研究生专题讲座土壤微生物及生 态 功能尹 睿
(中国科学院南京土壤研究所微生物生化室 )
生物圈和生 态 系 统 的 概 念
生物圈 (Biosphere):是指地球表面全部生物以及和 它们 相 关的自然 环 境的 总 和,
生 态 系 统 (Ecosystem):是指生物和 它 所在的生 态环 境 综 合而成的系 统,
生物圈在其 进 化的 历 程中，由于受到 气 候、地 质,有效 遗传信息和生物的作用，分化成了 许 多相互依存的 单 元－生 态 系统,也就是 说,所有的生 态 系 统综 合形成了生物圈．
生 态 系 统 的范 围 大小可以相差 悬 殊,但都是一 个 具有特定的空 间结构 \物 种结构 和 营养结构 的有机整体,是一 个 能 够 自己维 持下去的、有一定 独 立性的功能 单 位,
生 态 系 统 的 结构 和 组 成生态系统非生物成分消费者分解者生产者温度,光土壤水,CO2,O2
有机物等生物成分土壤微生物的主要功能
分解有机 废 弃物
在生 态 系 统 中通 过 光合作用合成有机物
生 产 工 业 原料如乙醇丙 酮 等
生 产发 酵食品如醋奶酪面包等
生 产药 物 产 品如抗生素 胰岛 素等
有些 为动 植物病原微生物土壤微生物的主要类群
细 菌 (Bacteria)
真 菌 (Fungi)
– 酵母菌 (Yeast)
– 霉菌 (Molds)
原生 动 物 (Protozoa)
藻 类 (Algae)
病毒 (Viruses)
土壤微生物群体的组成
病毒
病毒侵染所有 种类 的 动 植物和微生物，能引起 许多植物和 动 物的病害。寄生于 细 菌 细 胞 内 的病毒通常 称为 噬菌体 。
病毒由蛋白 质壳 包被 RNA或 DNA分子的 结构组 成。
病毒 颗 粒无代 谢 活力，不能 进 行呼吸作用和生物合成作用。病毒 仅 在寄主 细 胞中繁殖,它们诱导寄主 细 胞 产 生病毒必 须 的 组 分，然后 进 行装配。
复 制后的病毒 从 寄主 细 胞中 释 放出 来,并 且具有侵染新的 细 胞的能力。
病毒可以以保持寄生能力的休眠 状态 存在于土壤中。目前人 们 最 关 心的是 对 植物和 动 物有致病性的病毒 颗 粒在土壤中生存的能力以及 进 入地下水的能力。
病毒 (Viruses)
Acellular
Consist of DNA or RNA c
ore surrounded by a prot
ein coat
Coat may be enclosed in
a lipid envelope
Viruses are replicated onl
y when they are in a livin
g host cell
土壤微生物群体的组成
细 菌
细 菌是土壤中最常 见,也是 数 量最多的微生物，
占土壤微生物 总数 的 70-90%，主要是能分解各 种有机物 质 的 种类 。 细 菌 为 原核生物,细 胞壁主要由 肽 葡聚糖 组 成。
土壤中的 细 菌，按其 来 源的不同，可分 为 土著菌和外 来 菌 两种类 型。土著性 细 菌 长 期生活于 土壤中,对 于土壤 环 境有 较 强的适 应 性,当 土壤 环 境变 劣 时,它们 一般能呈休眠 状态 存活下 来 ；外 来性 细 菌是 随污 水、淤泥,动 植物 残 体和人畜 粪 便等 进 入土壤的,它们 可在土壤中持 续 一定 时间,
并 作短期的生 长 繁殖，但由于适 应 性差，一般不能持 续发 展。
细 菌繁殖很快，在适宜 条 件下，很多 细 菌的世代时间 均不到 1小 时,因而具有 较 强的 竞争 力和适 应力。
细 菌 (Bacteria)
原核生物 Prokaryotes
细 胞壁 组 成 为肽 聚糖
生殖方式 为 等分裂 (Bin
ary fission)
形 态 有球 状 杆 状 螺旋 状弧 状 等
具鞭毛 (flagella)
古 细 菌 (Archaea)
原核生物
细 胞壁非 肽 聚糖
生 长 于 极 端 环 境下
主要包括,
– 产烷细 菌 (Methanogens)
– 极 端喜 盐细 菌 (Extreme halo
philes)
– 极 端嗜 热细 菌 (Extreme ther
mophiles)
Acinetobacter sp.
