微生物的生态简.pptx

第 八 章微微 生生 物物 生生 态态第八章第八章 微生物生态微生物生态通过本章的学习，了解微生物在自然界分布的特通过本章的学习，了解微生物在自然界分布的特点及其与人类生活的密切关系，掌握微生物与其点及其与人类生活的密切关系，掌握微生物与其生活在一起的其它生物之间的相互关系以及微生生活在一起的其它生物之间的相互关系以及微生物在自然界物质循环中的重要作用。物在自然界物质循环中的重要作用。前前 言言生态学：生态学：研究生物系统与其所处环境条件之研究生物系统与其所处环境条件之间的相互作用规律性的科学。间的相互作用规律性的科学。微生物生态学内容：微生物生态学内容：微生物群体对其周围生微生物群体对其周围生物和非生物环境条件的相互作用关系。物和非生物环境条件的相互作用关系。几个概念几个概念种群（种群（population）生活在同一环境中的同种个生活在同一环境中的同种个 体组成的能繁殖集团。体组成的能繁殖集团。群落（群落（community）同一环境中两个以上种群同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖和制由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖和制约的生物集团。约的生物集团。生态系统（生态系统（ecosystem）生物群落与其无机环境生物群落与其无机环境相结合、相作用、相调控而成的动态系统。相结合、相作用、相调控而成的动态系统。生物圈（生物圈（biosphere）地球上的所有生物。地球上的所有生物。研究意义研究意义理论：理论：地球进化和生物进化原因地球进化和生物进化原因实践：实践：开发菌种资源、新的微生物农药、菌肥、开发菌种资源、新的微生物农药、菌肥、医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能，金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能，防治有害微生物等防治有害微生物等第三节第三节 微生物在生态系统中的作用微生物在生态系统中的作用第一节第一节 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布第二节第二节 微生物与生物环境间的相互关系微生物与生物环境间的相互关系了解不同环境中微生物分布的基本特点及与其人类生活的关了解不同环境中微生物分布的基本特点及与其人类生活的关系系掌握生物之间相互关系的特点（一些典型例子的原理）掌握生物之间相互关系的特点（一些典型例子的原理）基本概念基本概念第一节第一节 微生物在微生物在自然界中自然界中的分布的分布Distribution of Microorganisms in the nature一、一、土壤中的微生物土壤中的微生物二、自然水域中的微生物二、自然水域中的微生物1 1、江河水；、江河水；2 2、海水；、海水；3 3、水体的富营养化作用和、水体的富营养化作用和“水华水华”、“赤潮赤潮”三、三、空气中的微生物空气中的微生物四、食品中的微生物四、食品中的微生物五、极端环境下的微生物五、极端环境下的微生物六、未培养的微生物六、未培养的微生物一一.土壤中的微生物土壤中的微生物土壤具有微生物生存的环境条件土壤具有微生物生存的环境条件土壤中有养分、空气、水，土壤覆盖阻挡了紫外线对微生土壤中有养分、空气、水，土壤覆盖阻挡了紫外线对微生物的杀伤，土壤物的杀伤，土壤 pH pH 及渗透压都适合微生物生长。及渗透压都适合微生物生长。土壤中的微生物：土壤中的微生物：细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物、病毒细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物、病毒 微生物的作用：微生物的作用：改变土壤性质改变土壤性质进行物质转化进行物质转化提高土壤肥力提高土壤肥力第一节第一节 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布Distribution of Microorganisms in the nature 耕作层耕作层(15cm)(15cm)土壤中的微生物数量和生物量土壤中的微生物数量和生物量微生物类群微生物类群菌数菌数(cfu/g)生物量生物量(g/m3）细菌细菌108160真菌真菌105200放线菌放线菌105-106160藻类藻类104-10532原生动物原生动物10438From L.Hawker:Microorganisms1）土壤微生物的数量和分布主要受营养物、含水土壤微生物的数量和分布主要受营养物、含水量、氧、温度、量、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。