第九章 微生物的生态与功能
微生物的生态位与生态功能
微生物的生态位与生态功能微生物是地球上最古老、最丰富的生物群落之一。
它们以无形的微小体积和广泛多样的物种构成了生态系统中不可或缺的组成部分。
微生物的生态位和生态功能是研究微生物学及生态学的重要内容之一。
本文将从微生物的生态位和生态功能两个方面进行论述，以深入探讨微生物在生态系统中的重要作用。
一、微生物的生态位生态位是指一个物种或个体在生物群落中所占据的地位和角色。
对于微生物而言，生态位的特点主要包括营养型、微环境适应能力和空间竞争能力。
1. 营养型微生物可以根据其获取营养的途径分为不同的营养型，如化学破解者、光合材料、化能有机物等。
不同的营养型微生物通过对不同的营养物质的利用具有差异性，从而形成了复杂的食物网和物质循环网络。
例如，不同种类的细菌可以根据其能利用的底物类型和存在的环境条件，分别在硫循环、氮循环和碳循环中起到不同的作用。
2. 微环境适应能力微生物因其微小的体积和单细胞的特性，具有较高的微环境适应能力。
它们可以适应高温、低温、高盐、低pH值等各种极端环境。
一些极端嗜好微生物如嗜高温菌、嗜盐菌、嗜酸菌等能够在极端环境下存活繁殖，并在这些环境中发挥重要的生态功能。
3. 空间竞争能力微生物在生态系统中通过空间竞争来占据生态位。
它们可以通过分泌抑制性物质或与其他微生物发生竞争来获得有利的生活空间。
微生物之间的空间竞争会使它们形成相对稳定的分布和均衡，从而维持了生态系统的稳定性。
二、微生物的生态功能微生物在生态系统中具有多种功能，包括物质循环、能量流动、生境修复、共生共存等。
1. 物质循环微生物在物质循环中扮演着重要的角色。
它们通过分解有机物质和无机物质的转化，促进了物质的循环和再利用。
例如，细菌可以分解土壤中的有机质，将有机质中的碳、氮、磷等元素释放出来，供其他生物利用。
此外，微生物还参与了硫循环、氮循环和碳循环等重要的生态过程，对生态系统的平衡和稳定起到了至关重要的作用。
2. 能量流动微生物在能量流动中发挥着关键的作用。
Chapter 9 Microbial ecology
9.1 .1 What is microbial Ecology? 几个概念：
Populations guilds communities ecosystem
9.1 .1 What is microbial Ecology?
In a microbial ecosystem individual cells grow to form populations . populations. Metabolically related populations constitute groupings called guilds . guilds. Sets of guilds conducting complementary physiological processes interact to form . microbial communities communities.
”，是微生物的大本营。
9.2.1土壤环境中的微生物（Microbes in soil） Proportion of Proportion of different different soil soil microorganisms microorganisms in in soil soil 9.2.1.2 土壤中的微生物种类、数量
9.1 微生物在生态系统中的作用
Microorganisms functions in ecosystem 9.1.1 什么是微生物生态学
What is microbial Ecology?
9.1.2微生物在生态系统中的作用
Microorganisms functions in ecosystem
9.1 .1 What is microbial Ecology?
生态系统中微生物的生态位和功能
生态系统中微生物的生态位和功能生态系统是由生物群落和非生物环境因素相互作用形成的自然系统。
其中微生物在生态系统中扮演着重要的角色，是维持生态系统健康和稳定的关键因素之一。
微生物有着多样的生态位和功能，它们与其他生物相互依存，共同构成了生态系统。
一、微生物在生态系统中的生态位生态位是指一个物种在生态系统中的地位和角色。
微生物的生态位是与其他生物共生、协生或寄生，参与物质循环、分解和转换等过程。
其生态位的不同，决定了其在生态系统中所扮演的不同角色。
1. 植物微生物土壤中的植物微生物包括细菌、真菌、放线菌等，它们与植物形成良好的共生关系。
例如，一些植物根际内存在着一种被称为根瘤菌的微生物，它们能够与植物共生，并能在根际内固氮，为植物提供养分。
此外，一些类似于放线菌的微生物也能够产生植物生长激素，对植物生长起到积极的促进作用。
植物微生物在促进植物生长、增加植物免疫力等方面起着重要作用。
2. 分解微生物分解微生物是指能够分解有机物质并将其转化成无机形式的微生物。
这些微生物包括细菌、真菌、放线菌等，它们在分解生物质、植物残渣等有机物质方面具有重要作用。
在分解有机物质的过程中，分解微生物可以产生出一些有机酸、酶和其他分解产物，对于土壤的肥力有着非常重要的作用。
3. 病原微生物病原微生物是指能够引起疾病的微生物，包括细菌、病毒、真菌等。
这些微生物的存在会对生态系统产生消极的影响，在生态系统中以寄生和捕食的方式对其他生物形成威胁。
二、微生物在生态系统中的功能微生物在生态系统中有着多样化的功能，它们参与到环境中养分的循环、物质的分解和转化等过程中，形成了物质流和能量流，维护着整个生态系统的平衡和稳定。
