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8微生物生态学基础8.1生态系统与生态平衡8.2土壤微生物生态8.3空气微生物生态8.4水体微生物生态8.5极端环境中的微生物8.6生态因子及其作用的基本规律8.7微生物之间的生态关系8.8微生物的群落特征8.9其他一些重要知识点8.10复习题8.1生态系统与生态平衡一、生态系统的概念与功能二、生态学金字塔三、生态系统的平衡及其调节机制四、微生物在生态系统中的重要作用一、生态系统的概念与功能（一）生态系统的概念（二）生态系统的组成结构（三）生态系统的基本特征（四）生态系统的功能（五）生态系统的分类（一）生态系统的概念生态系统（ecosystem）就是指一定空间内生存的所有生物和环境相互作用的，具有能量转换、物质循环代谢和信息传递功能的统一体。（参考教材P184）生态系统主要是个功能单位而不是生物学的分类单位，因为它所强调的是系统中各成分之间，包括生物与生物、生物与环境以及环境各因素之间在功能上的统一性。生态系统是有边界、有范围、有层次的。一个生态系统可以是含有微生物的一滴水，也可以是整个生物圈(biosphere)。不同大小的生态系统只是研究的空间范围及其复杂程度不同，小的生态系统联合成大的生态系统，简单的生态系统组合成复杂的生态系统，而生物圈是地球上最大、最复杂的生态系统，从地球表面向上23公里的高空，向下11公里的海洋深处（太平洋最深的海槽），都属于生物圈的范围。（二）生态系统的组成结构（1）生态系统的组成成分（2）生态系统的结构（参考教材P184-185）（1）生态系统的组成成分能源：太阳辐射生物代谢物质：CO2、H2O、O2、无机盐媒质：水、大气、土壤基质：泥土、岩石、砂其它因素：温度、pH值、氧化还原电位、渗透压等等消费者：包括草食动物、肉食动物等在内的动物群落分解者或转化者：包括异养微生物、原生动物、微型后生动物等非生物成分（环境条件）生物成分（生物群落）生产者：包括绿色植物、藻类、光合细菌、化能自养细菌等生态系统（2）生态系统的结构生态系统的结构包括物种结构、营养结构和空间结构。主要是从营养功能上划分。简单地讲，食物网及其相互关系就是生态系统的营养结构。生态系统的组成成分及其相互关系光照绿色植物食草动物寄生动物食肉动物食腐动物食渣动物分解者营养盐类转换者无生命的成分有生命的成分生产者消费者基本成分非基本成分（三）生态系统的基本特征任何“系统”都是具有一定结构，各组分之间发生一定联系并执行一定功能的有序整体，所以生态系统与物理学上的系统具有基本的相似性。但生物成分的存在决定了生态系统具有不同于机械系统的许多特征。(1)动态特征生态系统具有有机体的一系列生物学特性，如发育、代谢、繁殖、生长与衰老等。这就意味着生态系统具有内在的动态变化能力，任何一个生态系统总是处于不断发展、进化和演变之中，这就是生态演替现象。人们可根据生态系统的发育状况将其分为幼年期、成长期、成熟期等不同发育阶段，处在不同发育阶段的生态系统在结构和功能上也都各具特点。(2)区域特征生态系统都与特定的空间相联系，包含一定地区和范围的空间概念。在不同的空间范围内，栖息着与其生态条件相适应的生物类群，因此生态系统的结构和功能反映了一定的地区特性。(3)“自维持”特性自然生态系统所需要的能源是生产者对光能的转化，消费者取食植物，而动、植物残体以及它们的代谢排泄物通过分解者作用，使结合在复杂有机物中矿质元素又归还给环境，重新供生产者利用，这个过程往复循环，从而不断地进行着能量和物质的交换与转移，保证了生态系统的发生、运行和功能地发挥。生产者、消费者和分解者三是生态系统“自维持”(self-maintenance)的结构基础。(4)自动调节功能生态系统的自动调节功能是指生态系统在受到外来干扰而使稳定状态发生改变时，系统靠自身内部的机制再返回稳定、协调状态的能力。生态系统自动调节功能表现在三个方面，即同种生物种群密度调节，异种生物种群间的数量调节，生物与环境之间相互适应的调节。（四）生态系统的功能生态系统的基本功能包括生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。