微生物生态学21自然界中微生物和它们的.pptx

第二章第二章 自然界中微生物群落的自然界中微生物群落的结构及其变化规律结构及其变化规律第一节第一节第一节第一节 土壤土壤土壤土壤微生物生活的良好环境微生物生活的良好环境微生物生活的良好环境微生物生活的良好环境第二节第二节第二节第二节 土壤微生物土壤微生物土壤微生物土壤微生物第三节第三节第三节第三节 水体环境和水体中的微生物水体环境和水体中的微生物水体环境和水体中的微生物水体环境和水体中的微生物第四节第四节第四节第四节 空气中的微生物空气中的微生物空气中的微生物空气中的微生物基本概念-P8生境（生境（Habitat）：发现有生物的物理区域。土著微生物（土著微生物（Autochthonousmicroorganism）：指在一个给定的生境中那些能生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争。外来微生物（外来微生物（Allochthonousmicroorganism）：指来自于其他生态系统的微生物，所以这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。群落（群落（Community）：指一定区域里，各种群体(Population)相互松散结合的一种结构单位。土壤是固体无机物土壤是固体无机物(岩石和矿物质岩石和矿物质)、有机物、水、空、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤是微生物的大本营！土壤是微生物的大本营！第一节第一节 土壤土壤微生物生活的良好环境微生物生活的良好环境1.营养营养2.水分水分3.pH4.氧化还原电位（氧化还原电位（Eh）土壤中含有有机物和矿质元素土壤中含有有机物和矿质元素有机物：提供微生物生长所需的有机物：提供微生物生长所需的N、C源源矿质元素：矿质元素：P、S、Ca、K、Mg、Fe等等土壤的土壤的pH值范围一般在值范围一般在3.510.5水是土壤的组成部分，土壤可保证植物及微生物生长发育所需的水分。水是土壤的组成部分，土壤可保证植物及微生物生长发育所需的水分。5.渗透压渗透压6.土壤中的空气土壤中的空气7.土壤温度土壤温度一般土壤溶液浓度在一般土壤溶液浓度在0.11，渗透压，渗透压0.55个个atm，浓度越高，渗透压越高。，浓度越高，渗透压越高。土壤温度决定于地区、季节因素，一般在土壤温度决定于地区、季节因素，一般在0 03030，其中，其中大部分时间为大部分时间为10102525。一般土壤中一般土壤中CO2多、多、O2少，靠近植物根系少，靠近植物根系CO2多，多，土层浅土层浅O2多，土层深多，土层深CO2少。少。土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本营。是主要的微生物源，是微生物的大本营。是主要的微生物源，是微生物的大本营。是主要的微生物源，是微生物的大本营。石英第二节第二节土壤微生物土壤微生物P9一、土壤微生物的数量和生物量一、土壤微生物的数量和生物量微生物微生物数目数目/每克土干重每克土干重生物量（生物量（g/m3）细菌细菌108160真菌真菌105200放线菌放线菌105106160藻类藻类10410532原生动物原生动物10438农田上表层（农田上表层（15cm）处微生物数目和生物量）处微生物数目和生物量p各类微生物都可在土壤中生存发展，但随着各类微生物都可在土壤中生存发展，但随着土壤类型、土壤类型、肥力水平、环境条件和季节变化肥力水平、环境条件和季节变化等因素的不同，土壤微等因素的不同，土壤微生物的数量和分布存在很大差异。生物的数量和分布存在很大差异。