1. 微生物对养分的贡献微生物在生态系统中发挥着重要作用，特别是在养分循环方面。
它们通过分解有机物质和固定氮气等作用，将有机物质转化成无机盐和元素，然后进入土壤、水体等环境中。
这些元素又为植物、中间消费者和掠食者提供了必要的养分。
微生物在生态系统中的角色与功能
值班记录表
年月日
中班（ 16： 00~0：
班次早班（8：00~16：00）晚班（0：00~8：00）
00）
值班人
气温（℃）
交班人：交班人：交班人：
交接班
记录
接班人：接班人：接班人：
值班内容记录
序号班次时间内容处理情况值班人。
微生物的生态功能与资源开发利用
气候变化的生物指示器
温室气体排放
微生物参与甲烷、二氧化碳等 温室气体的产生和消耗过程， 影响气候变化。
极端环境适应
微生物具有强大的环境适应能 力，可在极端温度、酸碱度、 盐度等条件下生存和繁殖。
生物固碳
某些微生物可通过光合作用或 化能合成作用，将大气中的二 氧化碳固定为有机碳，减缓温 室效应。
微生物群落结构和功能的变化 可反映环境因素的改变，因此 可作为气候变化的生物指示器 。
酶固定化技术
通过固定化技术将酶固定在载体上，提高酶的稳定性和重复使用 效果，拓展其在工业生产中的应用范围。
酶反应器
设计开发高效的酶反应器，实现酶催化反应的连续化、自动化和 规模化生产。
人工智能辅助筛选和设计
高通量筛选
借助人工智能技术对大量微生物进行高通量筛选，快速识别具有 优良性能的菌株。
智能设计
生物能源领域应用前景分析
生物能源领域概述
生物能源是一种可再生能源，具有巨大的发展潜力。微生 物在生物能源领域的应用主要涉及生物质转化和生物燃料 生产等方面。
应用前景
随着全球能源需求的不断增长和环保意识的提高，生物能 源领域的应用前景越来越广阔。微生物具有高效、环保等 特点，在该领域具有广泛的应用前景。
执行情况
相关部门和机构积极推广和执行行业标准，加强微生物资源的质量控制和安全 管理，推动微生物产业的健康发展。
知识产权保护和管理策略
知识产权保护
微生物生态功能与资源开发利用涉及众多创新技术和产品，需要加强知识产权保 护，鼓励创新和技术转化。
管理策略
针对微生物资源的特点和知识产权保护的需求，相关部门和机构采取了一系列管 理措施，如建立微生物菌种资源库、加强菌种出入境管理、开展知识产权培训等 。
微生物的生态
作用，藻类对无机元素的吸收利用，以及浮游动物和一发低系生，列变但后化不生，减使少动水污物体染通中物过的总存量食在。物浓而链度生对降物
有机体的摄取和浓缩作用等。
化学净化可使污染物的总量降低，
使水体得到真正净化。
一、水体中的微生物 4.污染水体的微生物生态学特征
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。沿着河流 方向形成一系列连续的污 化带，包括四个污染带： 多污带、α-中污带、β中污带、寡污带，这四个 带是根据指示生物的种群、 数量以及水质划分的。
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
③共生(mutualism) 微生物与动物间的共生 ★瘤胃微生物与反刍动物的共生
牛羊等反刍动物，草食，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮 助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。瘤胃中生活着多种细菌和原生动物。 共生原理如下：
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利条件，有的达到了难以分 离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。
微生物间的共生地衣:由菌藻（子 囊类真菌与藻类） 共生或菌菌（真 菌与蓝细菌）共 生的地衣。
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体，在生理上相互依存。其中的藻类或蓝 细菌进行光合作用，为真菌提供养料，真菌以产生的有机酸分解岩石为藻类或蓝细 菌提供矿质元素。
一、水体中的微生物 1.淡水中的微生物
★腐败型水生微生物
随着人畜排泄物或病体污物而进入水体的动植物致病菌，一般难以长期生存，但由 于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。
微生物的共生与生态功能
微生物的共生与生态功能微生物是地球上最古老的生命形式之一，也是生态系统中最重要的组成部分之一。
它们既可以单独存在，也可以与其他生命形式共生。
共生是生态系统中一种复杂的生物关系，它对生态系统中许多重要功能的维持和进化起到了至关重要的作用。
本文将探讨微生物的共生与生态功能。
1. 共生类型共生可以分为三种类型：互惠共生、交互共生和寄生关系。
互惠共生是两种生物之间的共生关系，它们从中获得互惠的利益。
例如，蜜蜂和花之间的关系就是一种互惠共生关系。
交互共生是两种生物之间的共生关系，它们之间相互作用，但不一定获得互惠的利益。
例如，鳄鱼的口腔中有一种可以消除伤口的细菌，这种细菌与鳄鱼的关系就是一种交互共生关系。
寄生关系是两种生物之间的共生关系，一方得到了益处，而另一方却受到了损失。
例如，蚂蚁与蚜虫之间的关系就是一种寄生关系。
2. 微生物的共生微生物可以与其他生命形式形成互惠、交互和寄生关系。
微生物的共生对地球生态系统的健康和平衡至关重要，以下是几个例子：（1）光合共生许多生物可以利用光合共生生态功能。
