腐生：以死亡的有机物为生。二、微生物与动物的相互关系（一）微生物在人体内的分布人体内的细菌有400万亿，主要是厌氧的拟杆菌。在人体身上，除了与外界相通的体腔中存在着微