大学微生物复习微生物生态系.pptx

2024/4/10 周三1第第 八八 章章微生物生态系微生物生态系 2024/4/10 周三2自然界中微生物生态自然界中微生物生态 在一定在生态体系中，发育着不同特征性的微生物类群和数量，并在物质转化和能量转化中，呈现出各自不同的活动过程和活动强度2024/4/10 周三3微微 生生 物物 生生 态态 学学 研究处于环境中的微生物，和与微生研究处于环境中的微生物，和与微生物生命活动相关的物理、化学和生物等物生命活动相关的物理、化学和生物等环境条件，以及它们之间的相互关系的环境条件，以及它们之间的相互关系的科学科学2024/4/10 周三4第第 一一 节节 自然环境中的微生物自然环境中的微生物2024/4/10 周三5一、土土 壤壤 中中 的的 微微 生生 物物1 1、土壤是微生物生长的良好基地、土壤是微生物生长的良好基地 丰富的碳源和氮源丰富的碳源和氮源 大量而全面的矿质元素大量而全面的矿质元素 适宜的含水量适宜的含水量 不同的通气状况不同的通气状况 适宜的温度范围，变幅小而缓慢适宜的温度范围，变幅小而缓慢 适宜的适宜的pHpH2024/4/10 周三62 2、土壤中的微生物数量和分布、土壤中的微生物数量和分布土壤中微生物数量与分布，由于土壤不土壤中微生物数量与分布，由于土壤不同而有很大差异同而有很大差异每克肥沃土壤可有几亿至几十亿个微生每克肥沃土壤可有几亿至几十亿个微生物。贫瘠土壤仅有几百万至几千万个微物。贫瘠土壤仅有几百万至几千万个微生物生物土壤微生物中其数量及活动强度土壤微生物中其数量及活动强度:细菌细菌放线菌放线菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物2024/4/10 周三7（1 1）土）土 壤壤 中中 的的 细细 菌菌 土壤中的细菌占土壤微生物的土壤中的细菌占土壤微生物的70 90%70 90%。其生物量可占土壤重量的。其生物量可占土壤重量的1/100001/10000左右，左右，土壤有机质的土壤有机质的1%1%左右。左右。数量大、个体小，与土壤接触的表面积特数量大、个体小，与土壤接触的表面积特大，是土壤中最大的生命活动面，最活跃大，是土壤中最大的生命活动面，最活跃的生物因素的生物因素.有各种不同的微生物生理群，进行不同的有各种不同的微生物生理群，进行不同的代谢，是自然界氮、碳和硫元素转化的参代谢，是自然界氮、碳和硫元素转化的参与者。与者。2024/4/10 周三8土壤中细菌生理类群和作用土壤中细菌生理类群和作用固氮菌好氧，能转化氮气成氨根瘤菌好氧，与植物共生，转化氮气成氨氨化细菌分解蛋白质等含氮有机物并生成氨硝化细菌好氧的自养微生物，氧化氨为亚硝酸或硝酸盐反硝化细菌异养微生物，在厌氧的条件下还原硝酸盐为氮2024/4/10 周三9土壤中细菌生理类群和作用土壤中细菌生理类群和作用2024/4/10 周三10土壤中细菌生理类群和作用土壤中细菌生理类群和作用硫酸盐还原细菌异养微生物，在厌氧的条件下还原硫酸盐成硫化氢硫氧化细菌自养微生物，在好氧的条件下氧化各种还原态的硫化物为硫酸。纤维分解细菌能分解植物茎杆的纤维素产甲烷细菌厌氧微生物，能还原二氧化碳或分解甲基化合物为甲烷2024/4/10 周三11土壤中细菌生理类群和作用土壤中细菌生理类群和作用2024/4/10 周三12（2 2）土）土 壤壤 放放 线线 菌菌数数量量和和生生物物量量 土土壤壤中中放放线线菌菌的的数数量量仅仅次次于于细细菌菌。占占土土壤壤微微生生物物总总数数的的5 530%30%，放放线线菌菌总总生生物物量量与与细细菌菌的的总总生生物物量量相相当。当。分布分布 由于多数放线菌为好氧有机营养型由于多数放线菌为好氧有机营养型微生物，最佳生长微生物，最佳生长pHpH为偏碱性，放线菌为偏碱性，放线菌主要分布于耕作层中。