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1、微生物生态微生物生态9.1 微生物生态学微生物生态学9.1.1 什么是微生物生态学什么是微生物生态学 是研究微生物群体与其周围生物和非是研究微生物群体与其周围生物和非生物环境间相互作用规律的科学。生物环境间相互作用规律的科学。9.1.2 微生物生态学的任务微生物生态学的任务9.1.3 微生物在生态系统中的作用微生物在生态系统中的作用生产者生产者 主要分解者主要分解者生物地球化学循环中的重要成员生物地球化学循环中的重要成员9.2 自然环境中的微生物自然环境中的微生物9.2.1 9.2.1 土壤环境中的微生物土壤环境中的微生物（1 1）土壤中微生物的数量和种类土壤中微生物的数量和种类 土壤中微生物
2、的种类很多，包括细土壤中微生物的种类很多，包括细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物等类菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物等类群。各类群中以群。各类群中以细菌数量最多细菌数量最多，放线菌和，放线菌和真菌次之，藻类和原生动物等较少。真菌次之，藻类和原生动物等较少。(2)土壤中微生物的分布土壤中微生物的分布 土壤微生物具有明显的土壤微生物具有明显的水平分布水平分布（即地理分布）和（即地理分布）和垂直分布垂直分布持征，同时持征，同时还有还有季节性分布季节性分布特性。特性。水平分布水平分布:中国主要土壤类型中，有机质含量丰富的中国主要土壤类型中，有机质含量丰富的东北黑土中，微生物数量最多东北黑土中，微生物数
3、量最多；西北干旱地区的西北干旱地区的黄绵土中，微生物数量较少黄绵土中，微生物数量较少；有机质含量低的；有机质含量低的南南方酸性红壤和砖红壤中，微生物数星最少方酸性红壤和砖红壤中，微生物数星最少。同一。同一类型的土壤，林地中微生物数量明显高于草地中类型的土壤，林地中微生物数量明显高于草地中微生物数量。中国从北方到南力，土壤由碱性到微生物数量。中国从北方到南力，土壤由碱性到酸性，呈现出酸性，呈现出北方土壤个细菌和放线菌数量多于北方土壤个细菌和放线菌数量多于南方，南方土壤中真菌数量则略多于北方的持点。南方，南方土壤中真菌数量则略多于北方的持点。垂直分布：垂直分布：土壤土壤表面表面，由于缺水、干旱、紫
4、外线，由于缺水、干旱、紫外线照射强烈，照射强烈，微生物数量少微生物数量少；在；在520cm520cm土土壤壤层中层中微生物数量最多微生物数量最多，植物根系附近微，植物根系附近微生物数量更多；自生物数量更多；自20cm20cm以下，微生物数以下，微生物数量随土层深度增加而减少。量随土层深度增加而减少。季节变化：季节变化：冬季冬季气温低，气温低，微生物数量明显减少微生物数量明显减少；春季春季到来，气温逐渐回升，到来，气温逐渐回升，微生物数量迅微生物数量迅速增加速增加；夏季夏季炎热干旱，炎热干旱，微生物数量会随微生物数量会随之减少之减少；秋季秋季雨水充足，大量植物残体进雨水充足，大量植物残体进入土壤
5、，入土壤，微生物数量又急剧上升微生物数量又急剧上升。这样，。这样，在在春秋两季土壤中微生物数量会各出现一春秋两季土壤中微生物数量会各出现一个高峰。个高峰。9.2.2 水环境中的微生物水环境中的微生物（1 1）淡水微生物群落）淡水微生物群落 影影响响微微生生物物群群落落的的分分布布、种种类类和和数数量量的的因因素素有有：水水体体类类型型、受受污污（废废）水水污污染染程程度度、有有机机物物的的含含量量、溶溶解解氧氧量量、水水温温、pHpH及水深等。及水深等。淡水中的微生物淡水中的微生物主要来自土壤、空气、主要来自土壤、空气、动植物尸体及分泌排泄物、工业废水、生动植物尸体及分泌排泄物、工业废水、生活
