Transcript 7情境七微生物的生态特点及其应用技术

精品课件系列
学习情境七微生物的生态特点及其应用技术
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得克萨斯引起龙卷风吗?
Contents
微生物在生态系统中的作用与特点
生态系统中的微生物
微生物在自然界物质循环中的作用
微生物与保护的关系及其相关应用技术
精品课件系列
马尔代夫
2012年5月山东日照附近海域出现大面积赤潮
项目一 微生物在生态系统中的作用与特点
一、生态系统概述
生态系统：是指在一定的空间内生物的成
分和非生物的成分通过物质循环和能量流
动互相作用、互相储存而构成的一个生态
学功能单位；是生物群落与其生存环境组
成的整体系统。
 生态系统：
生产者：植物、微生物
消费者：动物、植物、微生物
分解者：微生物
生物圈（biosphere）:地球表面进行生命活
动的有机圈。
微生物生态学：是研究微生物及其生存环
境间相互作用规律的科学。
意义：
开发新的微生物资源
为研究生物的进化提供理论基础
发挥微生物在工、农、医药、环保方
面的有益作用
二、微生物生态系统及其特点
微生物生态系统是微生物与其生存环境组
成的整体系统。
1、微生物生态系统的多样性：
环境条件的不同
同一个生态系统中，任一因素的变化都会
导致微生物生态系统的改变。
2、微生物生态系统的稳定性：
（1）在外界环境的压力下保持自身的生存
(2)对外界环境压力具有抵抗性和修补能力
(3)外界环境因子出现周期性循环时，微生物生
态系统也会出现周期性.
环境多次连续与强力的冲击——？
优势种的影响
单向性因素的影响
一个微生物群落的遗传多样性指数可用整个微
生物群落的 DNA 的异源性表示，从样品中获得
整个微生物群落的总 DNA ，代表了这个群落的
总基因库。
——生态系统的稳定性与种的多样性关系密切
3、微生物生态系统的适应与演替性：
适应性：一是原有的微生物类群可诱导
产生新的酶或酶系；二是使原来数量很少
和竞争力弱的类群发育成新的优势种群。
演替性：复杂有机物的分解
环境因素的改变
——优势种群的出现有明显的时序性
三、微生物在生态系统中的重要作用
微生物是有机物的主要分解者
微生物是地球物质循环的重要成员
微生物是生态系统中的初级生产者
微生物是物质与能量的储存者
微生物是生物进化中的先锋种类
项目二 生态环境中的微生物
土壤中的微生物
水体中的微生物
空气中的微生物
工农业产品中的微生物
人及动物体上的微生物
极端环境中的微生物
一、 土壤中的微生物
土壤中的微生物种类最多、数量最大
来源：天然存在于土壤中的；动植物排泄物或腐烂
后进入的（腐生菌、寄生菌）
大部分对人类有益，极少数可致病。
（一）、土壤具有微生物生命活动所必需的一切营
养物质和适宜的生活条件，是微生物的天然培养
基。
1.水分充足
2.营养丰富，酸碱度、渗透压适宜
3.氧气
4.温度
(二) 土壤中微生物的分布
1. 种类分布
细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物
异养种类较多
2. 垂直分布
5-22cm 数量最多，逐渐减少， 2m深处几
个/克
3. 数量和种类随季节而变化
4. 微生物对土壤的作用
土著性微生物区系 ：是那些对新鲜有机物
质不很敏感、常年维持在某一数量水平上，
即使由于有机物质的加入或温度、湿度变
化而引起数量变化，其变化幅度也较小的
那些微生物。 如革兰氏阳性球菌类、色杆
菌、芽孢杆菌、节杆菌、分枝杆菌、放线
菌、青霉、曲霉、丛霉等。
发酵性微生物区系：是那些对新鲜有机物质很为
敏感，在有新鲜动植物残体存在时可爆发性地旺
盛发育，而在新鲜残体消失后又很快消退的微生
物区系 。包括各类革兰氏阴性无芽孢杆菌、酵母
菌、以及芽孢杆菌、链霉菌、根霉 、曲霉、木霉、
镰刀霉等。发酵性微生物区系的数量变幅很大。
因此在土壤中有新鲜有机残体时，发酵性微生物
大量发育占优势；而新鲜有机残体被分解后，发
二、水体中的微生物
(一) 淡水中的微生物
1. 来源: 土壤、雨水
2. 数量和种类：
贫营养细菌（oligotrophic bacteria）
兼性贫营养细菌
富营养细菌：硫细菌、铁细菌、色杆菌属、
微球菌属
3. 水体中微生物的影响因素
营养、温度、溶解氧
（二）海水中的微生物
1. 特点：嗜冷、嗜盐或耐盐、耐压
2. 海洋微生物的重要性
光合作用
海洋微生物与自然界物质循环
海洋微生物资源
三、空气中的微生物
少养、干燥、紫外线——不适宜微生物生
长
1. 微生物的暂时存在场所
