【正文】 第八章 微生物生態(tài) Microbial ecology ?概述 ?第一節(jié) 自然界中的微生物 ?第二節(jié) 微生物之間的相互關(guān)系 ?第三節(jié) 微生物與環(huán)境保護(hù) 概述 ?生物圈 地球上有生命活動的范圍統(tǒng)稱為生物圈 生態(tài)學(xué)：一門研究生物系統(tǒng)與其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律性的科學(xué) 微生物生態(tài)學(xué)：研究 微生物群體 — 微生物區(qū)系 或正常菌群 對其周圍的生物和非生物環(huán)境條件相互作用關(guān)系的科學(xué) ? 生態(tài)學(xué)研究范圍：生物圈（ biosphere）、生態(tài)系統(tǒng)（ ecosystem）、群落（ munity）、種群（ population）。 ? 研究意義 ? 理論：地球進(jìn)化和生物進(jìn)化原因 ? 實踐：開發(fā)菌種資源、防治有害微生物、新的微生物農(nóng)藥、菌肥、醫(yī)藥、混菌發(fā)酵、生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)探礦、冶金、環(huán)保、提高土壤肥力以及開發(fā)生物能等 ? 種群 ：生活在同一環(huán)境中的同種個體組成的能繁殖集團(tuán)。與同種別地的種群有隔離、有界限。 ? 群落： 同一環(huán)境中兩個以上種群由于生活繁殖上的連鎖而構(gòu)成相依賴、相制約的生物集團(tuán)。 生態(tài)系統(tǒng) ? 生態(tài)系統(tǒng) 是指在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過 物質(zhì)循環(huán) 和 能量流動 互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位。 ? 生物成分按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，可劃分為三大類群： 生產(chǎn)者 、消費者和 分解者 。 ? 微生物可以在多個方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。 微生物 在生態(tài)系統(tǒng)中的作用 ? 是有機(jī)物的主要分解者 ? 是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員 ? 是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者 ? 是物質(zhì)和能量的貯存者 ? 是地球生物演化中的先鋒種類 微生物與 生物地球化學(xué)循環(huán) ?碳循環(huán) ?氮循環(huán) ?硫循環(huán) ?磷循環(huán) ?鐵循環(huán) ?其它元素的循環(huán) ?生物地球化學(xué)循環(huán) (biogeochemical cycles) 是指生物圈中的各種化學(xué)元素，經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運動。這種循環(huán)是地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。 碳在生物圈中的總體循環(huán) 氮循環(huán) ?氮循環(huán)由 6種氮化合物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)所組成，包括 ： 固氮作用 氨化 (脫氨 )作用 硝化作用 硝酸鹽還原與反硝化作用 第一節(jié) 微生物在自然界中的分布與菌種資源 本節(jié)內(nèi)容： 一、微生物在自然界的分布 二、菌種資源的開發(fā) 微生物在自然界的分布 ? 生物體內(nèi)外的正常菌群 ? 人體微生態(tài) ? 無菌動物與悉生生物 ? 植物微生態(tài) ? 土壤中的微生物 ? 水中的微生物 ? 空氣中的微生物 ? 腐敗食品中的微生物 ? 極端環(huán)境中的微生物 一、生物體內(nèi)外的正常菌群 ? 人體的正常微生物區(qū)系 ? 正常菌群： 生活在健康動物各部位，數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無害的微生物，稱為正常菌群。 ? 正常菌群與人體的關(guān)系： 一般能維持平衡，菌群內(nèi)部的各種微生物之間，也是相互制約而維持相對穩(wěn)定 ? 