微生物生态医学宣教专家讲座.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,重点：,微生物与植物之间相互关系,互生、共生、寄生,2.微生物,在C、N、S、P循环中作 用及其相关微生物,微生物生态医学宣教专家讲座,第1页,第一节 生态系统,一、生物圈和生态系统,二、生态系统中能量流和物质流,三、微生物生态系统,特点,作用,组成,微生物生态医学宣教专家讲座,第2页,生态学是一门硕士命系统与环境系统间相互作用规律科学,微生物生态学（Microbial Ecology）是生态学一个分支，它研究对象是微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用规律,生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）、个体（individual）、器官（organ）、组织（tissue）、细胞（cell）、细胞器（organelle）、分子（molecule）,微生物生态医学宣教专家讲座,第3页,生 物 圈,(biosphere)：地球表面进行生命活动有机圈层,生态系统,(ecosystem)：生物群落与其生存环境组成整体系统。它是生物圈基本组成单元，也是功效单元,一、生物圈和生态系统,微生物生态医学宣教专家讲座,第4页,二、生态系统中能量流和物质流,能量流：,能量经过生态系统从一个生物传递给另一个生物现象叫做能量流,物质流：,生态系统内经过生产者、消费者和分解者作用进行物质循环,食物链：,由生产者产生有机物，以食物形式从一系列食用和被食用步骤经过生态系统，形成一个食物链索关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第5页,微环境：,紧密围绕微生物细胞环境，它与微生物关系比大环境更为亲密,稳定性：,群落中优势种作为主导者使群落稳定,适应性：,经过改变群体结构适应新环境,基因流:,微生物生态系统中基因平行转移,三、微生物生态系统,特点,微生物生态医学宣教专家讲座,第6页,微生物在生态系统中主要作用,初级生产者主要组员：光能自养、化能自养微生物,最主要分解者：化能异养微生物参加有机物质矿化,在生物地球化学循环中参加物质转变,代谢产物对动植物和其它微生物促进或抑制作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第7页,微生物生态系统组成,种群(,Populations),共位群(,Guilds),群落(,Communities),生态系统(Ecosystem),微生物生态医学宣教专家讲座,第8页,种群,（population):,生活在同一环境中同种个体细胞生长组成,In a microbial ecosystem individual cells grow to form,populations,微生物生态医学宣教专家讲座,第9页,共位群,(guild):,在代谢作用上相关种群,Metabolically related populations constitute groupings called,guilds,微生物生态医学宣教专家讲座,第10页,群落,（community):,同一环境中两个以上共位群因为生活繁殖与代谢上连锁而组成相互依赖、制约生物群体,Sets of guilds conducting complementary physiological processes interact to form microbial,communities,微生物生态医学宣教专家讲座,第11页,生态系统,(Ecosystem):,微生物群落与大生物群落和环境相互作用则组成一个完整生态系统,Microbial communities then interact with communities of macroorganisms and environment to define the entire,ecosystem,微生物生态医学宣教专家讲座,第12页,生物膜(Biofilm):,微生物细胞与基质表面形成有组织 微生物系统,微生物垫(Microbial mat):,在特定环境发展巨大生物膜,单一细胞层,复杂多层细胞,更为成熟生物膜,细胞团,间隙和导管,微生物生态医学宣教专家讲座,第13页,A Simple Ecosystem,藻类：,O,2,，有机质,化能异养细菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第14页,Community 1,Photic zone cyanobacteria