8微生物生态09-8.doc

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1、幻灯片19 微生物的生态 9.1微生物生态学9.2自然环境中的微生物9.3微生物与微生物之间的关系9.4微生物群落的发展和演替9.5微生物在环境物质循环中的作用幻灯片29.1微生物生态学l 9.1.1什么是微生物生态学l 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。 l 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。 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。 幻灯片39.1.2微生物生态学的任务主要任务：研究各种环境中微生物的分布规律，微生物与周围动植物和无机 环境之间的相互关系，以及微生物在

2、生物地球化学循环中的作用。l 研究微生物生态规律的意义：l 研究微生物的分布规律发掘丰富的菌种资源，推动进化、分类的研究和开发应用；l 研究微生物与它种生物的关系开发新的微生物农药、微生物肥料、微生态制剂； 研究微生物在自然界物质循环中的作用探矿、冶金、治理环境污染、开发生物能源等。 幻灯片49.1.3微生物在生态系统中的作用1、生态系统中的初级生产者2、有机物的主要分解者3、物质循环中的重要成员4、物质和能量的储存者5、地球生物演化中的先锋种类幻灯片59.2自然环境中的微生物9. 2.1土壤环境中的微生物 9.2.2水环境中的微生物 9.2.3空气中的微生物 9.2.4极端环境中的微生物幻灯

3、片61.土壤生态条件2.土壤中微生物的种类、数量和分布3.土壤自净和污染土壤微生物生态4.土壤污染和土壤生物修复幻灯片7l 土壤是陆生环境微生物的主要载体。l 是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库”。l 土壤对微生物的作用：l 土壤是微生物良好的生活场所。l 土壤为微生物生长提供有利条件：l 土壤中含有大量的有机物 l 土壤中含有大量的矿物质l 土壤中含有一定的水分l 土壤中含有一定的空隙l 土壤具有保温性 土壤的pH值一般为5.58.5之间幻灯片8l 1.土壤生态条件(p176)l 包括营养、pH、渗透压、氧气、水、温度、保护层等l 营养 土壤中有大量动、植物残体，植物根系的分泌物

4、，还有人和动物的排泄物；有丰富的无机元素，且含量相当高.l pH 土壤pH范围在3.5-8.5之间，多数在5.5-8.5之间，适合大多数微生物生长需要.l 渗透压 土壤的渗透压通常在0.3-0.6Mpa之间，对微生物来说是等渗或低渗环境.l (革兰氏阴性杆菌体内的渗透压为.05-0.6Mpa，革兰氏阳性球菌体内渗透压为2.0-2.5Mpa。).幻灯片94)氧气和水 土壤具有团粒结构，有无数小孔隙为土壤创造通气条件，通气良好的土壤，氧的含量高些，有利于好氧微生物生长。土壤的团粒结构中的小孔隙还起毛细管的作用，具有持水性，为微生物提供了水分。5)温度 土壤的保温性也较强，一年四季温度变化不大，即使

5、冬季地面冻结，一定深度土壤中仍保持着一定的温度，可供微生物生长需要。6)保护层 几毫米厚的表层土是保护层，使土壤中的微生物免遭太阳中紫外辐射直接照射致死。(因此说:土壤是微生物的天然培养基)幻灯片10l 数量：土壤微生物种类齐全、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源 。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。土壤中微生物的数量按种类递减（表9-2）细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物耕作土壤中，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

6、行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。幻灯片11分布：主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响，集中分布于土壤表层和土壤颗粒表面。其水平分布取决于碳源，垂直分布与紫外辐射的照射、营养、水、温度等因素有关。有机质层土体层淋溶层淀积层碳酸盐积累疏松母质幻灯片12种类：以对氧的需求分，中温好氧和兼性厌氧菌为多；以生化功能分，有氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、固氮细菌（根瘤菌和圆褐自生固氮菌）、纤维素分解菌、硫细菌、磷细菌、钾细菌和铁细菌等。以芽孢杆菌最多，其次为腐生性球状菌以及霉菌的一些种属。土壤藻类有硅藻、绿藻和固氮蓝藻，酵母菌多在果园等土壤中。幻灯片13幻灯片141）土

