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農(nóng)業(yè)微生物學(xué)總結(jié)-資料下載頁(yè)

2025-06-06 21:27本頁(yè)面
  

【正文】 第七章 微生物生態(tài)微生物生態(tài)學(xué)——研究微生物與周?chē)锖头巧锃h(huán)境之間的相互關(guān)系及其在自然環(huán)境中的作用。*第一節(jié) 微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用生物成分按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用,可劃分為三大類(lèi)群:生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。微生物可以在多個(gè)方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。 微生物是有機(jī)物的主要分解者 微生物最大的價(jià)值在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動(dòng)物、植物和微生物殘?bào)w等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì),并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物,再供初級(jí)生產(chǎn)者利用。 微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員 微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán),大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中,微生物是主要的成員,起主要作用;而一些過(guò)程只有微生物才能進(jìn)行,起獨(dú)特作用;而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過(guò)程,起關(guān)鍵作用。 微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者 光能營(yíng)養(yǎng)和化能營(yíng)養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者,它們具有初級(jí)生產(chǎn)者所具有的二個(gè)明顯特征,即可直接利用太陽(yáng)能、無(wú)機(jī)物的化學(xué)能作為能量來(lái)源,另一方面其積累下來(lái)的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動(dòng)。 微生物是物質(zhì)和能量的貯存者 微生物和動(dòng)物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機(jī)體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量,貯存著大量的物質(zhì)和能量。 微生物是地球生物演化中的先鋒種類(lèi) 微生物是最早出現(xiàn)的生物體,并進(jìn)化成后來(lái)的動(dòng)、植物。藻類(lèi)的產(chǎn)氧作用,改變大氣圈中的化學(xué)組成,為后來(lái)動(dòng)、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ) 在土壤形成和發(fā)展中起著重要作用。 第二節(jié) 微生物在自然界的分布微生物的種類(lèi)繁多。它們?cè)谧匀唤绲姆植家埠軓V泛,存在于土壤、水、空氣、動(dòng)植物體和人體中,一些極端環(huán)境也存在微生物。(注:動(dòng)植物和人體微生物是關(guān)系病理的學(xué)科,不講授) 由于微生物本身的特性,如營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型多、基質(zhì)來(lái)源廣、適應(yīng)性強(qiáng),又能形成芽孢、孢囊、菌核、無(wú)性孢子、有性孢子等等各種各樣的休眠體,可以在自然環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存活;另外,微生物個(gè)體微小,易為水流、氣流或其他方式迅速而廣泛傳播。因此微生物在自然環(huán)境中的分布極為廣泛。從海洋深處到高山之巔,從沃土到高空,從室內(nèi)到室外,除了人為的無(wú)菌區(qū)域和火山口中心外,到處可以發(fā)現(xiàn)有微生物存在?!疚⑸锏奶攸c(diǎn)決定了它們?cè)谧匀唤绲姆植挤浅V泛,這些特點(diǎn)是:①個(gè)體小,②易于傳播,③生長(zhǎng)迅速,④繁殖力強(qiáng),⑤數(shù)量龐大,⑥種類(lèi)繁多,⑦能形成多種休眠體,⑧適應(yīng)性強(qiáng)。因此總的來(lái)說(shuō),在土壤、水、空氣、動(dòng)植物體中均有它們的蹤影,在一些極端環(huán)境中也發(fā)現(xiàn)有大量微生物生存?!康珜?duì)于一個(gè)具體的生態(tài)環(huán)境,微生物的數(shù)量和種類(lèi)就會(huì)有一定的范圍。 