微生物在自然界中的分布

第四章微生物在自然界中的分布关于微生态学►微生态学无疑是属于生态学(ecology)范畴，是生态学的微观层次。►微生态学也可根据不同角度，分为不同的分支学科。►微生态学除了具有普通生态学的理论和特点外，还具有自己本身的一些特点。微生态学的定义►20年前，微生态学(microecology)首先被德国的沃克·罗西(VoekerRusch)博士所提出。►1985年提出的定义为“微生态学是细胞水平或分子水平的生态学”。►康白教授提出应为“研究正常微生物与其宿主相互关系的生命科学分支”，或“研究正常微生物结构和功能，以及与宿主相互关系的学科”。微生物生态►生态学：研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学。►微生物生态学：研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。►主要内容：微生物在自然界中的分布；微生物与其它生物间的关系；微生物在自然界物质循环中的作用；几个概念►生物圈：地球上的所有生物。►生态系统：生物群落与其无机环境相结合、相作用、相调控而成的动态系统。►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。微生物的生物环境微生物与其它生物之间的相互关系微生物与环境之间的相互关系RelationshipsamongMicroorganisms互生共生拮抗寄生中立生活、偏利作用、偏害作用可分可合合比分好难舍难分势不两立两种生物可以独立生活。也可以形成松散的联合，对一方有利，或双方都有利微生物间的互生关系微生物与高等植物之间的互生关系微生物与人及动物间的互生关系互生微生物与高等植物之间的互生关系根际微生物与高等植物为微生物提供所需的营养物质植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物的生长。固氮菌固氮碳源纤维素分解菌微生物间的互生关系人及动物与其正常菌群即是互生关系微生物与人及动物间的互生关系组成：真菌（子囊菌，担子菌）单细胞藻类（绿藻，蓝藻）共生组成一种植物体地衣微生物间的共生微生物和昆虫的共生瘤胃共生发光细菌和海洋鱼类共生牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。微生物与动物共生一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。拮抗一种生物能侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象叫寄生。微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对人与动物的寄生寄生寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸收营养使之死亡。还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行生长繁殖。真菌间的寄生微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因。能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物植物感染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状。能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。植物病害以真菌病害为主，占95％。细菌性植物病害占３％。已发现的植物病毒共有350多种，病毒都只能通过伤口侵入植物活细胞和组织中,通过输导组织扩散到主植株。病株植物可通过嫁接，土壤，昆虫传播等各种途径传播。病毒性植物传染病：植物病毒病害类型花叶型：受害植株叶片颜色深浅不一，出现斑驳，如烟草花叶病毒，马铃薯花叶病毒等所引起病害都是花叶型。黄化型：受害植株叶片呈黄绿或黄色，如蚕豆病毒病，桃萎蔫黄病等卷叶、缩叶、萎缩、丛生、矮化等各种畸型，如马铃薯卷叶病，桃小果病等。植物病害的防治选育抗病品种，提高抗病能力改良栽培技术及栽培环境条件，以有利植物生长发育，不利病原微生物生长（升汞浸种）微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。微生物对人与动物的寄生用于防治松毛虫,玉米螟效果好,尤其是用于防治松毛虫,白僵菌可作为环境因子,持续多年控制松毛虫的危害。在前苏联,白僵菌还用于防治马铃薯甲虫。白僵菌的安全试验：除在菌剂生产中孢子萌发可能引起操作人员的过敏反应外,尚未发现其它对人体有害的作用。白僵菌寄生于昆虫第一节土壤、水及空气中的微生物MicroorganismsinNaturalEnvironments一、土壤中的微生物►土壤是微生物生长的良好基地——微生物资源的大本营丰富的碳源和氮源大量而全面的矿质元素适宜的含水量不同的通气状况适宜的温度范围，变幅小而缓慢适宜的pH广泛范围1.土壤环境2.土壤中微生物的分布及种类土壤中微生物的数量：按种类递减细菌—放线菌—霉菌—酵母菌—藻类—原生动物108107106105104103个/g耕作土壤中，细菌湿重约90-225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。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。影响土壤中微生物分布的主要因素►土壤有机质►土壤湿度►土壤pH值►温度►土壤氧气含量土类地点细菌放线菌真菌暗棕壤黑龙江呼玛2,32761213棕壤辽宁沈阳1,2843936黄棕壤江苏南京1,4062716红壤浙江杭州1,1031234砖红壤广东徐闻5073911磷质石灰土西沙群岛2,2291,10515黑土黑龙江哈尔滨2,1111,02419黑钙土黑龙江安达1,0743192棕钙土宁夏宁武140114草甸土黑龙江亚沟7,8632923嵝土陕西武功9511,0324白浆土吉林皎河1,598553滨海盐土江苏连云港466410.4我国各主要土壤的含菌量(万/克干土)土壤剖面不同层次中微生物数量深度cm好氧细菌厌氧细菌放线菌真菌澡类3~820~2535~4065~75135~1457，8001，8004721011，9503799810.42080245495-1195014632550.50.1-土壤微生物的作用►参与土壤中几乎所有的生物化学变化，异养微生物分解有机质，自养微生物转化矿质养分存在状态。