环境微生物生态学

群落（community） 微生物群落结构包括了垂直结构（空间的垂直分布）、
水平结构（地点的不同）和时间结构（随时间的周期性变 化）。微生物群落结构具备合理的空间和时间结构是生态 系统存在和发展的基础。
在特定生境内的微生物种群随着时间的推移出现取代 或被取代，最终形成比较稳定的群落结构，其过程是群落 的演替（自然界选择压力的结果）。
环境
环境是指某一特定生物体或群体以外的空间，以及影 响该生物体或群落生存与生活的外部条件的总和。这些空 间由无机的物理、化学因素以及有机的生物因素构成。无 机的物理化学因素：土壤、温度、水分、阳光、气候等； 有机的生物因素：研究对象以外的其它生物的作用和影响， 如拮抗等。
生态系统（ecosystem）
1.2 微生物生态学研究内容
按研究对象划分
➢ 水域微生物生态学（海洋、河口、湖泊等淡水系统）； ➢ 土壤微生物生态学； ➢ 作物根系微生物生态学； ➢ 草地微生物生态学； ➢ 工业发酵微生物生态学（食品、药物、饮料、饲料等）； ➢ 废水处理系统微生物生态学（工业废水、农业废水等）； ➢ 肠道微生物生态学（人体、动物、昆虫等）。
2： 微生物生态学基本原理
自然界中微生物种类繁多，构成了地球生态系统 （ecosystem）中最庞大、分布最广的群体。单个微生物 细胞生长形成种群（population），各种种群构成生态系 统的微生物群落（community），在微观的微生物世界
中，为了竞争有限的生存空间和资源，种群与种群之间无 时不刻进行着角逐，通过限制其它种群的生长为本种群的 繁衍争取更多的可能，亦或与其它种群合作，共同营造适 宜的生存空间。环境决定了生境中种群的数量和群落的大 小，而微生物也不断改造着其生存的环境。
微生物生态学定义 微生物生态学（microbial ecology）是研究微生物
（细菌、真菌、病毒等）与其周围环境（有生命的和非生 命的）之间相互关系的一门科学。人们从20世纪60年代 初才开始使用微生物生态学这个名称，因此它还是一个比 较年轻的科学。
根据微生物生态学研究的特点，微生物生态学的现代 定义可以理解为环境生物学。其具体的研究范畴包括微生 物的空间分布、组成、结构、生理生化，以及它们与环境 间的相互关系和功能等。
物生活在同一环境内，但不发生生态关系，至少没有明显 直接的生态关系。因为它们要求的环境条件不同，互不改 变各自所需要的环境，故称为中性同生。微生物的中性同 生现象在自然界很普遍，如淡水中生长的某些藻类与水生 细菌，共同处于同一水域，但相互影响很小。由于中性同 生不能明显地表现生物间的相互作用，因而研究极少。
生态系统组成
生产 者亚 系统
食草动物
二氧化碳 食肉动物1
食肉动物2
消费 者亚 系统
碎
屑
再循环 分 解者
分解 者亚 Baidu Nhomakorabea统
无机 营养物
种群（population）
种群是指在特定空间内，分布在同一区域的同种生物 个体的集合。自然界中，同种生物的许多个体以群体聚集 的方式生活在同一生境中；种群是种族存在的前提，是物 种具体的存在单位、繁殖单位和进化单位；在地球上的各 种生态系统中任何微生物物种的个体不可能单一存在，微 生物个体必须与同种及其它种类的许多个体联系形成一个 相互依赖、相互制约的群体才能生存。
——种群的相互作用、物质交换、信号传递、种群遗 传学及进化等。
当前，微生物生态学研究方向的主要热点包括：1） 微生物分子生态学；2）微生物与环境修复；3）微生物与 碳、氮、磷、硫等元素的生物地球化学循环；4）未培养 微生物；5）海洋环境微生物与生物活性物质；6）人体肠 道微生物菌群与健康；7）环境微生物宏基因组和宏转录 组学；8）极端环境微生物；9）微生物与动植物相互作用； 10）微生物与全球气候变化；等。
生态系统是指生物群落与生存环境之间，以及生物群 落内的生物之间的密切关系、相互作用，通过物质交换、 能量转化和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构 并执行一定功能的动态平衡整体。生态系统=非生物环境 +生物群落，在这个紧密结合的系统中，物质、能量在生 物与生物、生物与环境之间不断循环流动，形成一个能够 自己维持下去的、相对稳定的，并具有一定独立性的整体。
1.3 微生物生态学研究方向
• 存在哪些微生物？各有多少？ ——发现新的微生物并对其分类、类群的丰度、微生
物的多样性、群落的空间结构。 • 微生物的新陈代谢活动？正在进行什么反应？
——某一类群细胞的潜在功能及可能的行为范围、在 环境中实际发生的行为。 • 不同微生物之间以及微生物与环境之间如何相互作用？
种间关系（interspecific interaction） 种间关系是指不同种群之间的相互作用。这些关系有
相互依存、相互制约和相互补偿的关系，也称为种间相互 作用。自然界中，任何一种生物都不是孤立存在的，而是 与其它不同种类的生物之间有着各种各样的联系。
• 中性同生（neutralism）：又称中性共栖，是指两种微生
Contents
➢ 1：微生物生态学概念 ➢ 2：微生物生态学基本原理 ➢ 3：自然界中的微生物 ➢ 4：未培养微生物 ➢ 5：环境微生物生态学研究方法
1：微生物生态学概念
1.1 生态学发展背景 生态学（ecology）一词最初由希腊文“oekologie”
衍生而来，“oikos”是指“居住地、栖息地”，“logos” 意为“学科、研究或讨论”，因此，生态学原意为“居住 地管理的科学或研究生物栖息环境的科学”，后人将其概 括为“研究生物与其生存环境相互关系的学科”。
1.4 微生物生态学研究意义
微生物生态学作为一门独立的学科，与农业、工业、 医药、环保、能源等领域有着密切的联系，已成为解决环 境污染、能源短缺、资源匮乏等日益严重的社会问题的关 键之一，微生物生态学研究也成为微生物学乃至整个生物 学中最活跃和最有潜力的研究方向。随着高通量测序技术、 生物信息学、计算生物学和系统生物学的发展，微生物生 态学研究已不满足于仅对微生物群落结构的揭示，而是在 各种组学水平上分析群落结构与功能、微生物与环境的相 互作用。