第八章 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；
微生物在污水处理中的应用。
第一节 微生物的分布与菌种资源的开发
第二节 微生物与自然界中的物质循环
第三节 微生物间及与其它生物间的相互关系
第四节 微生物与环境保护第一节 微生物的分布与菌种资源的开发微生物在自然界的分布
生物体内外的正常菌群
土壤中的微生物
水中的微生物
空气中的微生物
工农业产品上的微生物
极端环境条件下的微生物生物体内外的正常菌群
人体的正常微生物区系
根际微生物与附生微生物人体的正常微生物区系
正常菌群,生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物。正常菌群是一个相对的概念，当机体防御能力降低时（如皮肤大面积烧伤），一部分正常菌群会变成病原微生物
人体正常菌群的存在部位：人体皮肤、黏膜、与外界相通的腔道如：口腔、鼻咽腔、消化道、泌尿生殖道。
在机体的不同部位，正常菌群的微生物种类不同，当正常菌群的存在部位改变时，一部分正常菌群会变成病原微生物，如存在于消化道的 E.coli进入泌尿生殖系统时可引起肾盂肾炎或膀胱炎
无菌动物与悉生动物,凡在体内外检查不到任何正常菌群的动物称为无菌动物；凡已人为地接种上已知纯种微生物的无菌动物或无菌植物，称为悉生生物根际微生物和附生微生物
根际微生物,存在于植物根际（根系存在的范围）的微生物由于受到植物根系分泌物（糖类、氨基酸和维生素等）和根系死亡脱落物（碳水化合物）的影响，
植物根际的微生物数量较跟际外高，但种类较单一，
且在不同的植物根际微生物的种类会发生变化。根际微生物的存在，对植物有益。主要表现在：改善了植物的营养条件；分泌植物生长刺激物质；分泌抗生素类物质； 有时根际微生物对植物也会产生有害的影响 。
附生微生物,生活在植物体表面，借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物，如叶面微生物、浆果表面微生物土壤环境在自然界,土壤 是微生物生活的最适宜环境
土壤中的动植物遗体是异养型微生物最好的碳氮能源
土壤矿质成分中，可为微生物提供 S,P,Fe,Mg、
Ca,B,Mo,Zn,Mn等无机元素
土壤的酸碱度接近中性
土壤的渗透压与微生物细胞的渗透压相近
土壤的含气量（ 7~8%）可保证好氧微生物的生长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
土壤氧气含量土壤中的微生物我国各主要土壤的含菌量（万 /可克干土）
土壤类型 细菌 放线菌 真菌黑龙江暗棕壤黑龙江黑土黑龙江黑钙土黑龙江草甸土辽宁棕壤宁夏棕钙土吉林白浆土江苏黄棕壤浙江红壤广东砖红壤西沙磷质石灰土江苏滨海盐土
2,237
2,111
1,074
7,864
1,284
140
1,598
1,406
1,103
507
2,229
466
612
1,204
319
29
39
11
55
271
123
39
1,105
41
13
19
2
23
36
4
3
6
4
11
15
0.4
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
3~8
20~25
35~40
65~75
135~145
7,800
1,800
472
10
1
1,950
379
98
1
0.4
2，
080
245
49
5
-
119
50
14
6
3
25
5
0.5
0.1
-
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。
微生物是合成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。
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椅子。
pH值：淡水 3.7~10.5，大多数江河、湖泊和池塘 6.5~8.5
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，微生物也较多。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。
水体中微生物的数量主要与有机质含量有关。
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，在海底沉积物上，存在大量的微生物空气中的微生物
空气 干燥,无营养,紫外线照射强烈，因此空气不是微生物生存的环境。
空气中微生物的数量决定于所处环境和飞扬尘埃量。
空气中的微生物种类，主要是真菌和细菌。
极端环境中的微生物
高（低）温环境中的微生物
高盐环境中的微生物
高压环境中的微生物第二节 微生物与自然界中的物质循环
碳素循环
氮素循环
硫素循环
其它元素的微生物转化碳素循环有机碳化物腐烂腐殖质 燃烧 腐烂腐烂
CO2
呼吸作用 呼吸作用动物 植物和微生物微生物在碳素循环中的作用光合作用、分解作用氮素循环有机氮化物氨化作用动物微生物和植物 NH3
固氮作用
N2 NO2
反硝化作用 硝化作用
NO3
微生物参与氮素循环的所有过程，并在每个过程中起主要作用第三节 微生物间及微生物与其它生物间的相互关系
微生物间的相互关系
微生物与高等植物间的关系
微生物与人体及动物间的相互关系微生物间的相互关系
种间共处,两种微生物相互无影响的生活在一起，不表现出明显的有利或有害关系。如乳杆菌和链球菌。