这些基本功能是由生态系统中的生物群落具体实现的，相互联系，紧密结合。（参考教材P185-186）（1）生物生产生态系统中的生物生产包括初级生产(primaryproduction)和次级生产(secondaryproduction)两个过程。在一个生态系统中，这两个生产过程彼此联系，但又是分别独立进行的。次级生产又称动物性生产，是指消费者(主要是动物)和分解者利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程，也就是异养生物对初级生产物质的利用和再生产过程。初级生产又称植物性生产，是指生态系统的生产者（主要是绿色植物）把太阳能转变为化学能，将简单无机物转变为复杂的有机物的过程，实质上是是绿色植物进行光合作用的过程。相关的几个概念总初级生产量、净初级生产量，消耗量、同化量，生物群落净生产量等。请自己查阅相关资料！生态系统次级生产过程模式图未被采食量可利用食物被摄食量消耗量同化量生产量未利用物质粪尿量呼吸量（2）能量流动生态系统的能量流动（energyflowecosystem）是指能量通过食物网络在系统内传递和耗散的过程，始于生产者的初级生产，止于分解者功能的完成。整个过程包括能量载体形态的转变，能量的转移、利用和耗散。生态系统中的能量包括动能和势能两种形式:生物与环境之间以传递和对流的形式相互传递与转化的能量是动能，包括热能和光能；而通过食物链在生物之间传递与转化的能量就是势能。每一营养层次中的生物所含的能量可能有四个去向：①由生物本身的代谢活动以热能的形式损耗；②生物死亡后为分解者所分解；③未被分解，以有机物形式贮积起来；④剩下部分(约10％～20％)为高一级营养层次的生物所消费。所以，从太阳能转化开始的生态系统的能量流动必然随着传递层次的增多，耗散到环境中的能量越来越多，势能形式的能量相应地减少，直到全部以废热形式散失到环境中为止。（3）物质循环生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境而被重复利用，周而复始地循环，这个过程称为物质循环。生物体内含有的重要元素，都处在由非生命环境转入生命物质的组成，然后再回到非生命环境这样一个不断进行的循环之中。不断进行着的物质循环，是生态系统得以维持的重要条件，在这一系列的物质循环中，微生物的作用是非常重要的。（4）信息传递生态系统的功能还表现在系统中各生命成分之间的信息传递，即信息流(informationflow)。生态系统中的各种信息主要可分为两大类，即物理信息和化学信息。生态系统中的信息流可根据通讯形式和与之相应的感觉器官分成三类：①化学通讯信息流，即由嗅觉和味觉通路传导信息；②机械通讯信息流，即经触觉、听觉通路进行信息传导；③辐射通讯信息流，即由光感受或视觉来执行其通讯机能。此外，超声波和电场也能被生物用来传递信息。（五）生态系统的分类对于千差万别的生态系统如何分类，并没有统一的原则，人们常根据研究对象和研究目的从不同角度对其进行划分。如：按照生态系统的生物成分植物生态系统(plantecosystem)动物生态系统(animalecosystem)微生物生态系统(microbeecosystem)人类生态系统(humanecosystem)等。按照生态系统结构和外界物质与能量交换状况开放系统——能量和物质都可进入或输出；封闭系统(closedecosystem)——阻止了物质的进入和输出，但不阻止能量的出入；隔离系统(isolateecosystem)——物质、能量都不能进出，系统与外界完全隔离。按照人类活动及其影响程度自然生态系统(naturalecosystem)半自然生态系统(semi-naturalecosystem)人工生态系统(artificialecosystem)以能量来源为依据自然无补加的太阳供能生态系统(naturalunsubsidizedsolar-poweredecosystem)自然补加太阳供能生态系统(naturalsubsidizedsolar-poweredecosystem)人类补加的太阳供能生态系统(humansubsidizedsolar-poweredecosystems)燃料供能的城市工业生态系统(fuel-poweredurbanindustrialecosystem)。