11 第八章　微生物的生态.ppt

第1页：第八章 微生物生态

第八章微生物生态生态学则定义为研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。

微生物生态学则是研究微生物与周围生物和非生物环境之间的相互关系及其在自然环境中的作用和环境因素对微生物的影响。

第2页：第一节微生物在自然界的分布

第一节微生物在自然界的分布第二节微生物与生物环境间的关系第八章微生物生态第三节微生物与自然界物质循环

第3页：一、土壤中的微生物

一、土壤中的微生物第一节微生物在自然界的分布微生物种类繁多。

它们在自然界的分布非常广泛，土壤、水、空气、动植物体中均有它们的踪影，在一些极端环境中也发现有大量微生物生存。

二、水圈中的微生物三、大气中的微生物四、极端环境微生物五、动物体内的微生物六、植物体中的微生物

第4页：土壤中的环境条件

一、土壤中的微生物第一节微生物在自然界的分布营养物质水分空气酸碱度渗透压温度团粒结构保护作用土壤适合微生物生活的特点：土壤是自然界最丰富的微生物库。

第5页：

第6页：土壤中细菌的特点

细菌：特点：是土壤微生物中数量最大、种类最多、功能多样的类群。生物量可超过全部土壤微生物总量的1/4。

土壤细菌以异养型为主和无芽孢细菌占优势。土壤中常见的细菌属：不动杆菌（Acinetobacter）、土壤杆菌（Agrobacterium）、产碱杆菌（Alcaligenes）、节杆菌（Arthrobacter）、芽孢杆菌（Bacillus）、短杆菌（Brevibacterium）、梭状芽孢杆菌（Clostridium）、棒杆菌（Corynebacterium）、黄杆菌（Flavobacterium）、微球菌（Micrococcus）、分枝杆菌（Mycobacterium）、假单胞菌（Pseudomonas）、葡萄球菌（Staphylcoccus）黄单胞菌（Xanthomonas），柄杆菌（Caulobacter）、纤维单胞菌（Cellulomonas）等(二)土壤中微生物的群落

第7页：放线菌：占土壤细菌

放线菌：占土壤细菌群体的10~33%。

• 链霉菌属（Streptomyces）和诺卡氏菌属（Nocardia）在土壤放线菌中所占的比例最大；
• 其次是小单胞菌属（Micromonospora）和放线菌属（Actinomyces）等。放线菌对干燥条件抗性比较大，并能在沙漠土壤中生存，它们比较适合在碱性或中性条件下生长，对酸性条件较敏感。放线菌的生长使土壤带有特殊的土腥气味。(二)土壤中微生物的群落

第8页：土壤中真菌的数量与生物量

真菌：数量约为103～105个/克土，但其生物量却是最大的，尤其是在通气良好的酸性土壤中。

• 真菌在土壤物质循环中起着重要作用，它们中的许多类群能分解纤维素、木质素等难分解的有机物质。土壤真菌可以游离的状态存在或与植物形成共生关系，丝状真菌主要存在于表土层的枯枝落叶中。在土壤中常见的真菌主要是半知菌，如：曲霉属、青霉属和木霉属等，但也可以找到大量的子囊菌和担子菌。各种酵母菌，如假丝酵母、红酵母和隐球酵母等也能从土壤中分离到。(二)土壤中微生物的群落

第9页：土壤中的藻类和原生动物

澡类和原生动物：光能自养的蓝细菌主要分布在表土层中，酸性土壤中较少，中性到微碱性土壤中较多。蓝细菌中，有些如念珠藻在自然生境中既能固定氮气，又能通过光合作用合成有机物。

土壤中还生活有大量的藻类。原生动物多存在于有机质和微生物丰富的表层土壤中，它们是土壤细菌和藻类的捕食者，对土壤微生物尤其是细菌的数量和种类起着重要的平衡和调控作用。(二)土壤中微生物的群落