主要分布于耕作层中。作用作用 为有机营养型微生物，在土壤中主为有机营养型微生物，在土壤中主要参预各种有机物的分解。要参预各种有机物的分解。2024/4/10 周三13（3 3）土）土 壤壤 真真 菌菌数量和生物量数量和生物量 1g1g土壤中可含几万至几十万个土壤中可含几万至几十万个真菌。土壤真菌的生物量与细菌和放线菌相当。真菌。土壤真菌的生物量与细菌和放线菌相当。土壤中酵母菌每土壤中酵母菌每g g土壤在几个至几千个。土壤在几个至几千个。分布分布 为好氧性微生物，一般分布于土壤表层。为好氧性微生物，一般分布于土壤表层。且较耐酸，在且较耐酸，在pH5.0pH5.0左右的土壤中占有较高的左右的土壤中占有较高的比例。比例。作用作用 为有机营养型微生物在土壤中主要参预为有机营养型微生物在土壤中主要参预各种有机物（特别是木质素）的分解。在森林各种有机物（特别是木质素）的分解。在森林的土壤中分布较多。的土壤中分布较多。2024/4/10 周三14（4 4）土）土 壤壤 藻藻 类类数量数量 土壤中藻类的数量远较其他微生物土壤中藻类的数量远较其他微生物类群为少，在土壤微生物总量中不足类群为少，在土壤微生物总量中不足1%1%。分布分布 为光合型微生物，大多分布在潮湿为光合型微生物，大多分布在潮湿的土壤表面的土层中。易受阳光和水分的土壤表面的土层中。易受阳光和水分的影响。的影响。作用作用 能将能将COCO2 2转化为有机物，可为土转化为有机物，可为土壤积累少量的有机物质。壤积累少量的有机物质。2024/4/10 周三15（5 5）土）土 壤壤 原原 生生 动动 物物数量数量 每每g g有几十至几十万个。在富含有有几十至几十万个。在富含有机质的土壤中含量较高。机质的土壤中含量较高。作用作用 原生动物吞食有机物残片和土壤原生动物吞食有机物残片和土壤中细菌、单细胞藻类、放线菌和真菌的中细菌、单细胞藻类、放线菌和真菌的孢子，因此原生动物的生存数量往往会孢子，因此原生动物的生存数量往往会影响土壤中其他微生物的生物量。影响土壤中其他微生物的生物量。2024/4/10 周三16 某森林土壤中的微生物某森林土壤中的微生物微生物类群微生物类群生物量干重（生物量干重（kg/10kmkg/10km2 2）细菌细菌36.936.9放线菌放线菌0.20.2真菌真菌454.0454.0原生动物原生动物1.01.0蚯蚓类蚯蚓类12.012.0其他生物其他生物23.023.02024/4/10 周三173 3、土、土 壤壤 微微 生生 物物 区区 系系在某一特定环境和生态条件下的土壤中在某一特定环境和生态条件下的土壤中所存在的微生物的况态。所存在的微生物的况态。包括微生物的种类、数量以及参与物质包括微生物的种类、数量以及参与物质循环的代谢活动强度。循环的代谢活动强度。根据土壤微生物各类群在土壤中的发育根据土壤微生物各类群在土壤中的发育特点，可以分为土著性区系和发酵性区特点，可以分为土著性区系和发酵性区系两类。系两类。2024/4/10 周三18土壤微生物区系类型土壤微生物区系类型土著性微生物区系土著性微生物区系(Microbial autoflora)(Microbial autoflora)是指那些对对新鲜有机物不很敏感的微生物类是指那些对对新鲜有机物不很敏感的微生物类群。群。常年维持在某一数量水平，即使有机物的进入、常年维持在某一数量水平，即使有机物的进入、温度和湿度变化，其变幅也小温度和湿度变化，其变幅也小2024/4/10 周三19土壤微生物区系类型土壤微生物区系类型发酵性微生物区系发酵性微生物区系(Fermentative(Fermentative microbial flora)microbial flora)是指对新鲜有机物很为敏感在有新鲜有机物进入时可是指对新鲜有机物很为敏感在有新鲜有机物进入时可爆发性地旺盛发育，而在新鲜有机物消失后又很快消退爆发性地旺盛发育，而在新鲜有机物消失后又很快消退的微生物类群。