按照生态系统的非生物成分和特征从宏观上分为陆地生态系统(terrestrialecosystems)和水域生态系统(aquaticecosystems)。陆地生态系统又可根据其组成要素和植被特点等进一步划分为荒漠、苔原（冻原）、极地、高山、草地、稀树干草原、温带针叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林、农业生态系统和城市生态系统等。水域生态系统根据物理和地理状况可进一步划分为：淡水生态系统（freshwaterecosystems），如湖泊、池堰、水库、溪流、河流和沼泽等；海洋生态系统（marineecosystems），如远洋、上涌水流区、珊瑚礁、浅海、河口和海岸带等。二、生态学金字塔（参考教材P186-188）（一）食物链与生物放大（二）生态学金字塔的涵义（三）生态学金字塔类型（一）食物链与生物放大生态系统中不同生物之间通过取食而形成的链索式关系称为食物链(foodchain)。许多食物链又能相互连接而形成一种错综复杂的网状结构，称为食物网（foodweb）。食物链上的一个环节就是一个营养级。生产者称为第一营养级，食草动物为第二营养级，食肉动物为第三营养级杂食性消费者是食物网形成的主要原因。自然生态系统中主要有三种类型的食物链（1）捕食性食物链(predatoryfoodchain)或牧食食物链(grazingfoodchain)：以绿色植物为基础，从食草动物开始的食物链，如小麦→麦蚜虫→肉食性瓢虫→食虫小鸟→猛禽。（2）碎屑食物链(detritusfoodchain)或分解链(decomposechain)：以死的动植物残体为基础，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链，如动植物残体→微生物→土壤动物；有机碎屑→浮游动物→鱼类。（3）寄生性食物链(parasiticfoodchain)：以活的动植物有机体为基础，从某些专门营寄生生活的动植物开始的食物链，如哺乳类或鸟类→跳蚤→原生动物→滤过性病毒绝大多数生态系统中，几种食物链可能同时存在，至于那一种在能量流动中作用更大些则与生态系统的类型有关。特别是捕食性食物链和腐生性食物链的关系极为密切，在生态系统中往往同时存在，相辅相成地起着作用。食物链有一个很重要的属性就是能浓缩不能被代谢的外源性化学物质。某种元素或难分解物质的浓度，随着营养级的提高而在机体中逐步增加的现象，称为生物放大(biomagnification)，它的基础是生物浓缩。生物浓缩（bioconcentration）是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中吸收并蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集（bioenrichment）。日本九州岛水俣湾甲基汞的生物富集水俣湾海水的汞浓度约为0.01μg/L，在这种水体中生长的浮游生物含汞约0.01lmg/kg(浓集1000倍)，小鱼0.1mg/kg(浓集1万倍)，中鱼0.3～0.5mg/kg(浓集3万～5万倍)，大鱼1～10mg/kg(浓集10万～100万倍)。当地居民以捕鱼为生，久食含高浓度汞的鱼，导致慢性甲基汞中毒，引起对人体健康造成严重危害的水俣病。阐述生物富集和生物放大现象，可以用浓缩系数来描述。生物浓缩系数（bioconcentrationfactor）是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度的比值，又称生物富集系数。（二）生态学金字塔的涵义食物链中上一个营养级总是依赖下一个营养级的能量，而下一个营养级的能量只能满足上一个营养级中少数消费者的需要，至使营养级的能量呈阶梯状递减，于是形成了一种底部宽，顶部窄的圆锥状，称作“生态锥体”(ecolog