互生,微生物间比较松散的联合，在联合中一方或双方都有利。如氨化菌和硝化菌。
共生,两种微生物紧密结合在一起形成一种特殊的共生体，在组织和形态上产生了新的结构，在生理上有一定的分工。共生分为互惠共生和偏利共生。如藻类与真菌共生形成的地衣。
拮抗,两种微生物生活在一起时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件，从而抑制甚至杀死另一种微生物的现象。
竞争,生活在一起的微生物，为了生长争夺有限的营养或空间，结果使两种微生物的生长均受到抑制。竞争在自然界普遍存在，是推动微生物发展和进化的动力。
寄生,一种生物生活在另一种生物体表或体内，从后者的细胞、组织或体液中取得营养，前者称为寄生物，
后者称为寄主，寄生物一般对寄主是有害的。如噬菌体与细菌。
捕食,一种微生物直接吞食另一种微生物。如原生动物对细菌的捕食，捕食关系在控制种群密度，组成生态系食物链中，具有重要意义。
微生物与高等植物间的相互关系
根际微生物与高等植物间的 互生 关系
微生物与高等植物间的 共生 关系（根瘤菌与豆科植物形成的共生体、菌根菌与高等植物的共生）
微生物在高等植物中的 寄生 。
微生物与人体及动物间的相互关系
人体正常微生物群落与人体间的 互生 关系
瘤胃微生物与反刍动物间的 共生 关系
微生物与昆虫间的共生关系。如白蚁与其肠内原生动物形成的外共生，微生物与许多昆虫（蚜虫）的内共生。
微生物在动物体内的 寄生悉（择）生生物,接种一种或较多种已知微生物的无菌动物第四节 微生物与环境保护
环境中主要的污染物：
1 无毒的有机物：如纤维素、淀粉等
2 有毒的有机物：主要是苯酚、多氯联苯、有机农药
3 无毒有机物：一般的酸、碱、无机盐等植物营养素
4 有毒有机物：重金属、氰化物、氟化物污染物的微生物处理
污水,当进入水体的外来的污染物的数量，超过了水体的自静能力，并达到破坏水体原有用途的程度。
水体的自静作用,在自然界，有些水体中的污染物质浓度，可通过河水向下游流动而自然减低，这种现象称为水体的自静作用（稀释、沉淀和微生物分解）
污水处理的方法,物理、化学和生物（主要是微生物）
污水的微生物处理
微生物处理污水的原理：利用微生物的催化作用和代谢活性，好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物质。
生化需氧量,在特定时间和温度下（通常为 5天，
20℃ ），微生物氧化有机物所消耗的氧量称为生化需氧量。常以 BOD5表示。
污水生物处理类型：生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厌氧处理法、土壤灌溉法
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；
微生物在污水处理中的应用。
第一节 微生物的分布与菌种资源的开发
第二节 微生物与自然界中的物质循环
第三节 微生物间及与其它生物间的相互关系
第四节 微生物与环境保护第一节 微生物的分布与菌种资源的开发微生物在自然界的分布
生物体内外的正常菌群
土壤中的微生物
水中的微生物
空气中的微生物
工农业产品上的微生物
极端环境条件下的微生物生物体内外的正常菌群
人体的正常微生物区系
根际微生物与附生微生物人体的正常微生物区系
正常菌群,生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物。正常菌群是一个相对的概念，当机体防御能力降低时（如皮肤大面积烧伤），一部分正常菌群会变成病原微生物
人体正常菌群的存在部位：人体皮肤、黏膜、与外界相通的腔道如：口腔、鼻咽腔、消化道、泌尿生殖道。
在机体的不同部位，正常菌群的微生物种类不同，当正常菌群的存在部位改变时，一部分正常菌群会变成病原微生物，如存在于消化道的 E.coli进入泌尿生殖系统时可引起肾盂肾炎或膀胱炎
无菌动物与悉生动物,凡在体内外检查不到任何正常菌群的动物称为无菌动物；凡已人为地接种上已知纯种微生物的无菌动物或无菌植物，称为悉生生物根际微生物和附生微生物
根际微生物,存在于植物根际（根系存在的范围）的微生物由于受到植物根系分泌物（糖类、氨基酸和维生素等）和根系死亡脱落物（碳水化合物）的影响，
植物根际的微生物数量较跟际外高，但种类较单一，
且在不同的植物根际微生物的种类会发生变化。根际微生物的存在，对植物有益。主要表现在：改善了植物的营养条件；分泌植物生长刺激物质；分泌抗生素类物质； 有时根际微生物对植物也会产生有害的影响 。
附生微生物,生活在植物体表面，借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物，如叶面微生物、浆果表面微生物土壤环境在自然界,土壤 是微生物生活的最适宜环境
土壤中的动植物遗体是异养型微生物最好的碳氮能源
土壤矿质成分中，可为微生物提供 S,P,Fe,Mg、
Ca,B,Mo,Zn,Mn等无机元素
土壤的酸碱度接近中性
土壤的渗透压与微生物细胞的渗透压相近
土壤的含气量（ 7~8%）可保证好氧微生物的生长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
土壤氧气含量土壤中的微生物我国各主要土壤的含菌量（万 /可克干土）
土壤类型 细菌 放线菌 真菌黑龙江暗棕壤黑龙江黑土黑龙江黑钙土黑龙江草甸土辽宁棕壤宁夏棕钙土吉林白浆土江苏黄棕壤浙江红壤广东砖红壤西沙磷质石灰土江苏滨海盐土