的不同而有很大变化。2）土壤微生物的数量和分布受季节影响。）土壤微生物的数量和分布受季节影响。3）微生物的数量也与土层深度有关，一般土壤表）微生物的数量也与土层深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。步减少。微生物以微菌落（微生物以微菌落（microcolony）的形式存）的形式存在于土壤团粒结构中。在于土壤团粒结构中。二、自然水域中的微生物二、自然水域中的微生物自然水域具有微生物的生活条件自然水域具有微生物的生活条件：水中有营养物质、溶解氧、渗透压和温度适合不同微生物生长。水中有营养物质、溶解氧、渗透压和温度适合不同微生物生长。淡水水域中的微生物淡水水域中的微生物 细菌细菌 、真菌、真菌 、藻类、藻类 、原生动物。、原生动物。特点：特点：运动性（随水流动）；运动性（随水流动）；在低营养浓度下生存。在低营养浓度下生存。海水中的微生物海水中的微生物藻类、藻类、G-G-需氧细菌需氧细菌 、兼性厌氧菌。、兼性厌氧菌。特点：特点：嗜盐、嗜冷、嗜压。嗜盐、嗜冷、嗜压。江河水中的微生物江河水中的微生物1）数量和种类与接触的土壤密切相关；数量和种类与接触的土壤密切相关；2）主要）主要吸附在悬浮于水中的有机物及水底；吸附在悬浮于水中的有机物及水底；3）多能）多能运动，有些具有异常形态（如运动，有些具有异常形态（如柄细菌柄细菌）；）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，不宜作饮用水源。有很多对健康不利的细菌，不宜作饮用水源。水中的病原微生物会对水质产生重要影响水中的病原微生物会对水质产生重要影响饮用水的微生物指标：饮用水的微生物指标：总菌数：总菌数：100 100个个/ml/ml大肠杆菌：大肠杆菌：3 3 个个/L/L水体的自净作用(self cleaning)自自然然水水体体尤尤其其是是快快速速流流动动、溶溶氧氧量量高高的的水水体体，对对投投入入其其中中的的有有机机或或无无机机污污染染物物有有明明显显的的自自净净作作用用，其其原原因因除除了了包包含含物物理理性性的的沉沉淀淀、扩扩散散、稀稀释释作作用用和和化化学性的学性的氧化作用外，关键是氧化作用外，关键是微生物的作用微生物的作用。p好氧性细菌对有机物的降解作用好氧性细菌对有机物的降解作用p原生动物对细菌的吞噬作用原生动物对细菌的吞噬作用p噬菌体对细菌的裂解作用噬菌体对细菌的裂解作用p细菌糖被（荚膜物质）对污染物的吸附沉降作用细菌糖被（荚膜物质）对污染物的吸附沉降作用p藻类的光合作用等藻类的光合作用等富营养化作用富营养化作用（eutrophication）：指水体中因指水体中因 N、P等元素含量过高而引起水体等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。这时，表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。这时，下层水体不但因缺光而少氧，很多藻类还能产生各下层水体不但因缺光而少氧，很多藻类还能产生各种毒素，造成了厌氧和有毒的环境。种毒素，造成了厌氧和有毒的环境。“水花水花”或或“水华水华”（water bloom）藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色并变得浑浊，藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。许多藻类团块漂浮在水面上形成。赤潮或红潮（赤潮或红潮（red tides）在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花，从而使海水在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花，从而使海水出现红色或褐色。出现红色或褐色。三、三、空气中的微生物空气中的微生物 空气不具有微生物生活的条件：无营养物、紫外线杀菌、空气不具有微生物生活的条件：无营养物、紫外线杀菌、空气中微生物只能存留，不能进行生长繁殖空气中微生物只能存留，不能进行生长繁殖 空气中的微生物主要来自：空气中的微生物主要来自：土壤扬起的灰尘；土壤扬起的灰尘；水面吹起的水沫；水面吹起的水沫；动、植物体表。