微生物生态2006秋季.pptx

第八章 微生物生态第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念第二节第二节 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系第四节第四节 自然环境中微生物个体生态学和原位研究自然环境中微生物个体生态学和原位研究第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念一、生物圈与生态系统一、生物圈与生态系统生物圈：生物圈：是地球表面进行生命活动的有机圈层。是地球表面进行生命活动的有机圈层。生态系统：生态系统：生物群落与其生活环境组成的整体系统。生物群落与其生活环境组成的整体系统。生物群落：生物群落：动物、植物、微生物；动物、植物、微生物；环境：环境：生物环境和非生物环境，如土壤、水、空气、温度、光生物环境和非生物环境，如土壤、水、空气、温度、光照、风等。照、风等。微生物生态系微生物生态系：微生物与它所处的环境相结合而成整体结构。微生物与它所处的环境相结合而成整体结构。第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念一、生物圈与生态系统一、生物圈与生态系统生物圈生物圈基本单元基本单元功能单元功能单元 基本功能：基本功能：能量的转换、物质的循环能量的转换、物质的循环生态系统生态系统第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念二、生态系统中的能量流和物质流二、生态系统中的能量流和物质流能量流：能量流：能量以食物的形能量以食物的形式从低营养级生物向高营式从低营养级生物向高营养级生物的流动。养级生物的流动。食物链：食物链：不同生物之间以不同生物之间以食物的形式相互联系而成食物的形式相互联系而成的具有依赖性的的锁链式的具有依赖性的的锁链式的食物系统。的食物系统。物质流：物质流：生态系统中生物生态系统中生物元素在不同生物之间或生元素在不同生物之间或生物与环境之间的循环转化。物与环境之间的循环转化。分解者(微生物)初级生产者(植物、光合微生物)食草者(动物、微生物)食肉者(动物、微生物)分解者(微生物)食肉者(动物、微生物)CO2环境 生态系统的能量和物质流第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念二、生态系统中的能量流和物质流二、生态系统中的能量流和物质流1、生产者、生产者通过光合作用将太阳能转变为化学能的生物通过光合作用将太阳能转变为化学能的生物（植物）。（植物）。2、消费者、消费者 消费者是通过有机物而获得生存能量的异养生物（动物）。消费者是通过有机物而获得生存能量的异养生物（动物）。3、分解者、分解者是将复杂的有机物分解为简单的无机物（微生物）。是将复杂的有机物分解为简单的无机物（微生物）。生物功能群：生物功能群：按照生物在生态系统物质循环中的作用而划分按照生物在生态系统物质循环中的作用而划分 的类群。的类群。生物是生态系统中物质和能量循环的主体，而绿色植物又是这生物是生态系统中物质和能量循环的主体，而绿色植物又是这一主体的核心一主体的核心。第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念二、生态系统中的能量流和物质流二、生态系统中的能量流和物质流能量流与物质流的关系能量流与物质流的关系生态平衡：生态平衡：生物与环境之间形成的协生物与环境之间形成的协调、稳定状态。调、稳定状态。生态平衡的三个标志生态平衡的三个标志：1.生产者、消费者、分解者按一定量生产者、消费者、分解者按一定量 的比例结合；的比例结合；2.物质循环和能量流动协调畅通；物质循环和能量流动协调畅通；3.总的输出和输入量平衡。总的输出和输入量平衡。有机质有机质(化学能化学能)无机质化无机质化能量释放能量释放能量储存能量储存太阳能推动太阳能推动相互依赖，相互联系相互依赖，相互联系 微生物与它所处的环境相结合而成整体结构。微生物与它所处的环境相结合而成整体结构。1、微环境：、微环境：与微生物的关系最为密切的直接影响微生物生存和发展的周围与微生物的关系最为密切的直接影响微生物生存和发展的周围环境。环境。2、种群的稳定性、种群的稳定性 在微生物生态系统中，微生物种类的组成具有一定的稳定性。在微生物生态系统中，微生物种类的组成具有一定的稳定性。优势种群、劣势种群优势种群、劣势种群3、适应性、适应性 当环境条件剧烈变化时微生物群体通过形成新的生态系统，以当环境条件剧烈变化时微生物群体通过形成新的生态系统，以适应新的环境。