7、壤自净(p178) 土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称土壤自净。 自净能力的大小取决于土壤中微生物的种类、数量和活性；取决于土壤结构、通气情况等理化性质。幻灯片15l 一方面，污（废）水长期灌溉会引起土壤“土著”微生物区系和数量的改变，并诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。l 另一方面，汞、砷、铜、硒等毒物均能被微生物吸收和转化（降低或增强它们的毒性、积累、传递）.l 如果污（废）水灌溉量适中，不超过土壤自净能力是不会造成土壤污染的。但不可用有毒废水进行农田灌溉和土地处理。同时，为了避免毒物

8、进入食物链，工业废水以灌溉非食用的经济作物为好。幻灯片16l 4.1土壤污染l 来源：主要来自含有机毒物和重金属的污水和废水的农田灌溉；来自含有机毒物和重金属的污、废水的土地处理；来自固体废物的堆放和填埋等的渗漏液；来自地下储油罐泄漏以及喷洒农药。l 污染物质：主要有农药，石油烃类（苯、二甲苯、甲苯、酚类）、NH3、重金属等。 污染物被土壤吸附、截留后，易降解物被土壤中各种微生物吸收和氧化分解；难降解物和毒物包括重金属及某些有毒中间代谢产物滞留在土壤中或渗漏至地下水中。 幻灯片17l 土壤污染的不良后果：l 有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤理化性质，使土壤盐碱化，板结。毒害植物

9、和土壤微生物，破坏土壤生态平衡；l 土壤中的毒物被植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，会转移到人体；或被雨水冲刷流人河流、湖泊或渗人地下水，进而造成水体污染。l 污染物随水源进入人体，毒害人类.污水和废物中含有的各种病原微生物，例如病毒、立克次氏体、病原细菌及寄生虫卵等虽然有些在土壤中不适应而死亡，但有些可在土壤的长时间存活，并可通过各种途径转移到水体，进而进入人体中，引起人的疾病。 幻灯片18污染土壤的生物修复（14.3， p250-252）原位生物处理：土地处理、生物通风及生物喷雾、光修复异位生物修复：反应器处理、生物堆积、堆肥幻灯片191.水体生态条件2.水体中微生物的来源、数量和分布3

10、.水体自净和污染水体的微生物生态4.水体富营养化幻灯片20 水体有天然水体和人工水体两种。 由于雨水冲刷，将土壤中各种有机物及无机物，动、植物残体带至水体，工业废水和生活污水源源不断排入，水生动、植物死亡等都为水体中的微生物提供了丰富的有机营养。 幻灯片21l 来源：水体中固有的微生物、来自土壤的微生物、来自生产和生活的微生物、来自空气微生物。l 分布与数量：受水体的类型、有机物的含量、微生物的拮抗作用、雨水冲刷、河水泛滥、工业废水、生活污水的排放量等因素影响。幻灯片22l 1）淡水微生物群落：不同的淡水水体类型其水平分布，具共同特点是：沿岸水域有机物较多，微生物种类和数量也多。阳光表层输入(

11、河流)产氧光合动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合发酵厌氧呼吸菌产甲烷菌沉积物厌 氧 层好 氧 层表层输出幻灯片23l 常见种类：细菌有革兰氏阴性杆菌、贝日阿托氏属、发硫菌属、假单胞菌属及藻类等。原生动物有钟虫及其他固着型纤毛虫，还有微型后生动物。l 地下水、自流井、山泉及温泉等经过厚土层过滤，有机物和微生物都少。石油岩石地下水含分解烃的细菌，含铁泉水有铁细菌，含硫温泉有硫磺细菌，它们是耐热和嗜热的种。 l幻灯片242）海洋微生物1、种类：多数是嗜盐菌、藻类，种类和数量也很大，分布极广，特别是藻类最多。细菌的种类和土壤及淡水中的差别不大，但有较多的弧菌和革兰氏阴性杆菌，球菌

12、和放线菌较少。海水细菌中能游动的和有色素的细菌比例较大。2、分布：（1）平面分布：近海数量很高，远海较少（2）垂直分布： 表层：好氧性微生物 中层：紫硫细菌 底层：厌氧菌及硫酸还原菌 幻灯片25光照温度浮游植物细菌幻灯片261）水体自净 河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净。 任何水体都有其自净容量。 自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量.幻灯片27l 水体自净过程复杂，按其机理可分为：l 物理自净过程：指污染物进入水体后，由于稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使水中的污染物的浓度降低