6、污水活污水等。特别是土壤中的微生物。等。特别是土壤中的微生物。但多数进入水域的土壤微生物由于不但多数进入水域的土壤微生物由于不适应水体环境而逐渐死亡，适应水体环境而逐渐死亡，水体中的微生水体中的微生物数量和种类一般比土壤中的少得多。物数量和种类一般比土壤中的少得多。微生物在淡水平的分布常受到许多环微生物在淡水平的分布常受到许多环境因子的影响，其中境因子的影响，其中营养物质是决定微生营养物质是决定微生物分布的主导因素，其次是溶解氧和温度物分布的主导因素，其次是溶解氧和温度。水体内有机物含量高，则微生物数量大；水体内有机物含量高，则微生物数量大；中温水体内微生物数量比低温水体内多；中温水体内微生物
7、数量比低温水体内多；深层水中的厌氧微生物较多，而表层水内深层水中的厌氧微生物较多，而表层水内好氧性微生物较多、因此，好氧性微生物较多、因此，水体中微生物水体中微生物常成层分布。常成层分布。（2 2）海水中的微生物）海水中的微生物 微生物群落分布和数量受海洋环境变微生物群落分布和数量受海洋环境变化、人类活动等因素的影响。化、人类活动等因素的影响。海海面面有有阳阳光光照照射射，藻藻类类生生长长，溶溶解解氧氧量量高高，有有好好氧氧的的异异养养菌菌，再再往往下下为为兼兼性性厌厌氧微生物。氧微生物。海洋占地球总水体的海洋占地球总水体的9797，其中微生，其中微生物的种类和数量很大。但生长存其中的微物的种
8、类和数量很大。但生长存其中的微生物有别于淡水环境。生物有别于淡水环境。海洋中微生物以海洋中微生物以藻类最多藻类最多，细菌种类，细菌种类与土壤和淡水中的差别不大。海洋与土壤和淡水中的差别不大。海洋细菌有细菌有喜盐特性。喜盐特性。海洋中的微生物也具有水平和垂直分海洋中的微生物也具有水平和垂直分布特性。近海和海湾水域微生物数量大。布特性。近海和海湾水域微生物数量大。远海由于有机质含量低，细菌总数低很多，远海由于有机质含量低，细菌总数低很多，主要为一些贫营养菌。主要为一些贫营养菌。9.2.3 空气中的微生物空气中的微生物 强紫外线、干燥、温度变化大、缺乏强紫外线、干燥、温度变化大、缺乏营养等，因此，空
9、气不是微生物生长繁殖营养等，因此，空气不是微生物生长繁殖的场所，只是它的中转站。的场所，只是它的中转站。(1)(1)空气中微生物的来源空气中微生物的来源 空气中的微生物主要来源于带有微生空气中的微生物主要来源于带有微生物或微生物孢子的土壤尘埃、水面吹起的物或微生物孢子的土壤尘埃、水面吹起的扬沫扬沫(小水滴小水滴)、人和动物体表干燥脱落物、人和动物体表干燥脱落物、呼吸道的排泄物等，这些细菌都可飘散到呼吸道的排泄物等，这些细菌都可飘散到空气中。空气中。(2)(2)空气中微生物种类和数量空气中微生物种类和数量 空气中微生物主要为真菌和细菌。真菌中的空气中微生物主要为真菌和细菌。真菌中的霉菌和酵母菌几
10、乎到处都有。空气中微生物的数霉菌和酵母菌几乎到处都有。空气中微生物的数量决定于空气中的尘埃总量。量决定于空气中的尘埃总量。还受到温度和湿度还受到温度和湿度的影响。的影响。(3)空气中微生物的分布空气中微生物的分布 一般以室内一般以室内1m3空气空气中细菌总数为中细菌总数为5001000个以上作为空气污染的指个以上作为空气污染的指标。标。生物洁净技术多用生物洁净技术多用备有高效过滤器的空气调备有高效过滤器的空气调节除菌设备，它既达到恒节除菌设备，它既达到恒温控制又可提供无菌空气。温控制又可提供无菌空气。清洁程度清洁程度细菌总数细菌总数最清洁的空气（有空调）最清洁的空气（有空调）12清洁空气清洁空