and algae,6CO,2,+6H,2,O C,6,H,6,O,6,+6O,2,Community 2,Oxic zone Chemoorganotrophic bacteria,C,6,H,12,O,6,+6O,2,6CO,2,+6H,2,O,Anoxic zone,Community 3,Guild 1:,methanogenic bacteria,(CO,2,CH,4,),homoacetogenic bacteria,(CO,2,acetate),Guild 2:,sulfate reducing bacteria,(SO,4,2-,H,2,S),sufur-reducing bacteria,(S,0,H,2,S),Guild 3:,denitrifying bacteria,(NO,3,-,N,2,),ferric iron-reducing bacteria,(Fe,3+,Fe,2+,),Guild 4:,fermentative bacteria(fermenting sugar,et al),Individual,Population,lake,ecosystem,微生物生态医学宣教专家讲座,第15页,第二节 自然界中微生物,微生物无处不在！,微生物生态医学宣教专家讲座,第16页,第二节 自然界中微生物,一、,土壤中微生物,二、自然水域中微生物,三、,空气中微生物,四、极端环境下微生物,五、未培养微生物,微生物生态医学宣教专家讲座,第17页,一、土壤中微生物,（一）土壤是适合微生物生活“天然培养基”,因为土壤具备了各种微生物生长发育所需要营养、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤中微生物种类和数量是其它任何生态系统无法比拟。,微生物生态医学宣教专家讲座,第18页,动植物残体、有机肥料,矿物质成份,团粒结构调整了空气和水分含量,渗透压在3-6之间,pH范围多数在5.5-8.5之间,土壤保温性,阻挡紫外线杀伤,微生物生态医学宣教专家讲座,第19页,Very few：free in the soil solution,Most as：microcolonies attached to soil particles,微生物生态医学宣教专家讲座,第20页,原位杂交法得到微生物在土壤颗粒上微菌落形态,微生物生态医学宣教专家讲座,第21页,Soil particles are not homogeneous in terms of their oxygen content,微生物生态医学宣教专家讲座,第22页,Visualization of microorganisms on the surface of soil particles by use of SEM,Left:Rod-shape bacteria,Center:Actinomycete spores（放线菌孢子）,Right:Fungus hyphae（真菌菌丝）,微生物生态医学宣教专家讲座,第23页,细菌：,细菌最多，占土壤微生物总量70-90%,放线菌：,数量次于细菌，约占5-30%,真菌：,数量次于细菌和放线菌，但生物量最高。,藻类：,单细胞硅藻或丝状绿藻等，约占1%,原生动物：,主要包含纤毛虫、鞭毛虫等。它们数量不多，但对土壤有机质分解起着主要作用。,病毒：,主要以噬菌体形态存在，其生物量甚微。,（二）土壤中微生物及生物量,微生物生态医学宣教专家讲座,第24页,Proportion of different soil microorganisms,微生物生态医学宣教专家讲座,第25页,耕作层(15cm)土壤中微生物数量和生物量,类群,菌数,(cfu/g),生物量,(g/m,2,）,细菌,10,8,160,真菌,10,5,200,放线菌,10,5,-10,6,160,藻类,10,4,-10,5,32,原生动物,10,4,38,From L.Hawker:Microorganisms,微生物生态医学宣教专家讲座,第26页,微生物生态医学宣教专家讲座,第27页,20世纪80年代，美国能源部-,地下科学计划（Deep Subsurface Program）,地下微生物在陆地可达4公里处！,微生物生态医学宣教专家讲座,第28页,九十年代早期从地下数公里发觉超微型细菌，用代谢产生CO,2,作指标，计算出其代谢速率仅为地上正常细菌10,-15,，认为它们需要100年才能分裂一次。,1）作为地质标识,2）分离特殊蛋白（基因）,微生物生态医学宣教专家讲座,第29页,在特定土壤中存在含有特征性微生物类群，称为土壤微生物区系。