Escherichia coli
Staphylococcus aureus
An Actinomycete
Gram positive Gram negativeexamples
土壤微生物群体的组成
细 菌
细 菌的 营养 型：根据 细 菌 对营养 和能源的要求，一般可将 其分 为 四大 类 型
化能有机 营养 型，又 称 化能 异养 型。 这类细 菌的生 长 需要有机化合物作 为碳 源,并从氧 化有机化合物的 过 程中获 得能量。大多 数细 菌都 属 于 这类 。
化能无机 营养 型，又 称 化能自 养 型。 这类细 菌以 CO2为碳 源,从氧 化无几化合物中取得能量。 这类细 菌 数 量不多，但在物 质转 化 过 程中起着主要作用。根据 它们氧 化不同底物的能力，可分 为 5个 主要 类 群：
亚 硝酸菌（ NH3 NO2-）；
硝酸菌（ NO2- NO3-）；
硫 氧 化菌（ H2S,S,S2O32- SO4-）；
铁细 菌（ Fe2+ Fe3+）；
氢细 菌（ H2 H2O）。
土壤微生物群体的组成
细 菌
光能有机 营养 型，又 称 光能 异养 型。以光 为 能源，
以有机化合物作 为 供 氢 体以 还 原 CO2，合成 细 胞物质 。如紫色非硫 细 菌中的深 红红 螺菌。
光能无机 营养 型，又 称 光能自 养 型。以光 为 能源，
以无机物作 为 供 氢 体以 还 原 CO2，合成 细 胞物 质 。
如 蓝细 菌,绿 硫 细 菌，紫硫 细 菌。
属名 细胞形态 芽孢 运动 格氏染色 与氧的关系假单胞菌 杆状 - 极生鞭毛 G- 好氧黄单胞菌 - G-
根瘤菌 杆状 - 周生或亚极生鞭毛 G- 好氧土壤杆菌 -
柄杆菌 杆状 - 极生或亚极生鞭毛 G- 好氧固氮菌 杆状 - 周生鞭毛 G- 好氧蛭弧菌 弧状 - 极生鞭毛 G- 好氧噬纤维菌 杆状两端尖 - 滑行 G- 好氧芽孢杆菌 杆状 + 周生鞭毛 G+ 好氧梭状芽孢杆菌 杆状 + 周生鞭毛 G+ 厌氧链球菌 球状 - - G+ 兼性厌氧微球菌 球状 - - G+ 严格好氧八叠球菌 球状 - - G+ 严格厌氧棒杆菌 杆状 - - G+ 兼性厌氧节杆菌不规则分枝，球状
，杆状 - - G+ 严格好氧土壤中常见的细菌属属 主要特征小单孢菌 菌丝不生长在基质表面，在基质里或表面上产单一的孢子；在多 数基质上菌落生长缓慢诺卡氏菌 菌丝不稳定，断裂成细菌状单位，菌丝通常不生于基质上，很少 产生孢子；
链霉菌 菌丝上产生长链的孢子，生长于基质上；土壤中种类很多，并产 生许多抗菌素孢囊链霉菌 孢子在基质表面菌丝上产生的孢囊内或成长链形成，菌落与链霉 菌属相似。
噬热放线菌 在基质表面或基质内形成单一的孢子，孢子抗热，所有的中均噬 热。
土壤中常见的几种放线菌及其主要特征土壤微生物群体的组成
真 菌
真 菌是土壤中主要 负责 有机 残 余物分解的 异养 生物。
一般地 真 菌形成 纤细 的 丝状 体或菌 丝,分隔或不分隔，聚集的菌 丝 形成菌 丝 体。
土壤 真 菌的 种类 很多，被 划 分 为 5个亚门,鞭毛菌 亚门 （ 壶 菌 纲,丝 菌 纲,根 肿 菌 纲,卵菌 纲 ）,接合菌 亚门 （接合菌 纲,毛菌 纲 ）,子囊菌 亚门 （半子囊菌 纲,不整囊菌 纲,核菌 纲,腔菌 纲,虫囊菌 纲,
盘 菌 纲 ）,担子菌 亚门 （冬 孢 菌 纲,层 菌 纲,腹菌纲 ）和 半知菌 亚门 （芽 孢纲,丝孢纲,腔 孢纲 ）。
土壤 真 菌 数 量的多少 与 土壤有机 质 含量密切相 关 。