13、，水体得到一定的净化，但污染物的总量不变；l 化学及物理化学自净过程：水体中污染物由于氧化、还原、 分解、化合及吸附、凝聚等作用，使使 水体中污染物浓度降低的过程；l 生物化学自净过程：指水体中污染物通过水生生物特别是微生物的生命活动，在存在形态上发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少的过程，这是水体自净的主要原因。 三种过程同时发生，相互影响并交织在一起，一般来说，物理和生物化学过程占主要地位。幻灯片28 以河流为例,如果一条河流上有一个排放点,一股生活污水沿河而下,排放口以下河段随距离增加会出现一些变化,如P190，图2.14）,这就是水体自净的主要过程： 污水幻灯片29

14、l 首先,有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降至河底。(有机物的浓度、悬浮固体物的浓度降低)。l 从排污口开始，水体中好氧细菌在有氧条件下将有机物分解为简单有机物和无机物，并用以组成自身有机体，水中溶解急速下降至零，此时鱼类绝迹，原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡（图2.15）；l 随后，厌氧细菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解。有机物经细菌完全无机化后，产物为CO2、H2O、PO43-、NH3和H2S。 NH3和H2S继续在硝化细菌和硫化细菌作用下生成NO3-和SO42-。幻灯片30l 随着水体的自净，有机物缺乏和其他原因（例如阳光照射、温度、pH变化、毒物及生物的拮抗作用等）使

15、细菌死亡。水体逐渐恢复正常。l 水体中溶解氧在异养菌分解有机物时被消耗。在最缺氧点，有机物的耗氧速度等于河流的复氧速度。再往下流的有机物渐少，复氧速度大于耗氧速度，氧垂曲线上升。 整个水体自净过程，可从三个主要方面去进行理解和分析：溶氧、有机物、微生物的演替。幻灯片31溶 氧溶解氧Cp点清洁区水质恶化区水质恢复区清洁区溶氧饱和起始点累积耗氧曲线累积复氧曲线氧下垂曲线有机物：稀释好氧分解厌氧分解CO2、H2O、PO43-、NH3和H2S（硝化、硫化NO3-和SO42-）微生物的演替：见污染水体的微生物生态幻灯片32（1）污化系统 当有机污染物排入河流后，在排污点的下游进行着正常的自净过程。根据指

16、示生物的种群、数量及水质可沿着河流方向划分形成一系列连续的污化带:多污带、中污带、-中污带和寡污带。 污化指示生物包括:细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤蚯蚓、软体动物和水生昆虫。 幻灯片33l 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。l 水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为主，无鱼类、显花植物等。l 代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大，每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。 幻灯片34幻灯片35l 在多污带下游，有机物量

17、略减少，BOD下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减少，但每毫升仍有几千万个。l 代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球藻等。 幻灯片36幻灯片37幻灯片38l 光合微生物和绿色浮游生物大量出现，水中溶解氧升高，有机质含量少，BOD很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转变为NH4+、NO2-和NO3- ，CO2与H2S含量减少。幻灯片39l 细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼类出现。l 代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻 ；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型后生

18、动物的腔轮虫、水蚤。 幻灯片40幻灯片41幻灯片42l 河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物，BOD极低，溶解氧恢复正常，基本不含H2S，CO2含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。l 指示生物：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻 、黄群藻 、玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生植物与鱼类等。幻灯片43幻灯片44l 以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能反映有毒废水的污染。 幻灯片45细幻灯片46污染水体的微生物生态幻灯片47l BIP指数 (Biologic Index of Water Pollution)：l 根据水生生物种类的变化来评价水体污染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的数量求

19、出某种指数来定量表示水体污染程度。幻灯片48水污染生物指数的含义为：BIP =BA + B 100A 有光合作用微生物的数量B 非光合作用微生物的数量利用BIP判断水体的有机污染程度幻灯片49l 1mL水样品在营养琼脂培养基中，于37C培养24hr后所生长出来的细菌菌落总数。l 用于指示被检测水源水受有机物污染的程度，为生活饮用水做卫生学评价提供依据。l 我国规定，1mL生活饮用水中的细菌总数100个。幻灯片50l 又称大肠菌群或大肠杆菌群。它包括埃希氏菌属(Escherichia),柠檬酸杆菌属(Citrobacter),肠道菌属(Enterbacter)和克雷伯氏菌属(Klebsiella

