【正文】 第八章 微生物的生態(tài) 生態(tài)學(xué) 是一門研究生物系統(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) 就是研究微生物群體與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)。 微生物分布 —— 開發(fā)菌種資源 微生物與其他生物的關(guān)系 —— 制藥、農(nóng)藥 、肥料 微生物之間的關(guān)系 —— 混菌發(fā)酵、污水處理 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用 —— 揭開地球環(huán) 境 變遷、生物進(jìn)化之謎。同時(shí)有助于探礦、冶金、環(huán)保等 第一節(jié) 微生物在自然界的分布與菌種資源的開發(fā) 第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系 第三節(jié) 微生物與自然界物質(zhì)循環(huán) 第四節(jié) 微生物與環(huán)境保護(hù) 第一節(jié) 微生物在自然界的分布 與 菌種資源的開發(fā) 一、微生物在自然界的分布 二、 菌種資源的開發(fā) （一）土壤中的微生物 ①土壤具備了各種微生物生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以土壤是微生物生活的良好環(huán)境。 土壤是微生物的 “ 大本營 ” ；土壤是人類最豐富的 “ 菌種資源庫 ” 。 一、微生物在自然界的分布 土壤是微生物良好的生活場所 為微生物提供了良好的Ｃ源、Ｎ源、能源。 為微生物提供有機(jī)物、無機(jī)鹽、微量元素。 土壤 pＨ值范圍 － 。 溫度、季節(jié)與晝夜溫差不大。 土壤顆?？障堕g充滿著空氣和水分。 適宜的滲透壓。 滿足了微生物對水分的要求。 細(xì)菌（～ 108）＞放線菌（～ 107）＞霉菌（～ 106）＞ 酵母菌（～ 105）＞藻類（～ 104）＞原生動(dòng)物（～ 103） 若按生物量 （單位體積內(nèi)活細(xì)胞的重量） 計(jì)算則各種微生物的生物量基本相當(dāng)。 通過土壤微生物的代謝活動(dòng)，可改變土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素 . ② 土壤中各種微生物含量 （按種類遞減） 據(jù)估計(jì)每畝耕作層土壤中，約有微生物 250 kg，其中：霉菌 150 kg、細(xì)菌 75 kg、原生動(dòng)物 15 kg、藻類 kg、酵母菌 kg。 （ 二 ） 土壤中微生物的分布 土壤團(tuán)聚體與微生物的分布 土壤團(tuán)聚體 （ 土壤團(tuán)粒 ） ： 由土壤礦物質(zhì)顆粒 （ 黏粒 ） 、 微生物 、植物殘?bào)w以及腐殖質(zhì)構(gòu)成的微團(tuán)聚體經(jīng)過多次復(fù)合和團(tuán)聚而成的結(jié)構(gòu) 。 不同的團(tuán)聚體微生物的分布不同。同一團(tuán)聚體內(nèi)外微生物的分布不同。 土壤顆粒表面的微生物 微生物的數(shù)量也與土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多， 隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少 。 水體中含有機(jī)物、無機(jī)物、 O毒物以及光照、pH、溫度、水壓、流速、滲透壓和生物群體等的明顯差別，在自然界的江、河、湖、海等各種淡水與咸水水域中都生存著相應(yīng)的微生物 . （二）水體中的微生物 1 不同水體中的微生物種類 （ 1） 淡水型水體的微生物 江、河、湖和水庫等，根據(jù)其中有機(jī)物含量的多少及其與微生物的關(guān)系還可分為兩類。 1）清水型水生微生物 在潔凈的湖泊和水庫蓄水中，因有機(jī)物含量低，故微生物數(shù)量很少（ 10～ 103／ ml ), 可認(rèn)為是水體環(huán)境中“土生土長”的土居微生物或土著種 . 典型的清水型微生物以 化能自養(yǎng)微生物和光能自養(yǎng)微生物 為主，如硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和衣細(xì)菌等，以及含有光合色素的藍(lán)細(xì)菌、綠硫細(xì)菌和紫細(xì)菌等。 2）腐敗型水生微生物 流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水以及下水道的溝水中，富營養(yǎng)化的湖水，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，因此有機(jī)物的含量大增，同時(shí)也夾入了大量外來的腐生細(xì)菌 . 腐敗型水生微生物尤其是細(xì)菌和原生動(dòng)物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達(dá)到 107～ 108個(gè)。其中主要為 各種腸道桿菌、芽孢桿菌、弧菌和螺菌 等。這些微生物在污水環(huán)境中大量繁殖，逐漸把水中的有機(jī)物分解成簡單的無機(jī)物污水也就逐步凈化變清。 包括： 好氧菌對有機(jī)物的分解作用 ， 原生動(dòng)物對細(xì)菌等的吞噬作用，噬菌體對宿主的裂解作用，藻類對無機(jī)元素的吸收利用，以及浮游動(dòng)物和一系列后生動(dòng)物通過食物鏈對有機(jī)體的攝取和濃縮作用等 。 