适应新的环境。第一节第一节 生态学的几个基本概念生态学的几个基本概念三、微生物生态系统的特点三、微生物生态系统的特点第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布一、大气中的微生物一、大气中的微生物1、存在形式：、存在形式：孢子等休眠体孢子等休眠体2、来、来 源：源：尘埃等漂浮物尘埃等漂浮物3、常见种类：、常见种类：霉霉 菌菌 细细 菌菌 病原菌病原菌4、大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：、大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：（1）温度、湿度）温度、湿度 （2）地区性质）地区性质 （3）季节的演替）季节的演替 （4）气候条件）气候条件第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（一）淡水微生物（一）淡水微生物1、来源：、来源：土壤、空气、污水等土壤、空气、污水等2、种类：、种类：主要以自养微生物，如光能自养、化能自养菌等主要以自养微生物，如光能自养、化能自养菌等3、影响微生物在淡水中分布的因子：、影响微生物在淡水中分布的因子：营养物质、光线、溶解氧等。营养物质、光线、溶解氧等。第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（二）海洋微生物（二）海洋微生物 海水中的微生物总量远远超过陆地微生物的总量（如藻类）。海水中的微生物总量远远超过陆地微生物的总量（如藻类）。1、种种类类：多多数数是是嗜嗜盐盐菌菌（3%左左右右）、嗜嗜冷冷（5度度）、耐耐高高压压及及极极端嗜热菌端嗜热菌2、分布：、分布：（1）平面分布：近海、河口、海底淤泥表层，数量很高）平面分布：近海、河口、海底淤泥表层，数量很高（2）垂直分布：）垂直分布：表层：好氧性光合微生物（如藻类）表层：好氧性光合微生物（如藻类）中层：紫硫细菌中层：紫硫细菌 底层：厌氧腐生菌及硫酸还原菌底层：厌氧腐生菌及硫酸还原菌 第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布三、极端环境中的微生物三、极端环境中的微生物 极端环境：极端环境：高、低温环境高、低温环境 高盐环境高盐环境 高酸、高碱环境高酸、高碱环境 高压环境高压环境 矿山矿山 沙漠沙漠 油田等油田等 第二节第二节 微生物在自然中的分布微生物在自然中的分布四、微生物的地理分布四、微生物的地理分布1.全球性全球性 微生物广泛存在与全球的各个部位，如大肠杆菌。微生物广泛存在与全球的各个部位，如大肠杆菌。2.地区性地区性 某些微生物只在一定的地区存在，如慢性型大豆根瘤菌某些微生物只在一定的地区存在，如慢性型大豆根瘤菌。第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系一、土壤与微生物的相互作用一、土壤与微生物的相互作用（一）微生物对土壤的作用（一）微生物对土壤的作用1、微生物是土壤形成的先驱生物、微生物是土壤形成的先驱生物 如自养固氮菌，蓝细菌等如自养固氮菌，蓝细菌等2、将土壤中的有机物矿化分解成简单的无机物、将土壤中的有机物矿化分解成简单的无机物 有机态氮向无机氮（氨态氮、硝态氮）的转换等有机态氮向无机氮（氨态氮、硝态氮）的转换等3、微生物本身就是土壤的重要组成成分、微生物本身就是土壤的重要组成成分 土壤是土壤是地球表层的岩石经过风化作用，并在生物因素作用下形成的。地球表层的岩石经过风化作用，并在生物因素作用下形成的。第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系一、土壤与微生物的相互作用一、土壤与微生物的相互作用（二）土壤对微生物的作用（二）土壤对微生物的作用 土壤提供微生物所需的各种营养和环境条件土壤提供微生物所需的各种营养和环境条件营养营养 和和 环境条件：环境条件：有机物有机物 （C、N等）；等）；矿物质（矿物质（P、S等）；等）；水分；水分；空隙（好氧、厌氧环境）；空隙（好氧、厌氧环境）；保温性；保温性；pH值一般为值一般为5.58.5。土壤是微生物天然培养基。土壤是微生物天然培养基。