20、)。l 兼性厌氧、无芽孢、革兰氏阴性杆菌；l 是指示水体被粪便污染的一个指标。幻灯片51我国不同水体中总大肠菌群及粪大肠菌群的标准幻灯片521.空气的生态条件2.空气微生物的种类、数量和分布 3.空气微生物的卫生标准及生物洁净技术 幻灯片53l 空气中有较强的紫外辐射，具有较干燥，温度变化大，缺乏营养等特点。所以，空气不是微生物生长繁殖的场所。2.空气微生物的种类、数量和分布 l 微生物在空气中停留时间的长短由风力、气流和雨、雪等气象条件所决定，但它最终要沉降到土壤、水中、建筑物和植物上。影响因子： （1）地区性质 （2）季节的演替 （3）气候条件:日照、降水、气流幻灯片54l 来源:尘土飞扬

21、可将土壤微生物带至空中、小水滴飞溅将水中微生物带至空中、人和动物身体的干燥脱落物、呼吸道和口腔内含微生物的分泌物通过咳嗽、打喷嚏等方式飞溅到空气中。l 存活时间：取决于空气的相对湿度、紫外辐射的强弱、尘埃颗粒的大小和数量，取决于微生物的适应性及对恶劣环境的抵抗能力。l 数量：与环境卫生、环境绿化程度、人员密度及活动、情况、空气流通程度等有关。l 类群：存活时间较长的主要有芽孢杆菌，霉菌和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物及微型后生动物的胞囊。室内空气中存在多种致病菌。幻灯片55表8-1 不同室内环境的微生物总数及致病微生物的种类和数量（cfu/m3）幻灯片56表8-2 不同场所的上空微生物数量

22、（cfu/m3）幻灯片579.2.4极端环境中的微生物 极端环境： 高、低温环境 、高盐环境、高酸、高碱环境、高压环境。幻灯片581）嗜热微生物1、发现地热泉热水系统 制糖厂2、生存机制（高温对微生物的一般影响是什么？） 有限的保护机制：细胞膜的蜡质程度、震热蛋白 极端嗜热菌的保护机制：高溶点脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白幻灯片59畜（二）嗜冷微生物1、发现（红雪现象：嗜寒水藻） 耐寒喜温型嗜冷型（二）嗜冷微生物2、生存机制 特殊的酶、细膜含特殊的脂肪幻灯片609.3微生物与微生物之间的关系9.3.1互生(syntrophism)9.3.2共生(symbiosis)9.3.3寄生(parasit

23、ism)9.3.4拮抗(antagonism幻灯片61l 两种生物间的关系：l 1.双方受益（+ +）l 共生、互利共栖、互养共栖和协同共栖等l 2.一方受益而另一方无损（+ 0）l 互生、偏利共栖和卫星状共栖等l 3.一方受益而另一方受损（+ -）l 寄生、捕食和拮抗等l 4.一方无损而另一方受损（0 -）l 偏害共栖l 5.双方互不影响（0 0）l 无关共栖l 6.双方受损（- -）l 竞争共栖幻灯片62l 9.3.1 互生l 定义l 两种单独生活的生物，当它们在一起时，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。l 是一种“可分可合，合比分好”的松散关系l 举例l 好氧性自生

24、固氮菌与纤维素分解菌l 生物氧化塘系统中的菌与藻l 人体肠道中的正常菌群与人l 发酵工业中的混菌培养幻灯片63l 9.3.2共生l 定义l 指两种生物共居在一起，相互分工合作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的极其紧密的相互关系l 举例l 真菌与绿藻共生l 真菌与蓝细菌共生l 根瘤菌与豆科植物l 非豆科植物与放线菌的共生l 白蚁与其肠液中的细菌和原生动物l 反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物幻灯片64l 9.3.3寄生l 定义l 指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系l 举例l 噬菌体与其宿主菌l

25、 蛭弧菌与大肠杆菌l 真菌和病毒与植物l 病原微生物与人体l 苏云金杆菌与昆虫细菌杀虫剂l 球孢白僵菌与昆虫真菌杀虫剂l 病毒与昆虫病毒杀虫剂l 冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾名贵中药l幻灯片65l 蝙蝠蛾产卵于土中幼虫 冬虫夏草菌侵入幼虫体内 不断繁殖 天气转暖 幼虫头部长出子座 膨大成椭圆形； 幻灯片66l 9.3.4拮抗l 定义l 指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系l 举例l 好氧菌和兼性厌氧菌与乳酸菌食品泡菜l 放线菌与细菌抗生素 舍幻灯片67l 9.3.5捕食l 定义l 指一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的关