动、植物体表。空气中的微生物主要是：空气中的微生物主要是：芽孢细菌的芽孢和一些芽孢细菌的芽孢和一些G G菌；菌；真菌的孢子。真菌的孢子。空气中的微生物密度空气中的微生物密度 农村农村 城市城市 高空高空 低空低空 海洋上空海洋上空 陆地上空陆地上空 畜厩、街道、医院、宿舍区微生物密度大畜厩、街道、医院、宿舍区微生物密度大 高山、海洋、森林、旷原微生物少高山、海洋、森林、旷原微生物少四、食品中的微生物四、食品中的微生物微生物可以从土壤、作物收割、食品加工、储藏、微生物可以从土壤、作物收割、食品加工、储藏、销售等各个环节进入食品销售等各个环节进入食品食品中有益的微生物：食品中有益的微生物：乳酸菌乳酸菌双歧杆菌双歧杆菌酵母菌酵母菌霉霉 菌菌食品中有害的微生物：食品中有害的微生物：导致食品腐败、变质，产生有害物质，危害人导致食品腐败、变质，产生有害物质，危害人类健康！类健康！1998年发展中国家约年发展中国家约180万儿万儿童死于微生物性腹泻童死于微生物性腹泻全世界每年约有全世界每年约有220万人因患万人因患食源性疾病而丧生食源性疾病而丧生发达国家每年约有三分之一发达国家每年约有三分之一的人受食源性疾病危害的人受食源性疾病危害 (WHO,2002)食品安全食品安全全球关全球关注的问题注的问题1988年年 上海，贝类，甲肝上海，贝类，甲肝1989年年 新疆，戊肝新疆，戊肝1996年年 欧洲，牛肉，疯牛病欧洲，牛肉，疯牛病1996年年 日本，奶制品，日本，奶制品，O157 1997年年 中国香港，禽流感中国香港，禽流感2000年年 法国，熟制肉类，李斯特菌法国，熟制肉类，李斯特菌2000年年 日本，乳品，金黄色葡萄球菌日本，乳品，金黄色葡萄球菌2000年年 英国、法国，英国、法国，口蹄疫口蹄疫2004年年 南亚、东南亚、中国，禽流感南亚、东南亚、中国，禽流感微生物是食品安全的主要危害因子微生物是食品安全的主要危害因子 根据食品卫生的要求，从微生物学的角度，对根据食品卫生的要求，从微生物学的角度，对不同食品所提出的与食品有关的具体指标要求不同食品所提出的与食品有关的具体指标要求。食品微生物检验的指标：食品微生物检验的指标：1、菌落总数、菌落总数2、大肠菌群、大肠菌群3、致病菌、致病菌五、五、极端环境中的微生物极端环境中的微生物 可在绝大多数微生物所不能生长的高温、低可在绝大多数微生物所不能生长的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端环境下生活的微生物。等极端环境下生活的微生物。研究价值：研究价值：了解极端环境下微生物的物种、遗传特了解极端环境下微生物的物种、遗传特性及适应机制，不仅可为生物进化、微生物性及适应机制，不仅可为生物进化、微生物分类积累资料，提供新的线索，还可直接利分类积累资料，提供新的线索，还可直接利用它的特殊基因、特殊机能，培育更有用的用它的特殊基因、特殊机能，培育更有用的新种。新种。高温环境高温环境极端嗜热菌极端嗜热菌 Pyrodictium broii 最适生长温度为最适生长温度为 105，最高可，最高可达达110。低温环境低温环境嗜冷菌中的某些固嗜冷菌中的某些固 氮氮 微生物在微生物在 1 下还可以固氮。下还可以固氮。强酸环境强酸环境嗜酸菌；氧化硫硫杆菌在嗜酸菌；氧化硫硫杆菌在 pH 0.9-4 中生长，最适中生长，最适 pH 2.5左右左右强碱环境强碱环境嗜碱菌嗜碱菌 Bacillus rotans pH 11 高盐环境高盐环境极端嗜盐菌，最适生长盐浓度为极端嗜盐菌，最适生长盐浓度为2.5-5.0摩尔摩尔/L.高压环境高压环境深海中的极端嗜压菌深海中的极端嗜压菌 Pseudomonas bathycete 能在能在1.01108 Pa3 下生长。下生长。六、未培养的微生物六、未培养的微生物未培养微生物未培养微生物（uncultured microorganisms）利用分子生物学技术能够检测到，但目前采用微生物纯培养分离、利用分子生物学技术能够检测到，但目前采用微生物纯培养分离、利用分子生物学技术能够检测到，但目前采用微生物纯培养分离、利用分子生物学技术能够检测到，但目前采用微生物纯培养分离、培养方法还未获得纯培养的微生物培养方法还未获得纯培养的微生物培养方法还未获得纯培养的微生物培养方法还未获得纯培养的微生物。包括可获得纯培养，但在环包括可获得纯培养，但在环包括可获得纯培养，但在环包括可获得纯培养，但在环境因子的胁迫下不能生长、处于休眠状态下的微生物。境因子的胁迫下不能生长、处于休眠状态下的微生物。境因子的胁迫下不能生长、处于休眠状态下的微生物。