1、数量、数量不同类型土壤中微生物的总数和各类微生物的比列关系不同类型土壤中微生物的总数和各类微生物的比列关系地带地带土壤土壤微生物总微生物总数数（10108 8/g/g）细菌（）细菌（）细菌中的细菌中的孢子（）孢子（）放线菌放线菌（）（）真菌（）真菌（）冻土原始冻土原始森林森林冰沼潜育冰沼潜育土土2140214095.695.60.70.71.41.42.02.0森林草地森林草地灰壤灰壤1080108089.389.312.012.08.18.12.62.6草地草原草地草原黑钙土黑钙土3630363063.863.821.421.435.435.40.80.8干旱草原干旱草原栗钙土栗钙土3480348064.864.819.319.334.734.70.50.5沙漠草原沙漠草原褐色土褐色土4490449063.463.417.717.736.136.10.50.5生物量：生物细胞的重量（以单个细胞为标准）生物量：生物细胞的重量（以单个细胞为标准）2、生物量、生物量生物量的计算：生物量的计算：（1）一个细菌细胞的湿重）一个细菌细胞的湿重1.51012g1g土壤含细菌土壤含细菌109个，一亩田表土约个，一亩田表土约30万斤（耕作土重）万斤（耕作土重）（3105500）g（109个个/g）（1.51012）g=22.5X104g=225kg生物量可作为土壤肥力的指标生物量可作为土壤肥力的指标细菌、放线菌：细菌、放线菌：160 g/m160 g/m3 3真菌：真菌：200 g/m200 g/m3 3（一个真菌菌丝湿重（一个真菌菌丝湿重9.410-5g）影响土壤中微生物生物量的因素：影响土壤中微生物生物量的因素：土壤肥力状况：肥力越好，生物量越多土壤肥力状况：肥力越好，生物量越多耕作管理：耕作越频繁，生物量越少耕作管理：耕作越频繁，生物量越少二、土壤微生物的分布二、土壤微生物的分布1.土壤微生物的垂直分布土壤微生物的垂直分布ABC一般以表土层一般以表土层A微生物最多，因为微生物最多，因为O2、水分、有机物、水分、有机物含量高；含量高；随着层次加深，微生物数量减少。随着层次加深，微生物数量减少。二、土壤微生物的分布二、土壤微生物的分布2.土壤微生物分布的不均匀性土壤微生物分布的不均匀性无论是大面积的土壤或小的土团，微生物都不可能均匀分布。无论是大面积的土壤或小的土团，微生物都不可能均匀分布。一般微生物都分布在土粒表面，如芽孢杆菌、细菌、真菌；一般微生物都分布在土粒表面，如芽孢杆菌、细菌、真菌；土粒内部有球菌、无芽孢杆菌土粒内部有球菌、无芽孢杆菌采样：五点样品混合后再分离，采样：五点样品混合后再分离，振荡的目的是将土粒内部的微生物释放出来。振荡的目的是将土粒内部的微生物释放出来。三、土壤微生物的生理群和优势种三、土壤微生物的生理群和优势种1、生理群：指按生理特性将微生物划分为不同的类群。、生理群：指按生理特性将微生物划分为不同的类群。同一生理群的微生物，其生理特性相同，但形态特征可以不同。同一生理群的微生物，其生理特性相同，但形态特征可以不同。划分生理群微生物的原则：主要以营养类型来划分。划分生理群微生物的原则：主要以营养类型来划分。生理特性生理特性所需要的特定生长条件所需要的特定生长条件在物质转化中具有特定功能在物质转化中具有特定功能氨化微生物生理群：细菌、放线菌、真菌氨化微生物生理群：细菌、放线菌、真菌反硝化细菌生理群：芽孢杆菌、假单胞菌反硝化细菌生理群：芽孢杆菌、假单胞菌光能自养光能自养光能异养光能异养化能自养化能自养化能异养化能异养能源能源氢的供体氢的供体基本碳源基本碳源微生物举例微生物举例光 无机物 二氧化碳 蓝细菌光 有机物 二氧化碳 紫色非硫细菌 及简单有机物 无机物 无机物 二氧化碳 硝化细菌 有机物 有机物 有机物 大多数已知细菌 和全部真核微生物 2、优势种、优势种在一定条件下或在一个生理群中常只有少数种类占优势，即在最在一定条件下或在一个生理群中常只有少数种类占优势，即在最高稀释度平皿中出现较多菌落数的菌种，该菌种称优势种。