2. 人类活动对空气质量的影响
3. 微生物在空气中的传播
空气传播的疾病：结核、流感、“非典”
4. 空气质量与人类健康
 空气微生物的种类和数量主要取决于下层地面或水面的微
生物状况并与气候的季节性变化密切相关。一般是陆地上
空＞海洋，城市上空＞农村，近地面空气＞高空空气。农
村的畜厩、 城市的街道、医院和宿舍区的空气所含的微
生物数量和种类较多 。——注意空气消毒
四、正常人体及动物体上的微生物
1. 人体微生态中微生物的数量
眼睛: 1g
鼻腔: 10g
口腔: 20g
皮肤: 200g
肺: 20g
肠道: 1000g
生殖道: 20 g
总量:1271g
正常菌群：指存在于健康人体和动物体各部
位、数量大、种类较稳定且一般是有益无害
的微生物种群。胃内较少
(个/g)
回肠
结肠 直肠或粪便
双歧杆菌
104
107
1010
拟杆菌
103
108
1010
肠杆菌
103
106
106
肠球菌
107
乳杆菌
104
2. 微生态的作用
1) 建立菌群屏障
2）产生抑菌物质
3）降低肠道pH
4) 促进消化吸收：合成多种维生素
5) 提高免疫、抗突变、排毒、激活免疫细胞
的活性
3. 微生态平衡的变化
出生一周: 各种微生物在肠道迅速繁殖
一周至一月: 双歧杆菌优势
老年期: 双歧杆菌 随年龄迅速下降
4. 微生态制剂
调整宿主微生态平衡
达到治疗和保健作用，微生态调节剂
活菌制剂
益生元：有益菌生长刺激因子
合生剂：兼有两种成分
五、工农业产品中的微生物
1、农产品上的微生物——霉变
黄曲霉毒素（aflatoxin）B1:30ppm
镰孢霉（Fusarium）毒素 T2
2、食品上的微生物——引起中毒或其他严重疾病。
加工过程注意卫生
贮藏条件控制
加防腐剂
3、药物上的微生物：原材料（如原料和水）、环境（如空
气）、仪器设备、生产操作人员（操作不规范或卫生不
佳）、包装、运输、贮藏等各方面。
六、极端环境微生物（extremophiles）
1. 嗜热菌（Thermophiles）
2. 嗜冷菌（Psychrophiles）
3. 嗜酸菌（Acidophiles）
4. 嗜碱菌（Basophlies， alkalophiles）
5. 嗜盐菌（Halophiles ）
6. 嗜压菌（ Barophiles ）
7. 抗辐射的微生物
各类微生物群的生长上限温度
项目三 微生物在自然界物质循环中的作用
是生态系统中的分解者
一、 微生物与碳素循环
 碳素循环包括
CO2的固定和
CO2的再生。
二、微生物在氮素循环中的作用
1）固氮作用：化学固氮与生物固氮，固氮微
生物（细菌、放线菌、蓝藻）
2）氨化作用：异养菌分解作用
3）硝化作用：化能自养菌
4）同化作用：异养菌吸收
5）反硝化作用：化能异养菌无氧呼吸
三、微生物与硫素循环
1、脱硫作用：生物体中的含硫有机物被微生
物降解成硫化氢的过程。
可分解含氮肥有机物的氨化微生物均可
分解之。
2、硫化作用：在微生物的作用下，硫化氢、
土壤中的元素硫或硫的其他不完全氧化物
被氧化生成硫酸的过程。
硫细菌（硫杆菌属、丝状硫细菌、绿硫
细菌及古细菌中的极端嗜热菌等）
3、反硫化作用：硫酸盐在厌氧条件下被微生
物还原成硫化氢的过程。
由硫酸还原细菌启动。
微生物在磷素循环中的作用
无机磷的同化：微生物生命活动中对磷的吸收
有机磷的矿化：许多细菌、放线菌和霉菌含有植
酸酶、磷酸酶等。
不溶性磷的溶解：分解产生硝酸、硫酸和有机酸
微生物与生物之间的相互关系
1. 互生：可分可合 合比分好
2. 共生：难舍难分
3. 寄生：损人利己
4. 拮抗：势不两立
互生
二者可以单独生活的生物，当它们生活
在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对
方，或偏利于一方的一种生活方式，但二者
不形成共生组织(生命整体)的关系。“可分
可合，合比分好”
1）微生物间的互生关系： 纤维素分解细菌
←→固氮菌
2）根际微生物与高等植物之间
3）人体肠道正常菌群
共生
共生是指两种生物共居在一起相互分工协
作，彼此分离就不能很好地生活。
地衣就是微生物间共生的典型例子，
它是真菌和蓝细菌或藻类的共生体。
在地衣中，藻类和蓝细菌进行光合作
用合成有机物，作为真菌生长繁殖所
需的碳源，而真菌则起保护光合微生
物的作用，在某些情况下，真菌还能
向光合微生物提供生长因子和运输无
机营养。
根瘤菌与豆科植物共生形成根瘤共生体，是微生物与植
物共生的又一典型。由于彼此双赢，所以称为互惠共生。
根瘤菌固定大气中的氮气，为植物提供氮素养料，而豆