的微生物类群。有新鲜有机物时发酵性微生物区系占优势。衰有新鲜有机物时发酵性微生物区系占优势。衰退后，土著性微生物区系重占优势退后，土著性微生物区系重占优势2024/4/10 周三20二、水二、水 体体 中中 的的 微微 生生 物物地球上主要水体的种类地球上主要水体的种类海洋海洋97%97%的水的水冰川和两极冰川和两极2%2%湖泊湖泊0.009%0.009%河流河流0.00009%0.00009%地下水地下水少量少量2024/4/10 周三211 1、清水型水生微生物、清水型水生微生物生长在含有机物不丰富的清水中的化能自生长在含有机物不丰富的清水中的化能自养型或光能自养型的微生物。养型或光能自养型的微生物。化能或光能无面营养型，仅从水域中吸取化能或光能无面营养型，仅从水域中吸取无机物或少量有机物作营养无机物或少量有机物作营养发育量一般不大发育量一般不大2024/4/10 周三222 2、腐生型水生微生物、腐生型水生微生物利用进入水体的废物废水为作为营养的微利用进入水体的废物废水为作为营养的微生物。生物。化能有机营养型，利用腐败的有机残体、化能有机营养型，利用腐败的有机残体、动物和人类排泄物，生活污水和工业有机动物和人类排泄物，生活污水和工业有机废物废水废物废水发育量大发育量大2024/4/10 周三23三、空气中的微生物三、空气中的微生物 空气不具备微生物生长所必需的营养空气不具备微生物生长所必需的营养物质和生活条件，因此空气并不是微生物物质和生活条件，因此空气并不是微生物生长繁殖的良好场所。生长繁殖的良好场所。但空气仍存在有细菌、病毒、放线菌、真但空气仍存在有细菌、病毒、放线菌、真菌、藻类、原生动物等各类微生物。菌、藻类、原生动物等各类微生物。它们来源于被风吹起的地面尘土和水面小它们来源于被风吹起的地面尘土和水面小水滴以及人、动物体表的干燥脱落物、水滴以及人、动物体表的干燥脱落物、呼吸道分泌物和排泄物等等。呼吸道分泌物和排泄物等等。2024/4/10 周三24空气中微生物的地域分布空气中微生物的地域分布地地 区区空气含菌娄空气含菌娄(个个/m3)畜畜 舍舍宿宿 舍舍城城 市市 街街 道道公公 园园海海 面面 上上北北 极极1 000 0002 000 00020 0005 00020012012024/4/10 周三25四、极端环境中的微生物四、极端环境中的微生物一般生物难以生存而只有某些特殊生物一般生物难以生存而只有某些特殊生物或特殊微生物才能生存的环境称为极端或特殊微生物才能生存的环境称为极端环境。环境。高温环境，低温环境、高酸环境、高碱高温环境，低温环境、高酸环境、高碱环境、高压环境、高盐环境等环境、高压环境、高盐环境等 ，还有高，还有高卤环境、高辐射环境和厌氧环境等卤环境、高辐射环境和厌氧环境等 。能在极端环境中生存的微生物称为极端能在极端环境中生存的微生物称为极端环境微生物环境微生物。2024/4/10 周三261 1、高温环境中的微生物、高温环境中的微生物自然界的高温环境：温泉，海底火山口自然界的高温环境：温泉，海底火山口微生物的耐高温能力：微生物的耐高温能力：古细菌古细菌 真细菌真细菌 真核生物。真核生物。2024/4/10 周三27高温环境中的微生物高温环境中的微生物极端嗜热菌，最适极端嗜热菌，最适65657070，最低在，最低在4040以上，最高在以上，最高在7070以上以上兼性嗜热菌，最高为兼性嗜热菌，最高为50506060，但在室，但在室温下仍有生长与繁殖能力温下仍有生长与繁殖能力耐热细菌，最高为耐热细菌，最高为45455050，在室温中，在室温中生长较兼性嗜热细菌好。生长较兼性嗜热细菌好。