境因子的胁迫下不能生长、处于休眠状态下的微生物。Staley和和Konopka(1985)创造的名言：创造的名言：“伟伟大的平板，计的数太偏大的平板，计的数太偏”，是对环境中微，是对环境中微生物实际数量同平板菌落计数之间巨大差异生物实际数量同平板菌落计数之间巨大差异的最好描述。的最好描述。1-10%of observable bacteria grow on standard culture mediaThe great plate count anomaly-Does culturing reflect natural conditions?纯培养技术纯培养技术微生物多样性研微生物多样性研究的限制性瓶颈究的限制性瓶颈使用标准微生物学培养技术对不同生境微使用标准微生物学培养技术对不同生境微生物可培养性的测定结果：生物可培养性的测定结果：海水中可培养性约为海水中可培养性约为0.001 0.100淡水约淡水约0.25土壤约土壤约0.3活性污泥为活性污泥为115未培养的微生物未培养的微生物研究意义：研究意义：生物多样性和系统发生的多样性生物多样性和系统发生的多样性（Biodiversity and Phylogenetic diversity）微生物生态学的研究提出新的要求微生物生态学的研究提出新的要求寻找新的致病微生物寻找新的致病微生物从未培养微生物中寻找新的基因、新的蛋白从未培养微生物中寻找新的基因、新的蛋白美国美国recombianant biocatalysis Inc公司目前已从未培养公司目前已从未培养微生物中获得了约微生物中获得了约300个与工业生产相关的新蛋白个与工业生产相关的新蛋白（viable but nonculturable state,VBNC state）活的非可培养状态活的非可培养状态我国青岛海洋研究所的我国青岛海洋研究所的徐怀恕徐怀恕和美国和美国University of Maryland的的Colwell等于等于1982年研究霍乱弧菌和大肠杆菌在海洋与河口年研究霍乱弧菌和大肠杆菌在海洋与河口环境中的存活规律，发现霍乱弧菌在其生活史中，处于低温、环境中的存活规律，发现霍乱弧菌在其生活史中，处于低温、低盐、低营养物等不良生活条件下，会变成活动但不可培养低盐、低营养物等不良生活条件下，会变成活动但不可培养状态。首次提出了活的不同培养状态（状态。首次提出了活的不同培养状态（viable but nonculturable state,VBNC state）现象。近年来已成为微生物）现象。近年来已成为微生物学研究的一个热点。学研究的一个热点。Vibrio cholerae 霍乱弧菌霍乱弧菌 Escherichia coliCampylobacter jejuni 空肠弯曲杆菌空肠弯曲杆菌 Legionella pneumophila 嗜肺军团杆菌嗜肺军团杆菌 Shigella sonnei 索氏志贺菌索氏志贺菌 Pathogenicity opportunismMetabolic functionsVBNC至少有至少有至少有至少有1616个属的个属的个属的个属的3030种细菌被报道有此现象发生，它被认为种细菌被报道有此现象发生，它被认为种细菌被报道有此现象发生，它被认为种细菌被报道有此现象发生，它被认为是微生物暴露于胁迫环境的一种生存反应。是微生物暴露于胁迫环境的一种生存反应。是微生物暴露于胁迫环境的一种生存反应。是微生物暴露于胁迫环境的一种生存反应。VBNC是细菌处于不良环境条件下产生的一种特殊是细菌处于不良环境条件下产生的一种特殊的生存方式和休眠状态。的生存方式和休眠状态。VBNC细菌不能在常规培养条件下生长繁殖，但仍细菌不能在常规培养条件下生长繁殖，但仍然具有代谢活性，但如果给予合适条件又能够恢复然具有代谢活性，但如果给予合适条件又能够恢复生长繁殖。生长繁殖。细胞保持完整、胞内酶维持活性、染色体和质粒细胞保持完整、胞内酶维持活性、染色体和质粒DNA均保持稳定均保持稳定;用显微镜观察，其细胞会表现为缩小成球状，细胞用显微镜观察，其细胞会表现为缩小成球状，细胞表面产生皱折等。表面产生皱折等。VBNC 细菌特点细菌特点：宏基因组（宏基因组（Metagenome）“the Genomes of the Total Microbiota Found in Nature”，即指即指任何特定任何特定环境样品中全部微生物遗传物质的总和。环境样品中全部微生物遗传物质的总和。基本方法：分析微生物在环境中的基因组集合，直基本方法：分析微生物在环境中的基因组集合，直接分离未培养土壤微生物基因组接分离未培养土壤微生物基因组DNA，克隆到可培，克隆到可培养微生物中，最后筛选所需的结果克隆。