它们可以通过光合作用将CO2转化为有机物质，用作自己的能量来源。
光合共生最常见的例子是植物和藻类的关系。
植物与藻类共同利用阳光进行光合作用，植物提供了养分和保护，而藻类提供了能量来源。
（2）固氮共生固氮是一种将大气中氮气转化为可以被生物利用的形式的过程。
这个过程对于构建蛋白质和DNA是必要的。
人造的肥料的来源是人工固氮产物。
固氮共生是微生物与其他生物之间的关系，有助于增加固氮菌的数量，提高土壤中的氮含量。
共生细菌入侵了根部的细胞，并与植物共同生长，吸取根系分泌的氧和简单碳水化合物，从而固氮。
固氮共生最明显的例子是豆类植物与固氮细菌之间的关系。
（3）消化共生消化共生是一种细菌在动物肠道内生存并相互作用的方式。
在消化共生中，细菌通过帮助动物消化食物并分解有害物质来获得利益。
最流行的消化共生例子是家畜承担着大部分人类的肉食需求，而在家畜中存在着许多细菌，这些细菌在帮助家畜消化放慢能量消耗方面起着重要作用。
微生物的多样性与生态功能
微生物的多样性与生态功能微生物是地球上最为丰富和多样的生物群体之一，它们广泛存在于各种环境中，包括土壤、水体、空气以及其他生物体内。
微生物的多样性对于地球生态系统的平衡和稳定起着至关重要的作用。
本文将探讨微生物的多样性和生态功能，并以实例说明其重要性。
一、微生物的多样性微生物包括细菌、真菌、病毒等多种类型，其多样性表现在形态、遗传信息、代谢途径等方面。
根据最新研究，地球上存在数千万种细菌，造成了丰富的细菌群落。
此外，真菌的多样性同样令人惊叹，不同类型的真菌形态各异，包括丝状真菌、酵母菌等。
这种多样性为微生物在各种环境中发挥生态功能提供了基础。
二、微生物的生态功能1. 养分循环：微生物通过分解有机物质，将其转化为无机盐和营养元素，进而循环利用。
例如，细菌可以通过分解死去的植物和动物的遗体，将有机物质分解成可被植物吸收的无机盐，促进养分循环。
这对维持土壤和水体的养分平衡具有重要意义。
2. 生态保护：微生物在环境保护中发挥着至关重要的作用。
地下水中的细菌可以通过分解有机污染物，净化水体。
此外，某些细菌还可以与植物共生，促进植物生长，并抵抗害虫和病原体的侵袭。
这种生态功能使微生物成为生态系统中的守护者。
3. 病原体与抗性：尽管微生物的多数种类都对生态系统有益，但也存在一些微生物引起疾病的情况。
许多疾病，例如结核病和艾滋病，都是由病原性微生物引起的。
此外，微生物对抗生素的抗性也是当前亟待解决的问题。
了解微生物的多样性和其对抗生素的抗性机制，有助于制定更有效的疾病防治策略。
三、微生物多样性保护的重要性微生物的多样性受到人类活动的威胁，包括过度使用抗生素、工业化农业和环境污染等。
这些因素可能导致微生物多样性的减少和微生物种群的失衡。
失去微生物多样性可能对生态系统的稳定性产生负面影响，例如导致生物灭绝、环境退化等。
因此，保护微生物多样性是维持生态平衡的关键。
四、案例分析：益生菌与人体健康微生物的多样性与人体健康息息相关。
微生物的生物地理分布与生态功能
微生物的生物地理分布与生态功能微生物是地球上广泛存在的一类生物，它们主要包括细菌、真菌、古菌和病毒等。
尽管微生物在生态系统中分布广泛，但它们的生物地理分布和生态功能却受到许多因素的影响。
本文将就微生物的生物地理分布和生态功能展开讨论。
一、微生物的生物地理分布微生物的生物地理分布主要受到以下几个因素的影响：1. 气候条件：气候是影响微生物分布的重要因素。
不同的微生物种类对温度、湿度和光照等气候条件的要求有所不同。
例如，嗜热菌主要存在于高温环境中，而嗜冷菌则适应低温环境。
2. 地理隔离：地理隔离是微生物分布差异的主要原因之一。
陆地与海洋、不同地区之间的隔离使得微生物在不同地理环境中有所分化和适应。
例如，一些细菌和古菌可以在深海底部生存，而另一些微生物则适应于高山、沙漠或冰川等极端环境。
3. 土壤类型：微生物在土壤中的分布也与土壤类型密切相关。
不同类型的土壤具有不同的物理和化学特性，因此支持着不同类型的微生物群落。
例如，酸性土壤中常常富含铁细菌，而碱性土壤则适宜古菌等微生物的生存。
4. 水体环境：水体环境对微生物的分布同样产生重要影响。
浅水区域常常富含细菌和真菌等微生物，而深水区域则适宜古菌和病毒的繁殖。
水体的盐度、溶解氧含量和水流速度等因素也会影响微生物的分布。
二、微生物的生态功能微生物在生态系统中具有多种重要的功能，以下是几个主要方面的介绍：1. 分解与腐败：微生物能够分解有机物质，使其转化为无机物质，促进养分循环。
在自然界中，微生物通过分解腐败物质，如枯枝落叶和动物尸体，释放出有机物和无机盐，为其他生物提供养分。
2. 共生与共存：微生物与其他生物之间存在着多种共生关系。
例如，与植物共生的根瘤菌能够固定氮气为可吸收形式的氮，为植物提供重要的养分。
此外，微生物还与许多动物共存，如人体内的益生菌帮助消化和保护免疫系统。
3. 生态调控：微生物对生态系统的稳定性和健康起着重要的调控作用。
它们通过降解污染物，修复环境，控制病原微生物的繁殖等方式，维持着生态系统的平衡。
生态系统中微生物的分布和生态功能
生态系统中微生物的分布和生态功能生态系统是由各种生物和非生物组成的，在这个系统中，微生物是其中不可缺少的一部分，它们在生态系统中具有重要的分布和生态功能。
本文将探讨生态系统中微生物的分布和生态功能的相关内容。
一、微生物在各个生态系统中的分布微生物在生态系统中的分布非常广泛，可以存在于各种环境中，例如土壤、水体、大气、动植物表面等。
这些不同的环境条件对微生物的分布和生长都有影响。
在土壤中，微生物是非常丰富的一部分，它们可以分解和转化养分、促进植物生长和防止病害等。