11、气 30普通空气普通空气31125临界环境临界环境150清度污染清度污染 300严重污染严重污染 301以细菌总数评价空气的卫生标准（单位：个以细菌总数评价空气的卫生标准（单位：个/m3）9.2.4 极端环境中的微生物极端环境中的微生物 地球上存在着一些极端的环境，如高地球上存在着一些极端的环境，如高温、低温、高盐、高酸、高碱、高压、强温、低温、高盐、高酸、高碱、高压、强辐射、寡营养等。这种极端环境是高等生辐射、寡营养等。这种极端环境是高等生物和大多数微生物所无法忍受的，但仍有物和大多数微生物所无法忍受的，但仍有一些微生物生长其中，这就是一些微生物生长其中，这就是“极端微生极端微生物物”。（1
12、 1）嗜热微生物）嗜热微生物 嗜热微生物是指能在较高温度下生长嗜热微生物是指能在较高温度下生长的一类微生物，细菌是嗜热微生物中最耐的一类微生物，细菌是嗜热微生物中最耐热的，故俗称高温菌。热的，故俗称高温菌。嗜热微生物主要分布在火山口、海底嗜热微生物主要分布在火山口、海底火山、热泉火山、热泉(温度高达温度高达100)100)。高强度太阳。高强度太阳辐射的土壤、岩石表面辐射的土壤、岩石表面(温度高达温度高达70)70)，各，各种堆肥、煤渣堆，家用热水器及工业冷却种堆肥、煤渣堆，家用热水器及工业冷却水之中。水之中。按耐热程度的不同可将嗜热微生物分为五个不同类群。按耐热程度的不同可将嗜热微生物分为五个
13、不同类群。耐热菌耐热菌 最高生长温度在最高生长温度在4555之间，低于之间，低于30也能也能 生长。生长。兼性嗜热菌兼性嗜热菌 最高生长温度在最高生长温度在5565之间，也能在低之间，也能在低 于于30条件下生长。条件下生长。专性嗜热菌专性嗜热菌 最适生长温度在最适生长温度在6570，不能在低于，不能在低于40 42条件下生长。条件下生长。极端嗜热菌极端嗜热菌 最高生长温度高于最高生长温度高于70最适温度高于最适温度高于 65、最低生长温度高于、最低生长温度高于40。超嗜热菌超嗜热菌 最适生长温度在最适生长温度在80110，最低生长温度在，最低生长温度在 55左右。左右。(2)(2)嗜冷微生物
14、嗜冷微生物 在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高山、深海和冻土地区，以及保藏食品的低温环境山、深海和冻土地区，以及保藏食品的低温环境中生活着一些嗜冷微生物。它们能在较低的温度中生活着一些嗜冷微生物。它们能在较低的温度下生长。下生长。嗜冷微生物可以分为嗜冷微生物可以分为专性和兼性专性和兼性两类，专性两类，专性嗜冷菌适应在低于嗜冷菌适应在低于2020以下的环境中生活，高于以下的环境中生活，高于2020即死亡，可以在即死亡，可以在00或低于或低于00条件下生长；条件下生长；兼性嗜冷菌生长的温度范同较宽。最高温度达到兼性嗜冷菌生长的温度范同较宽。最高温度达到30
