MICROBIALECOLOGY

MICROBIALECOLOGY第一节生态系统一、生态系统和生物圈（一）生态系统生态系统＝生物群落＋环境条件基本功能•生物生产•能量流动•物质循环•信息传递常见名词：•个体•种群•群落•生态系统（二）生物圈（三）生物与环境关系的基本原理二、生态平衡生态平衡生态阈限三、生态系统的分类四、微生物生态Whatmicroorganismsarepresent?Whatmetabolicreactionscouldthemicroorganismscarryout?Whatreactionsaretheycarryingout?Howarethedifferentmicroorganismsinteractingwitheachotherandtheenvironment?第二节环境中微生物生态一、土壤微生物生态（一）土壤的基本组成和结构（二）土壤的生态条件营养pH渗透压氧气和水温度保护层（三）微生物在土壤中的种类、数量和分布1.土壤中微生物的种类和数量2.微生物在土壤中的分布•水平分布•垂直分布（三）生物修复1.生物修复的含义及类型生物修复的目标是利用自然发生的生物降解过程来清除污染地的污染物（国家研究委员会，1993）。生物修复有几种不同的类型：原位生物修复（insitubioremediation）是在污染地原来位置的处理；异位生物修复（exsitubioremediation）是以装置处理从污染地移出的污染土壤和水体；内源生物修复或自然衰减（intrinsicbioremediationornaturalattenuation）是指在没有任何促进或处理下的本底水平的污染物生物降解。•2.注入氧和其他气体原位生物修复生物通风和生物过滤器空气注射法处理地下水的生物修复3.投加营养物•生物修复中第二个最常见的处理是投加营养物，特别是氮和磷。许多含有有机废物的污染地含有丰富的碳而只含有少量的氮和磷。营养溶液的注入是由地面上的分批进料系统完成。这个工作的目标是使得污染区的碳、氮、磷（C：N：P）的比值大约接近100：10：1。4.用其他的电子受体促进厌氧降解•直到近些年前，许多有机化合物的厌氧降解还被认为是不可行的（GrbicGaliC，1990）。现在它被当作一项可供选择的生物修复方法，虽然好氧降解被认为是快得多的过程。这是因为在一些地下水地带很难建立和保持一个好氧的条件。包括硝酸盐、硫酸盐、铁（Fe3+）和二氧化碳在内的这些物质被提出用作厌氧降解的另外几种电子受体。尽管利用硝酸盐的野外试验数量有限，但已经证明这种方法是有前途的。5.投加表面活性剂•加入表面活性剂被作为一种提高生物可利用性和强化生物降解的技术提出。表面活性剂能通过化学法合成，也能为许多微生物产生，这时它们被称为生物表面活性剂。表面活性剂的作用类似于工业和家用清洁剂能有效去除机器、衣服、盘子上的油脂残留物。表面活性剂能包裹油滴或者将它乳化溶解。另外生物表面活性剂似乎能加强微生物黏附在油滴上的能力。6.投加微生物或DNA•如果合适的降解微生物在土壤中不存在或者由于污染物的毒性导致微生物群体的减少，特定微生物可作为“接种微生物”加强已存在种群。这个过程被称为生物强化（bioaugmentation）。现在科学家已经能创造出迅速降解污染物的“超级菌”。这类微生物能在实验室条件下通过成功适应或者通过基因工程改造得到。从生物降解性来说，它们远比环境中发现的微生物出色。•生物强化的第二个途径是加入能赋予土生微生物群体专一降解能力的特定基因。加入降解性基因这种方法依赖于遗传物质的转移和土生微生物对它们的吸收。有两种途径可以实现基因的转移。第一个是通过接合使DNA转移到微生物细胞。第二个是将“裸露”的DNA加到土壤中，经过转化来吸收DNA。由于单一的DNA要比整个细胞小的多，第2种方法可能会减少基因转移的困难。二、空气微生物生态（一）空气的生态条件（二）空气微生物种类、数量和分布（三）空气微生物卫生标准及生物洁净技术（四）空气中微生物的检测三、水体微生物生态水体中微生物的来源•水体中原有的微生物•来自土壤的微生物•来自生产和生活的微生物•来自空气的微生物（一）水体中的微生物群落•1.海洋中微生物群落1、海洋微生物群落分布2、海洋微生物群落的生态特征•2.淡水微生物群落（二）水体自净和污染水体的微生物生态•1.水体自净（1）水体自净过程（2）衡量水体自净的指标•P/H指数•氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线•（二）污染水体的微生物生态1、污化系统•多污带•α－中污带•β－中污带•寡污带2、水体有机污染指标•BIP指数•细菌菌落总数•总大肠杆菌群第三节SelectionandAdaptationMicrobialSelectionSelectionisaprocessinwhichthoseindividualswhoaremostfittosurviveintheirenvironmentgeneratethegreatestnumberofdescendants.electronacceptor•O2NO3-SO42-CO2.abilitytoberetainedintreatmentreactorsresistancetopredationresource-storingabilityExchangematerialwithothermicroorganismmetabolicallydiverse.MicrobialAdaptationAdaptationisanyresponsethatultimatelyleadsthecommunitytoeliminatethestressorfindawaytomaintainitsfunctiondespitethestress.selectiveenrichmentenzymeregulationexchangeofgeneticinformationinheritablegeneticchangealterationoftheirenvironment.应用活性污泥的驯化生物强化技术（投菌法）在废水处理中的应用第四节微生物的相互关系生态系统的基本功能生物生产物质循环能量流动信息传递微生物生态系统同样具有以上功能1.EXCHANGEOFMATERIALSExchangeofSubstrates•Predation：protozoa－bacteria,cyanobacteria•Photoautotrophsandchemoautotrophs－heterotrophic•Theformationandexchangeoforganicintermediates•RecyclingelementsExchangeofGeneticInformation•Conjugation•Transformation•TransductionGrowthFactorsExchangeofChemicalSignals2.RelationshipExample:原生动物的捕食作用第五节微生物生态学研究方法及进展1.TRADITIONALENRICHMENTTOOLSthreeseriouslimitations.First,itrequiresthatweknowapriorithephysiologicalcharacteristicthatwillenrichfortherightmicroorganisms.Second,microorganismsthatliveintightlycoupledsynergisticrelationshipsmayneverbeisolated.Thirdandprobablymostimportant,theenrichmentapproachoftenbiasestheresults.Thisbiascomesaboutbecauseimportantstrainsintheirnormalenvironmentoftenareoligotrophs,buttheenrichmentconditionsfavorcopiotrophs.2.MOLECULARTOOLS鉴定与定量方法•染色和荧光抗体法•核酸探针微生物活性测定方法•放射性同位素•微电极3.MULTISPECIESMODELINGThesecondpowerfultoolthatcanrevolutionizemicrobialecologyismathematicalmodelingthatexplicitlycapturesmultispeciesdiversityandtheexchangesofmaterialswithinthecommunity.Bysystematicallyquantifyingtheinteractionsthatoccurinamicrobialecosystem,amodelcanhelpusunderstandhowtheinteractionsoccurandwhythesystembehavesasitdoes.