第二节 微生物在自然界中的分布
微生物的特点： 个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强 微生物在自然界中分布广泛 一、土壤中的微生物 (一)土壤是微生物的天然培养基 土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、 空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。是 微生物天然培养基。 土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是自 然界最丰富的微生物资源库。 对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”。
生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生 物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、 互相依存而构成的一个生态学功能单位。 生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境 之间相 互关系的一门科学。 微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非 生物环境之间相互关系。 各种环境中的微生物的种类、分布； 微生物和其它生物的关系； 微生物与物质循环； 微生物与环境保护
在正常人体皮肤、粘膜及外界相通的各种腔道 （如口腔、鼻咽腔、肠道和泌尿道）等部位，存在着 对人体无害的微生物群，包括细菌、真菌、螺旋体、 支原体等。
在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主 之间互相依存、互相制约，形成一个能进行物质、能 量等交流的动态平衡的微生态系统，常称之为正常菌 群
人体各部位常见的正常菌群 皮肤：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、耻垢杆菌等 口腔：链球菌（甲型或乙型）、乳酸杆菌、螺旋体、梭形杆菌、白 色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、类白 喉杆菌等 胃：正常一般无菌 肠道：类杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、厌氧性链球菌、粪链球菌、 葡萄球菌、白色念球菌、乳酸杆菌、变形杆菌、破伤风杆菌、产气 荚膜杆菌等 鼻咽腔：甲型链球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感杆菌、乙型链球 菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌等 眼结膜：皮表葡萄球菌、结膜干燥杆菌、类白喉杆菌等
第八章 微生物与自然界
微生物与环境间有着极为密切的关系，微生物的生命活动 依赖于环境，同时也影响着环境，研究微生物与环境之间的关
系，了解它们在自然界的分布，可为人们开发微生物资源提供
理论依据，以使人们利用微生物在自然界中的作用来改造自然，
保护自然。
微生物之间，微生物与其他生物之间，也存在着相互依存， 相互制约的关系，研究它们之间的关系，使人类更好地利用微 生物，为防治人和动植物疾病，为工农业生产服务。
2．食品、农副产品上的微生物
不利方面：
由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质， 不能再食用或使用； 病原微生物进入人体的重要途径，引 起传染性疾病； 很多微生物在食品、农产品上生长后 会产生对人有害的毒素； 肉毒毒素、黄曲霉素等
有利方面：利用特定的微生物制备风味 食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；
五、生物体内外的正常菌群 1、人体的正常菌群
2、氨化作用（ammonnification）
定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。 含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。 分解蛋白质的微生物种类：Proteus vulgaris（普通变形 杆菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌）， Clostridium putrificum（腐败梭菌）。 分解尿素的细菌：Sporosarcina ureae（脲芽孢八叠球菌） 和Bacillus pasteurii（巴氏芽孢杆菌）。 分解几丁质的细菌：Bacterium chitinophilum（嗜几丁杆 菌）等。 意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。 不利：具有氨化作用的细菌是食品工业的大敌，能引起 食品腐败。
异化性硫还原作用
硫循环
生物体 有机硫
SO42-
H2S
原素S
细菌冶金
• 利用化能自养细菌对矿物中的硫化硫化物进行氧化， 使它不断生产和再生酸性浸矿剂，并让低品位矿石 中的铜等金属以硫酸盐等形式不断溶解出来，然后 再采用电动序较低的铁等金属粉末进行置换，以此 获取铜等有色金属或稀有金属。 • 特别适合于次生硫化矿和氧化矿的浸取，贫矿、废 矿、尾矿或矿渣中金属的浸出。 • 缺点是周期长，矿种有限，不适宜高寒地带使用等。
（四）水体富营养化
1 概念：水体中N、P等营养元素大量增加，远远超过正
常的含量，导致原有的生态系统破坏，使藻类和某些 细菌的数量激增，其它生物种类减少的现象。
内陆湖：水华（水花 Water bloom); 海洋：赤潮（红潮 Red tide)
2 危害：
A 水体外观呈色、变浊、影响景观 B 水体散发不良气味 C 溶解氧下降水生生物大量死亡 D 有些产生毒素
3、硝化作用Biblioteka nitrification）•定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化 而成为硝酸态氮的过程。 •过程：两阶段——（1）由亚硝化细菌参与，铵→ 亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。 •意义：增加土壤肥力，供作物吸收。