采取各种培养基和培养方法，培养土壤中微生物区系各个组分，从而认识特定土壤微生物区系在数量和类群上特点，称为土壤微生物区系分析,（三）土壤微生物区系,微生物生态医学宣教专家讲座,第30页,1、土壤微生物区系分析法,测定细菌、放线菌和真菌数量：分别采取牛肉膏蛋白胨、高氏一号、马铃薯蔗糖培养基,选择培养基:测定土壤中特定生理功效群数量，如固氮菌、硝化细菌，反硝化细菌、硫化细菌、纤维素分解细菌，厌气菌等,微生物生态医学宣教专家讲座,第31页,2、土壤微生物区系特点,类群、数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子影响,土壤类型不一样而有很大改变,季节影响,微生物生态医学宣教专家讲座,第32页,微生物数量也与于土层深度相关，普通土壤表层微生物最多，伴随土层加深，微生物数量逐步降低,Profile of a mature soil,微生物生态医学宣教专家讲座,第33页,土著性区系,是以土壤腐殖质为主要有机养料，生长慢，数量稳定，作用持久。主要以G,无芽胞杆菌和放线菌等为主,发酵性区系,是以在新鲜动植物分泌物、排泄物和残体为主要有机养料，其代谢活性和数量表现为大起大落间歇性。主要包含假单胞菌属、芽胞杆菌属细菌、青霉、曲霉和毛霉属真菌等,3、,土著性区系与发酵性区系,微生物生态医学宣教专家讲座,第34页,二、自然水域中微生物,(一)自然水域含有微生物良好生活条件,营养物质,溶解氧,渗透压,温度,微生物生态医学宣教专家讲座,第35页,1、,水是良好溶剂，有较丰富营养物质,固有生物死亡、排泄和分泌产生,陆地上污染物,2、,天然水体温度,淡水水体温度在0-36之间,海洋水温100米以下在5以下，表层超出35,温泉水温在70以上，甚至超出100,3、,天然水体pH值,大多数湖泊，江河及池塘在6.5-8.5；海水pH在8-8.3,4、,水中溶解氧存在,适合于好气性M生长，流动江河静止水域，淡水海水,微生物生态医学宣教专家讲座,第36页,（二）淡水水域中微生物,类群：,细菌、真菌、藻类、原生动物等,特点：,运动性（随水流动)、在低营养浓度下生存。,微生物生态医学宣教专家讲座,第37页,江河水中微生物,数量、种类与接触土壤有亲密关系,吸附悬浮有机物及水底,多能,运动，有些含有异常形态（如,柄细菌,）,靠近城市或城市下游水中微生物多，而且有很多危害健康细菌，不宜饮用,微生物生态医学宣教专家讲座,第38页,水中病原微生物会对水质产生主要影响,饮用水微生物指标：,总菌数：,100个/ml,大肠杆菌：,3 个/L,微生物生态医学宣教专家讲座,第39页,占,地球表面面积71%,海洋生境,有机营养物含量低,含盐量高,低温(表层35以下,100米以下0-5),pH值 8.3-8.5,（三）海水中微生物,环境,微生物生态医学宣教专家讲座,第40页,类群：,包含细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物和噬菌体等各类群。,特点：,嗜盐、嗜冷、耐压、低营养。,嗜盐菌 如,Halobacterium halobuim,，在12%饱和盐水中生长。,嗜压菌 如,Pseudomoas xanthocrus,，在400-500个大气压下生长。,（三）海水中微生物,微生物生态医学宣教专家讲座,第41页,富营养化作用-水体受到污染并使水体本身正常生态失去平衡结果,“水华”,（water bloom）,藻类（主要是微藻）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,红潮,（red tides）,在海洋中，一些甲藻类大量繁殖也可形成水花，使,海水出现红色或褐色,微生物生态医学宣教专家讲座,第42页,微生物生态医学宣教专家讲座,第43页,引发水体富营养化藻类除经过消耗水中氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，所以因为富营养化作用致死鱼等水产品不能食用。,微生物生态医学宣教专家讲座,第44页,空气不含有微生物生活良好条件,主要来自：,1、土壤扬起灰尘,2、水面吹起水沫,3、动、植物体表,主要包含：,抗逆性强芽胞，G,+,球菌，霉菌和放线菌孢子,三、空气中微生物,微生物生态医学宣教专家讲座,第45页,农村 城市,海洋上空 9(胞内中性),嗜碱菌(alkaliphiles),Bacillus rotans,能在pH11下生长,（五）高盐环境,极端嗜盐菌(halophiles)，最适生长盐浓度为3.5-4.5摩尔/L,（六）高压环境(海底、油井),深海中极端嗜压菌(barophiles),Pseudomonas bathycete,能在 1.0110,8,Pa,3 生长,微生物生态医学宣教专家讲座,第50页,Wang,et al,.