微生物的生态

这是一篇关于微生物的生态的思维导图，主要内容有重要概念、分布与菌种资源、微生物与生物环境的相互作用、生态系统中的作用等。

微生物 的生态

• 重要概念
  • 生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能 量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。
  • 生态学：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：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。
    • 
      • 各种环境中的微生物的种类、分布；
      • 微生物和其它生物的关系；
      • 微生物与物质循环；
  • 群落：同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上的连锁而构成相依赖、相制约的生物集团。
  • 种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁殖集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。
• 分布与菌种资源
  • 微生物在自然界的分布
    • 1. 土壤中的微生物
      • 1| 环境条件：营养，水分，空气，酸碱度，渗透压和温度条件都适合微生物的生活 是最丰富的“菌种资源库”
      • 2| 微生物的含量：
        • 微生物数量：细菌＞放线菌＞霉菌＞酵母菌＞藻类＞原生生物 10⁸ 10 ⁷ 10⁶ 10⁵ 10⁴ 10³
        • 土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，
          • 土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。
        • 土壤微生物的含量与土壤有机质的的含量有直接关系。
          • 表层耕作土中含量最高，耕作层厚度2030cm
          • 地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。·采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。
      • 采取土壤样品
        • 要点：
          • i. 土质肥，微生物含量高，特别肥沃的土壤中细菌多，放线菌少；
          • ii. 离地面520om处的土壤通气良好、不受阳光直射，含菌量最高。
          • iii. 采土季节以春秋两季最好。
        • 富集培养的一般方法：采用有利于目的菌种而不利于无关微生物的营养和培养条件， 以达到使目的菌种在群体中比例上升的目的。
    • 2. 水中的微生物
      • 淡水
        • 地下水
          • 无色杆菌、黄杆菌、革兰氏阳性杆菌、微球菌、诺卡氏菌
        • 地表水
          • 溪水：营养少、主要是革兰氏阴性无芽孢杆菌、生丝微菌
          • 河水：出现假单孢菌、芽孢、肠杆菌、弧菌、螺菌、硫细菌、微球菌、八叠球菌、诺卡氏菌、链球菌、螺旋体等
          • 生活污水：荧光、绿脓、变形、枯草、大肠、粪链球菌、病毒和噬菌体生产污水：与所含污物有关
      • 海水：平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低
        • 微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口有耐盐菌， 嗜盐菌：低嗜盐菌，中等嗜盐菌，高嗜盐菌 常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌
        • 形态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小 
        • 生理特征：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏 感 
        • 布：不均匀，与水深成反比
      • 水体富营养化：
        • 概念：它是水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。
        • 赤潮：海水富营养化
        • 水华：淡水富营养化
    • 3. 空气中的微生物：
      • 生态条件：
        • 紫外辐射
        • 较干燥
        • 温度变化大
        • 缺乏营养
        • 存在状态：漂浮，短暂停留 以吸附与尘埃微粒上的形式存在
          • 尘埃颗粒数↑，微生物数量↑
          • 分布：越接近地面的空气含菌量↑（最高85km）
          • 种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子
          • 空气中微生物数量的测定：培养皿沉降法、液体阻留法
          • 空气中微生物的杀灭与去除：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、 过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、 石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。
      • 来源
        • 土壤尘埃
        • 呼吸道微生物
        • 动物表面干燥脱落物
    • 4. 工农业生产中的微生物：
      • I. 微生物引起的工业产品的霉腐
      • II. 食品农副产品上的微生物
        • 不利影响：微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用 病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病 很多微生物在食品农产品上生长会产生对人有害的毒素
        • 有利影响：利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等
    • 5. 极端环境下的微生物：
      • 嗜热/嗜冷微生物
      • 嗜酸/嗜碱微生物
      • 嗜盐微生物
      • 嗜压微生物
      • 研究意义：
        • 1| 开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源；
        • 2| 为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及 相关学科许多领域，如：功能基因组学、生 物电子器材等的研究提供新的课题和材料；
        • 3| 为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。
    • 6. 不可培养微生物：
      • 概念：从环境中直接分离和克隆 rRNA ，并分析其序列和在分子进化树上的位置等方法而发现的， 目前尚不能在人工条件下获得培养的微生物。
      • 研究意义
        • 1| 生物多样性和系统发生的多样性
        • 2| 寻找新的致病微生物
        • 3| 从不可培养微生物中寻找新的基因、新的蛋白
  • 菌种资源开发：
    • 菌种筛选：
      • i. 采集菌样
      • ii. 富集培养
      • iii. 纯种分离
      • iv. 性能测定