4、反硝化作用
定义：由硝酸盐还原成NO2–并进一步还原成N2的 过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸 还原成N2的过程。 条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）。 菌种：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps. stutzeri（施氏 假单胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆 菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉 氏菌属）等。 意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻 田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。 另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝 酸盐。
三 硫素循环 1 硫元素是构成生命物质所必需的元素，在生 物体内，一般C：N：S约为100：10：1。 2 硫元素的存在形式：元素态，无机态和有机 态。 3 自然界的硫素循环与氮素相似，每个环节都 有相应的微生物群参与。。
微生物在硫素循环中的作用
同化性硫酸盐还原作用
脱硫作用 硫化作用
异化性硫酸盐还原作用
土壤是微生物生活的“大本营”
1、为微生物提供了良好的Ｃ源、Ｎ源、能源。 2、为微生物提供有机物、无机盐、微量元素。 3、满足了微生物对水分的要求。 4、土壤ＰＨ值范围5.5－8.5之间。 5、温度、季节与昼夜温差不大。 6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。 7、适宜的渗透压。
（1）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量
自然界中的 氮素循环
生物体有机酸
NO3
-
大气 N2
生物固氮 反 N2O 硝 化 NO 作 用 NO2-
NH4+
1、固氮作用
分子态氮被还原成氨和其他氮化物的过程称为固氮 作用。自然界氮的固定，有两种方式，一是非生物 固氮，即通过闪电高温放电等固氮，这样形成的氮 化物很少；二是生物固氮，即通过微生物的作用固 氮，大气中９０％以上的分子态氮都是微生物的活 性而固定成氮化物。
1、微生物是有机物的主要分解者；
微生物最大的价值也在于其分解功能。它们分解生物圈
内存在的动物和植物残体等复杂有机物质，并最后将其
转化成最简单的无机物，再供初级生产者使用。 2、微生物是物质循环中的重要成员；
微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都
受到微生物的作用。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。
3、微生物是生态系统中的初级生产者； 光能营养和化能营养微生物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，即可直接 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。
4、微生物是物质和能量的贮存者； 微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持 的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量 ，贮存着大量的物质和能量。 5、微生物在地球生物演化中的作用；
微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物 。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。
第一节 微生物与自然界中的 物质循环
一 碳素循环 1 碳元素是组成生物体各种有机物中最主 要的组分，约占有机物干重的50%。 2 碳元素的存在形式：CO2，碳酸盐和有 机物中的碳。 3 微生物在碳素循环的作用主要是通过一 系列的作用将有机物矿化分解为小分子 物质再完全氧化为CO2。
二、水中的微生物
（一）淡水微生物
1.来源： 土壤、空气、污水或动植物尸体等。 2.分布特点： 1）数量和种类与接触的土壤有密切关系； 2）垂直分带分布 3）多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底； 4）多能运动，有些具有很异常的形态（例如柄细 菌）； 5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有 很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；
（二）海水微生物
1）嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是
不能生长的。
2）低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水
中发现的细菌多为嗜冷菌。
3）大多数海洋细菌为G—细菌，并具有运动能力。
4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。
5）更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海 区、超深渊海区）
（三） 水体自净 1 概念： 地面水接受污染物后，水质发生变化，经过 一定时间(或流过一定距离)后，受多种因素 的影响，被污染的地面水又恢复原有的洁净 状态，这一过程称为水体的自净作用。 2 自净的原因： 生物学和生物化学的作用，包括好氧菌对 有机物的降解作用，原生动物对细菌的吞噬 作用，噬菌体对宿主的裂解作用，藻类对无 机元素的吸收作用以及浮游动物和一系列后 生动物通过食物链对有机物的摄取和浓缩作 用等。
微生物在生态系统中的地位
生产者：从无机物合成有机物
以真核植物和蓝细菌为代表的绿 色植物成了自然界中的生产者。 消费者：利用有机物进行生活，一般不能将有机物直接 分解成有机物
动物是自然界中的消费者
分解者：分解有机物成无机物 细菌和真菌构成了自然界中的分解者