2024/4/10 周三28各类微生物群的生长上限温度各类微生物群的生长上限温度 ()()类类 群群上限温度上限温度 类类 群群上限温度上限温度真核微生物真核微生物原核微生物原核微生物 原生动物原生动物 56 蓝细菌蓝细菌7073 藻类藻类5560 光合细菌光合细菌 7073 真菌真菌6062 无机化能细菌无机化能细菌90 异养细菌异养细菌 902024/4/10 周三29嗜热菌耐热原因：嗜热菌耐热原因：（1 1）细胞膜化学组分的特异细胞膜化学组分的特异（2 2）代谢速率高）代谢速率高（3 3）酶蛋白热稳定性高）酶蛋白热稳定性高（4 4）有一类特殊的）有一类特殊的DNADNA结合蛋白，能稳定结合蛋白，能稳定DNADNA的双链结构。的双链结构。2024/4/10 周三302 2、高盐环境中微生物、高盐环境中微生物 自然界中高盐环境主要是盐自然界中高盐环境主要是盐湖、死海、盐场和腌制品。能在湖、死海、盐场和腌制品。能在这些高盐环境中生存繁殖的微生这些高盐环境中生存繁殖的微生物称为嗜盐性微生物。物称为嗜盐性微生物。2024/4/10 周三31嗜盐微生物的分类嗜盐微生物的分类根据嗜盐性微生物对盐浓度的适应性和需根据嗜盐性微生物对盐浓度的适应性和需要性，可以将它们分为不同的嗜盐类群。要性，可以将它们分为不同的嗜盐类群。嗜盐微生物嗜盐微生物最适生长盐浓度最适生长盐浓度例例 子子非嗜盐微生物非嗜盐微生物0.2mol/L NaCl淡水微生物淡水微生物弱嗜盐微生物弱嗜盐微生物0.20.5mol/L NaCl大多数海洋微生物大多数海洋微生物中等嗜盐微生物中等嗜盐微生物0.52.5mol/L NaCl某些细菌和藻类某些细菌和藻类 极端嗜盐微生物极端嗜盐微生物2.55.2mol/L NaCl盐杆菌和盐球菌盐杆菌和盐球菌耐盐微生物耐盐微生物耐受范围耐受范围0.22.5mol/L NaCl金黄色葡萄球菌、耐金黄色葡萄球菌、耐盐酵母等盐酵母等2024/4/10 周三32嗜盐菌的特点嗜盐菌的特点v嗜盐菌是一类特殊的古细菌嗜盐菌是一类特殊的古细菌v具有对高盐浓度适应性的生理机能。具有对高盐浓度适应性的生理机能。v嗜盐菌中的许多酶必需在高盐浓度下才嗜盐菌中的许多酶必需在高盐浓度下才显示活性。显示活性。v嗜盐菌具有异常的紫膜嗜盐菌具有异常的紫膜(含有细菌视紫红含有细菌视紫红质质)，2024/4/10 周三333 3、高酸环境中的微生物、高酸环境中的微生物自然界的高酸环境：高酸环境：含硫矿的矿尾水，酸含硫矿的矿尾水，酸性热泉。性热泉。微生物：微生物：氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌代谢作用：氧化代谢作用：氧化S S2-2-为为SOSO4 42-2-2024/4/10 周三344 4、高碱环境中的微生物、高碱环境中的微生物自然界的高碱环境：碱性温泉，矿尾水自然界的高碱环境：碱性温泉，矿尾水等。等。微生物：环状芽孢杆菌，可在微生物：环状芽孢杆菌，可在pHpH高达高达11.011.0的环境中生活。的环境中生活。2024/4/10 周三355 5、高压环境中的微生物、高压环境中的微生物高压环境：海洋深处和深油井内等高压环境：海洋深处和深油井内等 。嗜压菌的最大特点是生长极为缓慢。嗜压菌的最大特点是生长极为缓慢。2024/4/10 周三36第第 二二 节节微生物之间的相互关系微生物之间的相互关系2024/4/10 周三37一、偏利共栖关系一、偏利共栖关系v定义：在一个生态系统中的两个微生物定义：在一个生态系统中的两个微生物群体共栖，一个群体得益而另一个群体群体共栖，一个群体得益而另一个群体无影响。无影响。v偏利共栖的方式：偏利共栖的方式：v一个群体的生命活动为另一个群体创造适宜一个群体的生命活动为另一个群体创造适宜的生长环境；的生长环境；v一个群体为另一个群体提供生长刺激物质或一个群体为另一个群体提供生长刺激物质或是营养基质。