土壤 pH值,水分 状况,通 气状况,温 度以及植被 类型都影 响 土壤 真 菌的分布。
真 菌 (Fungi)
真 核生物 (Eukaryotes)
细 胞壁 为 几丁 质 (Chitin)
异养
霉菌和 蘑菇为 多 细 胞
酵母菌 为单细 胞 Yeasts are
unicellular
原生 动 物 (Protozoa)
Eukaryotes
Unicellular
Absorb or ingest organic
chemicals
May be motile via pseudo
pods,cilia,or flagella
E.g.,ameba,parameciu
m
藻 类 (Algae)
Eukaryotes
Cellulose cell walls
Use photosynthesis f
or energy
生物分 类
In 1978,Carl Woese devised a system of classi
fication based on cellular organization of organi
sms
It groups all organisms into 3 domains
– Bacteria
– Archaea
– Eukarya
Protists
Fungi
Plants
Animals
(中国科学院南京土壤研究所微生物生化室 )
生物圈和生 态 系 统 的 概 念
生物圈 (Biosphere):是指地球表面全部生物以及和 它们 相 关的自然 环 境的 总 和,
生 态 系 统 (Ecosystem):是指生物和 它 所在的生 态环 境 综 合而成的系 统,
生物圈在其 进 化的 历 程中，由于受到 气 候、地 质,有效 遗传信息和生物的作用，分化成了 许 多相互依存的 单 元－生 态 系统,也就是 说,所有的生 态 系 统综 合形成了生物圈．
生 态 系 统 的范 围 大小可以相差 悬 殊,但都是一 个 具有特定的空 间结构 \物 种结构 和 营养结构 的有机整体,是一 个 能 够 自己维 持下去的、有一定 独 立性的功能 单 位,
生 态 系 统 的 结构 和 组 成生态系统非生物成分消费者分解者生产者温度,光土壤水,CO2,O2
有机物等生物成分土壤微生物的主要功能
分解有机 废 弃物
在生 态 系 统 中通 过 光合作用合成有机物
生 产 工 业 原料如乙醇丙 酮 等
生 产发 酵食品如醋奶酪面包等
生 产药 物 产 品如抗生素 胰岛 素等
有些 为动 植物病原微生物土壤微生物的主要类群
细 菌 (Bacteria)
真 菌 (Fungi)
– 酵母菌 (Yeast)
– 霉菌 (Molds)
原生 动 物 (Protozoa)
藻 类 (Algae)
病毒 (Viruses)
土壤微生物群体的组成
病毒
病毒侵染所有 种类 的 动 植物和微生物，能引起 许多植物和 动 物的病害。寄生于 细 菌 细 胞 内 的病毒通常 称为 噬菌体 。
病毒由蛋白 质壳 包被 RNA或 DNA分子的 结构组 成。
病毒 颗 粒无代 谢 活力，不能 进 行呼吸作用和生物合成作用。病毒 仅 在寄主 细 胞中繁殖,它们诱导寄主 细 胞 产 生病毒必 须 的 组 分，然后 进 行装配。
复 制后的病毒 从 寄主 细 胞中 释 放出 来,并 且具有侵染新的 细 胞的能力。
