大学微生物复习-第8章微生物生态系

2021-5-16 1 第 八 章微 生 物 生 态 系 2021-5-16 2 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 2021-5-16 3 微 生 物 生 态 学 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 等环 境 条 件 ， 以 及 它 们 之 间 的 相 互 关 系 的科 学 2021-5-16 4 第 一 节 自 然 环 境 中 的 微 生 物 2021-5-16 5 一 、 土 壤 中 的 微 生 物1、 土 壤 是 微 生 物 生 长 的 良 好 基 地 丰 富 的 碳 源 和 氮 源 大 量 而 全 面 的 矿 质 元 素 适 宜 的 含 水 量 不 同 的 通 气 状 况 适 宜 的 温 度 范 围 ， 变 幅 小 而 缓 慢 适 宜 的 pH 2021-5-16 6 2、 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 不同 而 有 很 大 差 异 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 微生 物 土 壤 微 生 物 中 其 数 量 及 活 动 强 度 : 细 菌 放 线 菌 真 菌 藻 类 原 生 动 物 2021-5-16 7 （ 1） 土 壤 中 的 细 菌 土 壤 中 的 细 菌 占 土 壤 微 生 物 的 70 90%。其 生 物 量 可 占 土 壤 重 量 的 1/10000左 右 ， 土壤 有 机 质 的 1%左 右 。 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 跃的 生 物 因 素 . 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 参与 者 。 2021-5-16 8 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 2021-5-16 9 土 壤 中 细 菌 生 理 类 群 和 作 用 2021-5-16 10 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 2021-5-16 11 土 壤 中 细 菌 生 理 类 群 和 作 用 2021-5-16 12 （ 2） 土 壤 放 线 菌 数 量 和 生 物 量 土 壤 中 放 线 菌 的 数 量 仅 次于 细 菌 。 占 土 壤 微 生 物 总 数 的 530%，放 线 菌 总 生 物 量 与 细 菌 的 总 生 物 量 相 当 。 分 布 由 于 多 数 放 线 菌 为 好 氧 有 机 营 养 型微 生 物 ， 最 佳 生 长 pH为 偏 碱 性 ， 放 线 菌主 要 分 布 于 耕 作 层 中 。 作 用 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 。 2021-5-16 13 （ 3） 土 壤 真 菌 数 量 和 生 物 量 1g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 。土 壤 中 酵 母 菌 每 g土 壤 在 几 个 至 几 千 个 。 分 布 为 好 氧 性 微 生 物 ， 一 般 分 布 于 土 壤 表 层 。且 较 耐 酸 ， 在 pH5.0左 右 的 土 壤 中 占 有 较 高 的比 例 。 作 用 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 林的 土 壤 中 分 布 较 多 。 2021-5-16 14 （ 4） 土 壤 藻 类 数 量 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 1%。 分 布 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 影 响 。 作 用 能 将 CO2转 化 为 有 机 物 ， 可 为 土壤 积 累 少 量 的 有 机 物 质 。 2021-5-16 15 （ 5） 土 壤 原 生 动 物 数 量 每 g有 几 十 至 几 十 万 个 。 在 富 含 有机 质 的 土 壤 中 含 量 较 高 。 作 用 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 。 2021-5-16 16 某 森 林 土 壤 中 的 微 生 物微 生 物 类 群 生 物 量 干 重 （ kg/10km2）细 菌 36.9放 线 菌 0.2真 菌 454.0原 生 动 物 1.0蚯 蚓 类 12.0其 他 生 物 23.0 2021-5-16 17 3、 土 壤 微 生 物 区 系 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 。 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 。 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 区系 两 类 。 2021-5-16 18 土 壤 微 生 物 区 系 类 型 土 著 性 微 生 物 区 系 (Microbial autoflora) 是 指 那 些 对 对 新 鲜 有 机 物 不 很 敏 感 的 微 生 物 类群 。 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 2021-5-16 19 土 壤 微 生 物 区 系 类 型 发 酵 性 微 生 物 区 系 (Fermentative 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 。 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 2021-5-16 20 二 、 水 体 中 的 微 生 物 地 球 上 主 要 水 体 的 种 类 海 洋 97%的 水 冰 川 和 两 极 2% 湖 泊 0.009% 河 流 0.00009% 地 下 水 少 量 2021-5-16 21 1、 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 取无 机 物 或 少 量 有 机 物 作 营 养 发 育 量 一 般 不 大 2021-5-16 22 2、 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 微生 物 。 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 机废 物 废 水 发 育 量 大 2021-5-16 23 三 、 空 气 中 的 微 生 物 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 物生 长 繁 殖 的 良 好 场 所 。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 。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 。 