一、土壤中的微生物土壤是微生物的天然培養(yǎng)基,具備了各種微生物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件,對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō),是最豐富的菌種資源庫(kù)。一般來(lái)說(shuō),在每克耕作層土壤中,各種微生物量之比大體有一個(gè)10倍遞減規(guī)律:細(xì)菌(~108)放線菌(~107)霉菌(~106,孢子)酵母菌(~105)藻類(lèi)(~104)原生動(dòng)物(~103)。通過(guò)這些微生物旺盛的代謝活動(dòng),可明顯改善土壤的物理結(jié)構(gòu)和提高它的肥力。但一般來(lái)說(shuō)微生物處于饑餓狀態(tài),繁殖速率極低,當(dāng)可用的營(yíng)養(yǎng)物被加到土壤中,微生物數(shù)量和它們的代謝活性迅速增加直到營(yíng)養(yǎng)物被消耗,而后微生物活性回復(fù)到較低的基線水平。 1 、土壤是微生物的大本營(yíng)土壤具有絕大多數(shù)微生物生活所需的各種條件,是自然界微生物生長(zhǎng)繁殖的良好基地。其原因在于:①土壤含有豐富的動(dòng)植物和微生物殘?bào)w,可供異養(yǎng)微生物作為碳源、氮源和能源。②土壤含有大量而全面的礦質(zhì)元素,供微生物生命活動(dòng)所需。③土壤中的水分都可滿(mǎn)足微生物對(duì)水分的需求。④不論通氣條件如何,都可適宜某些微生物類(lèi)群的生長(zhǎng)。通氣條件好可為好氧性微生物創(chuàng)造生活條件;通氣條件差,處于厭氧狀態(tài)時(shí)又成了厭氧性微生物發(fā)育的理想環(huán)境。土壤中的通氣狀況變化時(shí),生活其間的微生物各類(lèi)群之間的相對(duì)數(shù)量也起變化。⑤土壤的 pH 值范圍在 ~ 之 間,多數(shù)在 ~ 之間。而大多數(shù)微生物的適宜生長(zhǎng) pH 也在這一范圍。即使在較酸或較堿性的土壤中,也有較耐酸、喜酸或較耐堿、喜堿的微生物發(fā)育繁殖,各得其所地生活著。⑥土壤溫度變化幅度小而緩慢,隨季節(jié)和晝夜的變化幅度大大低于氣溫的變化,這一特性極為有利于微生物的生長(zhǎng)。如土壤溫度夏季比空氣溫度低,而冬季又比空氣溫度高。土壤的溫度范圍恰是中溫性和低溫性微生物生長(zhǎng)的適宜范圍。 ⑦土壤能保護(hù)微生物不受烈日的暴曬,避免各種射線對(duì)微生物的殺傷作用。因此,土壤是微生物資源的巨大寶庫(kù),微生物種類(lèi)齊全、數(shù)量多,代謝潛力大。事實(shí)上,許多對(duì)人類(lèi)有重大影響的微生物種大多是從土壤中分離獲得的,如大多數(shù)產(chǎn)生抗生素的放線菌分離自土壤。微生物對(duì)土壤的作用(1)微生物是土壤形成的先驅(qū)生物自養(yǎng)固氮菌固氮,使成土母質(zhì)間有了氮素成分。(2)為植物生長(zhǎng)提供有效氮源。有機(jī)態(tài)氮向無(wú)機(jī)氮(氨態(tài)氮、硝態(tài)氮)的轉(zhuǎn)換(一)土壤中微生物的分布一般規(guī)律:①具有季節(jié)性變化規(guī)律:春、秋季是高峰,夏、冬季數(shù)量較少。②垂直分布規(guī)律:好氧微生物隨土壤深度的增加而減少。③平行分布規(guī)律:近根系微生物較多,遠(yuǎn)根系微生物較少。聚集在表土層和耕作層,以微菌落的形式分布在土壤顆粒和有機(jī)質(zhì)表面以及植物根際。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(guò)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。(二)土壤中微生物的群落(三)土壤微生物的區(qū)系 * 微生物的區(qū)系:指與一定環(huán)境和位置相聯(lián)系的微生物的總體 * 土壤微生物區(qū)系:特定土壤中微生物的種類(lèi)、數(shù)量和微生物在該土壤中的活力等微生物活性的微生物特性的總體。 (四)土壤微生物生物量的測(cè)定 1)菌絲伸長(zhǎng)測(cè)定(活體染色)2)酶法(脫氫酶、氧化酶、纖維素酶等)3)稀釋平板法和直接計(jì)數(shù)法4)土壤熏蒸法5)ATP、DNA含量測(cè)定 (五)植物的根際與根際微生物根際:又稱(chēng)根圈,指生長(zhǎng)中的植物根系直接影響的土壤范圍,包括根系表面至幾毫米的土壤區(qū)域。根際是植物根系直接影響到的土壤范圍,根系組織和細(xì)胞在生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中能不斷向根際分泌許多無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)(如氨基酸、有機(jī)酸和碳水化合物、生長(zhǎng)素和酶等),再加上脫落的根表皮細(xì)胞、根冠和死亡的根系等,都是微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。由于根系的比表面積很大,穿插在土壤中并具有旺盛的代謝活動(dòng),使根際的營(yíng)養(yǎng)物成分、氧分壓和水分狀況與根外土壤不同,從而形成了一個(gè)有利于微生物生長(zhǎng)的特殊生態(tài)環(huán)境,在植物根際生活的微生物稱(chēng)為根標(biāo)微生物1.植物根系對(duì)微生物的作用根圈效應(yīng):同根圈外土壤中的微生物群落相比,生活在植物根圈中的微生物,在數(shù)量、種類(lèi)和活性上都有明顯不同,表現(xiàn)出一定的特異性,這種現(xiàn)象稱(chēng)~,以根土比表示。