w第八章微生物生态.ppt

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,第八章 微生物生活的环境,1,研究微生物生态学的意义何在？,由于微生物参与了和推动着物质和能量的生物地球化学循环过程，而且在这个过程中参与了不同的活动过程，表现出不同的活动强度，起着非常重要的作用，通过研究微生物生态，掌握其活动规律，便能更好地发挥微生物的作用。,另外，了解微生物在自然界的分布规律，可为人类开发利用微生物资源提供理论依据。,根据微生物生态学原理，可利用微生物环境的保护作用来修复被污染的环境。因此微生物生态学（微生物的生活环境）的意义巨大。,2,第一节 生态系统,一,.,生物圈与生态系统,1,生物圈(,biosphere),生物圈是地球,表面进行生命,活动的有机圈,层。,3,2,.,生态系统(,ecosystem),1),定义,生物群落与其生存环境组成的整体系统。,2),组成,生物群落：环境条件：,3),结构,生态系统具有明显的三维空间结构,4,4),功能,生态系统是自然界的基本功能单元，其功能主要表现在生物生产，能量流，物质循环和信息传递。,根据生物在生态系统物质循环中的作用，可分为三个功能群：生产者、消费者和分解者。,p213,5,微生物在生态系统中的作用,微生物是有机物的主要分解者,微生物是物质循环中的重要成员,微生物是生态系统中的初级生产者,微生物是物质和能量的贮存者,微生物是地球生物演化中的先锋种类,6,工业采矿,无论在发达国家还是发展中国家，工业采矿都是经济的驱动力之一，但人类为此付出的环境代价也异常巨大。开采矿后土质松软，可能导致生态系统的平衡被扰乱，矿区很难再恢复。比如，印度奥里萨邦苏金达谷堆积了印度,95%,的亚铁矿，导致那里成为世界上污染最严重的地区。,9,全球气候异常,澳大利亚，南极区域，帝企鹅在浮冰上漂流。据美国宇航局航测显示，南极东部冰盖每年消融,570,亿吨，帝企鹅生存区域快速削减,温室气体过量排放导致全球气候异常，已对地球生态造成直接破坏。,10,二、微生物群落,群落 群落是生态系统中最高生物学单位，是指生活在一定区域或生境里的各种生物种群所组成的集体。,种群 是指具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群，种群是组成群落的基本组分。,11,1,、生态系统中微生物群落的特点,1）、微环境（,microenvironment）,般来说，每一个特定的生态环境，都有一个与之相适宜而区别于其它生态环境的微生物生态系统。,2）、稳定性,保持自身生存的能力和保持整个生态系统集体性状完整性的能力.,对外界环境压力具有抵抗性和修补能力。,12,是外界环境因子出现周期性循环时，微生物生态系统的特性也会出现周期性表现。,一般来说，一个成熟的微生物生态群落，其稳定性与高度的种多样性有密切关系。,种间多样性水平,3）、适应性,适应和演替,微生物种群演替现象。,13,2.,微生物之间的相互关系,1）、互生关系(,alternation),一个生态系统中的两个微生物群体共栖时，可能一个群体得益而另一个群体并无影响；或互为有利的现象形成的关系叫共栖关系。,偏利共栖关系,互利共栖关系,14,2）、共生关系(,Symbiosis),两种微生物在有机联系的共生条件下，彼此都获益的关系为共生关系。,藻或蓝细菌与真菌,由某些藻或蓝细菌与真菌组成的地衣(,lichen),是微生物之间典型的共生体，形成特定的结构，能象一种生物那样繁衍生息，并发展具备了独立的分类地位和系统。,15,组成：真菌（子囊菌，担子菌）和蓝细菌（绿藻，蓝藻）共生组成共生体系。,结构：有些种地衣真菌无规律地缠绕藻类细胞，另一些地衣真菌与藻类形成一定层排列。,生理,：,地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体，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。,16,地衣能抗不良环境，是土壤形成的先锋生物，对空气污染尤是,SO,2,甚为敏感，可以作为某地域大气污染程度的指示生物。