土壤微生物的群落结构和组成受许多因素的影响，例如土壤类型、温度、土壤质地、 pH 值、有机质含量、水分等。
在水体中，微生物的分布和生长主要受水体的物理化学性质和环境条件的影响。
水体中的微生物可以分解有机物、氮磷等营养物质，是水体生态系统中重要的营养转化者。
在大气中，微生物主要以尘埃和颗粒物的形式存在。
大气中的微生物可以被风等环境条件传输到其他地方，对不同生态系统的微生物群落结构和组成产生影响。
在动植物表面等生物界面上，微生物与宿主间存在着复杂的共生关系，它们可以为宿主提供养分和其他受益，同时也受宿主环境的影响。
由此可见，微生物在各个环境中具有广泛的分布和生长，它们在不同的环境条件下发挥着不同的生态功能。
二、微生物在生态系统中的生态功能微生物在生态系统中具有多种生态功能，包括物质转化、生物防治、环境修复等。
1. 物质转化微生物在生态系统中起着重要的物质转化作用，例如有机物分解、氮循环、矿物质转化等。
微生物通过分解有机物质，将其转化为更小的有机和无机分子，为其它生物进行使用提供了条件。
同时，微生物还可以通过合成和分解氮元素，参与了粮食生产和氮素生态循环等重要过程，对生态系统的稳定具有至关重要的作用。
2. 生物防治生物防治是近年来备受瞩目的环保技术之一。
微生物具有多种类型的生物防治作用。
一方面，微生物可以分解和吸附有毒物质，从而减少环境污染和有害物质对生态环境的影响。
第九章 微生物生态
第九章微生物生态内容提要：本章介绍微生物在土壤、水域、空气等自然一般环境和极端高温、低温、高酸、高碱、高压、高辐射等极端环境中的分布，极端环境微生物在极端环境中的适应机理，和微生物生态系中的基本规律。
微生物与微生物之间存在着互利、共生、竞争、寄生、拮抗、捕食等不同的关系，这些关系影响着不同微生物种群在自然环境中的消长。
微生物与植物之间发生着有益关系和有害关系，有些微生物可以为植物创造更好的营养和生存环境，抑制植物的病原微生物的生长与侵害；有些微生物确实植物的病原菌。
微生物生态系统有着生态系统的多样性、生态系统中微生物种群的多样性、生态系统的稳定性、生态系统具有适应性和被破坏后的修复能力、微生物生态系统中具有能量流、物质流和基因流。
微生物和地球上所有生命体一样，与客观环境相互作用，构成一个动态平衡的统一整体，并在其中有一定规律性地分布、发育和参与各种物质循环。
因此在一定的生态体系中，发育着不同特征性的微生物类群和数量，并在物质转化和能量转化中，呈现出各自不同的活动过程和活动强度。
这种特征不仅受环境因子的直接或间接影响，而且由微生物本身所具有的适应性所决定。
微生物生态学就是研究处于环境中的微生物，和与微生物生命活动相关的物理、化学和生物等环境条件，以及它们之间的相互关系。
微生物生态系即是在某种特定的生态环境条件下微生物的类群、数量和分布特征，以及参与整个生态系中能量流动和生物地球化学循环的过程和强度的体系。
研究微生物生态系，掌握微生物在其中的生命活动规律，可以更好地发挥它们的有益作用。
第一节自然环境中的微生物由于微生物本身的特性，如营养类型多、基质来源广、适应性强，又能形成芽孢、孢囊、菌核、无性孢子、有性孢子等等各种各样的休眠体，可以在自然环境中长时间存活；另外，微生物个体微小，易为水流、气流或其他方式迅速而广泛传播。
因此微生物在自然环境中的分布极为广泛。
从海洋深处到高山之巅，从沃土到高空，从室内到室外，除了人为的无菌区域和火山口中心外，到处可以发现有微生物存在。
微生物的功能与应用
微生物的功能与应用微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
尽管它们很小，但微生物在自然界中具有广泛的功能和应用。
本文将介绍一些微生物的功能，并探讨它们在医药、食品、环境保护等领域的应用。
一、微生物的功能1. 生态功能：微生物在生态系统中起着重要的作用。
它们可以分解有机物质，促进养分循环，并参与土壤形成和植被建立。
同时，微生物还参与氮循环、碳循环和硫循环等关键生态过程。
2. 发酵功能：微生物可以利用发酵过程将有机物转化为其他物质。
例如，乳酸菌可以将乳糖转化为乳酸，产生酸奶等食品；酵母菌可以将糖类转化为二氧化碳和酒精，用于制作面包和酒类产品。
3. 生物农药功能：某些微生物具有杀菌、杀虫和杀线虫的功能。
例如，拟杆菌能够产生抗真菌物质，用于农田病虫害的防治；昆虫杀线虫能够寄生于害虫体内，达到生物防治的效果。
4. 生物降解功能：微生物可以降解各种有机化合物，包括石油类物质、农药残留等。
这种降解功能对于环境修复和废弃物处理具有重要意义。
二、微生物的应用1. 医药应用：微生物在医药领域中有着广泛的应用。
抗生素是由微生物产生的一类药物，用于治疗细菌感染；乳酸菌和双歧杆菌等有益菌可以用于肠道调节和保健；病毒也被用于基因治疗等领域。
2. 食品工业：微生物在食品工业中扮演着重要的角色。
酵母菌发酵可以制作面包、蛋糕等面点；乳酸菌发酵可以产生酸奶、奶酪等乳制品；微生物提取的酶可以用于食品加工中。
3. 环境保护：微生物在环境保护中具有很大的潜力。
一些能够降解有机物的微生物可以应用于废水处理和土壤修复；微生物杀虫剂和抗真菌剂可以替代化学农药，减少对环境的污染。
4. 生物能源：微生物在生物能源领域有着广泛的应用前景。
例如，利用微生物发酵产生的乙醇可以用作生物燃料；某些细菌可以产生氢气，作为清洁能源的替代品。
5. 生物工程：微生物在生物工程中扮演着关键的角色。
通过基因工程技术对微生物进行改造，可以使其产生特定的化合物，如药物、化学品等。
微生物的环境适应与生态功能