根土比(R/S):根際微生物數(shù)量與非根際土壤微生物數(shù)量的比值來(lái)表示。植物根際對(duì)微生物數(shù)量和種類(lèi)的影響稱(chēng)為根際效應(yīng)(rhizosphere effect)。在數(shù)量方面常用根土比(R/Sratio)即根際微生物數(shù)量與非根際土壤微生物數(shù)量的比值來(lái)表示。 R/S值一般為5~20,有時(shí)可高達(dá)100以上,該值隨植物種類(lèi)、生育期和土壤類(lèi)型等而變化 。根際微生物不但數(shù)量多,而且在類(lèi)群組成上也與非根際微生物不同。根際以革蘭氏陰性的無(wú)芽孢桿菌占優(yōu)勢(shì),而革蘭氏陽(yáng)性的球菌、桿菌、芽孢菌和多形態(tài)菌較少。常見(jiàn)的主要類(lèi)群有假單胞菌屬、黃單胞菌屬和產(chǎn)堿菌屬。根際對(duì)放線菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的刺激作用不明顯,它們的根土比例很少超過(guò)2~3∶1。根際微生物的營(yíng)養(yǎng)需要也不同于土壤微生物。它們一般需要有氨基酸才能良好生長(zhǎng)并對(duì)植物根的分泌物和死亡脫落的表皮等細(xì)胞中的有機(jī)成分表現(xiàn)出明顯的依賴(lài)性。由于不同植物的根分泌物不同,同一植物的分泌物在不同生育期中也有變化,因此根際微生物還表現(xiàn)出與植物種類(lèi)、土壤及其它環(huán)境條件有關(guān)的特異性及隨植物生育期不同的數(shù)量和優(yōu)勢(shì)種群的交替變化。一般地說(shuō)定居在根表面的微生物受植物根系的影響最大,特異性也較高;其余的類(lèi)群主要受根系的刺激或影響;少數(shù)種類(lèi)和雀稗固氮菌甚至可以定居在根的膠質(zhì)鞘套中,形成了與植物關(guān)系十分密切的聯(lián)合固氮體系。2.根際微生物對(duì)植物的影響(245246頁(yè))根際微生物對(duì)植物的作用多數(shù)是有益的,但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)作用。其作用可以歸納為5個(gè)方面。1)根際微生物對(duì)植物的有益影響:(1)提供有機(jī)養(yǎng)料和生長(zhǎng)素類(lèi)物質(zhì):根際微生物在代謝活動(dòng)中能迅速分解來(lái)自根系、肥料和土壤中的復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為可給性植物養(yǎng)料。有些類(lèi)群還能產(chǎn)生吲哚乙酸(如小麥 根際微生物)、赤霉素(如藤倉(cāng)赤霉菌)等生長(zhǎng)素類(lèi)化合物來(lái)刺激植物的生長(zhǎng)。(2)提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)料的有效性:絕大多數(shù)的根際微生物均能在代謝過(guò)程中產(chǎn)生有機(jī)酸等而促進(jìn)土壤中難溶性磷、鐵、錳等元素轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫目扇苄责B(yǎng)料,有些微生物還能產(chǎn)生有機(jī)螯合物來(lái)加強(qiáng)鐵、錳等礦質(zhì)元素的溶解性和有效性(3)消除H2S等對(duì)植物的毒害作用:存在于水田或淹水土壤中的還原態(tài)硫化氫等硫化物 ,在水生植物根際較高的氧分壓下被硫化細(xì)菌氧化而消除了它們對(duì)植物的毒害作用,細(xì)菌亦可從植物獲得O2和接觸酶而受益。(4)產(chǎn)生拮抗性物質(zhì):許多根際微生物能產(chǎn)生抑制其它植物或植物病原微生物的拮抗化合物,如小麥根際微生物因能產(chǎn)生抑制豌豆和萵苣根系生長(zhǎng)的拮抗物,因而對(duì)小麥根系的生態(tài)環(huán)境起保護(hù)作用。2)根際微生物對(duì)植物的有害影響:引起缺素及產(chǎn)生有害作用:(1) 有時(shí)候過(guò)度生長(zhǎng)的根際微生物會(huì)與植物競(jìng)爭(zhēng)吸收礦質(zhì)養(yǎng)料并使植物出現(xiàn)暫時(shí)性營(yíng)養(yǎng)不良癥狀。例如果樹(shù)因缺鋅而產(chǎn)生小葉,燕麥因缺錳而產(chǎn)生灰斑等。(2) 某些根際微生物能產(chǎn)生有毒物質(zhì),抑制后茬植物種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng),輪作中應(yīng)注意選擇適合的后茬作物。(3) 根際累積的特異性病原微生物引起西瓜、花生等作物發(fā)生病害,不能重茬種植。*極端環(huán)境下微生物的研究意義216。 ①開(kāi)發(fā)利用新的微生物資源,包括特異性的基因資源;216。 ②為微生物生理、遺傳和分類(lèi)乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域,如功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料;216。 ③為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供
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