第10页：细菌病毒在土壤中分布广泛

细菌病毒在土壤中分布广泛，但数量不是很多，如果其宿主细菌数目增加，那么相应的病毒数目也增加。

(二)土壤中微生物的群落

第11页：根际与根际微生物

(三)根际微生物1、根际和根际微生物在植物根系影响下的独特土壤环境范围称为根际，通常围绕根2mm以内的范围。

在植物根际生活的微生物称根际微生物。

2、根际效应和根土比(R/S)根际内的细菌最多，但种类较少；植物生长后期，真菌数量渐增。

第12页：根际微生物的营养来源

①分泌物、脱落物作为营养和能量来源；

• ②根分泌的酶促进物质转化；
• ③根呼吸放出的CO2→H2CO3，促进难溶物的溶解；
• ④根的穿插改善通气、水分状况；
• ⑤根际温度略高；
• ⑥微生物区系受到选择。
• 3、根系对微生物的作用(三)根际微生物

第13页：根际微生物的有益影响

4、根际微生物对植物的影响有益方面：(1)改善植物的营养状况；(2)微生物分泌的生长调节物质和生长因子；(3)产生拮抗物质抑制病原微生物生长；(4)产生铁载体，抑制不产铁载体的有害微生物生长。

(三)根际微生物

第14页：根际微生物的有害方面

有害方面：(1)争夺营养；(2)加富病原菌；(3)分泌有毒物质。

4、根际微生物对植物的影响(三)根际微生物

第15页：二、水圈中的微生物

二、水圈中的微生物清水中微生物：以自养微生物为主，少量异养微生物。

水的清洁度(一)淡水中的微生物腐败水中的微生物：大量腐生、异养微生物及原生动物。

第16页：淡水中的微生物分布

浅水区：光合及好氧微生物居多。深水区：厌氧微生物占多数。

湖底区：只有厌氧微生物。水的深浅二、水圈中的微生物(一)淡水中的微生物

第17页：海水中的微生物

(二)海水中的微生物海洋土著菌：BacillusPseudomonasVibrioPhotobacterium以耐盐或嗜盐菌为主透光区：各种海洋微生物。无光区：一些微生物。

深海区：少量微生物。海底区：极少数耐压厌氧微生物。海洋深度

第18页：大气中的微生物

三、大气中的微生物大气的特点：无营养、干燥、流动性强、光照强，故无固定微生物微生物的存在状态：吸附于尘埃、水滴、脱落物上，但孢子无须吸附空气是微生物传播的重要介质：传播距离与风

第19页：空气微生物的种类和数量

空气微生物的种类和数量：下表列出相关数据。

第20页：四、极端环境微生物

四、极端环境微生物极端环境高温低温高酸高碱高盐高毒高渗透压高压干旱高辐射强度

第21页：工农业产品上的微生物

五

第22页：

第23页：

第24页：

第25页：六、植物体中的微生物

六、植物体中的微生物玉米穗上的Fusarium玉米上的Aspergillus flavus桔子上的Penicillum(一)植物表面微生物

第26页：豆科植物根瘤内的根瘤菌

(二)植物体内的细菌豆科植物(如大豆等)根瘤内的根瘤菌

第27页：桤木及根瘤（含Frankia

桤木及根瘤（含Frankia）(二)植物体内的细菌

第28页：珊瑚状根瘤（含蓝细菌

珊瑚状根瘤（含蓝细菌）(二)植物体内的细菌苏铁

第29页：鱼腥蓝细菌

鱼腥蓝细菌红萍蓝细菌与蕨类植物——红萍的共生(二)植物体内的细菌

第30页：菌根：真菌与植物的共生体

(三)植物体内的真菌菌根：真菌与植物形成的共生体。真菌的菌丝在根表面交织成鞘套状结构(称菌套)，内层菌丝将外皮层细胞包起来形成哈蒂氏网。

外生菌根内生菌根真菌的菌丝体主要存在于根的皮层细胞间和细胞内，共生的植物仍保留有根毛。最常的为丛枝菌根（AM）。

第31页：VA菌根

VA菌根

第32页：

第33页：外生菌根与植物的相互作用

外生菌根与植物的相互作用外生菌根菌→植物：①提供植物营养及生长刺激物质；②防御林木根部病害。

植物→菌根菌：提供良好的生态环境和有机养料。

第34页：泡囊丛枝VA菌根

泡囊丛枝VA菌根(泡囊-丛枝菌根)根毛VA菌根对植物的主要作用：增加根圈的范围，扩大吸收营养的范围；提高植物从低磷土壤中吸收磷等矿质元素的能力。

第35页：第二节微生物与生物环境间的关系

第二节微生物与生物环境间的关系

• 微生物与任何一种生物之间的关系：种间共处：两种微生物相互无影响的生活在一起，不表现出明显的有利或有害关系。如乳杆菌和链球菌。互生；共生；寄生；竞争；拮抗；捕食