()Journal of Bacteriology 186:3187-3194,Halobacterium,sp,.,NRC-1,是一个能够在饱和盐水环境下生长极端嗜盐古菌,Haloarcula,sp.D1,微生物生态医学宣教专家讲座,第51页,嗜盐菌抗盐机制:,紫膜光能质子泵作用将光能转化为ATP,Na,+,在细胞壁外表面对维持细胞膜、细胞壁结构和功效主要作用,采取细胞内积累高浓度,+,来反抗胞外高渗环境,细胞内积累相容性物质来抵抗细胞外高渗透压,微生物生态医学宣教专家讲座,第52页,五、还未培养微生物,（uncultivated microorganisms）,基于对rRNA（16s和18s）基因序列分析、同源性比较和系统进化树建立，发觉了大量还未在人工条件下取得培养微生物类群。,已为人们所认识仅占很小一部分（通常认为仅为1-10%),微生物生态医学宣教专家讲座,第53页,Phylogenetic analysis of microbial community,微生物生态医学宣教专家讲座,第54页,主要意义,生物多样性和系统发生多样性,（Biodiversity and Phylogenetic Diversity）,从未培养微生物中分离筛选新型基因和天然产物(Novel genes and natural products),美国recombinant biocatalysts Inc企业已从未培养微生物中取得了约300个与工业生产相关新蛋白,微生物生态医学宣教专家讲座,第55页,宏基因组,（Metagenome）,作为一个新名词最初由美国科学家,Handelsman,及其研究组于1998年提出，定义为,“the Genomes of the Total Microbiota Found in Nature”，,即指任何特定环境样品中全部微生物遗传物质总和,微生物生态医学宣教专家讲座,第56页,环境样品,抽提DNA 克隆(各种载体)转化宿主细菌(如大肠杆菌,),宏基因组文库,Metagenomic Library,经过 PCR 或杂交筛选特定序列,随机序列分析Random Sequencing,经过功效活性筛选特定表型阳性克隆,微生物生态医学宣教专家讲座,第57页,第三节 微生物与生物环境间相互关系,一、微生物与植物间关系,二、微生物与动物间关系,三、微生物与微生物间关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第58页,一、微生物与植物间关系,（一）互生关系,（二）共生关系,（三）寄生关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第59页,互生关系：根际微生物,附生微生物,共生关系：根瘤，菌根,寄生：病原微生物,一、微生物与植物间关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第60页,互生关系：,两种能够独立生活生物生活在一起时，都从对方受益，相互提供营养或生态位,“可分可合，合比分好”涣散关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第61页,1、植物根际与根际微生物,（一）互生关系,根圈:植物根系直接影响土壤范围，包含根系表面至几毫米土壤区域,微生物生态医学宣教专家讲座,第62页,根圈是根系分泌作用旺盛部位，根圈营养成份、氧气、水分等与根外土壤差异较大，形成了一个有利于微生物生长特殊生态环境,微生物生态医学宣教专家讲座,第63页,根圈效应,（,Rhizosphere Effect):植物,根圈对微生物数量和种类影响,生活在根圈中微生物，在数量、种类和活性上都有显著不一样，表现出一定特异性,微生物生态医学宣教专家讲座,第64页,根土比（R/S):,根圈微生物数量同对应无根系影响土壤中微生物数量之比称(普通在 5 20 之间),微生物生态医学宣教专家讲座,第65页,根际微生物对植物作用,有利作用：,提供有机养料和生长素类物质,提升土壤矿质养料有效性,消除H,2,S等对植物毒害作用，如水田,产生拮抗类物质抑制病原菌生长,微生物生态医学宣教专家讲座,第66页,不利作用：,过快生长根圈微生物与植物竞争营养,一些根圈微生物产生有毒物质,根际微生物对植物作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第67页,2、附生微生物,植物茎、叶、果实表面微生物,以植物外渗物质和分泌物为营养。