15、 30 时还能生活。时还能生活。(3)(3)嗜酸微生物嗜酸微生物 在酸性矿水、酸性热泉、火山湖、地在酸性矿水、酸性热泉、火山湖、地热泉等极端酸性环境热泉等极端酸性环境(pH(pH值在值在4 4以下以下)中生长中生长着一些在中性环境条件下不能生长的微生着一些在中性环境条件下不能生长的微生物，称之为物，称之为嗜酸微生物。嗜酸微生物。嗜酸微生物中以嗜酸微生物中以细菌最多，也有部分霉菌和酵母。细菌最多，也有部分霉菌和酵母。而与之相对比，将那些能在高酸条件下而与之相对比，将那些能在高酸条件下生长，但最适生长，但最适pH值接近中性的微生物称为值接近中性的微生物称为耐酸微生物。耐酸微生物。(4)(4)嗜碱微
16、生物嗜碱微生物 一般把最适生长一般把最适生长pHpH值在值在9 9以上的微生以上的微生物称为嗜碱微生物。物称为嗜碱微生物。专性嗜碱微生物专性嗜碱微生物：pH值为值为11-12，中性不生长，中性不生长兼性嗜碱微生物兼性嗜碱微生物：pH值值10，中性生长，中性生长耐碱微生物耐碱微生物：pH值值9，中性生长和酸性生长，中性生长和酸性生长(5)嗜盐微生物嗜盐微生物 嗜盐微生物通常分布在晒盐场、盐湖、嗜盐微生物通常分布在晒盐场、盐湖、腌制品中。腌制品中。根据对盐的不同需要：根据对盐的不同需要：弱嗜盐弱嗜盐微生物：微生物：0.20.5mol/L 中度嗜盐中度嗜盐微生物：微生物：0.52.5mol/L 极端
17、嗜盐极端嗜盐微生物：微生物：2.55.2mol/L(6)嗜压微生物嗜压微生物 在海洋深处以及深油井中，还分布着一在海洋深处以及深油井中，还分布着一些微生物，它们生存的环境中压力达些微生物，它们生存的环境中压力达1000多个大气压，在常压下却不能生存。因此多个大气压，在常压下却不能生存。因此将需要高压才能良好生长的微生物称为将需要高压才能良好生长的微生物称为嗜嗜压微生物压微生物。将最适生长压力为正常压力，。将最适生长压力为正常压力，也能耐受高压的微生物称为也能耐受高压的微生物称为耐压微生物。耐压微生物。(7)抗辐射微生物抗辐射微生物 人们从放射线照射过的食品、医疗器械人们从放射线照射过的食品、医
18、疗器械或饲料、高放射性地区发现类对放射线具或饲料、高放射性地区发现类对放射线具有强抗性的细菌，称为抗辐射微生物。有强抗性的细菌，称为抗辐射微生物。与上述不同的是，这类微生物对辐射仅与上述不同的是，这类微生物对辐射仅有抗性或耐受性，而不是有抗性或耐受性，而不是“嗜好嗜好”。9.3 微生物与微生物之间的关系微生物与微生物之间的关系 在自然环境中，微生物极少单独生存，在自然环境中，微生物极少单独生存，总是与其他微生物类群以及一些动物和植总是与其他微生物类群以及一些动物和植物共同出现在一定的空间里，它们之间互物共同出现在一定的空间里，它们之间互为环境，相互影响，既相互依赖，又相互为环境，相互影响，既相
19、互依赖，又相互排斥，表现出相互间复杂的关系。排斥，表现出相互间复杂的关系。9.3.1 9.3.1 互生关系互生关系 所谓互生是指两种可以单独生活的生所谓互生是指两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。因此，这是一种种生活方式。因此，这是一种“可分可合，可分可合，合比分好合比分好”的相互关系。的相互关系。人体肠道正常菌群与宿主间的关系，人体肠道正常菌群与宿主间的关系，主要是互生关系。人体为肠道微生物提供主要是互生关系。人体为肠道微生物提供了良好的生态环境，使微生