26、系l 举例l 原生动物与细菌和藻类l 真菌套捕线虫幻灯片689.4微生物群落的发展和演替（p162-163）9.4.1微生物群落演替的概念9.4.2演替的类型9.4.3微生物群落发展和演替幻灯片69 生物群落（biotic community）就是在一定时间内，特定生境中各种群相互松散组合构成的结构单元。 这种单元虽然结合松散，但却由于其种群成员的种类及一些个体的特点而显现出一些特征。 生物群落概念在生态理论中是十分重要的，这是因为在自然环境中共居一处的有机体，是有序地、相互协调一致地生活在一起，而不是偶然地、彼此无关地共处同一生境。 也就是说在群落的分布区，一定时空内，常有一些固定种群构成指

27、示性生物群。 幻灯片70l 生态演替 l 所谓群落的生态演替（ecological succession）是指群落经过一定的发展时期及生境内生态因子的改变，而从一个群落类型转变成另一类型的顺序过程（orderly process of community change），或者说在一定区域内群落的彼此替代。 l 生态演替的初期呈不稳定的、无序的状态，称为先锋期。经过一系列中间阶段，称过渡时期、最后形成相对稳定的、有序的状态，即顶极时期。这一阶段的群落称顶极群落。 生态学家克莱门茨把群落的产生、发展直到成为顶极群落的过程，比作为群落的个体发育。群落个体发育是生态系发育的重要内容。水池演替成陆地是常

28、有的事。 幻灯片71水生演替阶段示意图1.裸底期 2.沉水植物期 3.挺水植物期 4.水陆并存期 5.槭-山毛榉林期 生态演替是生态系统自我调节、自我修复、不断更新的过程。到了顶极时期，生态系中整体与子系统以及各子系统之间处于最佳组合，如外界没有巨大压力（包括天灾、人祸），一般会长期保持下去。即使受到严重破坏，甚至被摧毁，其重建后的生态系统也会尽可能保持原来面貌。幻灯片72l幻灯片73l 活性污泥中原生动物的演替规律l 第一，原生废水进入曝气池后，由于营养充足，细菌和部分鞭毛虫，尤其是植鞭毛类能通过细胞表膜的渗透作用，将溶于水中的有机质吸收到体内作为营养物质，异养菌分泌胞外酶使大分子有机物降解

29、为小分子，再加以利用，肉足虫靠吞食有机颗粒、细菌为生，因此三者占优势。l 第二，由于溶解型有机质的消耗，菌胶团的形成，游离菌的减少，加之微型动物群的增殖扩大，使曝气池内营养体系发生了巨变。在这种情况下，各类微生物(细菌、植鞭毛虫、动物鞭毛虫和肉足虫)为了生存，就以食物为中心进行竞争。细菌和植鞭毛虫争夺溶解性有机营养，植鞭毛虫竞争不过细菌而被淘汰，而肉足虫与动鞭毛虫在竞争过程中因肉足虫竞争力差很快被淘汰。幻灯片74 第三，由于异养菌的大量繁殖，又为纤毛虫提供了食料来源，纤毛虫掠食细菌的能力大于动鞭毛虫，因此，取代动鞭虫成为优势类群。随之，以诱捕纤毛虫为生的吸管虫也大量出现。 第四，由于有机质被氧

30、化，营养缺乏，游离菌减少，游泳型纤毛虫和吸管虫数量相应减少，优势地位为固着型纤毛虫取代，因为它可以生长在细菌少，有机物很低的环境。 第五，水中的细菌和有机质越来越少，固着型纤毛虫得不到能量，便出现了以有机残渣、死细菌及老化污泥为食料的轮虫。它的适量出现指示着一个比较稳定的生态系统。 各类微生物出现的程序，主要受食物因子约束，反映了一个由有机物细菌原生动物后生动物的演替规律。幻灯片75l 生物膜中原生动物的演替规律l 采用生物膜法处理有机废水，各类微生物的演替规律主要受溶解氧和有机营养因子的制约。l 若以溶解氧控制生态演替规律的话，主要体现在从生物外表面到滤料(或盘片)表面优势微生物种群变化顺序

