微生物的生态ppt.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,#,微生物的生态ppt,微生物的生态ppt,第1页,Section 1,微生物在自然界分布与菌种资源开发,微生物的生态ppt,第2页,一、微生物在自然界中分布,1.,土壤是微生物良好生活场所,2.,土壤中微生物,细菌,放线菌,真菌,藻类 和 原生动物,3.,微生物在土壤中分布影响原因,（一）陆生生境微生物,4.,根圈微生物,微生物的生态ppt,第3页,营养物质,含量范围（）,有机质,0.40,10.0,N,0.02,0.50,P,0.01,0.20,K,0.17,3.30,Ca,0.07,3.60,Mg,0.12,1.50,S,0.01,0.20,温带矿质土壤中主要营养物质含量范围,1.,土壤是微生物良好生活场所,微生物的生态ppt,第4页,微生物的生态ppt,第5页,土壤是微生物良好生活场所,1,、为微生物提供了良好 源、源、能源,2,、为微生物提供有机物 无机盐 微量元素,4,、土壤,p,值范围,5.5,8.5,之间,5,、温度 季节与昼夜温差不大,6,、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分,7,、适宜渗透压,3,、满足了微生物对水分要求,微生物的生态ppt,第6页,细菌,生物量：单位体积内活细胞重量,每克肥土可含,25,亿个细菌,以每亩半尺深耕作层土壤重,30,万斤计,细菌活重约,100,450,斤,2.,土壤中微生物,微生物的生态ppt,第7页,放线菌,多分布在有机物较丰富碱性土壤中,（几万几百万）克土壤,土壤中放线菌数量仅次于细菌,因为菌体大，其生物量与细菌靠近,微生物的生态ppt,第8页,真菌,真菌主要分布在靠近地面土层中,以丝状体和孢子体形式存在于土壤中,(,几千几十万个,)/,每克土壤，,因为菌体粗大，其生物量不低于细菌，放线菌，为,0.6mg,g,土壤，菌丝最长可达米。如酵母在果园土壤里含量几十万个,g,土壤。,微生物的生态ppt,第9页,藻类和原生动物,藻 类 （万个克土）,原生动物 （万个克土）,纤毛虫，鞭毛虫、肉足虫等为主，它们以其它微生物和有机物碎片为食，对其它几类微生物数量起调整作用。,微生物的生态ppt,第10页,土壤中各种微生物含量,细菌（,10,8,）放线菌,*,（,10,7,）霉菌,*,（,10,6,）酵母菌（,10,5,）藻类（,10,4,）原生动物（,10,3,）,经过土壤微生物代谢活动，可改变土壤理化性质，进行物质转化，所以，土壤微生物是组成土壤肥力主要原因,微生物的生态ppt,第11页,1,）土壤微生物数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、,pH,等因子影响，并随,土壤类型,不一样而有很大改变。,2,）土壤微生物数量和分布受,季节,影响；,3,）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。,3.,土壤中微生物分布特点,微生物的生态ppt,第12页,根圈：,也称根际，指生长中植物根系直接影响土壤范围。,根际效应：,植物根际对微生物数量和种类影响称为根际效应（,rhizosphere effect,）。,在数量方面常见,根土比,（,R/S ratio,）即根际微生物数量与非根际土壤微生物数量比值来表示。,R/S,值普通为,5,20,，有时可高达,100,以上，该值随植物种类、生育期和土壤类型等而改变,4.,根圈微生物,微生物的生态ppt,第13页,根圈微生物对植物生长有益影响：,1.,改进植物营养,:,：根圈微生物旺盛代谢作用和所产生酶类，加强了有机物质分解，促进了营养元素转化，提升了土壤中磷素与其它矿质养料可给性。,2.,根圈微生物分泌维生素、氨基酸、生长刺激素等生长调整物质能促进植物生长。,3.,根圈微生物分泌抗菌素等物质，有利于作物防止土著性病原菌侵染。,4.,产生铁载体,:,铁载体是微生物在缺铁性胁迫条件下产生一个特殊、对微量三价铁离子含有超强络协力有机化合物。,铁载体包含氧肟酸盐,儿茶酚盐等,微生物的生态ppt,第14页,不利影响,1.,引发作物病害,2.,一些有害微生物虽无致病性，但它们产生有毒物质能抑制种子发芽、幼苗生长和根系发育。,3.,竞争有限养分。,微生物的生态ppt,第15页,微生物水域环境,水中无机盐,水中有机物,pH,值,温度,光线,（二）水生生境微生物,微生物的生态ppt,第16页,细菌总数不得超出 ：,100,个,/,毫升,饮用水消毒常见方法：加入液态氯或次氯酸盐,大肠菌群指数不得超出 ：,3,个,/,升,我国相关法规对饮用水微生物指标要求,微生物的生态ppt,第17页,空气干燥，不利于微生物生命活动不是微生物生长繁殖场所但却飘浮着相当数量微生物，来自地面、动植物、尘土。