是营养基质。2024/4/10 周三38二、互利共栖关系二、互利共栖关系v定义定义:两个微生物群体共栖时互为有利的两个微生物群体共栖时互为有利的现象。现象。v互利方式互利方式:v互相提供营养物质互相提供营养物质v改善生长环境改善生长环境2024/4/10 周三39三、共生关系三、共生关系(symbiosis)(symbiosis)v两个微生物群体形成结构特殊的共生体物，两两个微生物群体形成结构特殊的共生体物，两者绝对互利，分开后有的甚至难以单独生活。者绝对互利，分开后有的甚至难以单独生活。v地衣地衣(Lichens)(Lichens)：由某些藻或蓝细菌与真菌组成：由某些藻或蓝细菌与真菌组成的共生体。的共生体。v藻或蓝细菌：藻或蓝细菌：进行光合作用，可为真菌提供有机化进行光合作用，可为真菌提供有机化合物作碳源和能源，合物作碳源和能源，v真菌：真菌：则为藻或蓝细菌不仅提供栖息之处，还可提则为藻或蓝细菌不仅提供栖息之处，还可提供矿质营养和水分。供矿质营养和水分。2024/4/10 周三40四、竞争关系四、竞争关系v定义：是指一个自然环境中存在的两个定义：是指一个自然环境中存在的两个或多个微生物群体共同依赖于同一营养或多个微生物群体共同依赖于同一营养基质或环境因素时，产生的一方或双方基质或环境因素时，产生的一方或双方微生物群体在数量增殖速率和活性等方微生物群体在数量增殖速率和活性等方面受到限制的现象。面受到限制的现象。v这种竞争现象普遍存在，结果造成了强这种竞争现象普遍存在，结果造成了强者生存，弱者淘汰。同时环境条件的改者生存，弱者淘汰。同时环境条件的改变，会导致竞争结果的改变变，会导致竞争结果的改变。2024/4/10 周三41五、拮抗现象五、拮抗现象v定义：由于一种微生物类群生长定义：由于一种微生物类群生长 时所产时所产生的某些代谢产物，抑制甚至毒害了同生的某些代谢产物，抑制甚至毒害了同生境中的另外微生物类群的生存的现象。生境中的另外微生物类群的生存的现象。v这种现象可以分为两种：这种现象可以分为两种：v由于一类微生物的代谢活动改变了环境条由于一类微生物的代谢活动改变了环境条件而使环境条件不适宜于其他微生物类群件而使环境条件不适宜于其他微生物类群的生长和代谢。的生长和代谢。v一类微生物产生某些能抑制，甚至杀死其一类微生物产生某些能抑制，甚至杀死其他微生物类群的代谢产物他微生物类群的代谢产物。2024/4/10 周三42六、寄生关系六、寄生关系v定义：指一种微生物通过直接接触或代定义：指一种微生物通过直接接触或代谢接触，使另一种微生物寄主受害乃至谢接触，使另一种微生物寄主受害乃至个体死亡，而使它看书得益并赖以生存个体死亡，而使它看书得益并赖以生存的现象。的现象。v寄生菌的两种形式：寄生菌的两种形式：v外寄生外寄生v内寄生。内寄生。2024/4/10 周三43七、捕食关系七、捕食关系v定义：指一种微生物以另一种微生物为定义：指一种微生物以另一种微生物为猎物进行猎物进行呑呑食和消化的现象。食和消化的现象。v在自然界中屯典型和最大量的捕食关系在自然界中屯典型和最大量的捕食关系是原生动物对细菌、酵母、放线菌和真是原生动物对细菌、酵母、放线菌和真菌孢子等的捕食。除此之外，还有藻类菌孢子等的捕食。除此之外，还有藻类捕食其他细菌和藻，原生动物也捕食其捕食其他细菌和藻，原生动物也捕食其他原生动物，真菌捕食线虫等。他原生动物，真菌捕食线虫等。2024/4/10 周三44微生物之间相互关系类型微生物之间相互关系类型总列总列相互作用类型相互作用类型相互作用的影响相互作用的影响种种 群群 A种种 群群 B中中 立立00偏利共栖偏利共栖0互互 营营共共 生生竞竞 争争拮拮 抗抗0或或+捕捕 食食寄寄 生生