养微生物中，最后筛选所需的结果克隆。宏基因组文库包含了可培养和未可培养的微生物基宏基因组文库包含了可培养和未可培养的微生物基因组因组,避开了微生物的实验室分离培养，因而能更避开了微生物的实验室分离培养，因而能更有效研究和挖掘环境微生物的多样性。有效研究和挖掘环境微生物的多样性。分子生物学手段研究未培养微生物，分子生物学手段研究未培养微生物，绕过绕过“纯培养纯培养”技术技术宏基因组学宏基因组学宏基因组研究宏基因组研究宏基因组研究宏基因组研究充分扩展了微生物基因资源的利用空充分扩展了微生物基因资源的利用空间间,显著增加了筛选与分离新型生物活性分子及其编显著增加了筛选与分离新型生物活性分子及其编码基因的机会。码基因的机会。目前已采用土壤、海水、湖泊、浮游生物、生物膜、目前已采用土壤、海水、湖泊、浮游生物、生物膜、动物和昆虫消化道、排泄物等环境样品成功构建出动物和昆虫消化道、排泄物等环境样品成功构建出宏基因组文库宏基因组文库,并筛选到多种在工农业、医药等行业并筛选到多种在工农业、医药等行业具有应用前景的酶、色素、抗肿瘤活性物质、抗生具有应用前景的酶、色素、抗肿瘤活性物质、抗生素等及其编码基因（簇），包括脂酶素等及其编码基因（簇），包括脂酶/酯酶、蛋白酶、酯酶、蛋白酶、淀粉酶、氧化酶、几丁质酶、核酸酶、膜蛋白、淀粉酶、氧化酶、几丁质酶、核酸酶、膜蛋白、4-羟羟基丁酸代谢酶系、生物素合成酶系、色素、抗菌基丁酸代谢酶系、生物素合成酶系、色素、抗菌/肿肿瘤活性分子及抗生素抗性基因等。瘤活性分子及抗生素抗性基因等。第二节第二节 微生物与生物环境间的相互关系微生物与生物环境间的相互关系在生态系统中生物间在生态系统中生物间相互间关系的概念及相互间关系的概念及典型例子典型例子重点：重点：微生物与其它微生物与其它生物环境（包括微生生物环境（包括微生物、动植物）的互生物、动植物）的互生和共生关系和共生关系。一、一、微生物与动物的关系微生物与动物的关系互生，共生，寄生互生，共生，寄生二、二、微生物与植物的关系微生物与植物的关系 互生，共生，寄生互生，共生，寄生三、三、微生物种群之间的相互关系微生物种群之间的相互关系中性关系中性关系 neutralism 偏利关系偏利关系 commensalism协同关系协同关系 synergism互惠关系互惠关系 mutualism竞争关系竞争关系 competition 拮抗关系拮抗关系 antagonism 寄生关系寄生关系 parasitism 捕食关系捕食关系 predation 第二节第二节 微生物与生物环境间的微生物与生物环境间的相互关系相互关系1.1.互生关系互生关系 metabiosis metabiosis 两两种种可可以以独独立立生生活活的的生生物物生生活活在在一一起起时时，都都从从对对方方获获得得利利益益，相相互互提提供供营营养养或或生生态态位。位。举举例例：人人体体肠肠道道正正常常菌菌群群与与宿宿主主的的关关系系，肠肠道道为为微微生生物物提提供供生生存存环环境境，肠肠道道微微生生物物进进行行多多种种代代谢，为人体提供有益物质如维生素。谢，为人体提供有益物质如维生素。一、一、微生物与动物的关系微生物与动物的关系人体不同部位的正常菌群人体不同部位的正常菌群 部位部位 主要微生物主要微生物皮皮肤肤 葡葡萄萄球球菌菌属属、八八叠叠球球菌菌、JKJK群群棒棒状状杆杆菌菌、绿绿脓脓杆杆菌菌、痤痤 疮丙酸杆菌、厌氧革兰阳性球菌、青霉菌属等疮丙酸杆菌、厌氧革兰阳性球菌、青霉菌属等口口腔腔 表表皮皮葡葡萄萄球球菌菌、型型溶溶血血或或不不溶溶血血链链球球菌菌、肺肺炎炎球球菌菌、肠肠球球菌菌屑屑、奈奈瑟瑟球球菌菌属属、他他莫莫拉拉菌菌、大大肠肠杆杆菌菌、嗜嗜血血杆杆 菌菌属属、乳乳杆杆菌菌、类类白白喉喉杆杆菌菌、真真杆杆菌菌属属、梭梭杆杆菌菌属属、类类 杆菌属、厌氧革兰阳性和阴性球菌、白念珠菌等。杆菌属、厌氧革兰阳性和阴性球菌、白念珠菌等。眼结膜眼结膜 表皮葡萄球菌、表皮葡萄球菌、JKJK群棒状杆菌、丙酸杆菌屑等群棒状杆菌、丙酸杆菌屑等鼻咽腔鼻咽腔 葡萄球菌属、葡萄球菌属、型和型和型溶血链球菌、肺炎球菌、奈瑟型溶血链球菌、肺炎球菌、奈瑟 球菌属、嗜血杆菌属、大肠杆菌属、变形杆菌属、厌氧球菌属、嗜血杆菌属、大肠杆菌属、变形杆菌属、厌氧 球菌、白念珠菌等。球菌、白念珠菌等。肠道肠道 大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌属、绿脓杆菌、葡萄球大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌属、绿脓杆菌、葡萄球 菌属、八叠球菌、肠球菌属、产气荚膜杆菌、类杆菌菌属、八叠球菌、肠球菌属、产气荚膜杆菌、类杆菌 属、双岐杆菌、真杆菌属、梭杆菌属、消化球菌、消化属、双岐杆菌、真杆菌属、梭杆菌属、消化球菌、消化 链球菌、白念珠菌、艾柯病毒、腺病毒等。