,原生动物与藻类,原生动物草履虫与藻类的共生是又一种普遍存在的共生现象。,原生动物体与产甲烷细菌,甲烷产生菌与原生动物共生的生理学基础是氢的代谢,17,3,）、对抗关系,微生物之间的对抗关系表现为竞争、拮抗、寄生和捕食。,竞争关系(,Competition),在一个微环境中，微生物竞争同一营养，强者生存弱者死亡，这种关系叫竞争关系。,硫酸盐还原细菌和产甲烷细菌,PGPR（,植物促长细菌）和一些有害微生物竞争铁素营养,18,拮抗现象(,Antogonism),由于一种微生物类群生长时所产生的某些代谢产物，抑制甚至毒害了同一生境中的另外微生物类群的生存，而其本身却不受影响或危害，这种现象称之为拮抗现象。,一是由于一类微生物的代谢活动改变了环境条件而使改变了的环境条件不适宜于其他微生物类群的生长和代谢。,二是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。,19,寄生关系(,Parasitism),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个体死亡，而自身得益并赖以生存，这种关系称为寄生关系,外寄生(,ectoparastism),内寄生(,endoparastism),捕食关系(,Predation),捕食关系是指一种微生物以另一种微生物为猎物进行吞食和消化的现象,。,P218-231,20,第三节 微生物在自然界中的分布,一,.,大气圈和岩石圈中的微生物,1.,大气圈的微生物,空气并不具备微生物生长所必需的营养物质和生存条件，因此空气并不是微生物生长繁殖的良好场所。,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、呼吸道分泌物和排泄物等等。,空气中微生物的地域分布差异很大,21,地点微生物数量/CFum-3北极(北纬800)0海洋上空l2市区公园200城市街道5000宿舍20000畜舍10000002000000,22,2.,岩石圈中的微生物,全球岩石圈分为六大,板块：太平洋板块、印度洋板块、亚欧板块、北美洲板块、非洲板块和南极洲板块。,一般说来，在每一板块内部，地壳比较稳定，岩石分为火成岩、沉积岩和变质岩，他们是生物学上不活跃的部位。,23,二,.,水体中的微生物,水体是人类赖以生存的重要环境。凡有水的地方都会有微生物存在。,1.,来源,水体微生物主要来自土壤、空气、动植物残体及分泌排泄物、工业生产废物废水及市政生活污水等。,2.,特点,不同水域微生物的种类和数量不同,24,三,.,生物圈中的微生物,1.,微生物与动物之间的共生关系,共生是指两种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至达到难舍难分、合二为一的一种相互关系。,1）墨鱼的发光器官,墨鱼的发光器官是由墨鱼和费氏弧菌共生形成的独特的器官。,25,由细胞密度来调节细菌细胞发光强度的现象叫定数感应现象。,2,）,反刍动物瘤胃与瘤胃微生物是共生关系,3,）白蚁，蟑螂与其消化道中的某些原生动物也是共生关系,26,2,.,微生物与动物之间的互生关系,互生是指两种可以独立生活的生物，当他们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利与对方，或偏利于一方的生活方式。这是一种可合可分、和必分好的相互关系。,人体肠道正常菌群与宿主之间是互生关系。,27,3,.,微生物与动物之间的寄生关系,致病菌与人体的关系，细菌杀虫剂与昆虫的关系。,28,四,.,极瑞环境中的微生物,在高温环境、低温环境、高压环境、高碱环境、高酸环境、高盐环境，还有高卤环境、高辐射环境和厌氧环境，一般生物难以生存而只有某些特殊生物和特殊微生物才能生存，这些环境称为极端环境。,29,极端环境微生物细胞内的蛋白质、核酸、脂肪等分子结构、细胞膜的结构与功能、酶的特性、代谢途径等许多方面，都有区别与其他普通环境微生物的特点。,高温环境中的微生物,高盐环境中的微生物,极端环境下微生物的研究有三个方面的重要意义,30,第四节 土壤圈及其微生物,一,.,土壤中微生物的分布,1.,土壤层与剖面,31,2.,土壤中的微生物分布与数量,土壤微生物中细菌最多，作用强度和影响最大，放线菌和真菌类次之，藻类和原生动物等数量较少，影响也小。