,（三）大气生境微生物,空气中微生物数量是大气污染程度标志之一,微生物的生态ppt,第18页,（四）极端环境下微生物,嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、,嗜盐菌、嗜压菌、抗辐射微生物,（五）动物、植物体表、体内以及工,农业产品,微生物的生态ppt,第19页,二、菌种资源开发,1,、采集菌样,2,、富集培养,3,、纯种分离,4,、性能测定,微生物的生态ppt,第20页,1,、采集菌样,比如在腐木和堆肥中纤维素和木质素分解菌较多；,在果实、蜜饯表面酵母菌较多；,在蔬菜、牛奶中乳酸菌较多；,在动物肠道和粪便中，革兰氏阴性无芽孢厌养菌和肠道细菌较多；,在谷物种子上曲霉、青霉和镰孢霉较多；,而在油田、炼油厂附近土壤中，则以石油分解微生物较多。,微生物的生态ppt,第21页,现以从土壤中筛选抗生素产生菌为例来介绍采样中必须考虑到几个问题。,（,1,）土壤中有机物含量 有机物含量高，土质就肥，普通在其中微生物数量也越多，反之亦然。过于肥沃土壤，往往细菌含量过多，而放线菌却比较少。所以，在寻找拮抗性放线菌时，普通可采集一些园土或耕作过农田土。而要分离拮抗性真菌时，因为它们对碳水化合物需要量较大，故可到植物残体丰富枯枝落叶层下土壤或沼泽土中去寻找。,（,2,）采土深度 土壤深度不一样，其通气、养分和水分分布情况也不一样。表层土壤因为直接收日光曝晒，故较干燥，微生物也不易大量繁殖。在离地面,5,20cm,处土壤，微生物含量最高。,微生物的生态ppt,第22页,（,3,）采土方法 选择好适当地点后，用小铲子除去表土，取,5,20cm,处土样几十克，盛入事先灭过菌防水纸袋内。采好土样应尽快分离。在采土时候，一个地域采土点不能太少，不然就不能代表该地域微生物类群。,（,4,）采土季节 以,春秋,两季为宜。这时土壤中养分、水分和温度都较适宜，微生物数量也最多。采土时尤应注意土壤中含水量，水分过多会造成厌氧环境，不利于放线菌生长繁殖。真菌虽需要较高相对湿度，但基质中水分却不宜过多。所以要防止在雨季采集土样。另外，土壤,pH,也应适当注意，细菌和放线菌在中性或微碱性土壤中居多，而真菌则在偏酸性土壤中较丰富。,。,（,5,）植被情况 植被种类对微生物分布有着亲密关系。比如，在冬天灌水水稻田土壤中，以真菌,Cephalosporium,（头孢霉属）种类较多。但总说来，这方面规律还知道得极少,微生物的生态ppt,第23页,2,、富集培养,又称增殖培养。就是利用加富培养基原理，在所采集土壤等含菌样品中加入一些特殊营养物，并创造一些有利于待分离对象生长条件，使样品中少数能分解利用这类营养物微生物乘机大量繁殖，从而有利于分离它们。,依据微生物营养特征能够知道，假如自然菌样中含有某一物质较多，则其中含有能分解这一物质微生物普通也较多。假如原有菌样中这类微生物不多，则可人为地加入对应基质以促使它们生长繁殖。,微生物的生态ppt,第24页,比如，通常可在土壤中加入一些石油以促使其中少数能利用石油作碳源微生物数量剧增；又如，在土样中加入纤维素也能够富集纤维素分解微生物，等等。,不过，这类富集方法，普通不适合用于分离能产生一些物质微生物。比如，不可能把谷氨酸加入到土壤样品中去，以使产谷氨酸微生物大量繁殖。不过，假如咱们已知道所要分离微生物一些特殊生理特征，也能够采取有利于这种微生物而不利于其它无关微生物营养和培养条件，以到达富集培养目标,微生物的生态ppt,第25页,3,、纯种分离、筛选,目标,:,经过富集微生物即使在数量上占优势,不过得到培养物还是各种微生物混合物,所以需要进行菌种分离。,常见分离方法有：,（,1,）稀释分离法,(,倾注平板；涂布平板）,（,2,）平板划线分离法,10,-1,10,-2,10,-3,10,-4,10,-5,10,-6,10,-7,10,-8,10,-9,微生物的生态ppt,第26页,菌种初筛,分离得到菌种，需要深入筛选选择产物合成能力较高菌株。生产性能测定即经过初筛和复筛来确定。,初筛：,从分离得到大量微生物中将含有目标产物合成能力微生物筛选出来过程。,微生物的生态ppt,第27页,方法：,1,、平板筛选,例：水解酶菌株在培养基中加入该酶底物作为唯一碳源或氮源，适温培养后依据水解圈和菌落大小来判断产酶活力大小。,2,、摇瓶发酵筛选,靠近发酵条件，易于扩充培养。,特点：,简单快速，活性只能相对比较，不能得到确切产量。,微生物的生态ppt,第28页,（4）筛选,从菌体形态变异分析,平皿快速检测法,摇瓶培养法,微生物的生态ppt,第29页,（1）从菌体形态变异分析,有些菌体形态变异与产量,变异存在着一定相关性。,如在灰黄霉素产生菌荨麻青霉育种中，曾发觉菌落棕红色变深者往往产量有所提升。