微生物的环境适应与生态功能微生物是一类微小生物体，包括细菌、真菌、病毒等，它们广泛分布于自然界的各个环境中。
微生物的环境适应能力非常强，能在各种恶劣条件下存活和繁殖，并且具有重要的生态功能。
本文将探讨微生物的环境适应机制以及其在生态系统中的功能。
一、微生物的环境适应机制微生物的环境适应主要通过以下几个方面实现：1. 基因多样性：微生物具有较高的基因多样性，这使得它们能够适应不同的环境条件。
微生物可以通过自然选择和基因突变等机制来产生适应性变异，从而适应各种环境中的生存需求。
2. 生理适应：微生物具有多样的生理适应机制。
例如，一些细菌可以通过合成耐受有害物质的酶来抵抗毒性化合物的侵害；一些真菌能够分泌酶解植物纤维素，适应植物材料的降解。
3. 营养适应：微生物能够适应各种不同的营养条件。
例如，一些微生物可以利用有机物质进行呼吸作用，而另一些微生物可以利用无机物质进行光合作用。
4. 生态互作：微生物还可以通过与其他微生物的互作来适应环境。
例如，一些细菌与植物根部形成共生关系，为植物提供养分，促进植物生长。
二、微生物的生态功能微生物在生态系统中具有多种功能，对于维持生态平衡和生物多样性具有重要作用。
1. 物质循环：微生物参与了地球上许多重要的物质循环过程，如碳循环、氮循环和磷循环等。
微生物能够通过分解和转化有机物质，将碳、氮、磷等元素在生物圈和非生物圈之间循环。
2. 分解降解：微生物具有分解降解有机物质的能力，能够将复杂的有机物质分解为简单的无机物质。
这对于确保有机物质的循环利用以及环境的清洁和健康具有重要意义。
3. 植物共生：一些微生物与植物形成共生关系，如根瘤菌与豆科植物共生。
根瘤菌能够固定氮气并转化为植物可利用的形式，为豆科植物提供了重要的氮素来源。
4. 生物防治：一些微生物具有生物防治的功能，可以对抗病原菌或害虫。
例如，一些细菌能够产生抗生素来抑制病原菌的生长，起到防治疾病的作用。
5. 环境修复：微生物可以修复受到污染的环境。
微生物的生态和功能研究以及应用
微生物的生态和功能研究以及应用微生物是指体积较小、单细胞或多细胞、无色无味且并不可见于肉眼以下的生物体。
自然界中微生物的种类繁多，可以存在于土壤、水体、大气、与人类或动物的体表以及内部。
微生物拥有无限的生态学意义，在自然界的物质周期、有机质分解、病原菌与宿主之间的相互作用、协助生长植物的根部区等方面都发挥着重要的作用。
由于微生物研究具有重要的科学价值和应用前景，所以微生物的生态和功能研究已经成为现代生命科学中的一个重要领域。
现在我们一起来了解一下微生物生态和功能研究的重要性以及它们应用的现状和前景。
一、微生物生态和功能研究的重要性微生物在自然界中拥有着广泛的分布和重要的功能，包括但不限于以下方面：1. 生态系统的物质循环：微生物是自然界中分解有机质和形成氮循环的关键物种。
例如，微生物可以分解植物体内的有机质并将其转化为二氧化碳和水。
微生物还可以通过氧化过程将农田土壤中的氨变为亚硝酸盐和硝酸盐，以利于作物吸收和利用。
2. 水域生态系统净化：水中微生物是水中有机物降解的主要力量。
除此之外，水中微生物还可以将水中的污染物转化为无害的形式。
例如，我们常见的水底的有机废弃物在微生物的分解作用下会进一步降解、被氧化和利用。
氮循环和磷循环的微生物可以在氮和磷物质过度排放时控制水域污染。
3. 人体内华导作用：人体内的微生物可以协同细胞中的其他成分来调节免疫、分解乳糖和食物内的防御性化合物的功能。
二、微生物功能研究的现状近年来，随着研究手段的更新和提高，微生物的功能研究成为了微生物学研究的一个重要分支。
当前，我们主要关注微生物功能(例如代谢、分泌等)和微生物与宿主之间的互动。
1. 微生物代谢研究微生物代谢研究是微生物学中一个重要的分支。
目前，科学家们在代谢功能研究方面的前沿涉及到两个方面：一是代谢途径的研究：研究微生物代谢途径、代谢产物的合成和微生物代谢相关酵素的表达与调控。
其次是代谢产物的发现和利用。
例如，轮农合成的拓扑异构体代表了一种针对复杂碳水化合物的新的分解途径。
微生物的生态及分布
（一）生物固氮
据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达 1.7108吨，其中草原3.5 107吨，林地4.0 108吨， 海洋3.6 108吨，其它土壤0.6 108吨。
真菌：异养型 ✓霉菌：严格好氧类群，在通气良好的耕作土壤 中广泛分布，酸性土壤中霉菌比例增加 ✓酵母菌：几个～几千个/克，果园、养蜂场等 含糖丰富土壤中较多（105个/g）
藻类：光能自养型，较少，一般103 ~104/克，主 要生活在光照和CO2供应充足的浅层土中
原生动物：数量变化大， 10 ~105/克不等，富含 有机质的土壤含量较多
微生物间的寄生： 噬菌体与其宿主之间的关系、真菌对真菌的寄生、细 菌或真菌寄生于原生动物
细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于Pseudomonas phaseolicola（栖菜豆假单胞菌）
微生物与植物之间的寄生关系：植物病原体 微生物与动物之间的寄生关系：各种病原微生物、昆虫病
原菌——生物农药、冬虫夏草
寄生 特点：“损人利己” 噬菌体与宿主细菌
一、微生物在自然界中的分布
（一）土壤中的微生物 （1） 土壤的生态条件：
土壤具备微生物生存必需的基本条件
水分： 营养状态：有机物、无机盐、微量元素等。 pH：3.5-8.5，多数在5.5-8.5。 氧气： 渗透压：0.3-0.6MPa，适合于微生物生长 温度： 保护层：几毫米厚