2021-5-16 24 空 气 中 微 生 物 的 地 域 分 布地 区 空 气 含 菌 娄 (个 /m3)畜 舍宿 舍城 市 街 道公 园海 面 上北 极 1 000 000 2 000 00020 0005 0002001 20 1 2021-5-16 25 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 物或 特 殊 微 生 物 才 能 生 存 的 环 境 称 为 极 端环 境 。 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 ， 还 有 高卤 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 端环 境 微 生 物 。 2021-5-16 26 1、 高 温 环 境 中 的 微 生 物 自 然 界 的 高 温 环 境 ： 温 泉 ， 海 底 火 山 口 微 生 物 的 耐 高 温 能 力 ：古 细 菌 真 细 菌 真 核 生 物 。 2021-5-16 27 高 温 环 境 中 的 微 生 物 极 端 嗜 热 菌 ， 最 适 65 70 ， 最 低 在40 以 上 ， 最 高 在 70 以 上 兼 性 嗜 热 菌 ， 最 高 为 50 60 ， 但 在 室温 下 仍 有 生 长 与 繁 殖 能 力 耐 热 细 菌 ， 最 高 为 45 50 ， 在 室 温 中生 长 较 兼 性 嗜 热 细 菌 好 。 2021-5-16 28 各 类 微 生 物 群 的 生 长 上 限 温 度 ( ) 类 群 上 限 温 度 类 群 上 限 温 度真 核 微 生 物 原 核 微 生 物 原 生 动 物 56 蓝 细 菌 7073 藻 类 5560 光 合 细 菌 7073 真 菌 6062 无 机 化 能 细 菌 90 异 养 细 菌 90 2021-5-16 29 嗜 热 菌 耐 热 原 因 ：（ 1） 细 胞 膜 化 学 组 分 的 特 异（ 2） 代 谢 速 率 高（ 3） 酶 蛋 白 热 稳 定 性 高（ 4） 有 一 类 特 殊 的 DNA结 合 蛋 白 ， 能 稳 定 DNA的 双 链 结 构 。 2021-5-16 30 2、 高 盐 环 境 中 微 生 物 自 然 界 中 高 盐 环 境 主 要 是 盐湖 、 死 海 、 盐 场 和 腌 制 品 。 能 在这 些 高 盐 环 境 中 生 存 繁 殖 的 微 生物 称 为 嗜 盐 性 微 生 物 。 2021-5-16 31 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 需要 性 ， 可 以 将 它 们 分 为 不 同 的 嗜 盐 类 群 。嗜 盐 微 生 物 最 适 生 长 盐 浓 度 例 子非 嗜 盐 微 生 物 0.2mol/L NaCl 淡 水 微 生 物弱 嗜 盐 微 生 物 0.2 0.5mol/L NaCl 大 多 数 海 洋 微 生 物中 等 嗜 盐 微 生 物 0.5 2.5mol/L NaCl 某 些 细 菌 和 藻 类 极 端 嗜 盐 微 生 物 2.5 5.2mol/L NaCl 盐 杆 菌 和 盐 球 菌耐 盐 微 生 物 耐 受 范 围 0.22.5mol/L NaCl 金 黄 色 葡 萄 球 菌 、 耐盐 酵 母 等 2021-5-16 32 嗜 盐 菌 的 特 点v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 。v嗜 盐 菌 中 的 许 多 酶 必 需 在 高 盐 浓 度 下 才显 示 活 性 。v嗜 盐 菌 具 有 异 常 的 紫 膜 (含 有 细 菌 视 紫 红质 )， 2021-5-16 33 3、 高 酸 环 境 中 的 微 生 物自 然 界 的 高 酸 环 境 ： 含 硫 矿 的 矿 尾 水 ， 酸性 热 泉 。微 生 物 ： 氧 化 硫 硫 杆 菌代 谢 作 用 ： 氧 化 S2-为 SO42- 2021-5-16 34 4、 高 碱 环 境 中 的 微 生 物 自 然 界 的 高 碱 环 境 ： 碱 性 温 泉 ， 矿 尾 水等 。 微 生 物 ： 环 状 芽 孢 杆 菌 ， 可 在 pH高 达11.0的 环 境 中 生 活 。 2021-5-16 35 5、 高 压 环 境 中 的 微 生 物 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 。 2021-5-16 36 第 二 节微 生 物 之 间 的 相 互 关 系 2021-5-16 37 一 、 偏 利 共 栖 关 系v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 体无 影 响 。v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 或是 营 养 基 质 。 2021-5-16 38 二 、 互 利 共 栖 关 系v定 义 : 两 个 微 生 物 群 体 共 栖 时 互 为 有 利的 现 象 。v互 利 方 式 :v互 相 提 供 营 养 物 质v改 善 生 长 环 境 2021-5-16 39 三 、 共 生 关 系 (symbiosis)v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 。v地 衣 (Lichens)： 由 某 些 藻 或 蓝 细 菌 与 真 菌 组 成的 共 生 体 。v藻 或 蓝 细 菌 ： 进 行 光 合 作 用 ， 可 为 真 菌 提 供 有 机 化合 物 作 碳 源 和 能 源 ，v真 菌 ： 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 。 2021-5-16 40 四 、 竞 争 关 系v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 。 2021-5-16 41 五 、 拮 抗 现 象v定 义 ： 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 ：v 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 群的 生 长 和 代 谢 。v 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 。 2021-5-16 42 六 、 寄 生 关 系v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 至个 体 死 亡 ， 而 使 它 看 书 得 益 并 赖 以 生 存的 现 象 。v寄 生 菌 的 两 种 形 式 ：v 外 寄 生v 内 寄 生 。 2021-5-16 43 七 、 捕 食 关 系v定 义 ： 指 一 种 微 生 物 以 另 一 种 微 生 物 为猎 物 进 行 呑 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 。 2021-5-16 44 微 生 物 之 间 相 互 关 系 类 型总 列相 互 作 用 类 型 相 互 作 用 的 影 响种 群 A 种 群 B中 立 0 0偏 利 共 栖 0 互 营 共 生 竞 争 拮 抗 0或 + 捕 食 寄 生