,微生物的生态ppt,第30页,（2）平皿快速检测法,A、,纸片培养显色法:,浸有指示剂滤纸,B、,变色圈法:,直接用显色剂或指示剂,C、,透明圈法:,混浊底物被分解后形成透明圈。如可溶性淀粉、碳酸钙等。,D、,生长圈法:,利用一些含有特殊营养要求微生物作为工具菌,E、,抑制圈法,微生物的生态ppt,第31页,产淀粉酶菌株筛选,微生物的生态ppt,第32页,产蛋白酶菌株筛选,微生物的生态ppt,第33页,产普鲁兰酶菌株筛选,微生物的生态ppt,第34页,纤维素酶产生菌筛选,刚果红染料进入产纤维素酶真菌，产纤维素酶真菌首先分解纤维素物质为含有葡聚糖等结构多聚糖类物质，多聚糖与刚果红形成多聚糖,-,刚果红复合物，复合物不但被吸附在菌丝外，而且能被深入转运吸收至菌丝内部。经过深入降解，多聚糖被分解而加以利用，而刚果红则被保留在菌丝体内，使菌落展现红色。,微生物的生态ppt,第35页,所以，初筛工作以量为主，测定准确性还在其次；,初筛伎俩应尽可能快速、简单。,微生物的生态ppt,第36页,菌种复筛,普通用,摇瓶发酵,培养，发酵液用准确分析方法测定。,复筛过程能够结合各种培养条件进行筛选，方便初步掌握适合野生型菌株培养条件，为育种服务。,复筛目标：确认符合要求菌株；,复筛以质为主，应准确测定每个菌株生产指标。,微生物的生态ppt,第37页,4,、性能测定,1,）微生物生物学特征初步判定；,2,）产物定性或定量分析；,3,）前期评价（生长特征、毒性、效价、稳定性等）；,4,）工艺指标试验（培养液粘度、菌体聚集度等）。,微生物的生态ppt,第38页,Section2,微生物与生物环境间关系,微生物的生态ppt,第39页,在自然界中，各种微生物极少单独存在，总是较多地聚在一起，也经常与其它生物出现在一个限定空间内，它们之间可能发生相互作用，并由此组成微生物以及微生物与其它生物间非常复杂而多样化关系。,一、互生,定义：两种生物能够独立生活。也能够形成相互联合，对一方有利，或双方都有利。,（一）微生物间互生关系,固氮菌,和,纤维素分解菌,，二者互生关系较为经典，固氮菌可利用纤维素分解菌产生有机酸作为碳源和能源而大量繁殖，并进行固氮；使纤维素分解菌也防止因为本身代谢产物积累过多而中毒；同时可利用固氮菌前提氮素营养物质，生长愈加旺盛。增强了分解纤维素能力。因为它们互生关系，提升了土壤肥力。,微生物的生态ppt,第40页,（二）微生物与人及动物间互生关系,人及动物与其正常菌群即是互生关系。,如双岐杆菌，乳酸杆菌等能合成各种人体生长发育必须,维生素,，如,B,族维生素（维生素,B1,、,B2,、,B6,、,B12,），维生素,K,，烟酸、泛酸等，还能利用蛋白质残渣合成,非必需氨基酸,，如天冬门氨酸、丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等，并参加糖类和蛋白质代谢，同时还能,促进铁、镁、锌,等矿物元素吸收。这些营养物质对人类健康有着主要作用，一旦缺乏会引发各种疾病。,微生物的生态ppt,第41页,正常菌群：,生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且普通是有益无害微生物，称为,正常菌群,。,正常菌群与人体关系：,普通能维持平衡，菌群内部各种微生物之间，也是相互制约而维持相对稳定。,改变情况：,正常菌群是相正确、可变、有条件。,机体防御机能减弱时，一个别正常菌群会成为病原微生物；,正常菌群在非正常部位时也可引发疾病；,因为外界原因影响，破坏了各种微生物之间相互制约关系，正常菌群也会引发疾病（菌群失调症）。,微生物的生态ppt,第42页,无菌动物（,germ-free animal,）,：体内外检验不到任何正常菌群动物,悉生生物（,gnotobiotics,）：,已经人为接种某已知纯种微生物无菌动物,微生物的生态ppt,第43页,（三）微生物与高等植物之间互生关系,根际微生物与高等植物间也为互生关系。植物根在生,长过程中，向周围土壤中分泌各种有机物质，并有些脱落,物，都为微生物提供所需营养物质，植物发达根系改,善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物生长。,微生物的生态ppt,第44页,二、共生,定义：,两种微生物紧密地生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利生存条件,特点：在生理上相互分工，交换代谢活动产物；,在组织上形成了新结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。,微生物的生态ppt,第45页,（一）微生物间共生,经典例子是,地衣,。,地衣组成：,真菌,（子囊菌，担子菌）、,单细胞藻类（,绿藻，蓝藻）,地衣结构：形成有固定形态叶状结构，真菌无规则地缠绕藻类,细胞，或二者组成一定层次排列。