31、上，即按好氧兼性厌氧的顺序变化。 若以有机营养因子控制生态演替规律，主要体现在沿废水流向出现的优势微生物种群。在生物滤池的上层(或转盘前边盘片)，有机物浓度高，生物膜厚，主要由菌胶团菌组成；在中层(或盘片)，有机物浓度开始降低，开始大量出现丝状菌，并伴有少量的原生动物，如鞭毛虫、游泳型纤毛虫等。在下层(或盘片)有机物浓度减少，生物膜变薄，种类多，数量少，有柄纤毛虫和轮虫占优势。 幻灯片76 总之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈 现种类依次增多，数量依次减少的变化。微型动物基本上按照鞭毛虫游泳型纤毛虫固着型纤毛虫轮虫、线虫的顺序大量出现。 当有毒物或有机物发生变化时，会引起生物膜上种群特征的上下

32、(或前后)移动，由此可判断废水浓度或污泥负荷的变化。 演替的原因虽然是由生态因子的变动而造成的，但生态因子常常是多个，并经常以不同量组合，所以，同一群落很难具有重现性。尽管如此，由于生态环境中制约生物种群生长的因子往往是限制性因子，因而类似群落(主要种群相同)呈现的条件是有规律可循的。幻灯片779.5微生物在环境物质循环中的作用9.5.1碳素循环(the carbOncycle)9.5.2氮素循环(the nitrogencycle)9.5.3硫素循环(the sulphurcycle)9.5.4磷素循环(the phosphorus cycle)9.5.5铁素循环(the iron cycl

33、e)9.5.6锰素循环(the manganese cycle)幻灯片78l 生物地球化学循环(biogeochemical cycles) 是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。这种循环是地球化学循环的重要组成部分。l 环境中物质的循环有氧、碳、氮、硫、磷、铁、锰及各种有毒或无毒污染物的循环。宿碳、氮、磷、硫的循环受二个主要的生物过程控制，一是光合生物对无机营养物的同化，二是后来进行的异养生物的矿化。实际上所有的生物都参与生物地球化学循环。而微生物在有机物的矿化中起决定性作用，地球上90%以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成的。 幻灯片79 碳素的循环有氧条件：

34、光合作用 :CO2 有机物 CO2呼吸作用 ：有机物 无氧条件： 酵解 甲烷生成 形成化石燃料幻灯片80微生物与物质循环幻灯片81l 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾。l 分解途径:见下页。l 分解纤维素的微生物：l （1)细菌:粘细菌、廉状纤维菌、纤维弧菌l 纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌。l （2)真菌：青霉菌、曲霉、毛霉等。（3)放线菌：链霉菌属。幻灯片82l幻灯片83l 来源：淀粉厂、酒厂废水、印染废水、抗生素发酵废水及生活污水等均含有淀粉。l 淀粉的种类：直链淀粉和支链淀粉l 淀粉的降解途径：见下页l 降解淀粉的微生物：途径中，有枯草芽孢杆菌和根霉、曲霉。途径

35、中，有根霉、曲霉、酵母菌。途径中，丙酮丁醇梭状芽孢杆菌和丁醇梭状芽孢杆菌。途径中，有丁酸梭状芽孢杆菌。幻灯片84l幻灯片85l 烷烃的转化：l 氧化烷烃的微生物：甲烷假单胞菌、分枝杆菌、头孢霉。l 芳香烃化合物的转化：l 来源：炼油厂、煤气厂、焦化厂、化肥厂。l 降解苯和酚的微生物：荧光假单孢菌、铜绿假单胞菌。l 降解萘的细菌：诺卡氏菌、球形小球菌l幻灯片86l 三种存在形式：l 分子氮、有机氮化合物、无机氮化物l 四种作用：l 氨化作用、硝化作用、反硝化作用及固氮作用幻灯片87l 绝大多数均为原核微生物自生固氮菌、共生固氮菌、联合固氮菌。 l N N NH31. 工业固氮作用 N2+3H2

36、2NH3300大气压300铁触媒l 2. 生物固氮作用l N N NH3舍6NAD(P)HNAD(P)+城市街道ATPADP+PiMg2+幻灯片88氨化作用:有机态N被微生物降解形成NH3的过程有机氮NH4+ +SO42-+H2O硝化作用:氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程，称为硝化作用。市两类细菌：亚硝酸细菌：NH4+NO2-硝化细菌：NO2-NO3-幻灯片89反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。 反硝化作用的三种结果：a.通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原为氨。b.反硝化细菌在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气。c. 硝酸盐还原为亚硝酸。

