微生物的生态工业微生物学课件.pptx
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1、 第九章第九章 微生物的生态微生物的生态本章内容本章内容第一节第一节 自然界中的微生物自然界中的微生物第二节第二节 微生物生态学的研究方法微生物生态学的研究方法第三节第三节 微生物活性的测定方法微生物活性的测定方法第四节第四节 微生物在自然界物质循环中的作用微生物在自然界物质循环中的作用第五节第五节 微生物之间的关系微生物之间的关系第六节第六节 微生物与环境治理微生物与环境治理第七节第七节 瘤胃微生物生态系统瘤胃微生物生态系统第八节第八节 产甲烷作用和互养共栖产甲烷作用和互养共栖第五节第五节 微生物之间的关系微生物之间的关系有利关系:有利关系:一种生物的生长和代谢对另一种生物的生长产生有利一种
2、生物的生长和代谢对另一种生物的生长产生有利的影响,或相互有利;即的影响,或相互有利;即“利人利已利人利已”(共生,互生)(共生,互生)t 有害关系:有害关系:一种生物的生长对另一种生物的生长产生有害的一种生物的生长对另一种生物的生长产生有害的影响,或相互有害;即影响,或相互有害;即“损人利己损人利己”(拮抗,寄生,捕食)(拮抗,寄生,捕食)t 中性关系:中性关系:二种生物生活在一起时,彼此对对方的生长代谢二种生物生活在一起时,彼此对对方的生长代谢无明显的有利或有害影响;即无明显的有利或有害影响;即“不利人不利己不利人不利己”(种间共生)(种间共生)微生物间及微生物与其它生物间的关系(微生物间及
3、微生物与其它生物间的关系(5种):种):1.互生:互生:可分可合,合比分好;可分可合,合比分好;2.共生:共生:难分难解,合二为一;难分难解,合二为一;3.寄生:寄生:以小吃大,内部攻击;以小吃大,内部攻击;4.拮抗:拮抗:产生毒物,伤害对方;产生毒物,伤害对方;5.捕食:捕食:以大吃小,仗势欺人以大吃小,仗势欺人.一、一、互生互生 二种可独立生活的生物,当它们生活在一起时,通过各自二种可独立生活的生物,当它们生活在一起时,通过各自的代谢活动而有利于对方,或偏利于一方的一种生活方式。的代谢活动而有利于对方,或偏利于一方的一种生活方式。“可分可合,合比分好可分可合,合比分好”1.微生物间的互生关
4、系微生物间的互生关系纤维素分解细菌纤维素分解细菌固氮菌固氮菌(1)土壤中的纤维素分解菌分解纤维素形成有机酸是固氮菌生长的能源和碳源物质;(2)固氮菌固氮作用固定的氮素除满足自身需要外,还可分泌到土壤中作为纤维素分解菌的氮源,同时解除了有机酸对纤维素分解菌的抑制作用。土壤中氨化细菌把有机氮化合物转化为NH4+,后者是亚硝化细菌生长的能源物质,而亚硝化细菌转化形成的亚硝酸是硝化细菌生长的能源物质 氨化细菌氨化细菌亚硝化细菌亚硝化细菌硝化细菌硝化细菌利用微生物间利用微生物间互生关系互生关系的原理,进行的原理,进行混合培养混合培养或或混合发酵混合发酵成功例子是成功例子是“二步发酵法生产维生素二步发酵法
5、生产维生素C”:反应反应采用采用氧化葡糖酸杆菌(氧化葡糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)和和条纹假单条纹假单胞菌(胞菌(Pserdomonas striata)进行混菌发酵,能将进行混菌发酵,能将L-山梨糖转化成山梨糖转化成2-酮基酮基-L-古龙酸。而如果单用前一种菌,不仅生长差且产酸能力古龙酸。而如果单用前一种菌,不仅生长差且产酸能力微弱;单用后一种菌时,根本不产酸。微弱;单用后一种菌时,根本不产酸。二、二、共生共生二种生物共居在一起,相互二种生物共居在一起,相互分工协作、相依为命分工协作、相依为命,甚至,甚至形成在生理上表现出一定的分工,在组织和形态上产生形成在生理上表
