上海交通大学-环境微生物-微生物生态1

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1、12.环境微生物生态王志平wangzply@sjtu.edu.cnMicrobialecologyinenvironment*2一、生态系统在一定空间和时间内范围内，生物(动物、植物、微生物的个体、种群、群落)和生存环境(光、土壤、空气、水等生物因子)之间通过物质循环和能量流通组成一个自然体。*31.生态系统的组成*4基本概念1个体：指某一具体生物的单个个体，具有生长-发育-繁殖-死亡的过程，是组成种群的单位。种群：是生活在同一特定空间的同一生物种的所有个体的集合体，是生物群落的组成单位。群落：生活在同一特定空间或区域的所有生物种群的聚合体，是生态

2、系统的组成部分。*5食物链(Foodchain)：一种生物被另一种生物吞食，后者再被第三种生物吞食，形成以食物连接起来的链锁关系。食物链对环境中物质的转移和蓄积有重要作用。营养级(Trophiclevel):食物链某一环节上的所有生物种的总和。基本概念2*6生产者(Producer)：利用太阳能或化学能将简单无机物合成复杂有机物的生物。消费者(Consumer)：靠植物或其他生物为食而获得生存能量的生物。分解者(Decomposer)：将复杂的有机物分解简单的无机物的生物。基本概念3*7*8能量金字塔：能量随营养级由下而上逐级递减，各营养级仅能将约

3、10％输送给上一级(能量流动十分之一定率)，由此构成金字塔形结构。适于水生生态系统基本概念4*9生物放大(Biomagnification)：在同一食物链上，污染物通过食物链传递使浓度随营养级逐级提高的现象(专指有食物链关系的)生物浓缩(Bioconcentration)：从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象。生物富集(Bio-enrichment)生物积累:生物体生长发育过程中，通过环境或食物累积污染物的过程。基本概念5寂静的春天(SILENTSPRING)，DDT*102.生态系统的功能--能量物

4、质循环能量通过食物链在生态系统中传递和消耗；物质通过食物链在生态系统中传递转化。*11生态系统是开放系统，当能量和物质的输入大于输出时，生物量增加；反之，生物量减少。正常条件下，系统内各种群的数量比均保持相对恒定。受到外界干扰时，生态系统能自行调节恢复到原来的稳定状态，即生态平衡(动态平衡)。生态平衡*121.互生关系2.共生关系3.竟争关系4.寄生关系6.捕食关系3.微生物生态系统内的生物关系5.拮抗关系*13两种生物可以独立生活，也可以形成松散的联合，对一方有利，或双方都有利。例如，土壤中纤维素分解细菌和固氮菌、产甲烷菌与产乙酸菌、硫酸盐还原菌

5、与光合细菌之间的互生关系。互生关系(Metabiosis)产乙酸菌产甲烷菌乙酸固氮菌纤维素分解菌固氮碳源*142CO2+H2S+2H2O2[CH2O]+H2SO42CO2+4H2S红硫细菌2CH3CHOHCOOH+H2SO42CH3COOH+2CO2+H2S+2H2O乳酸乙酸硫酸盐还原细菌CO2+2H2S[CH2O]+2S+H2O绿硫细菌硫还原细菌CH3COOH+4S+2H2O硫酸盐还原菌与光合细菌*15两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

6、地生活。在环境微生物领域，纯化分离微生物时经常遇到两种微生物很难被分离的现象，其中有的就是源于共生关系的两株菌；而生物膜、活性污泥菌胶团内的微生物一般也都存在共生关系。共生关系(Symbiosis)*16一种微生物生命活动中，通过竞争营养基质或产生某些代谢产物改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。如：活性污泥中，在溶解氧或营养成为限制因子时，菌胶团细菌与丝状细菌的关系；曝气生物滤池中硝化菌与异养菌竞争关系。由于微生物的世代时间比较短，代谢强度大，所以生存竞争往往表现得很激烈。在一个生存环境内，不同的时间将会出现不同的

7、优势种。这种优势微生物在某种环境下，能最有效地适应当时的环境，而环境条件一旦改变，就可能被另一种微生物代替并发育成新的优势种。竞争关系(Competition)*17活性污泥中的胶团形成菌和丝状菌形成一个微生物共生的生态体系，在这种共生关系中，丝状微生物是一种不可缺的重要微生物，其对于维持污泥絮体的结构稳定，保证活性污泥系统高效稳定地净化污水起着重要的作用。通常在活性污泥中菌胶团细菌占主导优势时，污泥有着良好的沉降性能；但当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，就会出现污泥膨胀，导致污泥的沉降性能变差，出水水质恶化、浑浊。当活性污泥系统中溶解氧(DO)降低时

8、，活性污泥中的微生物将对有限的DO展开竞争，由于丝状菌的表面积比比菌胶团大，有竞争力，造成污泥膨胀。菌胶团细菌与丝状细菌*