第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系二、土壤中微生物的分布二、土壤中微生物的分布（一）土壤剖面结构与微生物垂直分布（一）土壤剖面结构与微生物垂直分布 有机质层有机质层淀积层淀积层碳酸盐积累碳酸盐积累疏松母质疏松母质淋溶层淋溶层土土体体层层第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系二、土壤中微生物的分布二、土壤中微生物的分布（二）土壤团聚体与微生物的分布（二）土壤团聚体与微生物的分布土土壤壤团团聚聚体体（土土壤壤团团粒粒）：由由土土壤壤矿矿物物质质颗颗粒粒（黏黏粒粒）、微微生生物物、植植物物残残体体以以及及腐腐殖殖质质构构成成的的微微团团聚聚体体经经过过多多次次复复合合和和团团聚聚而而成成的的结结构构(0.2510mm)。不同的团聚不同的团聚体微生物的体微生物的分布不同。分布不同。同一团聚体同一团聚体内外微生物内外微生物的分布不同。的分布不同。团聚体周围的等氧线第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系二、土壤中微生物的分布二、土壤中微生物的分布（二）土壤团聚体与微生物的分布（二）土壤团聚体与微生物的分布团聚体周围的等氧线团聚体周围的等氧线 O2%第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系三、根际微生物三、根际微生物（一）几个基本概念（一）几个基本概念 根际：根际：生生长长中中的的植植物物根根系系能能够够直直接接影影响的土壤范围（响的土壤范围（2毫米）。毫米）。根际效应：根际效应：根根际际内内生生活活的的微微生生物物在在数数量量、种种类类和和活活性性都都不不同同非非根根际际土土壤壤的的微生物。微生物。根土比根土比 根根际际中中微微生生物物数数量量同同相相应应的的非非根根际际土土壤壤中中微微生生物物数数量量之之比比(520)。溶胞物质溶胞物质植物黏液植物黏液渗出物渗出物黏质黏质植物黏液植物黏液渗出物和渗出物和分泌物分泌物植物黏液植物黏液植物黏液植物黏液植物根际植物根际第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系三、根际微生物三、根际微生物（二）根际微生物类群（二）根际微生物类群1、根际细菌、根际细菌 前期：假单孢菌、黄杆菌等；后期：芽孢杆菌、放线菌等前期：假单孢菌、黄杆菌等；后期：芽孢杆菌、放线菌等2、根际真菌、根际真菌 镰孢霉属、青霉属等，分解高分子碳水化合物镰孢霉属、青霉属等，分解高分子碳水化合物3、根际原生动物、根际原生动物 根土比一般在根土比一般在23：1第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系三、根际微生物三、根际微生物（三）根际微生物对植物的影响（三）根际微生物对植物的影响1、主要的有利作用、主要的有利作用（1）改善植物的营养）改善植物的营养（有机物分解、解磷、解钾、固氮作用）（有机物分解、解磷、解钾、固氮作用）（2）为植物提供生长调节物质）为植物提供生长调节物质（维生素、氨基酸、生长刺激物质）（维生素、氨基酸、生长刺激物质）（3）增强了植物的）增强了植物的抵抗土著病原菌抵抗土著病原菌的能力（微生物分泌的抗生菌）的能力（微生物分泌的抗生菌）第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系三、根际微生物三、根际微生物（三）根际微生物对植物的影响（三）根际微生物对植物的影响2、主要的不利作用、主要的不利作用（1）引起作物病害）引起作物病害（寄主植物对病原菌的选择性，连作加重病害的发生）（寄主植物对病原菌的选择性，连作加重病害的发生）（2）产生有毒物质）产生有毒物质（抑制种子的萌发、幼苗的生长、根系的发育）（抑制种子的萌发、幼苗的生长、根系的发育）（3）竞竞争争有有限限的的养养分分（细细菌菌对对重重要要元元素素的的固固定定，果果树树缺缺锌锌的的“小小叶叶病病”、燕麦缺燕麦缺锰锰的的“灰斑病灰斑病”）第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用1、偏利共栖：、偏利共栖：一种微生物得益，而另一种体不受影响（普遍）一种微生物得益，而另一种体不受影响（普遍）。氨化氨化细菌细菌亚硝酸菌亚硝酸菌有机氮有机氮氨态氮氨态氮亚硝酸亚硝酸氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用2、互利共栖：、互利共栖：相互提供营养物质或消耗对对方不利的毒害物质，达到在某一生境中共相互提供营养物质或消耗对对方不利的毒害物质，达到在某一生境中共同生存的目的。同生存的目的。H2S硫酸盐硫酸盐硫酸盐硫酸盐还原菌还原菌绿硫绿硫细菌细菌第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用3、共生：、共生：两种微生物一起时形成高度协调和互利关系的具有两种微生物一起时形成高度协调和互利关系的具有特殊结构的共生体特殊结构的共生体。