• 微生物与生物环境的相互作用
  • 1. 共生：
    • 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：是真菌和光合生物（绿藻或蓝细菌）的共生联合体， 真菌是主要成员，其形态及后代的繁殖均依靠真菌
        • 共生关系
          • 生理上的共生：共生菌从基质中吸收水分和无机养料共生藻进行光合作用，合成有机物； 使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。
          • 结构上的共生： 形成有固定形态的叶状结构：真菌无规则地缠绕藻类细胞，地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量 的藻类细胞和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣
      • 金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌 提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。
    • 微生物与植物间的共生关系：
      • 根瘤菌与豆科植物：
        • 根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料
        • 豆科植物的根的分泌物可促进根瘤菌的生长，提供保护和稳定的生长条件
      • 放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植 物之间的根瘤
    • 微生物与动物之间的共生关系：
      • 白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物）；
      • 反刍动物与其瘤胃微生物（牛）
        • 这些动物以植物的纤维素为主要食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供动物吸收利用。
        • 瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要的营养和生活条件--﹣食物和严格的厌氧环境
  • 2. 寄生：
    • 定义：一般指一种小型生物生活在另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杀死的现象。
    • 微生物间的寄生：
      • 噬菌体与其宿主之间的关系真菌对真菌的寄生
      • 细菌或真菌寄生于原生动物
      • 细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于栖菜豆假单胞菌
    • 微生物与植物之间的寄生关系：
      • 植物病原体，专性寄生物和兼性寄生物
    • 微生物与动物之间的寄生关系：
      • 各种病原微生物
  • 3. 拮抗：
    • 定义：某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。
    • 抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素
    • 因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变，从而抑制它种生物的生长
  • 4. 竞争：
    • 两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致使增长率和种群密度受限制时发生的相互作用， 其结果对两种种群都是不利的。
  • 5. 捕食：
    • 一种种群被另一种种群完全吞食，捕食者种群从被食 者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。
      • 原生动物吞食细菌和藻类；
      • 粘细菌吞食细菌和其它微生物；
      • 真菌捕食线虫和其它原生动物
• 生态系统中的作用
  • 微生物学在生态系统中的地位
    • 生态系统
      • 非生物环境
        • 物质循环
        • 能量流动
      • 生物群落
        • 生产者
        • 消费者
        • 分解者
    • 微生物
      • 1、微生物是有机物的主要分解者。（微生物最大的价值在于其分解功能）
      • 2、微生物参与所有的物质循环
      • 3、光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者
      • 4、在土壤、水体中有大量的微生物生物量贮存着大量的物质和能量。
      • 5、微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现打下基础。
  • 微生物与自然界的物质循环
    • 1. 碳素循环：
      • 降解作用（有机物大分子至有机物小分子）
      • 呼吸作用（有氧条件，小分子有机物至无机物）
      • 发酵作用（无氧条件）
        • 甲烷形成
        • 化石燃料
      • 光合作用
    • 2. 氮素循环
      • 固氮
      • 氨化作用
      • 硝化作用
      • 硝酸盐还原
      • 反硝化作用
      • N的自然形态
        • 铵盐，亚硝酸盐，硝酸盐
        • 有机含N物
        • 氮气
    • 3. 硫素循环
      • 硫的氧化
      • 硫酸盐还原
      • 有机硫化物的矿化
      • 硫化氢释放
    • 4. 磷的循环
      • 有机磷化物的分解（解磷作用）
      • 不溶性无机磷的转化（溶磷作用）
      • 有效磷的微生物固定
        • 磷酸和可溶性磷酸盐（可被生物利用）
• 污水处理的微生物原理
  • 1. 水体污染
    • 环境污染：生态系统的结构、机能受到外来有害物质的影响或破坏，无法进行正常的物质循环。
    • 水体污染的表现：无法进行水的自净作用
    • 污水的种类：生活污水、工业有机污水、工业有毒污水和其它污水
    • 有害物质的种类：农药、炸药、多氯联苯（ PCB ）多环芳烃（致癌）酚、氰和丙烯睛等
    • 微生物处理法是污水处理中最关键、最有效和最常用的方法。
  • 2. 污水处理中的特殊微生物
    • 分解氰：诺卡氏菌属等14属49种
    • 分解多氯联苯：少数红酵母、假单胞菌 无色杆菌属等
    • 分解多环芳烃：产碱杆菌、假单胞菌、棒杆菌、诺卡氏菌
    • 分解硝基炸药：柠檬酸杆菌属、肠杆菌属，克雷伯氏菌属、埃希氏菌属假单胞菌属等若干菌种
    • 降解高分子物质：恶臭假单胞菌，芽孢杆菌
  • 3. 微生物污水处理原理
    • 污水处理装置是一个小型生态系统，利用各种生理生化性能的微生物类群间的互相配合而进行 的一种物质循环过程。
  • 4. 污水处理主要装置
    • 节能型：
      • 氧化塘法
      • 洒水滤床法
    • 耗能性：
      • 活性肽污泥法
      • 生物膜法
    • 产能型：
      • 厌氧消化法
  • 5. 沼气发酵与环境保护
    • 沼气：又称生物气,是一种混合可燃气体，其中主要成分为甲烷、还含有少量 H 、 N 、 co 等。
    • 沼气发酵：其生化本质是一种由产甲烷细菌进行的甲烷形成过程。 产甲烷菌是自然界碳循环中厌氧生物链的最后一个成员
    • 沼气发酵的意义：
      • 生物量的概念：某一时刻存在于一个生态系统中的全部生物体有机物质的总和，称为生物量。
      • 梯级利用方式：粉碎做牲畜饲料一畜粪沼气发酵， 利用其中约90％化学能，固体残渣可做优质肥料，甚至頃加到饲料中