►微生物是土壤腐殖质的主要成员，因此成为土壤肥力和土壤结构的决定者之一。►光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，尤其在无植被的环境中，藻类是土壤形成或恢复的先行者。土壤中的细菌►土壤中的细菌占土壤微生物的70%～90%。其生物量可占土壤重量的1/10000左右，土壤有机质的1%左右。每亩可有1350～3375kg细菌。►数量大、个体小，与土壤接触的表面积特大，是土壤中最大的生命活动面，最活跃的生物因素。►土壤细菌大多为异养型，少数为自养型，积极参与着有机物的分解和腐殖质的合成以及各种矿质元素的转化。►有许多不同的生理类群，如固氮细菌、氨化细菌、纤维素分解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原细菌、产甲烷细菌等等都有存在，但分布不一。土壤放线菌►数量仅次于土壤细菌，每g可达几千万至几亿个，占土壤微生物总数的5%～30%，甚至更高。►土壤放线菌以分枝丝状营养体缠绕于土壤有机物或土壤颗粒，并伸展于土壤颗粒中。生物量与土壤细菌相当。►土壤放线菌的种类十分繁多，目前已知的放线菌种主要分离自土壤。主要是链霉菌属（Streptomyces）的种。►在土壤中的分布以耕作层为主，随土壤深度增加而数量、种类减少土壤真菌►是第三大类微生物。►每g土壤可含几万至几十万个。数量较细菌少，但其菌丝较粗大、长。每g土壤中的真菌菌丝可长达40m，湿重可达0.6mg左右。►一般土壤中酵母菌较少，但在果园土壤中较多►有藻状菌、子囊菌、担子菌和半知菌类，尤以半知菌类居多。►真菌在土壤中的分布方式与放线菌相似。►好氧性，分布于土壤表层。喜酸土壤，在酸性土壤中有较高的比例。土壤藻类►土壤藻类的数量远较其他微生物类群小，占土壤微生物的不足1%。►潮湿土表发育有单细胞的硅藻、或丝状绿藻和裸藻，偶见金藻和黄藻。积水土面可发育有衣藻、原球藻、小球藻、丝藻、绿球藻等绿藻和黄褐色的硅藻。水田中有水网藻和水绵等丝状绿藻。►藻类为光合型微生物，可将二氧化碳转化为有机质，积累于土壤。土壤原生动物►土壤原生动物的数量变化很大，每g几个至几十万。在有机质丰富的土壤中较高。►种类有鞭毛虫、纤毛和根足虫等单细胞能运动的原生动物。形态大小差异大。无性繁殖以分裂方式。►原生动物以吞食有机物残片、土壤细菌、单细胞藻类、放线菌和真菌孢子。►对土壤有机物的分解有显著作用。某森林土壤中的微生物微生物类群生物量干重（kg/10km2）细菌36.9放线菌0.2真菌454.0原生动物1.0蚯蚓类12.0其他生物23.03.土壤中的病原微生物及其传播►土壤中的病原微生物是随动植物残体、人畜排泄物和分泌物、污水、垃圾等废弃物一起进入土壤的。►大多数病原微生物只能在土壤中存活较短时间►只有少数抵抗力强的能形成芽孢的病原菌，如炭疽杆菌、气肿疽梭菌、腐败梭菌、产气荚膜梭苗等形成芽孢后能在土壤中生存数年甚至几十年。►此外，还有一些抵抗力较强的无芽孢病原菌也能生存较长时间，土壤一旦污染了这些病原菌，则可成为疫源地，随时都有可能使人和动物感染相应的传染病。几种病原菌在土壤中的生存时间病原菌名称生存时间结核分支杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)达5个月，甚至2年之久伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphi)3个月化脓链球菌(Streptococcuspyogens)达2个月巴氏杆菌(Pasteurella)在土壤表层生存不超过14d布氏杆菌(Brucella)可达100d猪丹毒杆菌(Erysipelothrixrhuropathiae)166d(土壤尸体内)１.水体环境►一般的江河、湖泊和池塘内的营养较为丰富；海水和盐湖含有较高的盐分，其它营养较贫乏。雨水近似于蒸馏水，含有非常少量的溶解营养。►天然水体温度：淡水水体0－36℃、海水水体5℃以下，某些温泉温度在70℃以上。►氧在水中的溶解度较小，易被好氧微生物耗尽，因此是微生物生存的最重要的限制因子。►pH值：淡水3.7－10.5，大多数江河、湖泊和池塘6.5－8.5。二、水中的微生物２.水中微生物的分布与种类►自然界江河湖海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物。►水域中微生物的种类和数量与水域的有机物、无机物的种类和含量，光照、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量有密切关系。淡水水体中微生物分布状况►地面水中微生物的种类和数量较多，一般与其所处的环境条件有关。清洁的湖泊、池塘和水库中微生物较少，有机质丰富的湖泊中，微生物较多。停滞的塘水、污染的江河水以及下水道的沟水中，微生物较多。►地下水因经过深厚的土层过滤，几乎大部分微生物被阻留在土壤中。海水微生物的分布和种类海水中的微生物除来源于河水、雨水及污水等环境中临时种类外，绝大多数是嗜盐菌，并耐高渗透压。微生物在海水中的垂直分布一般规律为：表层主要是好氧性异养菌，低层水体中，主要是厌氧腐生及硫酸还原菌，两层之间紫硫菌较多。在0-10米深的海水中，菌数较少，藻类和原生动物占较大比例，10-50米的海水中，菌数逐渐增加，50米以下，菌数逐渐减少，200米以下，菌数更少。水的自净作用►水源的饮用价值：良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。►在自然水体尤其是快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。３.水中的病原菌►来源：人及动物的排泄物►种类：炭疽杆菌猪丹毒杆菌伤寒杆菌布氏杆菌巴氏杆菌结核杆菌鼻疽杆菌三、空气中的微生物►１.环境►空气中的环境条件：无营养和水分、紫