地衣：是由地衣：是由藻类或蓝细菌藻类或蓝细菌与与真菌真菌形成的共生体，可传代繁衍形成的共生体，可传代繁衍。光合作用吸收矿质营养和水分等草履虫和藻类共生等。草履虫和藻类共生等。第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用4、竞争：、竞争：两种微生物生活在同一环境时争夺养料或环境因素的现象。两种微生物生活在同一环境时争夺养料或环境因素的现象。结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制。第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用5、偏害或拮抗（特异性、非特异性）：、偏害或拮抗（特异性、非特异性）：一种微生物产生特殊代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一种微生一种微生物产生特殊代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一种微生物，而本身不受影响的现象。物，而本身不受影响的现象。酸泡菜与酸牛奶：酸泡菜与酸牛奶：水体中的产氧藻类：水体中的产氧藻类：抗生素产生菌：抗生素产生菌：第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用6、寄生：、寄生：一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，并引起寄主病害或死亡。料，并引起寄主病害或死亡。噬菌体与细菌噬菌体与细菌 粘细菌对细菌的寄生粘细菌对细菌的寄生 第三节第三节 土壤微生物生态系土壤微生物生态系四、土壤微生物群体间的相互作用四、土壤微生物群体间的相互作用7、捕食：、捕食：一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。原生动物对细菌的捕食原生动物对细菌的捕食 藻类对细菌和其它藻的捕食藻类对细菌和其它藻的捕食各种捕食线虫的真菌捕捉器各种捕食线虫的真菌捕捉器1234a4b5a5b1 梯状捕捉网梯状捕捉网 2 环状捕捉网环状捕捉网3 环状捕捉网环状捕捉网 4a 三环菌丝网三环菌丝网4b 绞环和被勒死的昆虫绞环和被勒死的昆虫5a 环状网环状网 5b 被两个环状网勒被两个环状网勒死的线虫和侵入虫体的菌丝死的线虫和侵入虫体的菌丝第四节第四节 自然环境中微生物个体生态学和原位研究自然环境中微生物个体生态学和原位研究一、基本概念一、基本概念群体生态学：群体生态学：研究多种生物构成的群落与环境的相互关系。研究多种生物构成的群落与环境的相互关系。个体生态学：个体生态学：研究一种生物与环境的相互关系。研究一种生物与环境的相互关系。生态学：生态学：群体生态学、个体生态学群体生态学、个体生态学第四节第四节 自然环境中微生物个体生态学和原位研究自然环境中微生物个体生态学和原位研究二、细菌个体生态学研究技术二、细菌个体生态学研究技术需要特异性很高的方法和手段需要特异性很高的方法和手段（一）常规方法（根瘤菌）（一）常规方法（根瘤菌）1、抗药性标记、抗药性标记2、免疫荧光技术、免疫荧光技术（二）核酸探针（二）核酸探针（三）标记基因（三）标记基因（对以上方法作一般性了解）（对以上方法作一般性了解）第四节第四节 自然环境中微生物个体生态学和原位研究自然环境中微生物个体生态学和原位研究三、土壤微生物的原位研究三、土壤微生物的原位研究1、原位研究的意义、原位研究的意义 微生物人工培养条件下表现的性状和规律与环境中的表现不完微生物人工培养条件下表现的性状和规律与环境中的表现不完全一致。全一致。（1）土壤）土壤细菌形态细菌形态 稀释平板法稀释平板法 杆菌杆菌球菌球菌螺旋菌。螺旋菌。直接观察法直接观察法 球菌球菌(90%)杆菌杆菌(10%)（2）世代时）世代时 慢生型根瘤菌：室内培养：慢生型根瘤菌：室内培养：68h；土壤内：；土壤内：35d第四节第四节 自然环境中微生物个体生态学和原位研究自然环境中微生物个体生态学和原位研究三、土壤微生物的原位研究三、土壤微生物的原位研究2、原位研究的方法、原位研究的方法模型生态系统的应用模型生态系统的应用 维诺格拉德斯基，维诺格拉德斯基，19世纪世纪80年代年代，厌氧培养柱厌氧培养柱 20世纪世纪70年代，现代模型生态系统（自然生态系统的简化装置）年代，现代模型生态系统（自然生态系统的简化装置）近近20年来，将分子生物学引入土壤微生物生态学的研究。年来，将分子生物学引入土壤微生物生态学的研究。