每克新鲜植物叶子表面附生着,100万,个微生物,Yeasts;,Pseudomonas;Lactobacillus;Staphylococcus,等,微生物生态医学宣教专家讲座,第68页,（二）微生物与植物共生,根瘤菌与豆科植物：根瘤,弗兰克氏菌与非豆科植物,真菌与植物：菌根,蓝细菌与蕨类植物：红萍,微生物生态医学宣教专家讲座,第69页,两种生物生活在一起，相互依赖，相互得益，形成特殊共生结构,共生关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第70页,共生（1）,根瘤菌与豆科植物,（细菌与植物共生）,形成根瘤共生体,微生物生态医学宣教专家讲座,第71页,根瘤菌吸附于根毛,微生物生态医学宣教专家讲座,第72页,根瘤菌：生物固氮为植物提供氮素养料,植物根分泌物促进根瘤菌生长和定殖，根瘤结构为固氮作用提供厌氧环境，光合产物为其提供碳源和能源,微生物生态医学宣教专家讲座,第73页,微生物生态医学宣教专家讲座,第74页,根瘤菌属（Rhizobium）,中慢生根瘤菌属（Mesorhizobium）,中华根瘤菌属（Sinorhizobium）,固氮根瘤菌属（Azorhizobium）,慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）,Allorhizobium,形成根瘤根瘤菌有6个属,微生物生态医学宣教专家讲座,第75页,根瘤菌“三性”,结瘤性,固氮性,专一性,微生物生态医学宣教专家讲座,第76页,微生物生态医学宣教专家讲座,第77页,类菌体,微生物生态医学宣教专家讲座,第78页,CH,2,NH,O,O,O,HO,O,O,NH,CO,CH,3,CH,2,OH,HO,O,O,CH,2,O,NH,CO,CH,3,O,OH,O,O,O,OH,HO,OH,OH,Chromosome,pSym,D,J I C BA D F E,Nod Proteins,类黄酮,结瘤因子,根瘤菌 豆科植物,根瘤菌与豆科植物之间分子对话,微生物生态医学宣教专家讲座,第79页,共生(2)弗兰克氏菌与非豆科植物（放线菌与植物共生）,有 190 种以上宿主植物，如:,Alnus,（桤木）,Casuarina,（木麻黄）,Myrica,（杨梅）,Coriaria,（马桑）等,微生物生态医学宣教专家讲座,第80页,弗兰克氏菌形成根瘤,微生物生态医学宣教专家讲座,第81页,弗兰克氏菌与非豆科植物共生生态学意义,先锋植物：含有很强适应性和抗逆能力，改进生态环境。,固氮作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第82页,共生（3）：菌根,（Mycorrhiza）,（真菌与植物共生）,菌根真菌：担子菌、子囊菌、藻状菌等,微生物生态医学宣教专家讲座,第83页,外生菌根(Ecotomycorrhiza)：,取代根毛，吸收面积大。,内生菌根(Endomycorrhiza),丛枝菌根(VA菌根,vesicular-arbuscular mycorrhiza)：无隔真菌,非丛枝菌根：有隔真菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第84页,有花植物，含有,外生菌根,约占,3%,，绝大部分都是乔灌木树种,含有,丛枝菌根,植物占,90%,，,多为草本植物，少数为木本植物,其它内生菌根植物占,4%,没有发觉菌根植物占3%,自然界中大多数植物根本没有单纯根系，,菌根存在普遍性!,微生物生态医学宣教专家讲座,第85页,微生物生态医学宣教专家讲座,第86页,外生菌根真菌(plant and hyphae),微生物生态医学宣教专家讲座,第87页,外生菌根结构特点,其共生真菌普通为有隔菌丝，主要有担子菌、子囊菌和半知菌等,根外形成,菌套,；在根内菌丝可侵入植物皮层细胞间隙，形成特殊网状结构（,哈蒂氏网,，Hartig net）,微生物生态医学宣教专家讲座,第88页,菌套,哈蒂氏网,四种不一样外生菌根横切剖面图,微生物生态医学宣教专家讲座,第89页,地上,地下,外生菌根真菌生活史,成熟子实体,幼子实体,次生菌丝体（2N）,初生菌丝体（N）,担子和担孢子,质配,水分、矿物质,光合产物,微生物生态医学宣教专家讲座,第90页,微生物生态医学宣教专家讲座,第91页,外生菌根作用,促进植物生长：增强植物对水分、P、K、N和Ca等矿质养料吸收；提供生长素、抗生素、维生素等,提升植物抗逆性：抗病、干旱、酸碱等,维护植被稳定性,微生物生态医学宣教专家讲座,第92页,Effect of mycorrhiza on plant growth,The plants are six-month-old seedling of Monterey Pine growing in praire soil,微生物生态医学宣教专家讲座,第93页,内生菌根种类,丛枝菌根（,VA,菌根，,vesicular-arbuscular mycorrhiza,）：,存在于80%以上维管植物中；,无隔真菌，近200个种，在植物皮层内形成泡囊和,丛枝。