链球菌、白念珠菌、艾柯病毒、腺病毒等。2.2.共生关系共生关系 symbiosis symbiosis 两种生物生活在一起，相互依赖，形成特殊的共两种生物生活在一起，相互依赖，形成特殊的共生结构。生结构。白蚁、蟑螂等昆虫的肠道内含有大量的细菌和原生白蚁、蟑螂等昆虫的肠道内含有大量的细菌和原生动物与其共生。动物与其共生。A A、反刍动物与瘤胃微生物的共生关系：、反刍动物与瘤胃微生物的共生关系：牛、羊、骆驼等反刍动物以草为食，可是它们本身牛、羊、骆驼等反刍动物以草为食，可是它们本身缺乏消化纤维素和木质素的酶。主要靠瘤胃中定居缺乏消化纤维素和木质素的酶。主要靠瘤胃中定居的特定微生物群落来分解纤维素、木质素为的特定微生物群落来分解纤维素、木质素为纤维二纤维二糖和葡萄糖，为动物提供能量来源。糖和葡萄糖，为动物提供能量来源。同时反刍动物同时反刍动物吃进的草料又为这些微生物提供了营养。吃进的草料又为这些微生物提供了营养。牛与瘤胃微生物共生关系示意图牛与瘤胃微生物共生关系示意图CO2，CH4，H2等大量菌体有机酸、乙醇从口中呕气排泄物牛肉、牛奶在皱胃中消化瘤胃吸收瘤胃微生物大量繁殖唾液纤维质饲料自然菌源反刍动物瘤胃中的微生物：反刍动物瘤胃中的微生物：纤维分解菌、淀粉分解菌纤维分解菌、淀粉分解菌果胶分解菌、甲烷产生菌果胶分解菌、甲烷产生菌乳酸分解菌等。乳酸分解菌等。3.3.寄生关系寄生关系 parasitismparasitism 利用寄生关系开展生物防治是生态农业发展方向。利用寄生关系开展生物防治是生态农业发展方向。白僵菌寄生于昆虫引起病害导致昆虫死亡；白僵菌寄生于昆虫引起病害导致昆虫死亡；核核多多角角体体病病毒毒寄寄生生于于棉棉铃铃虫虫引引起起病病毒毒病病导导致致昆昆虫虫死亡。死亡。二、二、微生物与植物的相互关系微生物与植物的相互关系（一）互生关系（一）互生关系 植植物物根根际际(Rhizosphere)(Rhizosphere)微微生生物物也也称称根根圈圈微生物微生物与植物的关系是典型的互生关系。与植物的关系是典型的互生关系。植植物物为为根根际际微微生生物物提提供供分分泌泌物物和和根根冠冠脱脱落落物物作作为为营营养养。微微生生物物产产生生的的代代谢谢产产物物如如生生长长刺刺激素或抗生素，对植物生长有利。激素或抗生素，对植物生长有利。根圈：指植物根系直接影响的土壤范围，包括根系表根圈：指植物根系直接影响的土壤范围，包括根系表面至几毫米（面至几毫米（2 mm）的土壤区域。）的土壤区域。根圈效应根圈效应：生活在根圈中的微生物，在数量、种类和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（即植物活性上都有明显不同，表现出一定的特异性（即植物根圈对微生物数量和种类的影响）。根圈对微生物数量和种类的影响）。根土比（根土比（R/SR/S）根圈中的微生物数量同相应无根系影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，一般在响的土壤中微生物数量之比，一般在5-205-20之间。之间。根圈微生物特点：根圈微生物特点：数量大数量大 活性强活性强 组成简单组成简单种类：种类：细菌：细菌：G-G-无芽孢杆菌占绝对优势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：根圈微生物对植物的影响：1.提供有机营养和生长素。提供有机营养和生长素。2.提高土壤矿质营养的有效性。提高土壤矿质营养的有效性。3.消除消除H2S对植物的毒害。对植物的毒害。4.产生抗生素抑制植物病原菌。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过度生长时竞争矿质营养使植物出现营养不良。养不良。6.产生有毒物质抑制后茬作物种子萌发和产生有毒物质抑制后茬作物种子萌发和幼苗生长。幼苗生长。（二）共生关系（二）共生关系1.1.真菌与植物共生真菌与植物共生 有些真菌在一些植物根上发育，菌丝有些真菌在一些植物根上发育，菌丝体包围在根表面或侵入根内组织共同发体包围在根表面或侵入根内组织共同发育，形成特殊的共生体，叫育，形成特殊的共生体，叫菌根菌根。能与。能与植物形成菌根的真菌叫植物形成菌根的真菌叫菌根真菌菌根真菌。已知有已知有2000多种植物与真菌形成菌根。