微生態(tài)關(guān)系 正常菌群之間、正常菌群與宿主之間，正常菌群與環(huán)境因子之間的關(guān)系 人體的正常微生物區(qū)系 ? 有大量微生物的存在部位 ? 皮膚 ? 粘膜 ? 口腔 ? 鼻腔 ? 一切與外界環(huán)境相通的腔道：胃腸道 、 生殖道1014， 人體細(xì)胞總數(shù)的 10倍 人體上的微生物 其它生物體 ? 無菌動物 （ germfree animal）：體內(nèi)外檢查不到任何正常菌群的動物 ? 悉生生物 （ gnotobiotics）：已經(jīng)人為接種某已知純種微生物的無菌動物 ? 根際微生物 （ rhizosphere microanism）：植物根系經(jīng)常向周圍土壤分泌各種外滲物質(zhì)，故根際有大量微生物活動。種類組成受植物的種類和植物發(fā)育階段影響。 ? 附生微生物 （ epibiotic microbe）：指生活在植物體表面，主要借其外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營養(yǎng)的微生物。葉面微生物是主要的附生微生物。 二、土壤中的微生物 ? 土壤是微生物的合適生境 ? 土壤中的環(huán)境條件：營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度條件都適于微生物的生活， 土壤微生物種類齊全、數(shù)量多、代謝潛力巨大， 是微生物的大本營、也是人類最豐富的“菌種資源庫” ? 土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、 pH等因子的影響，集中分布于土壤表層和土壤顆粒表面。 典型花園土壤不同深度每克土壤的 微生物菌落數(shù) /CFu 深度 /cm 細(xì)菌 放線菌 * 真菌 藻類 38 9750000 2080000 119000 25000 2025 2179000 245000 50000 5000 3540 570000 49000 14000 500 6575 11000 5000 6000 100 135145 1400 —— 3000 —— 土壤中的微生物類群 ? 土壤是自然界微生物活動的主要場所， 1g表層土壤中含微生物的數(shù)量可達(dá) 107~108個。 ? 水分、營養(yǎng)、 pH、滲透壓、氧、溫度 ? 土壤中微生物的分布和數(shù)量 分布和數(shù)量 108~109個 /克肥沃土， 106~107個 /克貧瘠土 細(xì)菌 放線菌 霉菌 酵母菌 藻類 原生動物 ? ~108 ~107 ~106 ~105 ~104 ~103個 /g 影響因素 有機(jī)物含量、濕度、 pH、土壤類型、深度、季節(jié)、施肥 土壤中微生物的主要類群 ?細(xì)菌：主要異養(yǎng)菌 , 在潮濕土壤中生長 , pH近中性 ?放線菌：異養(yǎng)型 , pH , 干旱土中較多 真菌：異養(yǎng)型 ?霉菌：嚴(yán)格好氧類群 ?酵母菌：幾～幾千個 /克，含糖豐富土壤中較多（ 105個 /g） ?藻類：光能自養(yǎng)型 土壤中微生物的含量 ? 土壤中微生物的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量有直接關(guān)系。 ? 表層耕作土中含量最高，耕作層厚度 20~30cm，地表土受陽光直接照射，其中微生物含量較低。 ? 采取土樣時一般要刮開表土 2~3cm后采樣。 ? 土壤微生物的作用 改變土壤的性質(zhì)；進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化；提高土壤肥力 菌種篩選和分離的步驟 ? 調(diào)查研究及查閱充分的資料 ? 確定采集樣品的生態(tài)環(huán)境 ? 設(shè)計實驗方案 ? 確定特定的增殖條件 ? 采樣 ? 確定特殊的選擇培養(yǎng)基及可能的定性或半定量檢測法 ? 增殖培養(yǎng) ? 平板分離 ? 純化菌種 ? 性能測定 一 . 采樣 ? 采樣：采集含菌的樣品。 ? 采集目標(biāo)： ? 由于在土壤中幾乎可找到任何微生物，所以 土壤 一般是 首選 的采集目標(biāo)。 ? 除土壤以外，其他各類對象上都有相應(yīng)的占優(yōu)勢生長的微生物。 ? 采樣中 應(yīng)考慮 環(huán)境條件對土樣本中微生物分布的影響。 1. 環(huán)境條件對微生物分布影響 ? 土壤中有機(jī)物的含量（營養(yǎng)環(huán)境） ? 水分 ? 溫度 ? 通風(fēng) ? 酸堿度 ? 植被情況 （ 1）土壤中營養(yǎng)環(huán)境 ? 高糖環(huán)境 （ 加工蜜餞 、 糖果 、 蜂蜜的環(huán)境 ） 土壤 ? 耐滲透