,地衣代谢：地衣中,真菌和藻类,已形成,特殊形态整体了,，在生理上相互依存，真菌营异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。,微生物的生态ppt,第46页,（二）微生物与植物间共生体,1,、根瘤：豆科植物与固氮菌共生、非豆科植物与放线 菌共生,2,、菌根菌和植物,菌根,：有些真菌能够在一些植物根上发育，菌丝体着生根表面或侵入根内，形成两种生物共生体菌根。,能够与植物共生形成菌根真菌，称为,菌根菌,。菌根菌包含藻状菌，子囊菌和半知菌。以担子菌为最多。能与真菌共生植物有,种,微生物的生态ppt,第47页,根毛,根瘤菌,侵入线,已侵入,根瘤菌,根瘤,根瘤形成过程,微生物的生态ppt,第48页,菌根作用：,帮助植物吸收水分和养料；,调整植物代谢；,增强植物抗病能力,菌根种类：,（,1,）外生菌根：,主要分布于木本乔、灌木；可形成菌套；或哈蒂氏网,（,2,）内生菌根,：,最常见和最主要是泡囊,-,丛枝状菌根,微生物的生态ppt,第49页,真菌菌丝体紧密地包围植物幼嫩吸收根形成致密鞘套，有些鞘套 还长出菌丝，取代了植物根毛，个别菌丝只侵入根外皮层细胞间隙而形成特殊网状结构，称,外生菌根,微生物的生态ppt,第50页,内生菌根：,菌丝体存在于根皮层薄壁细胞之间，而且进入细胞内部，而在根系较少，所以具内生菌根植物，普通都保留着根毛。,因为它们含有与植物共生高度专一性，迄今还未分离取得纯培养体,微生物的生态ppt,第51页,（三）微生物与动物共生,1,、微生物与昆虫共生：,外共生：比如白蚁与其肠道内微生物之间共生,食木质白蚁本身并不能分解纤维素，必须依赖肠道内共生原生动物和细菌经过厌氧发酵过程来分解纤维素。,内共生：昆虫与其细胞内共生性细菌,这些细胞内共生性细菌能为宿主提供,B,族维生素，使昆虫能以缺乏维生素植物为生。,微生物的生态ppt,第52页,2,、,瘤胃微生物,牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收糖类。,反刍动物有四个胃，前两个胃叫,瘤胃和网胃，后两个胃叫瓣胃和皱胃,，瘤胃和网胃是草料暂时贮存，分解，加工场所，,pH5.8,6.8,之间，适宜微生物生长，有大量纤维素、淀粉、脂肪分解菌。,当草料抵达瘤胃和网胃时，首先是,纤维素菌,将纤维素分解为纤维二糖、葡萄糖被其它微生物吸收利用转化，产生乳酸，丁酸、脂肪酸等有机酸和,CO,2,；,CH,4,等气体，前两个胃没有消化完草料进入后两胃，由其分泌蛋白酶消化分解产生氨基酸、维生素等。被动物体吸收利用。,微生物的生态ppt,第53页,三、寄生,定义：,一个生物侵入另一个生物体内吸收自己所需要营养物质进行生长繁殖，在一定条件下对后者造成损害或死亡现象,类型：,专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）,兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）,或细胞内寄生、细胞外寄生,微生物的生态ppt,第54页,（一）微生物间寄生关系,1,、噬菌细菌：一个细菌能够寄生在另一个细菌体内，如,食菌蛭弧,菌,能寄生在大肠杆菌等许多,-,菌体内。,2,、真菌间：一个真菌寄生在另一个真菌间较普遍，其方式：,（,1,）寄生物先分泌毒素，引发寄主活力衰退，然后再缠绕致死,（,2,）有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主菌丝紧紧地缠绕,起来，由接触部位侵入寄主菌丝内，吸收营养使之死亡。,微生物的生态ppt,第55页,（二）微生物对植物寄生,微生物对植物寄生很普遍，这是植物发生病害主要原因，能引发植物病害微生物称为,植物病原微生物,。,植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状，能引发植物病害有,真菌、细菌、病毒,等。,微生物的生态ppt,第56页,1,、植物病害中以,真菌病害为主,，,占,95%,担子菌纲病原菌能引发小麦铁锈病，和黑穗病。半知菌类可引发棉花炭疽病，立枯病，黄萎病，水稻稻瘟病等。藻菌纲可引发马铃薯与蕃茄晚疫病。子囊菌纲可引发大麦和苹果白粉病等。,2,、,细菌性植物病害,占。,大多为无芽孢，具鞭毛,-,菌。假单胞杆菌属，黄杆菌属，土壤杆菌属，棒杆菌属和欧文氏菌属等，这些病原菌主要从植物气孔等自然孔口和伤口侵入植物体内，寄生在组织细胞间或导管中，引发传染病害。,微生物的生态ppt,第57页,（三）微生物对人与动物寄生,微生物在人体和动物体内寄生引发人与动物传染病，这些微生物称为,动物病原微生物,。