形成多种植物与真菌形成菌根。形成菌根的真菌有菌根的真菌有担子菌、子囊菌和藻状菌，其担子菌、子囊菌和藻状菌，其中以担子菌最多。中以担子菌最多。根据菌根形态结构可分：根据菌根形态结构可分：1）外生菌根：）外生菌根：真菌菌丝在植物根的表面形成稠密菌套，真菌菌丝在植物根的表面形成稠密菌套，同时在根的皮层细胞间隙形成哈蒂氏网，真菌不侵入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细胞内部。菌丝有隔。外生菌根多为林木菌根2）内生菌根：）内生菌根：内生菌根在根的表面没有菌套，菌丝多半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。皮层细胞内部形成各种不同形状的吸器。泡囊丛枝菌根泡囊丛枝菌根(vesicular-arbuscular mycorrhiza，VA 菌根菌根)：菌丝无隔，侵入皮层细胞内的菌丝呈泡囊状：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，简称和丛枝状故称泡囊丛枝菌根，简称VA菌根。形成菌根。形成VA菌根的植物主要是草本植物。形成菌根的植物主要是草本植物。形成VA菌根的植物占形菌根的植物占形成菌根植物的成菌根植物的90%。菌根对植物的有益功能：菌根对植物的有益功能：1、增大植物根系的吸收面积、增大植物根系的吸收面积2、增加对、增加对P素和其它矿质元素素和其它矿质元素的吸收的吸收3、产生生长刺激素、产生生长刺激素4、产生抗生素、产生抗生素5、增加植物的抗逆性、增加植物的抗逆性6、VA菌根促进根瘤菌的生长菌根促进根瘤菌的生长发育，加强固氮作用发育，加强固氮作用7、兰科植物种子的萌发靠菌、兰科植物种子的萌发靠菌根真菌提供营养物质根真菌提供营养物质二）微生物和植物间的共生关系二）微生物和植物间的共生关系根瘤菌与豆科植物间的共生根瘤菌与豆科植物间的共生-形成根瘤共生体形成根瘤共生体t 根瘤菌固定大气中的气态氮为植根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料；物提供氮素养料；豆科植物的根的分泌物能刺激根豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时还为根瘤菌提供瘤菌的生长，同时还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。保护和稳定的生长条件。t 共生固氮微生物共生固氮微生物 根瘤菌属：根瘤菌属：主要有主要有Rhizobium leguminosarum、R.trifolii、R.melitoti、R.japonicum、R.Astragali等。等。弗兰克氏菌属弗兰克氏菌属：Frankia与非豆科植物共生形成根瘤共生体。与非豆科植物共生形成根瘤共生体。能结瘤的非豆科植物主要是木本植物，如杨梅属、桤木属、能结瘤的非豆科植物主要是木本植物，如杨梅属、桤木属、美洲茶美洲茶)、水牛果和沙棘属等、水牛果和沙棘属等13个属和个属和138种。种。蓝细菌蓝细菌：主要有满江红鱼腥藻：主要有满江红鱼腥藻(Anabaena azollae)与水生蕨类与水生蕨类植物满江红植物满江红(红萍红萍)共生；念珠藻或鱼腥藻与裸子植物苏铁共共生；念珠藻或鱼腥藻与裸子植物苏铁共生形成苏铁共生体等。生形成苏铁共生体等。（三）寄生关系（三）寄生关系 植物病原真菌和植物真菌病害植物病原真菌和植物真菌病害植物真菌病害是植物病害最主要的一类，约占植物真菌病害是植物病害最主要的一类，约占95%95%。病症病症:腐烂、猝倒、叶斑、溃疡、根腐、萎蔫、过度生长等。腐烂、猝倒、叶斑、溃疡、根腐、萎蔫、过度生长等。如半知菌可引起棉花炭疽病、立枯病和黄萎病、水稻稻瘟病如半知菌可引起棉花炭疽病、立枯病和黄萎病、水稻稻瘟病和纹枯病等。和纹枯病等。植物病原细菌和植物细菌病害植物病原细菌和植物细菌病害植物细菌病害约占植物病害的植物细菌病害约占植物病害的3%3%。植物病原细菌：假单孢菌属、黄单胞菌属、土壤杆菌属、棒植物病原细菌：假单孢菌属、黄单胞菌属、土壤杆菌属、棒杆菌属和欧文氏菌属中的一些种类。杆菌属和欧文氏菌属中的一些种类。植物细菌病害症状：植物细菌病害症状：植物发生斑点、顶死、萎蔫、软腐和组织亢进植物发生斑点、顶死、萎蔫、软腐和组织亢进(根癌根癌)等病等病症。症。植物病毒和植物病毒病害植物病毒和植物病毒病害引起植物病害的病毒约引起植物病害的病毒约300300多种，通过植物伤口多种，通过植物伤口侵入。侵入。可通过嫁接、种子、汁液、昆虫等感染其他健康可通过嫁接、种子、汁液、昆虫等感染其他健康植株。