（2） 土壤中微生物的种类、数量和分布
结构上的共生： 形成有固定形态的叶状结构： 真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。
地衣繁殖时，地在衣表面--上--生-藻出球类状和粉芽真，菌粉芽的中共含有生少体量的藻类细胞
和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣
A叶状地衣和B壳状地衣营养体纵剖面
第九章 微生物生态
动物排泄物及动物尸体所带的菌等
3.种类 4.作用 5.分布 细菌>放线菌>霉菌>酵母菌>藻类>原生动物 在物质循环中起重要作用，降解土壤中有机物 主要分布在10-20cm深的土层中
6. 分布影响因子
土壤有机质含量、土壤深度、土壤酸碱度、季节
我国各主要土壤的含菌量(万/克 干土)
土类 暗棕壤 棕壤 黄棕壤 红壤 砖红壤 磷质石灰土 黑土 黑钙土 棕钙土 草甸土 嵝土 白浆土 滨海盐土 地点 黑龙江呼玛 辽宁沈阳 江苏南京 浙江杭州 广东徐闻 西沙群岛 黑龙江哈尔滨 黑龙江安达 宁夏宁武140 黑龙江亚沟 陕西武功 吉林皎河 江苏连云港 细菌 2,327 1,284 1,406 1,103 507 2,229 2,111 1,074 11 7,863 951 1,598 466 放线菌 612 39 271 123 39 1,105 1,024 319 4 29 1,032 55 41 真菌 13 36 6 4 11 15 19 2 23 4 3 0.4
第十一章 微生物的生态
Microbial Ecology
微生物生态学研究内容
1. 概念 生态学是一门研究生命系统与环境系统间相互作 用以及适应机理的科学
2. 微生物生态学研究内容 微生物的群落结构、微生物与宏观、微观环境系 统间相互作用的规律及其应用。
第一节
一、微生物群落
自然环境中的微生物
种群（population）：指在一定时间内占据一定 空间的同种生物的所有个体。
采取土壤样品要考虑的几个问题
土质肥，微生物含量高。
离地面5-20cm处的土壤通气良好、不受阳光直
射，含菌量最高。
采土季节以春秋两季最好。
微生物的生态角色与功能
微生物的生态角色与功能微生物是一类以单细胞形式存在的生物体，包括细菌、真菌、藻类和病毒等。
尽管微生物在体积上微小，但它们却在生态系统中扮演着极其重要的角色，并且具有多样的生态功能。
本文将探讨微生物在生态系统中的角色与功能，并说明其对地球生物圈的影响。
一、微生物的生态角色微生物在生态系统中扮演着多种角色，包括分解者、合成者、共生体、生物源、能量转化者等。
首先，微生物在分解和降解有机物方面发挥着重要作用。
它们具有强大的代谢能力和酶系统，能够降解废弃物、植物残体和动物尸体等有机物，将其分解为无机物，为生态系统的循环提供了充足的营养物质。
这个过程被称为腐化，细菌和真菌是主要的分解者，其中某些细菌能够降解一些难以分解的物质，如油类和有毒物质。
其次，微生物在生态系统中还起到了合成者的角色。
光合作用是生态系统中生物合成有机物的重要途径，其中叶绿体负责植物的光合作用。
然而，微生物包括一些叶绿体细菌、蓝藻和或细菌类光合细菌等也能进行光合作用，通过吸收太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质，为生态系统注入能量。
此外，微生物还能与其他生物形成共生体。
例如，共生菌与农作物根系形成共生关系，共生菌通过为植物提供养分，帮助植物吸收养分，同时植物通过根系分泌物也为共生菌提供营养物。
这种共生关系不仅促进了微生物和植物的生长发育，还改善了植物对环境中逆境的抵抗力。
最后，微生物在生态系统中还起到了生物源和能量转化者的作用。
例如，藻类通过光合作用释放氧气，并为其他生物提供能量来源。
此外，某些微生物能够进行化学变化，将有机物质转化为能量，如化石燃料形成过程中的沉积微生物。
二、微生物的生态功能微生物的存在和活动对地球生物圈具有广泛的影响，包括物质循环、能量流动、环境修复和生物多样性维持等方面。
微生物是物质循环的关键驱动者之一。
它们通过分解和降解有机物，将有机物转化为无机物，如二氧化碳、水和无机盐等。
这些无机物再通过生物吸收、再生和利用等过程进入生物体内，形成物质循环链条，维持着生态系统的营养平衡。
微生物的生态功能与应用
微生物的生态功能与应用微生物是指体积极小、仅能借助显微镜才能观察到的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
尽管微生物在我们日常生活中并不显眼，然而它们在生态系统中发挥着重要的生态功能，并且有着广泛的应用。
一、微生物的生态功能微生物在生态系统中扮演着不可或缺的角色，拥有多种生态功能。
1. 分解营养物质微生物通过分解有机和无机物质，将它们转化为养分的形式，从而促进营养物质的循环和再利用。
例如，细菌和真菌可以降解有机废弃物和死物，将它们分解为较小的分子，以供其他生物利用。
2. 固氮作用某些微生物具有固氮作用，能够将大气中的氮气转化为植物可吸收的形式。
这种固氮作用对土壤中氮素的供应至关重要，有助于提高土壤肥力和植物的生长。
3. 有害物质降解许多微生物具备降解有害物质的能力，如石油烃类、农药等。
它们能够将这些有害物质降解为无害的物质，减少对环境的污染。
4. 循环要素微生物参与了碳、氮、磷等元素的循环过程。
通过微生物的作用，这些元素能够在生物圈中进行循环，并保持适当的分布。
二、微生物的应用由于微生物具有丰富的生态功能，它们在多个领域有着广泛的应用。