还未取得纯培养！,非丛枝菌根：有隔真菌，担子菌；兰科和杜鹃花科植物。（略）,微生物生态医学宣教专家讲座,第94页,泡囊,丛枝,丛枝菌根（,AM,真菌）,泡囊丛枝菌根,（,VA菌根）,微生物生态医学宣教专家讲座,第95页,真菌与植物细胞共生结构-泡囊和丛枝,微生物生态医学宣教专家讲座,第96页,菌根（内有泡囊和丛枝）,孢子,根外菌丝,微生物生态医学宣教专家讲座,第97页,丛枝菌根真菌主要作用,促进植物对,磷素,等吸收，促进植物生长，提升产量和品质,改进土壤结构及理化性质,提升植物抗逆性：抗旱、抗病、抗盐碱、耐酸、抗污染、抗重金属等,生态意义重大：影响植物多样性，生态系统功效和稳定性,微生物生态医学宣教专家讲座,第98页,丛枝菌根真菌对植物生长促进作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第99页,菌根真菌形成,菌丝桥,Mycelial bridge,Mycorrhizal network,微生物生态医学宣教专家讲座,第100页,地下同种或不一样植物之间均能形成菌丝桥,同位素示踪证实：菌丝桥可进行磷、碳和氮素养分双向传递,微生物生态医学宣教专家讲座,第101页,共生（4）：蓝细菌与蕨类植物,蕨类植物满江红属（,Azolla,）：有6个种,鱼腥蓝细菌（,Anabaena azollae,）,红萍,微生物生态医学宣教专家讲座,第102页,（三）寄生关系：植物病原微生物,病毒类,细菌类：植物病害 3%,真菌类：植物病害 95%,微生物生态医学宣教专家讲座,第103页,植物病原微生物（1）：病毒类,种类：约有300各种,侵染路径：,经过植物伤口侵入植物活细胞和活组织中。,在薄壁组织中繁殖和扩散，最终经过输导组织扩散到整个植株，引发全株感染。,微生物生态医学宣教专家讲座,第104页,植物病毒专性不强，普通引发三类症状：,叶绿体受到破坏，形成花叶、黄化、红化等,矮化、丛簇、畸形等,枯斑、坏死等,微生物生态医学宣教专家讲座,第105页,TMV 引发花叶（枯斑）,微生物生态医学宣教专家讲座,第106页,病毒类病害,小麦丛矮病,小麦黄矮病,小麦红矮病,微生物生态医学宣教专家讲座,第107页,植物病原微生物（2）：细菌类,植物细菌病害约占植物病害,3%。,主要是假单胞菌属、黄单胞菌属、土壤杆菌属、棒杆菌属和欧文氏菌属（,Pseudomonas,Xanthomonas,Agrobacterium,Corynebacterium,Erwinia,）中一些种类。,引发症状有：枯萎、腐败、疫病和菌瘿等,微生物生态医学宣教专家讲座,第108页,Agrobacterium tumefaciens,in biotech,农杆菌造成冠瘿瘤,根癌土壤杆菌,(,Agrobacterium tumefaciens,),微生物生态医学宣教专家讲座,第109页,植物病原微生物（3）：真菌类,真菌是主要植物病原微生物，,约占植物病害,95%,子囊菌：白粉病,担子菌：锈病、黑粉病,半知菌：稻瘟病、立枯病、纹枯病；,棉花炭疽病、立枯病和黄萎病,微生物生态医学宣教专家讲座,第110页,侵染：真菌大多以孢子萌发后形成芽管或菌丝经过植物伤口、自然孔口角质层直接侵入,植物病症：腐烂、猝倒、叶斑、溃疡、根腐、萎蔫、过分生长等,微生物生态医学宣教专家讲座,第111页,真菌类病害,黄萎病,棉花炭疽病,棉苗黑斑病,微生物生态医学宣教专家讲座,第112页,真菌类病害,水稻纹枯病,小麦秆锈病,小麦条锈病,微生物生态医学宣教专家讲座,第113页,真菌类病害,微生物生态医学宣教专家讲座,第114页,第三节 微生物与生物环境间相互关系,一、微生物与植物间关系,二、微生物与动物间关系,三、微生物与微生物间关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第115页,二、微生物与人和动物之间关系,互生关系,共生关系,寄生关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第116页,（一）互生关系,如人体肠道正常菌群与宿主关系主要是互生关系，肠道为微生物提供生存环境，肠道微生物进行各种代谢，为人体提供有益物质如维生素,微生物生态医学宣教专家讲座,第117页,人体内正常菌群,人体各部位存在大量微生物，这些微生物(主要是细菌)在宿主细胞上定居、生长和繁殖，为人体正常菌群,正常菌群对宿主新陈代谢、营养物质转化和消化吸收都含有主要作用，是保持人体生态平衡和内环境稳定主要原因,微生物生态医学宣教专家讲座,第118页,人体不一样部位正常菌群,部位,主要微生物,皮 肤,葡萄球菌属、八叠球菌、JK群棒状杆菌、绿脓杆菌、痤疮丙酸杆菌、厌氧革兰阳性球菌、青霉菌属等。