病毒可以以保持寄生能力的休眠 状态 存在于土壤中。目前人 们 最 关 心的是 对 植物和 动 物有致病性的病毒 颗 粒在土壤中生存的能力以及 进 入地下水的能力。
病毒 (Viruses)
Acellular
Consist of DNA or RNA c
ore surrounded by a prot
ein coat
Coat may be enclosed in
a lipid envelope
Viruses are replicated onl
y when they are in a livin
g host cell
土壤微生物群体的组成
细 菌
细 菌是土壤中最常 见,也是 数 量最多的微生物，
占土壤微生物 总数 的 70-90%，主要是能分解各 种有机物 质 的 种类 。 细 菌 为 原核生物,细 胞壁主要由 肽 葡聚糖 组 成。
土壤中的 细 菌，按其 来 源的不同，可分 为 土著菌和外 来 菌 两种类 型。土著性 细 菌 长 期生活于 土壤中,对 于土壤 环 境有 较 强的适 应 性,当 土壤 环 境变 劣 时,它们 一般能呈休眠 状态 存活下 来 ；外 来性 细 菌是 随污 水、淤泥,动 植物 残 体和人畜 粪 便等 进 入土壤的,它们 可在土壤中持 续 一定 时间,
并 作短期的生 长 繁殖，但由于适 应 性差，一般不能持 续发 展。
细 菌繁殖很快，在适宜 条 件下，很多 细 菌的世代时间 均不到 1小 时,因而具有 较 强的 竞争 力和适 应力。
细 菌 (Bacteria)
原核生物 Prokaryotes
细 胞壁 组 成 为肽 聚糖
生殖方式 为 等分裂 (Bin
ary fission)
形 态 有球 状 杆 状 螺旋 状弧 状 等
具鞭毛 (flagella)
古 细 菌 (Archaea)
原核生物
细 胞壁非 肽 聚糖
生 长 于 极 端 环 境下
主要包括,
– 产烷细 菌 (Methanogens)
– 极 端喜 盐细 菌 (Extreme halo
philes)
– 极 端嗜 热细 菌 (Extreme ther
mophiles)
Acinetobacter sp.
Escherichia coli
Staphylococcus aureus
An Actinomycete
Gram positive Gram negativeexamples
土壤微生物群体的组成
细 菌
细 菌的 营养 型：根据 细 菌 对营养 和能源的要求，一般可将 其分 为 四大 类 型
化能有机 营养 型，又 称 化能 异养 型。 这类细 菌的生 长 需要有机化合物作 为碳 源,并从氧 化有机化合物的 过 程中获 得能量。大多 数细 菌都 属 于 这类 。
化能无机 营养 型，又 称 化能自 养 型。 这类细 菌以 CO2为碳 源,从氧 化无几化合物中取得能量。 这类细 菌 数 量不多，但在物 质转 化 过 程中起着主要作用。根据 它们氧 化不同底物的能力，可分 为 5个 主要 类 群：
亚 硝酸菌（ NH3 NO2-）；
硝酸菌（ NO2- NO3-）；
硫 氧 化菌（ H2S,S,S2O32- SO4-）；
铁细 菌（ Fe2+ Fe3+）；
氢细 菌（ H2 H2O）。
土壤微生物群体的组成
细 菌
光能有机 营养 型，又 称 光能 异养 型。以光 为 能源，
以有机化合物作 为 供 氢 体以 还 原 CO2，合成 细 胞物质 。如紫色非硫 细 菌中的深 红红 螺菌。
光能无机 营养 型，又 称 光能自 养 型。以光 为 能源，