37、 反硝化作用的危害：使土壤的肥力下降，在污水生物处理系统中，使出水含有多量的泥花，影响出水的水质。幻灯片90幻灯片91 自然界中硫的三态：元素硫、无机硫化物及含硫有机物。在化学和生物作用下相互转化着。构成硫的循环。 幻灯片92l 硫氧化是还原态的无机硫化物(如S0、H2S、FeS2、S2O22-和S4O62-等)被微生物氧化成硫酸的过程。l 具有硫氧化能力的微生物在形态，生理上各有不同的特点，一般可分为两个不同的生理类群，包括好氧或微好氧的化能营养硫氧化菌和光营养硫细菌。如: （1）硫化细菌(氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌)（2）硫磺细菌 （丝状硫磺细菌、贝日阿托氏菌、发硫菌属）等。l 此外异养

38、微生物(如曲霉、节杆菌、芽孢杆菌、微球菌等)也具有氧化硫的能力。 幻灯片93l 硫酸盐、次硫酸盐也可以被微生物还原成H2S，这部分微生物称为硫酸盐还原菌。l 主要的硫酸盐(异化)还原菌包括脱硫杆菌、脱硫叶菌。l 4.3 硫化氢的释放(有机硫化物的矿化) l 生物尸体和残留物中含硫蛋白质经微生物的作用释放出H2S、CH3SH、(CH2)3S等含硫气体。一般的腐生细菌都具有分解有机硫化物能力。幻灯片94l 磷在土壤和水体中以含磷有机物（如核酸、植酸及卵磷脂）、无机化合物（如磷酸钙、磷酸钠磷酸镁及磷灰石矿石）及还原态PH3三种状态存在。l 磷的生物地球化学循环包括三种基本过程：l 有机磷矿化:有机磷

39、转化成溶解性无机磷l 磷的有效化:不溶性无机磷变成溶解性无机磷l 磷的同化:溶解性无机磷变成有机磷。幻灯片95l 微生物参与磷循环的所有过程，但在这些过程中，微生物不改变磷的价态，因此微生物所推动的磷循环可看成是一种转化。l 含磷有机物的转化:核酸、磷脂、植素的转化。l 能分解有机磷化物的微生物有蜡状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌蕈状变种、多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌和假单胞菌。l 无机磷化合物的转化l 土壤中存在的难溶性磷酸钙，生成溶解性磷酸盐（硝酸细菌和硫细菌）；l 可溶性磷酸盐被植物、藻类及其他微生物吸收利用，组成卵磷脂、核酸及ATP等。无色杆菌属中有的种能溶解磷酸三钙和磷矿粉。硅酸盐式盐磷灰

40、石、正长石、玻璃等能被细菌如胶质芽孢杆菌分解产生水溶性的磷盐和钾盐。幻灯片96l 铁循环的基本过程是氧化和还原。l 微生物对铁作用的三个方面：l 铁的氧化和沉积 在铁氧化菌作用下亚铁化合物被氧化高铁化合物而沉积下来；l 铁的还原和溶解 铁还原菌可以使高铁化合物还原成亚铁化合物而溶解；l 铁的吸收 微生物可以产生非专一性和专一性的铁螯合体作为结合铁和转运铁的化合物。通过铁螯合化合物使铁活跃以保持它的溶解性和可利用性。幻灯片97l 为什么说土壤是微生物的天然培养基?l 水体微生物的来源有哪些?l 简述水体自净过程及变化规律。l 水体富营养化的成因是什么?l 与富营养化水体的有关的藻类有哪些，试举例

41、。l 名词: 反硝化作用、硝化作用、土壤污染、土壤自净、水体自净、水体富营养化、氨化作用区公园海洋上空微生物10000002000050002001-2总微生物数微生物种类微生物数量住房180办公室1400口腔链球菌涎链球菌111.4教室2500链球菌草绿色链球菌涎链球菌肠球菌乙型溶血性链球菌36181171.1实验室200医院1100金黄色葡萄球菌革兰氏阴性杆菌魏氏产气荚膜杆菌71103.5总大肠菌群 粪大肠菌群地表水级 200个/L级 2 000个/L级 10 000个/L级 20 000个/L级 40 000个/L 游泳池水 18个/L 饮用水0个/100ml 0个/100ml 医院排放污水一级 500个/L二级 1000个/L三级 5000个/L