,口 腔,表皮葡萄球菌、型溶血或不溶血链球菌、肺炎球菌、肠球菌屑、奈瑟球菌属、他莫拉菌、大肠杆菌、嗜血杆菌属、乳杆菌、类白喉杆菌、真杆菌属、梭杆菌属、类杆菌属、厌氧革兰氏阳性和阴性球菌、白念珠菌等。,微生物生态医学宣教专家讲座,第119页,部位,主要微生物,眼结膜,表皮葡萄球菌、JK群棒状杆菌、丙酸杆菌屑等。,鼻咽腔,葡萄球菌属、型和型溶血链球菌、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、白念珠菌等。,肠 道,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。,微生物生态医学宣教专家讲座,第120页,（二）共生关系,反刍动物瘤胃与微生物共生关系：前者为后者提供生存环境；后者分解纤维素为纤维二糖和葡萄糖，为动物提供能量起源,微生物生态医学宣教专家讲座,第121页,瘤胃,蜂巢胃,重瓣胃,皱胃,微生物生态医学宣教专家讲座,第122页,共生：反刍动物瘤胃,瘤胃环境,：厌氧、中温、pH5.5-7.0,微生物,：纤维分解菌、淀粉分解菌、果胶分解菌、甲烷产生菌、乳酸分解菌和原生动物等，超出100种,产发酵物,：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、琥珀酸、甲烷等,微生物生态医学宣教专家讲座,第123页,（三）寄生关系 parasitism,专性寄生和兼性寄生（机会致病菌）,人和动物含有较完备天然屏障和防御系统,微生物生态医学宣教专家讲座,第124页,第三节 微生物与生物环境间相互关系,一、微生物与植物间关系,二、微生物与动物间关系,三、微生物与微生物间关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第125页,三、微生物种群之间相互关系,中性关系,Neutralism,偏利关系,Commensalism,协同关系,Synergism,共生关系,Mutualism,竞争关系,Competition,拮抗关系,Amensalism,寄生关系,Parasitism,捕食关系,Predation,微生物生态医学宣教专家讲座,第126页,中性关系,互生关系,共生关系,反抗关系,总体而言，主要有四大类,微生物生态医学宣教专家讲座,第127页,互生关系,共生关系,反抗关系,偏利关系,协同作用,竞争,拮抗,寄生,捕食,中性关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第128页,互生关系,互生：,两种可单独生活生物，当它们在一起时，经过各自代谢活动而有利于双方，或偏利于一方生活方式,“可分可合，合比分好”涣散关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第129页,Negative：,竞争关系、拮抗关系,Positive：,共生,关系、协同关系、偏利关系,Positive for one,Negative for the other：,寄生关系、捕食关系,Neither negative or positive：,中性关系,微生物生态医学宣教专家讲座,第130页,（一）中性关系（neutralism）,两个微生物种群之间没有影响或存在无关紧要相互作用,例子：,微生物生态医学宣教专家讲座,第131页,（二）偏利关系（,commensalism,）,两种微生物可独立生活；当生活在一起时，一个微生物种群因另一个群存在而单方面赢利,例子：,微生物生态医学宣教专家讲座,第132页,（三）协同作用（synergism）,两种微生物可独立生活，当生活在一起时，相互受益,微生物生态医学宣教专家讲座,第133页,1.脱硫弧菌与着色菌,（硫素与碳素）,2.自生固氮菌与纤维素分解菌（氮素与碳素）,微生物生态医学宣教专家讲座,第134页,（四）共生关系,（,symbiosis or mutualism,）,两种微生物生活在一起，分工合作、相互依赖，甚至形成一个整体结构,微生物生态医学宣教专家讲座,第135页,共生关系：地衣（,Lichens,）,蓝细菌（或藻类）与真菌共生,微生物生态医学宣教专家讲座,第136页,生态学意义：共生真菌从基质中吸收水分和无机养料；共生蓝细菌（或藻类）进行光合作用，合成有机物。