1. 农业应用微生物在农业生产中起着重要的作用。
例如，利用固氮细菌可以提高作物的肥力，减少对化学肥料的依赖；利用有效微生物可以促进土壤酶活性，改善土壤结构。
此外，微生物还能够控制作物病害，使农作物更抵抗病虫害。
2. 环境修复微生物在环境修复领域发挥着重要作用。
通过利用微生物的降解能力，可以清除土壤和水体中的有机污染物，恢复生态系统的健康状态。
此外，微生物还可以用于处理有毒废弃物、污水和污泥等。
3. 生物工程微生物在生物工程领域有着广泛的应用。
例如，利用微生物发酵技术可以生产乳酸、酒精、酶等化学物质；利用基因工程技术，可以改造微生物的基因，使其具备合成药物、酶、蛋白质等的能力。
4. 医学应用微生物在医学领域有着重要的应用价值。
微生物可以用于制备抗生素，对抗细菌感染；微生物还可以参与肠道菌群的调节，维持人体的健康状态。
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2 共生关系
共生关系(symbiosis)可以看成是互生关系的高级阶 段。当两种微生物共生在一起时，彼此相互依存， 创造互为有利的条件。有些甚至在生理上有一定的 分工，而在组织和形态上形成了特殊的共生体，一 旦分离，难以独自生活。
典型的共生关系应属真菌与藻类共同形成的地衣。地衣 具有特定的结构，共生菌从共生藻得到有机养料，同时 共生菌从基质中吸收水分和无机养料供给共生藻。共生 藻利用共生菌得到的水分和无机物，进行光合作用合成 有机物，既满足自身需要又满足共生菌的要求。 ♂
三、微生物间的相互关系
自然界中微生物种类繁多，生态系统中各类微生物 自然界中微生物种类繁多， 都不是孤立存在的，而是彼此相互联系，相互影响。 都不是孤立存在的，而是彼此相互联系，相互影响。 微生物相互关系复杂多样， 微生物相互关系复杂多样，根据其相互间关系的紧 密程度，大致可分为以下几个方面： 密程度，大致可分为以下几个方面： 1 互生关系 2 共生关系 3 寄生关系 4 拮抗关系 5 捕食关系
微生物是生态系统的重要组成成员
特别是作为分解者分解系统中的有机物，对 生态系统乃至整个生物圈的能量流动、物质 循环发挥着独特的、不可替代的作用。见下 图
由于微生物在生态系统中特殊地位与作 用，特别是微生物降解环境污染物的巨 大潜力，使其在控制污染、修复污染环 境中发挥重要作用。微生物对植物生长 的促进和其他有益作用，也有助于缓解 生态破坏，恢复受损生态系统。
碳的循环转化中除了最重要的CO2外，还有CO、 烃类物质等。
藻类能产生少量的CO并释放到大气中， 一些异养和自养的微生物能固定CO作为碳源(如 氧化碳细菌)。 烃类物质(如甲烷)可由微生物活动产生，也可被 甲烷氧化细菌所利用。
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2 氮循环
氮循环由6种氮化合物的转化反应所组成，包括固氮、氨化 (脱氨)、硝化作用、反硝化作用及硝酸盐还原。它们大多实 际上都是氧化还原反应。氮是生物有机体的主要组成元素， 氮循环是重要的生物地球化学循环组成部分。
土壤中固氮菌与纤维素分解菌之间为典型的互 生关系。土壤中存在着大量的纤维素，固氮菌 不能直接利用，纤维素分解菌虽能分解纤维素， 但分解后会积累大量的有机酸，对自身生长不 利。当二者生活在一起时，前者以后者产生的 有机酸作为碳源和能源生长，后者依靠前者将 自己产生的有机酸氧化，Biblioteka 除了由于有机酸积 累使自身中毒的隐患。
1 碳循环
碳元素是一切生命有机体的最大组分，接近有机物质干重的 50％。碳循环是生物圈中最重要的物质循环
碳循环---主要以二氧化碳的形式进行 碳循环---主要以二氧化碳的形式进行
(1)碳在生物圈中的总体循环
初级生产者通过光合作用把CO2转化成有机碳。 初级生产的产物为异养消费者利用，并进一步进行 循环，部分有机化合物经呼吸作用被转化为CO2。 初级生产者和其他营养级的生物残体最终也被分解 而转化成CO2。 大部分绿色植物不是被动物消费，而是死亡后被微 生物分解，CO2又被生产者利用。化石燃料是古代动 植物残体转化而来，通过燃烧转化为CO2。
举例：
真菌与绿藻共生 真菌与蓝细菌共生 根瘤菌与豆科植物 非豆科植物与放线菌的共生 白蚁与其肠液中的细菌和原生动物 反刍动物（ 鹿和骆驼等） 反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物
3 寄生关系
寄生关系(parasitism)即一种生物直接侵入另一种 生物体内摄取营养，以满足生长繁殖的需要。前者 称为寄生物或寄生体，后者称为寄主或宿主。
在废水生物处理过程中，微生物多存在 互生关系。
例如:炼油厂废水中含有H2S、NH3和酚等，H2S 和酚对细菌都有毒害作用，但系统中由于硫 磺细菌的作用将H2S进行氧化，为酚降解菌提 供了S元素。
自然界或生物处理构筑物中，氨化细菌、亚硝化 细菌、硝化细菌之间的关系也属于互生关系。
有机氮对亚硝化细菌有抑制作用，氨化细菌可将有机 氮分解成氨或胺盐，氨或胺盐是亚硝化细菌的食料， 因此，氨化细菌既为亚硝化细菌解除了毒害作用，又 提供了养料。 氨对硝化细菌有毒害作用，亚硝化细菌能将氨氧化成 亚硝酸，亚硝酸是硝化细菌的食料，因此，亚硝化细 菌既为硝化细菌解除了毒害作用又为其提供了营养。 这些表现为单方获利的互生关系。♂
在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起主要作 用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而 有的是循环中的关键过程，起关键作用。