,常见畜禽传染病有,炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病,等。,病原微生物寄生在有益动植物体内会给大家造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益，能够加以利用。如微生物寄生在有害昆虫体内，引发害虫致病死亡，对农产品发展是有利，昆虫病原菌包含细菌真菌病毒等几类。,当前利用微生物毁灭农业害虫已成为微生物防治一个主要方面。现被大家利用微生物有,苏云金杆菌等细菌、白僵菌等真菌及昆虫病毒等。,微生物的生态ppt,第58页,四、拮抗,定义：,一个微生物生命活动中，经过产生一些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物生长繁殖，或毒害杀死其它微生物现象。,类型：,1,、非特异拮抗关系,如乳酸菌能产生乳酸，能抑制腐败菌生长，酸菜泡菜不易烂就因如此。这种抑制作用没有特定专一性，对不耐酸菌都有抑制作用。,2,、特异拮抗关系,一个微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，含有选择性地抑制或杀死其它种微生物,前种菌称为抗生菌，后者称为敏感菌，拮抗性物质称抗生素。如青霉素产生与病原菌之间关系。,微生物的生态ppt,第59页,五、捕食,定义：,一个大型生物直接捕捉、吞食其它小型生物来满足生存需要现象,类型：,1,、原生动物：捕食水体和土壤中细菌，放线菌，真菌孢子及单细胞藻类为食,2,、捕食性真菌：捕食线虫,微生物的生态ppt,第60页,6,、竟争,一个微生物生命活动中，经过产生一些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物生长繁殖，或毒害杀死其它微生物现象。,微生物的生态ppt,第61页,Section 3,微生物与自然界物质循环,微生物的生态ppt,第62页,一、碳循环,二、氮循环,三、硫循环,六、其它元素微生物转化,四、磷循环,五、铁循环,Section 3,微生物与自然界物质循环,微生物的生态ppt,第63页,一、碳循环,微生物的生态ppt,第64页,碳素循环包含,CO,固定,:,绿色植物和微生物经过光合作用固定自然界中,CO,，合成有机物碳化物,CO,再生,:,动物、植物和微生物进行呼吸作用取得能量，同时放了,CO,动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解,时，产生大量,CO,微生物的生态ppt,第65页,微生物在碳素循环中含有非常主要作用，它们既参加固定,CO,光合作用，又参加再生,CO,分解作用。,1,、光合作用：,参加光合作用微生物主要是,藻类，蓝细菌和光合细菌,，它们经过光合作用，将大气中和水体中,合成为有机碳化物。尤其是在大多数水生环境中，主要光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。,2,、分解作用,：自然界有机碳化物分解，主要是微生物作用。,陆地和水域有氧条件中，经过好氧微生物分解被彻底氧化为,CO,2,；在无氧条件中，经过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有要酸、甲烷、氢和,CO,。,能分解有机碳化物微生物很多，主要有细菌、真菌和放线菌。,微生物的生态ppt,第66页,微生物在氮素循环中作用,氮素是生物体合成及蛋白质主要成份，是组成生物体必需元素。,大气体积中约有,79,是分子态氮，但全部植物、动物和大多数微生物都不能直接利用。初级生产者植物体需要氨盐、硝酸盐等无机氮化物、在自然界为数不多，经常限制了植物体发展，只有将分子氮进行转化和循环，才能满足植物体对氮素营养需要。所以氮素物质相互转化和不停地循环，在自然界十分主要。,微生物的生态ppt,第67页,二、氮循环,微生物的生态ppt,第68页,自然界中氮素循环及,微生物在氮素循环中作用,氮素循环包含：,固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用,微生物参加氮素循环全部过程，并在每一过程中都起主要作用。,1,、固氮作用,分子态氮被还原成氨和其它氮化物过程称为固氮作用。自然界氮固定，有两种方式,:,一是非生物固氮，即经过闪电、高温放电等固氮，这么形成氮化物极少；,二是生物固氮，即经过微生物作用固氮，大气中以上分子态氮都是微生物活性而固定成氮化物。