2,237
2,111
1,074
7,864
1,284
140
1,598
1,406
1,103
507
2,229
466
612
1,204
319
29
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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
3~8
20~25
35~40
65~75
135~145
7,800
1,800
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0.1
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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。
微生物是合成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。
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椅子。
pH值：淡水 3.7~10.5，大多数江河、湖泊和池塘 6.5~8.5
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，微生物也较多。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。
水体中微生物的数量主要与有机质含量有关。
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，在海底沉积物上，存在大量的微生物空气中的微生物
空气 干燥,无营养,紫外线照射强烈，因此空气不是微生物生存的环境。
空气中微生物的数量决定于所处环境和飞扬尘埃量。
空气中的微生物种类，主要是真菌和细菌。
极端环境中的微生物
高（低）温环境中的微生物
高盐环境中的微生物
高压环境中的微生物第二节 微生物与自然界中的物质循环
碳素循环
氮素循环
硫素循环
其它元素的微生物转化碳素循环有机碳化物腐烂腐殖质 燃烧 腐烂腐烂
CO2
呼吸作用 呼吸作用动物 植物和微生物微生物在碳素循环中的作用光合作用、分解作用氮素循环有机氮化物氨化作用动物微生物和植物 NH3
固氮作用
N2 NO2
反硝化作用 硝化作用
NO3
微生物参与氮素循环的所有过程，并在每个过程中起主要作用第三节 微生物间及微生物与其它生物间的相互关系
微生物间的相互关系
微生物与高等植物间的关系
微生物与人体及动物间的相互关系微生物间的相互关系
种间共处,两种微生物相互无影响的生活在一起，不表现出明显的有利或有害关系。如乳杆菌和链球菌。
互生,微生物间比较松散的联合，在联合中一方或双方都有利。如氨化菌和硝化菌。
共生,两种微生物紧密结合在一起形成一种特殊的共生体，在组织和形态上产生了新的结构，在生理上有一定的分工。共生分为互惠共生和偏利共生。如藻类与真菌共生形成的地衣。
拮抗,两种微生物生活在一起时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件，从而抑制甚至杀死另一种微生物的现象。
竞争,生活在一起的微生物，为了生长争夺有限的营养或空间，结果使两种微生物的生长均受到抑制。竞争在自然界普遍存在，是推动微生物发展和进化的动力。
寄生,一种生物生活在另一种生物体表或体内，从后者的细胞、组织或体液中取得营养，前者称为寄生物，
后者称为寄主，寄生物一般对寄主是有害的。如噬菌体与细菌。
捕食,一种微生物直接吞食另一种微生物。如原生动物对细菌的捕食，捕食关系在控制种群密度，组成生态系食物链中，具有重要意义。
微生物与高等植物间的相互关系
根际微生物与高等植物间的 互生 关系
微生物与高等植物间的 共生 关系（根瘤菌与豆科植物形成的共生体、菌根菌与高等植物的共生）
微生物在高等植物中的 寄生 。
微生物与人体及动物间的相互关系
人体正常微生物群落与人体间的 互生 关系
瘤胃微生物与反刍动物间的 共生 关系
微生物与昆虫间的共生关系。如白蚁与其肠内原生动物形成的外共生，微生物与许多昆虫（蚜虫）的内共生。
微生物在动物体内的 寄生悉（择）生生物,接种一种或较多种已知微生物的无菌动物第四节 微生物与环境保护
环境中主要的污染物：
1 无毒的有机物：如纤维素、淀粉等
2 有毒的有机物：主要是苯酚、多氯联苯、有机农药
3 无毒有机物：一般的酸、碱、无机盐等植物营养素
4 有毒有机物：重金属、氰化物、氟化物污染物的微生物处理
污水,当进入水体的外来的污染物的数量，超过了水体的自静能力，并达到破坏水体原有用途的程度。
水体的自静作用,在自然界，有些水体中的污染物质浓度，可通过河水向下游流动而自然减低，这种现象称为水体的自静作用（稀释、沉淀和微生物分解）
污水处理的方法,物理、化学和生物（主要是微生物）
污水的微生物处理
微生物处理污水的原理：利用微生物的催化作用和代谢活性，好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物质。
生化需氧量,在特定时间和温度下（通常为 5天，
20℃ ），微生物氧化有机物所消耗的氧量称为生化需氧量。常以 BOD5表示。
污水生物处理类型：生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厌氧处理法、土壤灌溉法