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5 微生物是地球生物演化过程中的先锋种类 微生物是地球上最早出现的生物体，并进化 成后来的动、植物。特别是藻类的产氧作用， 改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物 出现打下基础。即使是现在，微生物也是地 球上原生裸地及受损生态系统的演化及恢复 的开拓者。
(2)生境中的碳循环
生境中的碳循环是生物圈总循环的基础，异 养的大型生物和微生物都参与循环，但微生 物的作用是最重要的。 在好氧条件下，大型生物和微生物都能分解 简单的有机物和生物多聚物(淀粉、脂肪、蛋 白质、果胶、纤维素等) 但微生物是唯一在厌氧条件下进行有机物分 解的。微生物能使非常丰富的生物多聚物得 到分解，腐殖质、蜡和许多人造化合物只有 微生物才能分解。
5 捕食关系
捕食(predation)或捕食关系(predator-prey relationship)是指一种微生物以另一种微生物为食。
捕食者（predator）从被捕食者（prey）得到营养，对 被捕食者种群产生不良影响，有时捕食者可能导致被捕 食者种群消失。但如果被捕食者暂时逃过捕食者的捕食 压力而再度出现，捕食者与被捕食者种群的相互作用导 致两种群有规律的周期波动。
冬虫夏草
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；
4拮抗关系 拮抗关系
拮抗关系(antagonism)是指一种微生物在其生命活 动过程中产生某种代谢产物或改变环境条件，从而 抑制其它微生物生长繁殖甚至杀死其它微生物的现 象。 拮抗关系分为特异性拮抗关系和非特异性拮抗关系。
专性寄生指只有在寄主内生活，脱离寄主就 无法生活的寄生方式； 兼性寄生是指这种微生物找不到寄主时可进 行腐生生活，遇上合适寄主时，营寄生生活。
♂
举例：
噬菌体与其宿主菌 蛭弧菌与大肠杆菌 真菌和病毒与植物 病原微生物与人体 苏云金杆菌与昆虫—细菌杀虫剂 苏云金杆菌与昆虫 细菌杀虫剂 球孢白僵菌与昆虫—真菌杀虫剂 球孢白僵菌与昆虫 真菌杀虫剂 病毒与昆虫—病毒杀虫剂 病毒与昆虫 病毒杀虫剂 冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾—名贵中药 冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾 名贵中药
第九章
微生物的生态与功能
生态学及微生物在生态系统中的地位与作用 土壤微生物生态与功能 水体微生物生态与功能 空气中的微生物
研究微生物生态规律的意义
研究微生物的分布规律—发掘丰富的菌种资源， 研究微生物的分布规律 发掘丰富的菌种资源， 发掘丰富的菌种资源 推动进化、分类的研究和开发应用； 推动进化、分类的研究和开发应用； 研究微生物与它种生物的关系—开发新的微生 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； 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、 研究微生物在自然界物质循环中的作用 探矿、 探矿 冶金、治理环境污染、开发生物能源等。 冶金、治理环境污染、开发生物能源等。
太阳
生产者 （自养生物）
食草动物 初级消费者
食肉动物 次级消费者
能量 无机非生 物成分物 分解者 （异养微生物） 物质
图9-1 生态系统组成结构及功能
二、微生物在生态系统中的角色
1 2 3 4 5 微生物是有机物的主要分解者 微生物是生态系统中的初级生产者 微生物是物质和能量的贮存者 微生物是物质循环中的重要成员 微生物是地球生物演化中的先锋种类
碳、氮、磷、硫等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，但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。
1 碳循环 2 氮循环 3 硫循环 4 磷循环 5 铁循环 6 其他元素的循环
1 微生物是有机物的主要分解者
微生物最大的作用在于其分解功能。它们分 解生物圈内存在的动物、植物和微生物残体 等复杂有机物质，并最后将其转化成简单的 无机物，再供初级生产者利用。微生物对人 工合成的环境污染物具有很强的分解潜力。 Back
2 微生物是生态系统中的初级生产者
营光合作用和化能营养的微生物，如蓝藻、 化能自养菌，是生态系统的初级生产者，它 们具有初级生产者所具有的二个明显特征， 一方面可直接利用太阳能、无机物的化学能 作为能量来源，另一方面其积累下来的能量 又可以在食物链、食物网中流动。 Back
如污水处理系统中，原生动物对细菌及其他微生物 的吞食，微型后生动物以原生动物为食，形成食物 链。
四、微生物在生态系统物质循环中的功能与作用 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。地球上 的大部分元素都以不同的循环速率参与生物地球化 学循环。 生命物质的主要组成元素(C、H、O、N、P、S)循环 很快，少量元素(Mg、K、Na、卤素元素)和痕量元素 (Al、B、Co、Cr、Cu、Mo、N、Se、V、Zn)则循环较 慢。属于少量和痕量元素的Fe、Mn、Ca和Si是例外， 铁和锰以氧化还原的方式快速循环。钙和硅在原生 质中含量较少，但在其他结构中含量很高。