6、现出一定的分工,在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。了新的结构的特殊的共生体。互惠共生:互惠共生:二者均得利二者均得利偏利共生:偏利共生:一方得利,但另一方并不受害一方得利,但另一方并不受害地衣:地衣:藻类(绿藻或蓝细菌)藻类(绿藻或蓝细菌)和和真菌(子囊菌)真菌(子囊菌)的共生体的共生体真菌无规则地缠绕藻类细胞,形成一个牢固的联合体。真菌无规则地缠绕藻类细胞,形成一个牢固的联合体。(真菌为藻类提供一个稳定的生长基质,免受风雨侵蚀;并促进水的吸收,以防(真菌为藻类提供一个稳定的生长基质,免受风雨侵蚀;并促进水的吸收,以防止藻类干枯;提供藻类生长所需的无机盐,这些无机盐来自产生地衣酸对岩
7、石的止藻类干枯;提供藻类生长所需的无机盐,这些无机盐来自产生地衣酸对岩石的分解)分解)地衣繁殖时,在表面上生出球状粉芽,粉芽中含有少量的藻类细胞地衣繁殖时,在表面上生出球状粉芽,粉芽中含有少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,发育成新的地衣结构上的共生:结构上的共生:生理上的共生:生理上的共生:真菌:真菌:代谢中产生的有机酸分解岩石,从基质中吸收代谢中产生的有机酸分解岩石,从基质中吸收水分和无机养料水分和无机养料;藻类(绿藻或蓝细菌)藻类(绿藻或蓝细菌):通过:通过光合作用光合作用合成有机物;合成有机物;使使地衣地衣
8、能在十分贫瘠的环境中生存。能在十分贫瘠的环境中生存。微生物和植物间的共生微生物和植物间的共生根瘤菌与豆科植物间的共生根瘤菌与豆科植物间的共生-形成形成根瘤根瘤共生体共生体微生物与动物的共生关系微生物与动物的共生关系2)与反刍动物的共生关系与反刍动物的共生关系 1)与昆虫的共生关系与昆虫的共生关系 外共生:外共生:例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生 内共生:内共生:昆虫与其细胞内的共生性细菌昆虫与其细胞内的共生性细菌三、三、寄生寄生 一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表,从中取得营养和进行生长繁殖,同
9、时使后者或体表,从中取得营养和进行生长繁殖,同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。蒙受损害甚至被杀死的现象。寄生物(寄生物(parasite)寄主或宿主(寄主或宿主(host)微生物间的寄生微生物间的寄生t 噬菌体噬菌体细菌细菌t 蛭弧菌蛭弧菌细菌细菌t 真菌真菌真菌真菌t 真菌、细菌真菌、细菌原生动物原生动物四、四、拮抗拮抗 某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。甚至将后者杀死。t 微生物间的微生物间的“化学战术化学战术”抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素抗生素;t 微生物间的生长抑制
10、微生物间的生长抑制 因某种微生物的生长而引起的其它因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变条件的改变,从而抑制它种生物的生长从而抑制它种生物的生长五、五、捕食捕食 某一种群被另一种群完全吞食,捕食者种群从被食某一种群被另一种群完全吞食,捕食者种群从被食者种群得到营养,而对被食者种群产生不利影响。者种群得到营养,而对被食者种群产生不利影响。t 原生动物吞食细菌和藻类;原生动物吞食细菌和藻类;t 粘菌吞食细菌和其它微生物;粘菌吞食细菌和其它微生物;t 真菌捕食线虫和其它原生动物真菌捕食线虫和其它原生动物.捕虫菌目(捕虫菌目(Zoopagales)在长期的自然进化中形成的特化结构,在长期的自然进化中