,可占土壤微生物总量的7090%,占土壤微生物总数的530%，,32,3.,土壤藻类是土壤生物的先行者,因为土壤藻类是光能自养型微生物，它可以光为 能源将,CO,2,转化为有机物，这些以藻类细胞形态存在的有机 物，在藻类死亡之后，可以被其有机营养型微生物利用 作为碳源和能源，其他微生 物因此而发育繁衍。,另外土壤藻类中，许多种是能够进行固氮的，将 空气中的氮素固定为其他生物可利用的氮源。,33,4.,水田土壤中微生物的生态分布规律,1),在水田土壤中，耕作层中微生物数量最 多，心土层中最 少。,2),放线菌和真菌的数量相对比例较少。,3),细菌中好氧性细菌，专性厌氧细菌和兼性 厌氧性细菌都有广泛分布，而且好氧性细 菌仍比厌氧性细菌多好多倍，其分布有着 各自不同的特点。,34,5.,土壤是微生物生长和栖息的良好基地,1),土壤可以长期不断地供给微生物所需的各种营养物质。,2),土壤中的水分都可满足微生物对水分的需求。,3),土壤有一定的孔隙度，可以满足微生物对氧的要求。,4),土壤有适合微生物生长的,pH,值。,5),土壤温度变化幅度小而缓慢，极为有利于微生物的生长。,6),土壤覆盖后阻挡了紫外线对微生物的杀伤，紫外线的穿透力很差。,35,6.,土壤微生物区系,土壤微生物区系是指在某一特定环境和生态条件下的土壤中所存在的微生物种类、数量以及参与物质循环的代谢活动强度。,36,对比研究不同土壤微生物区系的特征，可以反映土壤生态环境的综合特点。,园褐固氮菌,纤维分解菌,根据土壤微生物各类群在土壤中的发育特点，可以分为两类：,土著性微生物区系,发酵性微生物区系,37,农学,38,二,.,根圈及其微生物,1.,根圈和根圈效应,1),根圈：,a,定义根圈是在,植物根系影响下的,特殊生态环境。也,叫根际。,39,2),特点:,由于根系和微生物呼吸产生,CO,2,，,因此离根面越近，,CO,2,浓度越高。,根际土壤中的氧气浓度依植物不同而异。,由于植物地上部的需要和蒸腾作用，根系吸收水分而在根际土壤中形成一个水势梯度。,根际土壤内的营养物质较之根外土壤大为丰富,.,2),根际效应,土壤中根际环境对土壤微生物的影响叫根圈效应。,40,3),微生物的根土比,根土比即是单位根际土壤中的微生物(,R),数量与邻近的非根际土壤中微生物(,S),数量之比，即：,R/S,每,g,根际土壤中的微生物数量/每,g,邻近的非根际土壤中的微生物数量,不同的微生物类群在同一植物根系的根土比不同,。,41,不同土壤性质，不同植物即使是同一植物而不同生育期时也明显影响根土比。,大量研究表明。根土比一般为5-20之间。他与土壤肥力有关，可反映土壤肥力的状况，根土比越大，土壤肥力越低，因为根圈给微生物提供的营养是有限的。,42,2,.,根圈微生物,1),定义,生活在根圈范围内的微生物群叫根圈微生物。根圈细菌、根圈真菌、根圈原生动物,2),特点,根际微生物数量大，一般比根际以外多数倍或数十倍，但它的种类并不复杂，虽然含有细菌、放线菌、真菌、藻类及原生动物。,43,三,.,根际微生物对植物的影响,1.,根际微生物对植物的有益影响（见,246,根际微生物可以改善植物的营养源,。,许多根际微生物可产生维生素、生长素和刺激素类物质,根际微生物可分泌抗生素类物质，有助于植物抗土著性病原菌的侵染。,根际细菌能产生铁载体(,Siderosphore)44,2.,根际微生物对植物的不利或有害影响,引起植物病害,抑制作物生长,竞争有限养分,45,四,.,叶圈微生物,1.,附生微生物 附着在植物地上部分表面的微生物叫附生微生物。,2.,叶面微生物 直接以叶面作栖息生境的微生物称为叶面微生物。,3.,不同的植物体表、叶面对微生物的附生具有选择性。,46,荧光假单胞菌(,Pseudomonas fluorescens,),叶面附生的细菌 落叶中的细菌,玫瑰掷孢酵母(,Sporobolomyces roseus,)、,粘液红酵母(,Rhodotorula glutinis,),在叶面可常观察到产色素丰富的酵母和细菌群体,4.,栖息于植物体表的微生物与植物之间可有相互有益或有害的关系,。,47,