,微生物的生态ppt,第69页,生物固氮与化学固氮比较,生物固氮化学固氮,生产条件温和（中温、常压）高温（,500,）高压 （,200500atm,）,产量根瘤菌属,250Kg/,公顷,非豆科植物共生固氮菌,22Kg/,公顷,自生固氮菌,0.52.5Kg/,公顷,共计：,1.7,10,8,吨,/,年,5.0 10,7,吨,/,年,其中：草原,3.5 10,7,吨,林地,4.0 10,8,吨,海洋,3.6 10,8,吨,其它土壤,0.6 10,8,吨,微生物的生态ppt,第70页,2,、氨同化,植物从土壤中吸收铵,或由硝酸盐还原形成铵后会马上被同化为,氨基酸,。氨同化在根、根瘤和叶部进行,已确定在全部植物组织中,氨同化是经过,谷氨酸合成酶循环,进行。在这个循环中有两种主要酶参加催化作用,它们分别是,谷氨酰胺合酶,(glutamine synthase,，,GS),和,谷氨酸合成酶,(glutamate synthetase,，,GOGAT),。,微生物的生态ppt,第71页,3,、氨化作用,微生物分解有机氮化物产生氨过程称为氨化作用。,很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，氨化作用产生氨，一个别供微生物，植物同化，一个别被转变成硝酸盐。,含氮有机物种类,：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等,分解蛋白质微生物种类：,Pseudomonas fluorescens,（荧光假单胞菌），,Proteus vulgaris,（普通变形杆菌），,Bacillus megaterium,（巨大芽孢杆菌），,B.subtilis,和,B.mycoides,（蕈状芽孢杆菌），,Clostridium putrificum,（腐败梭菌）。,分解尿素细菌,如,Sporosarcina ureae,（脲芽孢八叠球菌）和,Bacillus pasteurii,（巴氏芽孢杆菌）。,分解几丁质细菌,如,Bacterium chitinophilum,（嗜几丁杆菌）和,Chromobacterium chitinochroma,（几丁色色杆菌）等。,意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用,。,微生物的生态ppt,第72页,4,、硝化作用,微生物将,氧化成硝酸盐过程称为硝化作用；,整个过程由两类细菌分两个阶段进行。,第一阶段,是,被氧化为亚硝酸盐，靠,亚硝酸细菌完成,，,第二阶段,是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，靠,硝酸盐细菌完成,。,硝化作用形成硝酸盐，在有氧环境中，被植物微生物同化。,意义：是自然界氮素循环中不可缺乏一环，对农业无益。,微生物的生态ppt,第73页,5,、硝酸盐还原,大多数植物虽能吸收,NH,4,+,但在普通田间条件下,NO,3,-,是植物吸收主要形式。,NO,3,-,进入细胞后,就被硝酸还原酶和亚硝酸还原酶还原成铵。在此还原过程中,每形成一个分子,NH,4,+,要求供给,8,个电子。硝酸盐还原,(nitrate reduction),过程以下,:,微生物的生态ppt,第74页,同化型硝酸还原,硝酸盐作为氮源,微生物的生态ppt,第75页,同化和异化型硝酸还原酶区分：,同化型硝酸还原酶：,不受,ATP,抑制，对氧气不敏感，以,NADPH,为辅基。存在于,细胞质内,。,当硝酸盐作为环境中唯一氮源时，它被诱导合成。该酶含有黄素和金属钼原子，以,NAD(P)H,为其辅酶,异化型硝酸还原酶：,受到,ATP,和氧气,抑制，受,硝酸诱导,。以,NADH,为辅基。存在于细胞膜上。,由两个不一样亚基组成，,-,亚基分子量为,155 000,，,-,亚基分子量为,63 000,，它辅因子由黄素、金属钼和铁硫蛋白组成，其辅酶是,NADH,。,异化型酶存在于许多兼性好氧性细菌，,多为与膜结构,结合不溶性普通含铁及钼分子量数十万，以细胞色素为电子供体,.,微生物的生态ppt,第76页,6,、异化性硝酸盐还原作用,（,dissimilatory nitrate reduction,）,定义：硝酸粒子作为呼吸链末端电子受体被还原为亚硝酸反应。有时亚硝酸可深入经过亚硝酸铵化作用（,nitrite ammonification,）而产生氨或深入经过反硝化作用（,denitrification,）产生氮气、,NO,或,N,2,O,。,菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸菌种。,微生物的生态ppt,第77页,7,、反硝化作用,定义：,由硝酸盐还原成,NO,2,并深入还原成,N,2,过程（广义）。狭义反硝化作用仅指由,亚硝酸还原成,N,2,过程,。,条件：,厌氧（淹水土壤或死水塘中）。,菌种：,大个别反硝化细菌是,异养菌,，比如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为碳源和能源，进行,无氧呼吸,。