第七章 微生物的生态

微生物对有毒有机物的降解
微生物对重金属的转化
农药、石油、洗涤剂、多氯联苯、氰和腈等都可被相 应种类的微生物所降解。
一、 水体的污染——富营养化
二、用微生物治理污染
三、沼气发酵与环境保护
四、用微生物监测环境污染
一、 水体的污染——富营养化
（一）水体的富营养化 水体中因氮、磷等元素含量过高，引起水体表层的 蓝细菌和藻类过量生长繁殖的现象。是水体受到污 染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。 现象： 下层水体缺光、少氧，大量死藻，产生大量的有机 物（藻类），异养微生物氧化这些有机物，耗尽水 中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢，并分解含 硫化合物，产生 H2S ，从而导致水有难闻的气味， 并由于缺氧引起鱼和好氧微生物的死亡，最终引起 水体出现大量沉淀物和颜色异常。
其中所含的各种有害物质，例如农药、炸药（TNT、黑索金等）、多氯联苯
（PCB）、多环芳烃（致癌剂）、酚、氰和丙烯腈等的污染后果尤为严重。
在污水处理方法中，最关键、最有效和最常用方法是微生物处理法
1、微生物处理污水的原理
用微生物净化污水的过程，实质上就是在污水 处里装置这一小型人工生态系统内，利用不同生理、 生化性能的微生物类群间的协同作用而进行的一种物
玉米小斑病
玉米丝黑穗病
（三）微生物与动物间的寄生

寄生于动物的微生物即为动物的病原菌。 种类极多，包括：各种病毒、细菌、真菌和原生动物 等。这些微生物若寄生于对人有害的动物，则可用它 们制成微生物杀虫剂或生物农药。 冬虫夏草：寄生于昆虫的真菌。

