第8章微生物的生态 重点、难点剖析 1。微生物在生态系续中的作用品本音重占之一，却并非难占。理解杖个问首先要 住生态系统，从生态系统的组成、结构和功能出发来理解微生物在生态系铁中所扮演的重要 角色（表1山一），微生物主要作为分解者，但也是生产者，以及其他方面的重要角色。 表11一1生态系统的基本框架 组成 非生物成分 无机元素和化合物有机物质 其理化条件 生立考 光能营养微生物 化能营养微生物 挡携势 今节动物 志动物 公界势 货生物 上生动物 士均 生产老重系统 精物。蕊类 光能营养微生物 化能营养微生物 消费者亚系纨 食草动物 肉套动 分解者亚系统 微生物 能量流动 所有生物 (主要是合成作用的植物和分解作用的微生物 信息 为是碎屑食的起点，其作用等同于生产者。 是 有两个基太 物地球化学循环生要 的同化和异养生物 有机物日 E于对有机物的矿化， 这体现了微生物作为物质环里要成员的 1微牛物参与的猛环誉生物推动的环从以下4个方面加以理解 ①宏观的碳循环主要是C0,为绿色植物固定为有机碳，有机碳再为微生物分解矿化成 用的C0, ②微观上微生物参与的碳循环是微生物在生境中分解生物多聚物，微观的生物降解是宏 观碳循环的基础。 ③微生物在好氧和厌氧两种条件下进行有机物的分解作用 ④微生物推动碳循环中的中心化合物是C0,此外还有C0、烃类物质等 (2)微生物参与的氮循环。微生物参与的氮循环复杂多样，大多实际上是氧化还原反应。 各种循环反应的比较如表11一2。 3,生态环境中微生物的生态分布是微生物生态学的基础，也是重点之一。特别要认识 到微生物分布的广泛性和微生物无处不在的特点。 ()微生物在土壤、水体 大气等自然生境中的分布。 D士壤是微生物的合适生境，是微生物最大的贮库，土壤微生物的数量和活性主要取决 于有机物的含量： ②水环境中的微生物主要来源于土壤，以悬浮和附着两种方式存在，水体中微生物的数 量和分布主要受 光照、溶群氧及分奇因系的宽 :生各种休眠体以适应不良环境 可以在大气中存在相当长的时间而不死亡。大气中的微生物来源于土壤、水体利
130第1章微生物的生态 表11一2微生物推动的多种氮循环反应比较 种 境 环不境响 固闵F用 固生物 固卖场 能 买 氨化作用 腐生物 能 为生物屑定 到天 化提供购 化作用 加中可 好氧 少数 还原 异微物 骏盐 还原 好氧或 能代源 试缓硝酸盐 同化硝酸 少白养 酸 氧 小体 成时污染 异化酸盐异 盐，亚N 还 0作为洲带电氧或 能生氨 白养 反 子受体 造成的污染 性硝 去除环地中 还 (2)极端环境下的微生物是那些生长在其他生物难于存活环境中的微生物 这些微生物开托 了微生物的生存空间，扩大了分布范围。极端环境下的微生物具有特殊的适应机制，有特异 的遗传信息，这些都是极端环境微生物的重要资源价值。 (3)动植物既是微生物的分布载体，也是展现微生物和动物、植物柑互作用的生动舞台。 生长在动物体上的微华物是一个种类复杂、数品庞大、牛理功能多样的群体。生态公 布上有体内体外之分，功能上有有益和有害两个方面，对动物有益的互惠共生关系受到广泛 的关注与深入研究。瘤胃共生是最重要的一种共生关系。瘤胃共生系统是大量微生物聚集 以微生物（包括细菌、真菌、噬菌体，原生动物及原生动物）为主体的高能量、多物质流通的 类似一个生物反应器的生态系统。这种共生对充分利用植物资源，连接植物和草食动物的食 物链，推动能量流动和物质循环且有重要的意义 ②植物茎叶、根部是微生物生长的重要生境，部分微生物可以引起植物 病者，更多微生 物可以 与植物形成互惠的共生关系，根际微生物、菌根真茵和共生固氨中的固氨菌都对花 物的生长产生促进作用。微生物和植物根的相互作用是最重要的植物微生物相互关系。从根 际、菌根到根瘤，微生物和植物根之间的互惠共生关系越米越密切，形态结构越来越复杂， 生理功能越来越完备，遗传调节越来越理密。 (4)人体微生物和人类健康密切相关。皮肤、口腔和胃肠道一般为无侵袭力的“土著” 微生物所古领 形成具不同生理功能 的微生物群落。胃肠道是微生物密度最高的人体器官 人和微生物存在着对双方都有利的共生关系。 (⑤)许多工农业产品可以成为微生物生长利用的潜在基质，在大多数情况下，微生物对 这些物质的利用可以导致酸败、腐烂及霉腐，食品及农产品霉腐产生微生物毒素是公众健康 中的重要问颜 4.微生物与环境保护所要闸述的是微生物在环境保护中的作用，是利用微生物有机体、生