,少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐取得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用最终电子受体。,意义：,反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养含量，,土壤中氮元素流失主要原因之一，,对农业生产不利，,水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有,25%,左右。,农业上常进行中耕松土，以预防反硝化作用。,反硝化作用是氮素循环中不可缺乏步骤，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中,NO,3,-,降低，消除因硝酸积累对生物毒害作用。,微生物的生态ppt,第78页,8,、亚硝酸氨化作用,定义：亚硝酸经过异化性还原能够经羟胺而转变成氨，,叫做亚硝酸氨化作用,。,菌种：,Aeromonas,（气单胞菌属）、,Bacillus,（芽孢杆菌属）、,Enterobacter,（肠杆菌属）、,Flavobacterium,（黄杆菌属）、,Nocardia,（诺卡氏菌属）、,Vibrio,（弧菌属）和,Staphylococcus,（葡萄球菌属）等。,微生物的生态ppt,第79页,三、硫素循环,硫是生物主要营养元素，它是一些必需氨基酸、一些维生素、辅酶等成份。,在自然界，硫素以元素，,，硫酸盐和有机态硫形式存在，而植物普通只能以无机盐类作为养料。所以，,S,素各种形式循环转化，对植物营养非常主要。,（一）自然界中硫素循环,硫素循环可划分为,分解作用，同化作用，无机硫氧,化作用和无机硫还原作用,微生物参加素循环全过程，并起很主要作用。,微生物的生态ppt,第80页,有机硫化物,硫酸盐,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫氧化作用,无机硫氧化作用,无机硫还原作用,1,、分解作用：,动、植物和微生物尸体中有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、,等）过程称为分解作用。,2,、同化作用,微生物利用硫酸盐和,H,2,S,，组成本身细胞物质过程称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源种类。仅少数微生物同化,。,微生物的生态ppt,第81页,3,、无机硫氧化作用,无机硫氧化作用是微生物氧化硫化氢、元素或,e,等生成硫酸盐过程。主要是硫细菌。,4,、无机硫还原作用,无机硫化物还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成,H,2,S,过程。参加此过程微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）,有机硫化物,硫酸盐,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫氧化作用,无机硫氧化作用,无机硫还原作用,微生物的生态ppt,第82页,Section 4,微生物与环境保护,BOD,5,值,COD,值,沼气发酵,微生物的生态ppt,第83页,一、环境污染与污染物,1.,定义,所谓,环境污染,，主要指土壤或水体等生态系统结构和功效受外来有害原因破环而失去了平衡，造成物质流、能量流无法正常运转现象。,引发生态系统不平衡原因,自然原因：,火山暴发、地震、台风、洪水、海啸、旱灾、虫灾、流行病等自然灾害。,人为原因：,不合理利用自然资源、三废、农药、化肥施用等。,微生物的生态ppt,第84页,2.,环境中主要污染物,污染物是大家倾入自然界，对人和环境有不利影响物质。,（,1,）无毒有机物,:,主要是一些农付 产品废物，其中成份有淀粉、纤维素、果胶、多糖、脂肪、蛋白质等均为微生物营养物质，易被降解。,（,2,）有毒有机物,:,主要是工厂“三废”，有苯酚、多环芳烃、有机农药、多氯联苯等，有些微生物能降解。,（,3,）无毒无机物,:,主要是一些无机化合物，是植物营养物质，比如，含,N,、,P,等化合物。,（,4,）有毒无机物,:,主要是起源于“三废”，比如，铅、砷等有毒重金属、氰化物等。,微生物的生态ppt,第85页,二、微生物对污染物降解和转化,1.,微生物对无毒有机物降解,微生物新陈代谢。,2.,微生物对有毒有机物降解,有毒有机物普通极难被生物降解，它们在自然界中残余时间很长，造成污染。