11、形成的特化结构,特化菌丝构成巧妙的网,可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物,特化菌丝构成巧妙的网,可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物,捕获物死后,菌丝伸入体内吸收营养。捕获物死后,菌丝伸入体内吸收营养。第六节第六节 微生物与环境保护微生物与环境保护 物理法物理法 化学法化学法 生物法生物法(效率高,费用低,简单方便)(效率高,费用低,简单方便)污水处理的阶段:污水处理的阶段:一级处理(物理法:用筛子除去大块物体)一级处理(物理法:用筛子除去大块物体)二级处理(生物法:处理的水可以排放到自然水域中)二级处理(生物法:处理的水可以排放到自然水域中)三级处理(物理化学过程:沉淀、过滤、加氯消毒)三级处理(
12、物理化学过程:沉淀、过滤、加氯消毒)一、污水的微生物处理方法一、污水的微生物处理方法 1.污水处理的微生物学原理:污水处理的微生物学原理:利用微生物的催化作用和代谢活性,好氧或厌氧分利用微生物的催化作用和代谢活性,好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物。解和转化污水中的污染物。一系列微生物间的协同作用(混合培养)。一系列微生物间的协同作用(混合培养)。废气(废气(CO2,NH3,H2S,CH4,H2,CO)微生物区系微生物区系 分层分层 高高BOD5污水污水 清水(含清水(含SO42-,NO3-,PO43-等)等)(充分供氧)(充分供氧)废渣(活性污泥,生物膜等)废渣(活性污泥,生物膜等)厌氧处理
13、厌氧处理 沼气沼气 废渣(有机肥料)废渣(有机肥料)名词概念:名词概念:BOD5(biological oxygen demand),“五日生化需氧量五日生化需氧量”:一般指在特定时间(一般指在特定时间(5天)和温度(天)和温度(20)下,微生物氧化)下,微生物氧化1L污水中所含的有机物所消耗的水中溶解氧毫克数。污水中所含的有机物所消耗的水中溶解氧毫克数。我国规定:一级水我国规定:一级水1mg/L,二级水,二级水3mg/L,三级水,三级水10mg/L,鱼类无法生存。,鱼类无法生存。COD(chemical oxygen demand),“化学需氧量化学需氧量”:水中有机物含量简便的间接指标。水
14、中有机物含量简便的间接指标。指使用强氧化剂使指使用强氧化剂使1L污水中所含的有机物迅速进行化学氧化时所污水中所含的有机物迅速进行化学氧化时所消耗的氧量(常用氧化剂:消耗的氧量(常用氧化剂:KMnO4或使用或使用K2Cr2O7测得数值称为测得数值称为CODcr)。)。(能在短时间内测得,便于现场指导能在短时间内测得,便于现场指导)DO(dissolbed oxygen)溶解氧量,指溶于水体中的分子态氧的浓度,是评价水质优劣的重要指标。天然水的DO值一般为510mg/L,我国规定地面水质的合格标准4mg/L。TOD(total oxygen demand)总需氧量,指污水中能氧化的物质在高温下燃烧
15、变成稳定的氧化物时所需的氧量。共代谢共代谢(co-metabolism)指一些人工合成的化学物质不能直接被微生物降解,必须添加一些有机物作为初级能源后才能被降解的现象。顽拗物:顽拗物:一些很难被微生物降解的化合物,即使采用共代谢的方式也很难被降解。2.污水处理的主要装置污水处理的主要装置 从能量角度分类:从能量角度分类:节能型节能型 氧化塘法氧化塘法 洒水滤床法洒水滤床法好氧处理好氧处理 推流式曝气法推流式曝气法 活性污泥法活性污泥法 完全混合曝气法完全混合曝气法 耗能型耗能型 生物转盘法生物转盘法 生物膜法生物膜法 塔式滤池法塔式滤池法厌氧处理厌氧处理 产能型:产能型:厌氧消化法(即沼气发酵
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