20、物能在肠道得了良好的生态环境，使微生物能在肠道得以生长繁殖。而肠道内的正常菌群可以完以生长繁殖。而肠道内的正常菌群可以完成多种代谢反应，如多种糖苷酶反应，固成多种代谢反应，如多种糖苷酶反应，固醇的氧化、酯化、还原、转化等作用，均醇的氧化、酯化、还原、转化等作用，均对人体生长发育有重要意义。对人体生长发育有重要意义。9.3.2 9.3.2 共生关系共生关系 所谓共生，是指两种生物共居在一起，相互所谓共生，是指两种生物共居在一起，相互分工协作、甚至达到分工协作、甚至达到难分难解、合二为一难分难解、合二为一的一种的一种相互关系。一旦彼此分离两者就不能很好的生活。相互关系。一旦彼此分离两者就不能很好的
21、生活。地衣是微生物间共生的典型例子，它是真菌和藻地衣是微生物间共生的典型例子，它是真菌和藻类的共生体。类的共生体。根瘤菌与豆科植物共生形成根瘤共生体，根瘤菌与豆科植物共生形成根瘤共生体，这是一种典型的互惠共生关系。根瘤固定这是一种典型的互惠共生关系。根瘤固定大气中的氮气，为植物提供氮素养料，而大气中的氮气，为植物提供氮素养料，而豆科植物根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，豆科植物根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定的生长同时，还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。条件。9.3.3 9.3.3 寄生关系寄生关系 所谓寄生，一般指一种小型生物生活在另所谓寄生，一般指一种小型生物生活
22、在另一种较大型生物的体内或体表，从中取得营养一种较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。前者称为杀死的现象。前者称为寄生物寄生物，后者称为，后者称为寄主寄主。有些寄生物一旦离开寄主就不能生长繁殖，这有些寄生物一旦离开寄主就不能生长繁殖，这类寄生物称为类寄生物称为专性寄生物专性寄生物，有些寄生物在脱离，有些寄生物在脱离寄主以后营腐生生活，这些寄生物称为寄主以后营腐生生活，这些寄生物称为兼性寄兼性寄生物生物。在微生物中，噬菌体寄生于细菌是常在微生物中，噬菌体寄生于细菌是常见的寄生现象。如果微生物寄生于人和有见的
23、寄生现象。如果微生物寄生于人和有益动物体内，则对人类不利；如果寄生于益动物体内，则对人类不利；如果寄生于有害动物体内，则对人类有利，并可以利有害动物体内，则对人类有利，并可以利用。用。9.3.4 拮抗关系拮抗关系 拮抗关系是指一种微生物在其生命活动过程中，拮抗关系是指一种微生物在其生命活动过程中，产生某种代谢产物或改变环境条件，从而抑制其产生某种代谢产物或改变环境条件，从而抑制其他微生物的生长繁殖，甚至杀死其他微生物的现他微生物的生长繁殖，甚至杀死其他微生物的现象。象。制造泡菜过程中，乳酸杆菌能产生大量制造泡菜过程中，乳酸杆菌能产生大量乳酸导致环境的乳酸导致环境的pH下降，从而抑制了其他下降，
24、从而抑制了其他微生物的生长发育对不耐酸的细菌均有抑微生物的生长发育对不耐酸的细菌均有抑制作用。制作用。有许多微生物在生命活动过程中，能产有许多微生物在生命活动过程中，能产生某种抗生素，具有选择性的抑制或杀死生某种抗生素，具有选择性的抑制或杀死别种微生物的作用，如青霉菌产生的青霉别种微生物的作用，如青霉菌产生的青霉素抑制革兰氏阴性菌；链霉菌产生的制霉素抑制革兰氏阴性菌；链霉菌产生的制霉菌素抑制酵母菌和霉菌等。菌素抑制酵母菌和霉菌等。9.4 微生物群落的发展和演替微生物群落的发展和演替 自学（内容与环境生态学重叠）自学（内容与环境生态学重叠）9.5 微生物在环境物质循环中的作用微生物在环境物质循环中的作用 自学（内容与生物化学重叠）自学（内容与生物化学重叠）