第36页：互生

一、互生cooperation定义：两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。

即互利互生和偏利互生。

微生物间的互生关系：好氧性自生固氮菌与纤维分解菌氨化细菌与亚硝化细菌和硝化细菌之间的关系氧化塘中的细菌与藻类人体的肠道正常菌群

第37页：二、共生symbiosis定义

二、共生symbiosis定义：两种生物共居在一起，相互协作分工，相依为命，以至达到难分难解、合二为一的一种关系。

微生物间的共生关系：地衣：藻类与真菌产氢产乙酸菌株（S菌株）与产甲烷细菌（MOH菌株）微生物与植物间的共生关系：根瘤菌与豆科植物放线菌与一些非豆科植物之间的根瘤

第38页：寄生

三、寄生parasitism定义：一般指一种生物生活在另一种生物的体内或体表，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杀死的现象。

微生物间的寄生噬菌体与其宿主之间的关系细菌或真菌寄生于原生动物微生物与植物之间的寄生关系植物病原体微生物与动物之间的寄生关系：

第39页：四、竞争competition

四、竞争competition

• 定义：是指不同的微生物种群在同一环境中对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质互相竞争、互相受到不利影响。
• 竞争结果：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。

第40页：拮抗

五、拮抗antogonism定义：由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的关系。

有特异性和非特异性两种。

有时也将因某微生物生长而引起的其它条件改变抑制他种生物的现象称为拮抗，如缺氧、pH值改变等拮抗关系的利用：为筛选抗生素、食品保藏

第41页：捕食

定义：一种微生物直接捕捉、吞食另一种微生物以满足其营养需要的关系。

微生物间的捕食关系原生动物吞食细菌和藻类的现象。

真菌捕食线虫和其它原生动物的现象捕食现象的利用：——生物防治六、捕食predation

第42页：第三节 微生物与自然界物质循环

一、碳素循环氮素循环二、硫、磷素的循环三、第三节微生物与自然界物质循环

第43页：碳素循环的途径

一、碳素循环（一）碳素循环的途径淀粉纤维素、半纤维素果胶质和几丁质（二）微生物在碳水化合物分解中的作用

第44页：CO2的同化与再生

（一）碳素循环的途径CO2的同化CO2的再生

第45页：微生物在同化CO2中的作用

微生物在同化CO2中的作用CO2含碳有机物产氧光合作用如藻类、蓝细菌不产氧光合作用如化能自养菌厌氧同化作用如热自养甲烷杆菌①②③

第46页：淀粉的水解

（二）微生物在碳水化合物分解中的作用1.淀粉的水解直链淀粉支链淀粉

第47页：液化型淀粉酶

液化型淀粉酶：α-淀粉酶糖化型淀粉酶：淀粉-1,4-麦芽糖苷酶淀粉-1,4-葡萄糖苷酶淀粉-1,6-葡萄糖苷酶水解淀粉的酶及产酶微生物：产液化型淀粉酶微生物：枯草芽孢杆菌、黄单胞菌、木霉、根霉等产糖化型淀粉酶微生物：根霉属

第48页：2.纤维素、半纤维素的水解

2.纤维素、半纤维素的水解

第49页：水解纤维素的酶

（1）水解纤维素的酶天然纤维素C1酶Cx酶纤维二糖(外切酶)短链纤维素纤维二糖酶葡萄糖(内切酶)纤维二糖纤维二糖酶

第50页：水解纤维素的微生物

（2）水解纤维素的微生物真菌、放线菌、细菌

第51页：半纤维素的组成

（3）半纤维素的分解半纤维素的组成中含有：多聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）多聚己糖（半乳糖、甘露糖）多聚糖醛酸（葡萄糖醛和半乳糖醛酸）等