使地衣能在十分贫瘠环境中生存,微生物生态医学宣教专家讲座,第137页,（五）竞争（competition）,在自然界中很普遍，如争夺养料或双方均需要其它生活条件,微生物生态医学宣教专家讲座,第138页,竞争关系举例,大小两种草履虫争夺营养,微生物生态医学宣教专家讲座,第139页,(六)拮抗（antagonism）,也称偏害作用(amensalism),某种微生物所产生特定代谢产物可抑制或杀死其它微生物,特异性拮抗,（如抗生素）,非特异性拮抗,（如淹制泡菜）,微生物生态医学宣教专家讲座,第140页,特异性拮抗关系举例,青霉菌对G,+,细菌抑制作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第141页,(七)寄生关系（parasitism）,一个微生物生活在另一个微生物体内或体表,例子:,噬菌体,与细菌;,蛭弧菌,（,Bdellovibrio,）与肠杆菌和假单胞菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第142页,噬菌体与细菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第143页,蛭弧菌,Bdellovibrio,微生物生态医学宣教专家讲座,第144页,(八)捕食（predation）,一个微生物直接吞食另一个微生物,捕食者和被捕食者之间数量往往呈周期性波动,微生物生态医学宣教专家讲座,第145页,4.1 the carbon cycle,4.2 the nitrogen cycle,4.3 the phosphate cycle,4.4 the sulfur cycle,第四节 微生物在生态系统中作用,微生物生态医学宣教专家讲座,第146页,化学物质在生物与非生物之间重复交换和转运结果,两个对立过程：,化学元素有机质化(生物合成作用),有机物质无机质化(分解作用),生物地球化学循环（Biogeochemistry cycle）,微生物生态医学宣教专家讲座,第147页,4.1 碳素循环,在二氧化碳和组成生物体各种有机物质之间进行循环,碳素约为生物体干重二分之一；陆地植物和海洋生物每年从地球表面吸收二氧化碳约为空气总含量1/20,微生物生态医学宣教专家讲座,第148页,大气中CO,2,蓄积,化石燃料燃烧,微生物对动植物残体分解,动植物呼吸作用,碳酸盐和珊湖礁分解,微生物生态医学宣教专家讲座,第149页,大气中 CO2 利用,植物光合作用,溶入水中转变为碳酸盐,微生物生态医学宣教专家讲座,第150页,微生物生态医学宣教专家讲座,第151页,微生物在碳素循环中作用,将二氧化碳合成有机物,将含碳有机物分解为二氧化碳,微生物生态医学宣教专家讲座,第152页,光合细菌,(CH,2,O),n,有机物,(CH,2,O),n,有机物,有氧呼吸,植物动物,微生物,CH,4,(CO,2,),光合作用,植物、藻类、,蓝细菌,化能无机,营养细菌,甲烷氧化细菌,沉积 作用,厌氧发酵,厌氧微生物，包含光合细菌,Oxic,Anoxic,甲烷菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第153页,4.2 氮素循环,氮素是生命物质主要组成部分，在氮素循环多数步骤只能由微生物来完成,自然界氮素包含分子氮（N,2,）、无机态铵盐和硝酸盐、有机态蛋白质和核酸等,微生物生态医学宣教专家讲座,第154页,微生物生态医学宣教专家讲座,第155页,Oxic,Anoxic,Nitrification,NO,2,-,N,2,NO,3,-,NH,2,groups,of protein,同化作用,氨化作用,N,2,fixation,NO,N,2,O,Denitrification,NH,3，,NH,4,+,氨化作用,NH,2,groups,of protein,NO,2,-,同化作用,固氮微生物,亚硝酸细菌,硝化作用,硝酸细菌,硝化作用,反硝化作用,反硝化细菌,微生物生态医学宣教专家讲座,第156页,生物固氮作用（biological nitrogen fixation）,复习,生物固氮作用,自生固氮,联合固氮,共生固氮,详见微生物代谢,微生物生态医学宣教专家讲座,第157页,4.3 磷素循环,与其它元素循环相比，磷素无化合价态改变，循环比较简单,不溶性无机磷可溶化；可溶性无机磷有机化；有机磷矿化,微生物生态医学宣教专家讲座,第158页,微生物生态医学宣教专家讲座,第159页,磷肥,土壤中,不溶性磷酸盐,进入土壤中,有机磷,植物及微生物体中有机磷,动物排泄物,中含磷物质,微生物作用,PO,4,3-,动物体中,有机磷,微生物生态医学宣教专家讲座,第160页,4.4 硫素循环,自然界硫素多，硫是组成生命物质必须元素，生物体内，C:N:S 比率约为 100:10:1,