高稀释度平皿中出现较多菌落数的菌种，该菌种称优势种。通过优势种的多少，可以反映土壤中某一物质转化的强弱。通过优势种的多少，可以反映土壤中某一物质转化的强弱。四、土壤细菌四、土壤细菌P101 1、土壤细菌的数量、土壤细菌的数量一般土壤细菌的数量占土壤微生物总量的一般土壤细菌的数量占土壤微生物总量的7090%；1g肥沃土壤中约有土壤细菌几十万肥沃土壤中约有土壤细菌几十万几十亿；几十亿；土壤细菌是土壤中重要的物质转化的生物因子。土壤细菌是土壤中重要的物质转化的生物因子。2 2、土壤细菌的特点、土壤细菌的特点1)个体形状和大小往往与人工培养条件下不同；个体形状和大小往往与人工培养条件下不同；2)土壤细菌数量多、代谢强、繁殖快、代时短，对其延续土壤细菌数量多、代谢强、繁殖快、代时短，对其延续带来很大好处；带来很大好处；3)土壤细菌按其来源可分为土著性和外来性，一般土著是土壤细菌按其来源可分为土著性和外来性，一般土著是优势种。优势种。增强菌体本身的竞争能力（以多取胜）增强菌体本身的竞争能力（以多取胜）细菌个体有很强的应变能力（顺应反应，细菌个体有很强的应变能力（顺应反应，genotypicflexibility）四、土壤细菌四、土壤细菌3 3、优势种属、优势种属1)节杆菌（节杆菌（Arthrobacter），球状与杆状相互转化（不同营养条件）；），球状与杆状相互转化（不同营养条件）；2)产芽胞杆菌，目前有产芽胞杆菌，目前有16个属，个属，Bacillus常见；常见；3)假单胞菌（假单胞菌（Pseudomonas），农药降解、重金属抗性的重要菌属，），农药降解、重金属抗性的重要菌属，大多含有质粒；大多含有质粒；4)土壤杆菌（土壤杆菌（Agrobacterium）5)产碱杆菌（产碱杆菌（Alcaligenes），生物塑料），生物塑料PHA(聚羟基脂肪酸聚羟基脂肪酸)、PHB(聚聚羟基丁酸酯羟基丁酸酯)，细菌多糖；，细菌多糖；6)黄杆菌（黄杆菌（Flavobacterium），耐饥饿，有毒物质的降解，环保型微），耐饥饿，有毒物质的降解，环保型微生物；生物；7)微球菌（微球菌（Micrococcus）；）；8)黄单胞菌（黄单胞菌（Xanthomonas）等；）等；4 4、粘细菌、粘细菌（1）在土壤中的数量不是很多，但亦常见，在施用有肥料的）在土壤中的数量不是很多，但亦常见，在施用有肥料的土壤中更为普遍。土壤中更为普遍。能降解多种大分子化合物，如纤维素、半纤维素等。能降解多种大分子化合物，如纤维素、半纤维素等。分布非常广泛，自热带到两极都有，以热带和温带较多，淡水、海水和分布非常广泛，自热带到两极都有，以热带和温带较多，淡水、海水和土壤是它们生活的主要场所。在潮湿的土壤上常常大量繁殖。土壤是它们生活的主要场所。在潮湿的土壤上常常大量繁殖。有些种类能耐高温、干旱等极端环境条件。有些种类能耐高温、干旱等极端环境条件。多数种类能固氮多数种类能固氮(异形胞异形胞)，是土壤一个重要的生物，是土壤一个重要的生物N的来源。的来源。念珠藻在某些土壤生境中既能固定氮气，又能通过光合作用合成有机物。念珠藻在某些土壤生境中既能固定氮气，又能通过光合作用合成有机物。蓝细菌能在没有植物生长的土壤表面形成表面壳，对土壤具有稳定作用。蓝细菌能在没有植物生长的土壤表面形成表面壳，对土壤具有稳定作用。5 5、蓝细菌（、蓝细菌（光合自养细菌群体光合自养细菌群体）五、五、土壤放线菌土壤放线菌1、数量和分布、数量和分布多数好气、腐生，以孢子或菌丝片段存在于土壤，细胞数多数好气、腐生，以孢子或菌丝片段存在于土壤，细胞数104106个个/g土，土壤肥沃时可达土，土壤肥沃时可达108个个/g土。土。