,农药,石油,洗涤剂,多氯联苯,氰和腈,农药,微生物作用,被氧化,被脱卤,被还原,被脱烃,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,大肠杆菌等,脱卤作用,微生物的生态ppt,第86页,3.,微生物对重金属转化,一些重金属，比如，砷、铅、镉等对人有害，称为金属毒物。,微生物对金属毒物不能降解，,只能经过转化，改变金属在环境中存在状态，从而改变其毒性,很多微生物细胞表面有特殊结构，这些结构能够吸附重金属离子，从而到达降低溶液中重金属离子浓度。,比如，有些酵母菌能够吸附如铅、金、银、镍、铀等很多重金属，或它们离子，吸附重金属之多，甚至能够相当于细胞重量,90%,。,肺炎克氏杆菌对镉吸附（从中可见细胞表面吸附镉颗粒）：,微生物的生态ppt,第87页,三、污水微生物处理,水源污染是危害最大、最广环境污染。,1),水体污染,(,污水）,生活污水,农牧业污水,(,农作物栽培、牲畜喂养、农产品加工等过程排出废水,),工业有机污水（如屠宰、造纸、淀粉和发酵工厂污水）,工业有毒污水（如农药、炸药、石油、化工、电镀、印染、制革和制药厂污水）。,微生物的生态ppt,第88页,2),污水有机物污染指标：,A.,BOD,5,：,即,五日生化好氧量,。指在20下，1,L,污水中所含有机物，在进行微生物氧化时，五日内所消耗分子氧毫克数。,水中有机物含量一个间接指标,一级水：,BOD,5,值小于1,mg/L,二级水：,BOD,5,值小于3,mg/L,三级水：,BOD,5,值小于4,mg/L,严重污染：,BOD,5,值大于10,mg/L,微生物的生态ppt,第89页,B.,COD,：,即,化学好氧量,。指使用强氧化剂使1,L,污水中有机物质快速进行化学氧化时所消耗氧毫克数。,表示水体中有机物含量一个更简便间接指标。,国家,饮用水水质卫生标准,GB5749,中，耗氧量（,COD Mn,法，以,O,2,计），标准值是,3mg/L,，,微生物的生态ppt,第90页,3),污水处理,一级处理：,也称预处理，主要是经过过滤、沉淀去除污水中粘土、淤泥、碎屑等固形物。,二级处理：,也称生物处理，主要是利用微生物分解污水中有机化合物。,微生物的生态ppt,第91页,三级处理：,把二级处理后水体中无机,P,、无机,N,等无机化合物去除。,三级处理常见方法：,用沉淀法除,P,中性条件下加温除去,NH,3,利用反硝化细菌反硝化作用除去,NO,3,-,繁殖藻类去除,N,、,P,养浮萍，水草等也可去除,N,、,P,微生物的生态ppt,第92页,(4),污水生物处理类型,:,需氧处理和厌氧处理,污水处理装置,节能型,耗能型,产能型,氧化塘法,洒水滤床法,活性污泥法,生物膜法,厌氧消化法（即沼气发酵）,推流式曝气法,完全混合曝气法,生物转盘法,塔式滤池法,微生物的生态ppt,第93页,氧化塘是一个面积大、能接收阳光照射浅池，污水从一端流入，从另一端溢流而出。在氧化塘中存在着三种作用。,1,）,有机物好氧性分解和厌氧消化,；前者主要由好氧细菌进行，后者则主要由厌氧菌进行；,2,）,光合作用：,主要由藻类和水生植物进行；,3,）,藻类细胞消除,：由各种动物进行。,所以用氧化塘法处理污水实际上是一个菌藻共生生态系统。,生物氧化塘法：,将污水排人池塘内，因为表面溶解氧成藻类同化作用所生成氧，利用好气性微生物对塘内有机物进行分解，使污水得处处理方法，称为,生物氧化塘法。,微生物的生态ppt,第94页,洒水滤床法,（,trickling filterprocess,）,将污水经过由一层石块及其上附着生物膜（,bio-logicalfilter,）组成滤床，使污水中有机物质被生物膜中各种微生物区系强烈地吸附、降解、吸收和氧化，从而使污水变清。,微生物的生态ppt,第95页,活性污泥法（,activated sludge,）,也称曝气法，是好氧处理中最主要方法。,所谓活性污泥，是指一个由活细菌、原生动物和其它微生物群聚集在一起组成凝絮团，在污水处理中含有很强吸附、分解有机物或毒物能力。,活性污泥对生活污水,BOD5,去除率可达,95,左右，活性污泥肉眼看是絮状泥粒，颗粒大小普通为,0.02,0.2mm,，在显微镜下观察其成份有细菌、酵母、霉菌、藻类、原生动物、菌相十分复杂。,活性污泥法处理基础工艺流程：,微生物的生态ppt,第96页,曝,气池,完全混合曝气法,(,活性污泥法,),微生物的生态ppt,第97页,活性污泥中菌胶团细菌和丝状细菌复合体显微照片,引自,Lansing M.Prescott et al Microbiology(fifth edition),微生物的生态ppt,第98页,生物转盘法：,这是一个由许多质地轻、耐腐蚀塑料等圆板作平行和等距离紧密排列，其圆心由一根横轴相串联而成。每片圆盘下半部都浸没在盛有污水半圆柱形横槽中，而上半部则敞露在空气中，整串圆盘借电动机而缓缓转动。,在生物转盘开始阶段，需要让其表面着生一层生物膜，称为“挂膜”。待生物膜形成后，随盘片不停地