以无机物作 为 供 氢 体以 还 原 CO2，合成 细 胞物 质 。
如 蓝细 菌,绿 硫 细 菌，紫硫 细 菌。
属名 细胞形态 芽孢 运动 格氏染色 与氧的关系假单胞菌 杆状 - 极生鞭毛 G- 好氧黄单胞菌 - G-
根瘤菌 杆状 - 周生或亚极生鞭毛 G- 好氧土壤杆菌 -
柄杆菌 杆状 - 极生或亚极生鞭毛 G- 好氧固氮菌 杆状 - 周生鞭毛 G- 好氧蛭弧菌 弧状 - 极生鞭毛 G- 好氧噬纤维菌 杆状两端尖 - 滑行 G- 好氧芽孢杆菌 杆状 + 周生鞭毛 G+ 好氧梭状芽孢杆菌 杆状 + 周生鞭毛 G+ 厌氧链球菌 球状 - - G+ 兼性厌氧微球菌 球状 - - G+ 严格好氧八叠球菌 球状 - - G+ 严格厌氧棒杆菌 杆状 - - G+ 兼性厌氧节杆菌不规则分枝，球状
，杆状 - - G+ 严格好氧土壤中常见的细菌属属 主要特征小单孢菌 菌丝不生长在基质表面，在基质里或表面上产单一的孢子；在多 数基质上菌落生长缓慢诺卡氏菌 菌丝不稳定，断裂成细菌状单位，菌丝通常不生于基质上，很少 产生孢子；
链霉菌 菌丝上产生长链的孢子，生长于基质上；土壤中种类很多，并产 生许多抗菌素孢囊链霉菌 孢子在基质表面菌丝上产生的孢囊内或成长链形成，菌落与链霉 菌属相似。
噬热放线菌 在基质表面或基质内形成单一的孢子，孢子抗热，所有的中均噬 热。
土壤中常见的几种放线菌及其主要特征土壤微生物群体的组成
真 菌
真 菌是土壤中主要 负责 有机 残 余物分解的 异养 生物。
一般地 真 菌形成 纤细 的 丝状 体或菌 丝,分隔或不分隔，聚集的菌 丝 形成菌 丝 体。
土壤 真 菌的 种类 很多，被 划 分 为 5个亚门,鞭毛菌 亚门 （ 壶 菌 纲,丝 菌 纲,根 肿 菌 纲,卵菌 纲 ）,接合菌 亚门 （接合菌 纲,毛菌 纲 ）,子囊菌 亚门 （半子囊菌 纲,不整囊菌 纲,核菌 纲,腔菌 纲,虫囊菌 纲,
盘 菌 纲 ）,担子菌 亚门 （冬 孢 菌 纲,层 菌 纲,腹菌纲 ）和 半知菌 亚门 （芽 孢纲,丝孢纲,腔 孢纲 ）。
土壤 真 菌 数 量的多少 与 土壤有机 质 含量密切相 关 。
土壤 pH值,水分 状况,通 气状况,温 度以及植被 类型都影 响 土壤 真 菌的分布。
真 菌 (Fungi)
真 核生物 (Eukaryotes)
细 胞壁 为 几丁 质 (Chitin)
异养
霉菌和 蘑菇为 多 细 胞
酵母菌 为单细 胞 Yeasts are
unicellular
原生 动 物 (Protozoa)
Eukaryotes
Unicellular
Absorb or ingest organic
chemicals
May be motile via pseudo
pods,cilia,or flagella
E.g.,ameba,parameciu
m
藻 类 (Algae)
Eukaryotes
Cellulose cell walls
Use photosynthesis f
or energy
生物分 类
In 1978,Carl Woese devised a system of classi
fication based on cellular organization of organi
sms
It groups all organisms into 3 domains
– Bacteria
– Archaea
– Eukarya
Protists
Fungi
Plants
Animals