科植物根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根
瘤菌提供保护和稳定的生长条件。★
许多真菌能在一些植物根上发育，菌丝体包围在根面或
侵入根内，形成了两者的共生体，称为菌根。一些植物，
例如兰科植物的种子若无菌根菌的共生就无法发育，杜
鹃科植物的幼苗若无菌根菌的共生就不能存活。※
微生物与动物互惠共生的例子也很多，例如，牛、羊、
鹿、骆驼等反刍动物，吃的草料为它们胃中的微生物提
供了丰富的营养物质，但这些动物本身却不能分解纤维
素，食草动物瘤胃中的纤维素分解菌能够将其分解成糖，
并被其它菌转化成有机酸，最后经氧化，成为动物的主
要能量来源。 →
☆
★
拮抗
拮抗是指一种微生物在其生命活动中，产生某种
代谢产物或改变环境条件，从而抑制其它微生物
的生长繁殖，甚至杀死其它微生物的现象。
在制造泡菜、青储饲料时，乳酸杆菌产生大量乳
酸，导致环境变酸，即pH值的下降，抑制了其它
微生物的生长，这属于非特异性的拮抗作用。
而可产生抗生素的微生物，则能够抑制甚至杀死
其它微生物，例如青霉菌产生的青霉素能抑制一
些革兰氏阳性细菌，链霉菌产生的制霉菌素能够
抑制酵母菌和霉菌等，这些属于特异性的拮抗关
系。
寄生
指的是小型生物生活在较大型的生物体内或
体表，从后者获得营养，进行生长、繁殖，
并使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。
例如动、植物体表或体内的病毒，以及一
些寄生性细菌、真菌等即是如此。寄生于
人和有益动物或者经济作物体表或体内，
危害寄主的生长及繁殖，固然是有害的，
但如果寄生于有害生物体内，对人类有利，
则可加以利用，例如利用昆虫病原微生物
防治农业害虫等。
项目四 微生物与环境保护的关系及其相关应用技术
环境污染：指生态系统的结构和功能受外来
有害物质的影响或破坏，超过了生态系统
的自净能力，打破了正常的生态平衡，对
人畜健康、工业、农业、水产业等造成严
重危害。
环境污染物：排入大气、水域和土壤，引起
环境污染、对人和环境有不利影响的物质.
无毒有机物：纤维素、淀粉、蛋白质、脂类
有毒有机物：苯酚、多环芳烃、多氯联苯、

有机农药等
无毒无机物：酸、碱、无机盐、氮、磷等
有毒无机物：各类重金属、氰化物、氟化物
一、微生物对污染物的降解与转化
污染物降解：物理、化学、生物作用，微生物在生
物降解过程中占首要地位。
1、微生物对农药等有毒污染物的降解：有机氯、
有机磷、有机氮、有机硫农药等，主要由微生物
降解。
细菌、放线菌、真菌等。
（1） 自然界中存在的天然有机物都可以被微
生物降解
（2） 人工合成有机物很难被降解或不被降解
农药的降解
2、微生物对重金属的转化
微生物一方面可以改变重金属在环境中
的存在的状态从而改变其毒性；另一方面微
生物直接和间接的作用除去重金属。
3、微生物对石油的降解
据统计每年约有109吨石油进入水体和
土壤。目前已构建出石油降解的“超级微生
物”。
4、微生物对放射性物质的处理
二、微生物与污水处理
原理：利用不同生理生化性能的微生物类群间
的相互配合而进行的一种物质循环过程。
（1） 活性污泥法
活性污泥：细菌、微型动物与其他的微生
物加上废水中的悬浮物等类杂质混杂在一起，
形成具有很强的吸附、分解有机物能力的絮
状体。

活性污泥法的基本工艺流程
三、 微生物与环境监测
环境监测是测定代表环境质量的各种数据
的过程，包括：环境分析、物理测定、生
物监测。
（1）粪便污染指示菌——大肠菌群（与大肠
杆菌相似，好氧及兼性厌氧G- ，可48hr 发
酵乳糖产酸产气）。
Escherichia、Citrobacter（柠檬酸杆菌属）
Enterbacter（肠杆菌属）、 Klebsiella
（克雷伯氏菌属）
测定方法：滤膜法， 发酵法
大肠菌群数：个/L水
大肠菌群值：检出1个大肠杆菌最小体积
大肠菌群值=1000/大肠菌群数
饮用水卫生标准：低于 3个/L
2、水体污染指示生物
3、致突变物与致癌物的微生物学检测
Ames 实验：利用鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella
typhimurium)组氨酸缺陷型发生回复突变.
基本培养基，涂布接种
无菌滤纸片+待测物质
根据滤纸片周围菌生长情况进行判断
4、发光细菌检测法
非致病G-兼性厌氧细菌:培养时发出蓝绿色
可见光。接触污染物时发光强度减弱。
明亮发光杆菌（Photobacterium hosphoreum）、
培养至对数期
菌悬液+待测溶液保温光度计检测
思考题
P247：1、4、6