主要分布于土表，是土壤重要的土著性微生物，也是土壤主要分布于土表，是土壤重要的土著性微生物，也是土壤微生物的第二大类群，占微生物的第二大类群，占530%。l对干燥条件抗性比较大对干燥条件抗性比较大(在沙漠土壤中生存在沙漠土壤中生存)；l比较适合在碱性或中性条件下生长，并对酸性条件敏感比较适合在碱性或中性条件下生长，并对酸性条件敏感（高氏（高氏1 1号培养基）。号培养基）。l主要参与复杂有机物的分解，如木质素、几丁质、烃类。主要参与复杂有机物的分解，如木质素、几丁质、烃类。2、优势菌属、优势菌属链霉菌属和诺卡氏菌属在土壤放线菌中链霉菌属和诺卡氏菌属在土壤放线菌中所占的比例最大。所占的比例最大。v链霉菌属（链霉菌属（Streptomyces）：）：1000多种，多种，96%的抗菌素主要来源于该属；有基质、气生菌丝，后的抗菌素主要来源于该属；有基质、气生菌丝，后者上有孢子。者上有孢子。链霉菌链霉菌v诺卡氏菌属（诺卡氏菌属（Nocardia）：）：无气生菌丝，以基质菌丝的断裂繁殖；无气生菌丝，以基质菌丝的断裂繁殖；有很多种产生抗生素，如利福霉素；有很多种产生抗生素，如利福霉素；参与复杂的难分解的有机物的降解。参与复杂的难分解的有机物的降解。v小单胞菌属（小单胞菌属（Micromonospora）：）：气生菌丝很短，顶端只生一个孢子；气生菌丝很短，顶端只生一个孢子；耐高温（耐高温（5565），是堆肥高温阶段的重要分解菌，），是堆肥高温阶段的重要分解菌，重要的抗生素产生菌，如庆大霉素。重要的抗生素产生菌，如庆大霉素。六、土壤真菌六、土壤真菌P10-111、数量和分布、数量和分布p真菌是常见的土壤微生物之一，真菌是常见的土壤微生物之一，10104 410105 5个个/g/g，是土壤微生物的第三大类群；，是土壤微生物的第三大类群；p数量虽小，但生物量很大（第一），数量虽小，但生物量很大（第一），200g/m200g/m3 3；六、土壤真菌六、土壤真菌在土壤中常见的真菌主要是子囊菌亚门、接在土壤中常见的真菌主要是子囊菌亚门、接合菌亚门、半知菌亚门：合菌亚门、半知菌亚门：u根霉属、毛霉属、小克银汉霉属根霉属、毛霉属、小克银汉霉属u赤霉属赤霉属u曲霉属（曲霉属（Aspergillus）、青霉属（）、青霉属（Penicillum）、木）、木霉属（霉属（Trichoderma）2、优势属种、优势属种土壤中的土著酵母菌主要是半知菌：土壤中的土著酵母菌主要是半知菌：假丝酵母（假丝酵母（Candida）、）、红酵母（红酵母（Rhodotorula）、）、汉孙氏酵母（汉孙氏酵母（Hansenula）七、七、土壤藻类土壤藻类P111.土壤藻类是单细胞或多细胞的真核原生生物；土壤藻类是单细胞或多细胞的真核原生生物；2.优势属种：硅藻、绿藻、黄藻优势属种：硅藻、绿藻、黄藻藻类生长状况可以作为土壤肥力的指标。藻类生长状况可以作为土壤肥力的指标。肥沃的中性土壤，藻类一般生长旺盛，土壤表肥沃的中性土壤，藻类一般生长旺盛，土壤表面常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层；面常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层；藻类缺乏藻类缺乏土壤贫瘠缺肥；土壤贫瘠缺肥；硅藻多硅藻多土壤营养丰富；土壤营养丰富；八、八、土壤原生动物土壤原生动物P111.原生动物是单细胞动物；原生动物是单细胞动物；2.往往只存在于土壤的表层往往只存在于土壤的表层15cm处，因为它们处，因为它们需要相对高浓度的氧气，需要相对高浓度的氧气，105106个个/g肥土，肥土，几十几万个几十几万个/g贫瘠土；贫瘠土；3.原生动物主要靠摄取可溶性有机物和细菌而生长，原生动物主要靠摄取可溶性有机物和细菌而生长，是土壤细菌和藻类的捕食者。