第52页：半纤维素的分解微生物

半纤维素的分解许多能分解纤维素的微生物大部分也能分解半纤维素；但另一些不能分解纤维素的微生物却能够分解半纤维素。

在分解半纤纤素的微生物中，酸性土壤中以真菌为主；碱性土壤中，以细菌为主。

多聚糖酶

第53页：果胶质的结构

3.果胶质和几丁质的分解（1）果胶质的结构果胶是甲基半乳糖醛酸的聚合体。

不被甲基化的聚合体是果胶酸。

第54页：果胶与果胶酸的结构

果胶的结构果胶酸的结构甲基半乳糖醛酸

第55页：原果胶的分解过程

原果胶(非水溶性)可溶性果胶果胶酸半乳糖醛酸原果胶酶多缩戊糖+甲醇+果胶甲酯水解酶果胶酸酶H2OH2OH2O（2）果胶质的分解

第56页：分解果胶的微生物

（3）分解果胶的微生物好氧细菌如：枯草芽孢杆菌等厌氧细菌如：费地浸麻梭菌等真菌如：黑曲霉、米曲霉等一些放线菌（4）几丁质的分解某些细菌与放线菌产生的几丁质酶可将几丁质分解为N-乙酰葡萄糖胺

第57页：二、氮素循环

二、氮素循环

第58页：（一）氮循环的途径

（一）氮循环的途径

第59页：有机氮化合物的分解

（二）有机氮化合物的分解蛋白质多肽氨基酸蛋白酶肽酶氧化还原直接水解脱水氧化还原氨脱氨基作用

第60页：氧化还原脱氨

氧化还原脱氨少数厌氧梭菌(如生孢梭菌)能通过部分氨基酸(如丙氨酸等)的氧化与一些氨基酸(如甘氨酸等)的还原相偶联而实现氧化、脱氨基、产生能量的独特反应类型。

每分子氨基酸只产1个ATP。

又称Stickland反应供氢体受氢体L-丙氨酸甘氨酸L-亮氨酸L-脯氨酸L-缬氨酸L-羟脯氨酸L-苯丙氨酸L-鸟氨酸L-半胱氨酸L-精氨酸L-丝氨酸L-色氨酸反应机理如下：（二）有机氮化合物的分解

第61页：Stickland反应

Stickland反应

第62页：尿素的氨化作用

NH2C=O+2H2ONH2(NH4)2CO32NH3↑+CO2↑+H2O尿酶尿素的分解（二）有机氮化合物的分解

第63页：硝化作用

亚硝酸细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O2HNO2+O22HNO3硝酸细菌（三）硝化作用是氨氧化成硝酸盐的过程。

第64页：反硝化作用

（四）反硝化作用硝酸盐氮气厌氧反硝化细菌还原亚硝酸盐氧化氮氧化二氮

第65页：生物固氮作用

（五）生物固氮作用氮气氨固氮微生物

第66页：

第67页：

第68页：三、硫、磷的循环

三、硫、磷的循环

第69页：（一）硫素循环

（一）硫素循环

第70页：1.有机硫的腐败及矿化

1.有机硫的腐败及矿化：含硫有机物厌氧H2SSO42-(腐败作用)矿化作用有氧

第71页：硫化作用

2.无机硫化物的氧化（即硫化作用）：好氧、硫杆菌属好氧、发硫菌属H2SSSO42-S厌氧、绿菌属厌氧、着色菌属硫磺细菌硫磺细菌硫化细菌硫化细菌

第72页：硫酸盐的还原

3. 硫酸盐的还原：（1）同化型的硫酸盐还原：SO42-有机硫化物（2）异化型的硫酸盐还原（反硫化作用）：SO42-或有机硫H2S厌氧、脱硫弧菌属

第73页：磷素循环

（二）磷素循环微生物的作用土壤中的不溶性磷酸盐进入到土壤中的有机磷PO43-植物体及微生物体中的有机磷动物排泄物中的含磷物质动物体中的有机磷磷肥

第74页：有机磷的矿化

1.有机磷的矿化核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷碱基核糖磷酸（2）磷脂磷脂酶卵磷脂甘油、磷酸、胆碱（1）核酸

第75页：无机磷化物的溶解

2. 无机磷化物的溶解难溶性磷酸盐矿物微生物产生的有机或无机酸可溶性磷酸化合物

第76页：学习要点

学习要点

• 微生物在自然界的分布状况
• 微生物与环境中其他生物的关系
• 微生物在自然界碳素、氮素循环中的作用