植株。病毒病害的病症：病毒病害的病症：花叶型；黄化型；病症为卷叶、缩叶、萎缩、花叶型；黄化型；病症为卷叶、缩叶、萎缩、丛枝、癌肿、矮化以及其他各种畸形。丛枝、癌肿、矮化以及其他各种畸形。微生物在高等植物中寄生，引起植物发病，是一个极其复杂的微生物在高等植物中寄生，引起植物发病，是一个极其复杂的过程，受病原微生物、寄主植物和环境条件三者的影响。过程，受病原微生物、寄主植物和环境条件三者的影响。植物病害的防治植物病害的防治：1 1）选育抗病品种或提高植物的抗病能力；）选育抗病品种或提高植物的抗病能力；2 2）防止病原微生物的传播和侵染；）防止病原微生物的传播和侵染；3 3）改进栽培技术和环境条件，以利寄主植株的生长发育，而不）改进栽培技术和环境条件，以利寄主植株的生长发育，而不利于病原微生物的繁殖和侵染。利于病原微生物的繁殖和侵染。三、三、微生物种群之间的相互关系微生物种群之间的相互关系 微生物种群之间存在下面八种相互关系：微生物种群之间存在下面八种相互关系：中性关系中性关系 neutralism neutralism 偏利关系偏利关系 commensalismcommensalism协同关系协同关系 synergismsynergism互惠关系互惠关系 mutualismmutualism竞争关系竞争关系 competition competition 拮抗关系拮抗关系 antagonism antagonism 寄生关系寄生关系 parasitism parasitism 捕食关系捕食关系 predationpredation Negative 竞争关系竞争关系 competition,拮抗关系拮抗关系 amensalismPositive互惠关系互惠关系 mutualism,协同关系协同关系 synergism,偏利关系偏利关系 commensalism Positive for one,Negative for the other 寄生关系寄生关系 parasitism,捕食关系捕食关系 predationNeither negative or positive 中性关系中性关系 neutralismClasses of InteractionsInteractionSpecies ASpecies BNeutralismCommensalismMutualism/SynergismCompetitionAmensalismParasitism/Predationo+-+oo+-o-互惠关系互惠关系Mutualism-both organisms benefit,interaction is obligatory特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；在组织上形成了特殊的结构。在组织上形成了特殊的结构。地衣地衣-藻类和真菌的共生体藻类和真菌的共生体生理上的共生：生理上的共生：共生菌从基质中吸收水分和共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生藻进行光合无机养料；共生藻进行光合作用，合成有机物；使地衣作用，合成有机物；使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。能在十分贫瘠的环境中生存。结构上的共生：结构上的共生：形成有固定形态的叶状结构。形成有固定形态的叶状结构。协同关系协同关系synergismsynergism 两个微生物种群之间相互受益并保持它们各自两个微生物种群之间相互受益并保持它们各自独立性的松散关系。独立性的松散关系。例：例：土壤中的纤维素分解菌分解纤维素为葡萄糖，土壤中的纤维素分解菌分解纤维素为葡萄糖，为固为固N菌提供菌提供C源；而固源；而固N菌固定大气菌固定大气N，又能改，又能改善纤维分解菌的善纤维分解菌的N素营养。素营养。Commensalism 偏利关系偏利关系-one organism benefits,the other is unaffected捕食关系捕食关系Predation大型微生物直接捕捉、吞食其他小型微生物来满足生存需要的现象大型微生物直接捕捉、吞食其他小型微生物来满足生存需要的现象例如：原生动物以细菌为食。例如：原生动物以细菌为食。Parasitism-one organism benefits,the other is harmed.寄生关系寄生关系一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所需要的一种生物侵入