是土壤细菌和藻类的捕食者。4.常见的优势种属：鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等。常见的优势种属：鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等。l细菌病毒在土壤中分布广泛，但数量少细菌病毒在土壤中分布广泛，但数量少l根瘤菌与其噬菌体的关系（有抗性的却不固氮）根瘤菌与其噬菌体的关系（有抗性的却不固氮）l植物致病病毒在土壤中转播植物致病病毒在土壤中转播（芸苔油壶菌芸苔油壶菌可以感染植物根并引起病变，且可可以感染植物根并引起病变，且可以携带烟草坏死病毒和莴苣巨脉病毒进行传播）以携带烟草坏死病毒和莴苣巨脉病毒进行传播）九、九、土壤病毒土壤病毒P11十、影响土壤中微生物分布的因素十、影响土壤中微生物分布的因素P12l土壤颗粒性质 腐殖质砂土l土壤水分 游动微生物l氧气 上层好氧微生物多（穴居动物活动可以给微生物好氧生长提供条件）lpH pH对营养物质的利用，微生物吸附，胞外酶的产生和分泌产生影响l温度 蓝细菌能抗变化范围很大的温度；耐寒的藻类（雪藻）l营养状况 有机物对自养细菌有抑制作用（刍溪藻喜欢在营养丰富的鸟粪中）（土壤颗粒中细菌的不均匀分布）l人类生产活动（一）微生物数量的测定（一）微生物数量的测定十一、测定土壤微生物数量和生物量的方法十一、测定土壤微生物数量和生物量的方法1、总数的测定、总数的测定细菌的显微镜直接计数法细菌的显微镜直接计数法荧光显微镜法荧光显微镜法电子显微镜法电子显微镜法2、活菌数的测定、活菌数的测定稀释平板培养法稀释平板培养法液体稀释培养法（液体稀释培养法（MPN法法-最大可能数法最大可能数法）大肠菌群检数表接种水样总量111.1mL（100mL、10mL、1mL、0.1mL各1份）接接种种水水样样量量/mL1001010.1每升水样中大肠菌群数每升水样中大肠菌群数2380“”大肠菌群发酵阳性；大肠菌群发酵阳性；“”大肠菌群发酵阴性。大肠菌群发酵阴性。（二）微生物生物量的测定（二）微生物生物量的测定1 1 1 1、熏蒸法、熏蒸法、熏蒸法、熏蒸法目前使用最广的一种测定土壤微生物生物量的方法。目前使用最广的一种测定土壤微生物生物量的方法。用氯仿将土壤中的微生物杀死，然后加入少量未灭菌用氯仿将土壤中的微生物杀死，然后加入少量未灭菌的土壤（即重新接入活的微生物），新接入的微生物可的土壤（即重新接入活的微生物），新接入的微生物可以分解利用死细胞，产生以分解利用死细胞，产生COCO2 2。根据。根据COCO2 2的产生量和微生的产生量和微生物体矿化率常数物体矿化率常数K K计算出该土壤中微生物的生物量。计算出该土壤中微生物的生物量。试验需要试验需要2020天，天，1010天预处理，天预处理，1010天测定天测定COCO2 2总产量。总产量。生物量生物量一种生物或一组生物单位体积的重量，多以一种生物或一组生物单位体积的重量，多以g为单位，如湿重、干重。为单位，如湿重、干重。2 2、ATPATP含量换算法含量换算法含量换算法含量换算法ATP与生物量保持一定的比例关系。与生物量保持一定的比例关系。用适当的提取剂从土壤中提取用适当的提取剂从土壤中提取ATP，以分光光度计测，以分光光度计测定其引发荧光素定其引发荧光素荧光酶反应的强度，经换算可求荧光酶反应的强度，经换算可求得微生物的生物量。得微生物的生物量。方法灵敏，但受土壤含磷量等因素的影响方法灵敏，但受土壤含磷量等因素的影响(高浓度有高浓度有机质会干扰机质会干扰ATP含量测定含量测定)。思考题思考题1、为什么说土壤是微生物的大本营？其、为什么说土壤是微生物的大本营？其中各种微生物（细菌、放线菌、真菌）数中各种微生物（细菌、放线菌、真菌）数量和生物量如何变化？量和生物量如何变化？