水體的自凈作用 —— 流水不腐 在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水體中，存在著對有機(jī)或無機(jī)污染物的 自凈作用 。其原因是多方面的，雖有物理性的稀釋、沉降、吸附等作用和化學(xué)性的氧化作用，但更重要的卻是 各種生物學(xué)和生物化學(xué) 作用。 （ 三 ） 水體自凈及污染水體的微生物生態(tài) 特 征 多污帶 α 中污帶 β 中污帶 寡污帶 水色 暗灰色，很渾濁 灰色，較渾濁 渾濁 渾濁度低 BOD 高 減少 ,有懸浮物 減少 ,懸浮物少 極少 ,懸浮極少 溶解氧含量 極低（或無） 少 升高 恢復(fù)正常 氣體 H2S、 CO2和 CH4 NH H2S 氨及 H2S減少 H2S消失 細(xì)菌數(shù)量 1078/ml 106/ml 104/ml 極少 微生物種類特點(diǎn) （兼）厭氣性 硫酸還原菌 產(chǎn)甲烷菌 藻類及原生動(dòng)物出現(xiàn) 藻類大量繁殖 纖毛蟲活躍 魚腥藻、硅藻、黃藻、鐘蟲、變形蟲 動(dòng)物類型 寡毛類（顫蚯蚓） 顫蚯蚓，增多 輪蟲、浮游甲殼動(dòng)物 輪蟲、浮游甲殼動(dòng)物增多 顯花植物 無 無 出現(xiàn) 增多 魚類 無 無 無 有 底泥 大量的有機(jī)質(zhì) 部分無機(jī)化 大量無機(jī)化 1）海水的含鹽量 3%左右，能在其中生活的微生物為嗜鹽菌。 ? 真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的，為：一些藻類以及細(xì)菌中的芽孢桿菌屬、假單孢菌屬、弧菌屬及一些發(fā)光細(xì)菌等。 2）除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。 3）在深?；虺詈Ｓ捎诤诎?、寒冷和超高壓只有少數(shù)耐壓菌才可生長，少數(shù)微生物甚至可在 600個(gè)大氣壓下生長。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。 (2)海水型水體微生物 （三） 空氣中的微生物 無原生的微生物區(qū)系 空氣中不含微生物生長繁殖所必須的營養(yǎng)物、充足的水分和其他條件，且日光中的 UV還具強(qiáng)烈的殺菌作用，因而不宜于微生物的生存。 來源 土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)。 種類 主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)。 數(shù)量 取決于塵埃數(shù)量。 測定空氣中微生物的數(shù)目可用培養(yǎng)皿沉降法或液體阻留法等方法進(jìn)行 . 凡須進(jìn)行空氣消毒的場所，例如醫(yī)院的手術(shù)室、病房、微生物接種室或培養(yǎng)室等處可以用 紫外線消毒、福爾馬林 等藥物的熏蒸或噴霧消毒等方法進(jìn)行。 為防止空氣中的雜菌對微生物培養(yǎng)物或發(fā)酵罐內(nèi)的純種培養(yǎng)物的污染，可用棉花、紗布（ 8層以上）、石棉濾板、活性炭或超細(xì)玻璃纖維過濾紙進(jìn)行空氣過濾 . 極端環(huán)境： 高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高毒、高滲、高壓、干旱或高輻射強(qiáng)度等絕大多數(shù)生物都無法生存的環(huán)境。 極端微生物（嗜極菌）： 凡依賴于這些極端環(huán)境才能正常生長繁殖的微生物。 （五）極端環(huán)境下的微生物 極端環(huán)境 不同生物的 pH極限 紅色為古細(xì)菌 ， 藍(lán)色為細(xì)菌， 淺綠色為藻類 ， 棕色為真菌 ， 黃色為原生動(dòng)物， 綠色為植物 ， 紫色是動(dòng)物 。 不同生物的溫度極限 紅色為古細(xì)菌 ， 藍(lán)色為細(xì)菌 ， 淺綠色為藻類 ， 棕色為真菌 ， 黃色為原生動(dòng)物 ， 綠色為植物 ， 紫色是動(dòng)物 。 Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild amp。 Rocco L. Mancinelli Nature, 2022, Vol. 409, 10921101 極端環(huán)境微生物的研究意義 ? 由于極端環(huán)境微生物能產(chǎn)生許多獨(dú)特的穩(wěn)定蛋白，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)上有很高的價(jià)值，它們產(chǎn)生的許多酶已經(jīng)在市場上得到廣泛的應(yīng)用。 ? 在生物學(xué)上，極端環(huán)境微生物的意義也不能被低估，通過對 16s rDNA的研究， Woese在1990年提出了新的分類系統(tǒng)。 ? 對極端環(huán)境微生物中古細(xì)菌的研究，顯示這一類微生物和已知的微生物有顯著的差別，從而，提出了新的分類系統(tǒng)，即三域分類系統(tǒng)－古菌、細(xì)菌和真核生物。 極端環(huán)境微生物在工業(yè)上的應(yīng)用 Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild amp。 Rocco L. Mancinelli Nature, 2022, Vol