131第章微生物的生态 理机能、遗传基因处理污染介质、修复污染环境、监测环境污染。这是本章的重点和难点， 之所以是难点是因为大部分师牛对环境科学知识的陌生和缺乏城性认识，实际上微生物在环 境保护中的作用是微生物生理、遗传功能的扩展，是易于理解的。 (微生物处理污染介质、修复污染环 生物工业发醇在基本原理上是相 一致的 本质上都是做生物利用（分解）基质取得能量生长，产生微生物生物量的代谢过程，简单地说 都是放大的摇瓶培养。异同比较污水处理与工业发整)如表11一3。 表1一污水处理与工业发隆程异日比 基节养物 微生物 反应器运行方式氧需要生物 代产物经济效 发酵 养基侧合理的太 的 厌氧的 用代谢物) 代速产物 菌株) 污水 反应器 议连 巧泥（有些 有时可间收婴是仕会 (要是混 油、槽分批的 收单细胞蛋 《如甲烷、甲 瓷源化的 合群 白) 醇、乙的等 经济 (2)微生物处理污染介质、修复污染环境的基础一一生物降解。微生物在环境保护中发 挥作用的基础是微生物对有机污染物的生物降解，把各种易降解和难降解的有机污染物， 有毒有害有机污染物转化成无毒无苦的化学物或彻底降解转化成CO,H,0及共他氧化性 物质。微生物对各种有机污染物的降解能力是微生物利用葡萄糖、淀粉、蛋白质作为基质能 力的拓展，是常见的分解作用的扩展和伸延。降解质粒是微生物降解难降解有机物遗传信息 的另一个重要载体，许多难降解有机物的重要降解步骤的降解南都由降解质粒编码的，染色 体和质粒共同编码有机污染物降解过程中的酶 (B)污染介质的生物处理以及污染环境的生物修复是利用微生物降解污染物能力保护环 境的最重要方式，但不同的处理方式也具有不同的特点，它们的比较列于表1一4。 (④)环境污染的微生物监测是利用污染压迫下微生物种群、代谢活性所发生的变化指示 环境污染。粪便污染指示是利用粪便污染带到水体的大肠菌群所造成的水体细菌群体变化指 示水体的粪便污染。致突变物的微生物检测是基于微生物易变异的特点，利用微生物营养缺 陷型回复突变的作用检测具致突变能力的环境污染物。发光细菌检测法、硝化细菌的相对代 谢率试验都是利用污染压迫下微生物的代谢反应所发生的改变来检测环境污染物
132第11章微生物的生态 11一4污水、固体废弃物、废气生物处理及污染环境生物修复比较 污 污染 作用微 生物有 反应 运行 解耗 资源化经济/ 特点 目标 生物 在状态 万式 社会 污水处理 好氧外理系统 活性污泥法 污水占污去除 一般为泥合 耗能 一般直接 好氧 生物群体（心 生物 同用 可用单种， 种或菌群) 生物膜法 污水点污去除 同上 丰要是附 生物 连续好氧 低能 l同上 社会 若（也有 效 县平) 厌处理系 污水 去除 浮或 氢生 连续厌氧 低能 同收甲烷 附若 物反成 态工释处理 污水 点污法除 混合微生物 恩淨或 然 连续 好氧或 低 污水 利用污 方法 BOD 附着 恋系纷 状甲 水肥力 氮、磷去除技污水 点污法除 除有活性污 县浮或 连续好氧 耗能 一般排放 社会 泥法一样的附若固 峡氧 (中水回 效若 00及微生物外，还定 池 或厌 N.P 有尖除N、 厌氧 的微生物 固体废东物处 堆肥化处理 固体点污降解废弃混合微生物群附若 仓式容批式好 耗能可作肥料有经济 爱弃染 物中的有体 效盖 知物 生态工程处理 司上点污降解废车 着 白然堆 式 好氧 低能 染 物中的 放场的 资源化用技 点污 利用废弃 特定微生物君 或 工业发 批式 好氧 耗篚 收废 社会 术 防中的程 的有固 酵反应 物中的资 机物资渴 气态污染物处 废气点污去除废气 犁合微牛物 浸成 多种处 好氧 净化后气社 中的污染 附着同 理池 体接人大效益 污染环境修复 前污去除污染 合微生 不 修复受污社会 环境 的 型的 朵环境 染 生物 理装翌 厌氧
133第11章微生物的生态 主要参考书目 1.Raina M,Maier,et al..Environmental Microbiology.San Diego:Academic Press,2000 2.杨柳燕等.环境微生物技术.北京：科学出版社，2003 3,沈德中.污染环境的生物修复.北京：化学工业出版杜，2002 (张甲耀)