微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病 常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等
（二）“水华”、“赤潮” 1、“水华”（“水花”） 淡水水体的富营养化现象。 温暖季节，一般地说，总磷和无机氮分别超过 20mg/m3和300mg/m3，就可以认为是危险状态。 浮游藻类、蓝细菌突然快速繁殖，使水体变得浑浊， 水面形成一薄层蓝、绿色的藻体和泡沫，从而形成 所谓的“水花”或“水华”（water bloom）。 2、“赤潮” 河口、港湾或浅海等咸水区水体的富营养化现象。 在海洋中，某些甲藻类、蓝细菌、原生动物等大量繁 殖，从而使海水出现红色或褐色，即所谓的“赤潮” （“红潮”red tides）。 “水华”、“赤潮”等大面积水体污染一旦发生， 很难治理，预防是关键。
3、微生物与人及动物间的互生关系
某些种类微生物在数量稳定的情况下对人及动物物体 是有益的。一般不会致病。 4、 互生现象与发酵工业中的混菌培养 混菌培养又称混菌发酵或混合发酵。 如：氧化葡糖酸杆菌、条纹假单胞菌和巨大芽孢杆菌 协同参与VC生产发酵。
二、共生
共生——是指两种生物共居在一起，相互分工协作、 相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的一种相互 关系。 微生物间的共生 微生物与植物共生体 微生物与动物共生
三、沼气发酵与环境保护
沼气（生物气）： 是一种混合可燃气体。主要成分为CH4甲烷，及少量H2、 N2和CO2。 沼气发酵（甲烷形成）： 产甲烷菌在厌氧条件下，利用H2还原CO2等碳源营养物， 以产生细胞物质、能量和代谢废物——CH4的过程。
两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的 代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。
1、微生物间的互生关系 在土壤微生物中，互生关系十分普遍。
固氮菌 固氮 碳源 纤维素分解菌
2、微生物与高等植物之间的互生关系 根际微生物与高等植物：高等植物为微生物提供所需的 营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空 气条件，有利于微生物的生长。
自然去除废气后的低BOD清水，可流入河道。而经好氧性 微生物处理后的废渣——活性污泥或生物膜的残余物，是 比原来污水的BOD更高的有机物，它们可通过厌氧处理 （又称污泥消化或沼气发酵）而生产出有用的沼气和有机 肥料。
2、污水处理中的几个常用名词
（1）BOD（biochemical oxygen demand）
（一） 微生物间的寄生 1、噬菌体—细菌； 2、蛭弧菌—细菌；
复分裂
蛭弧菌的生活史示意图
（蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多Ｇ-菌体内。）
3、真菌—真菌；
真菌寄生于真菌菌丝
细菌寄生于真菌菌丝
4、真菌、细菌—原生动物。
寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再 缠绕致死。 有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝 紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸 收营养使之死亡。 还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或 寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其 营养物质进行生长繁殖。
（2）COD（chemical oxygen demand ） 化学需氧量，使用强氧化剂使１L污水中的有机物 质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数，称COD 其单位为毫克／升表示。 污水中除有机物外，其中的许多无机物也能被氧 化而产生COD值 。COD能在短时间中测得，有利于 指导现场操作。使用的氧化剂一般有KMnO4和 K2Cr2O7。KMnO4的氧化力较弱，因此，实际使用对 常采用K2Cr2O7，作氧化剂，并把测得的数值称为 CODcr。同一污水的BOD5与COD值是不一致的，但一 般都呈明显的比例关系。
（3）TOD（总需氧量） 污水中能被氧化的物质（主要为有机物）在高温下 燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量。 （4）DO（溶解氧量） 溶于水体中的分子态氧。评价水质的重要指标，地 面水质的合格标准DO>4mg/L。 （5）SS（悬浮物含量） 污水中不溶性固态物质的含量。 （6）TOC（总有机碳含量） 水体内所含有机物中全部有机碳的含量。通过其中 有机物全部氧化为CO2的量来计算。
生化需氧量又称生化耗氧量，是一 种间接表示水中有机物含量的指标， 表示1L污水或待测水样中所含的一
部分容易氧化的有机物，当微生物
对其氧化、分解时，所消耗的水中 溶解氧的毫克数，其单位为毫克／ 升表示。
我国对地面水环境的质量标准：
一级水BOD5<1mg/L，二级水BOD5<3mg/L， 三级水BOD5<4mg/L，若> 10mg/L时已严重污染。 在水处理技术中，污水处理前后水中BOD5值之差，即 可理解为这一处理过程对有机物处理效率的高低。 BOD5的测定，起始于英国（1870年），目的是为了判 断河水污染的程度以保护河流。由于英国的泰晤士河 水自源头至大海流程仅5天左右，且英国夏天河水的平 均温度在20℃左右，故至今全世界还一直以这一条件 为依据来测定BOD5 。
滇池厚达5 cm的微囊藻水华
凤眼莲
凤眼莲 (Eichhornia crassipes)
又称水葫芦
凤眼莲
二、用微生物治理污染
（一）污水的微生物处理
污水的种类很多，有生活污水、工业有机污水（如屠宰、造纸、淀粉
和发酵工业等的污水）、工业有毒污水（农药、炸药、石油化工、电
镀、印染、制革等工业污水）和其他污水等。
（二）微生物与植物间的寄生
微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的 重要原因。 能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物。 植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死， 萎蔫和畸形等症状。 能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。 植物病害以真菌病害为主，占９５％。细菌性植物 病害占３％。
玉米大斑病
③富营养细菌：指一些能生长在营养物质浓度很高（10gC／L）的
培养基中的细菌，它们在贫营养培养基中反复培养后即行死亡。
正常菌群——生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳
定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。
大肠菌群数——
大肠菌群是指任何可发酵乳糖产酸产气的G-、杆状、无芽
孢、兼性厌氧的肠道细菌。
(典型的代表是E.coli，也包括产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属和肺炎克氏杆菌等。)
大肠菌群数是指大肠菌群的数目。
第二节 微生物与生物环境间的关系
自然环境中的微生物一般都不是单独存在的。 生物间的关系既多样又复杂杂。微生物与生物 环境间的关系分为： 一、互生 二、共生 三、寄生 四、拮抗 五、捕食
一、互生
质循环过程。
当高BOD5的污水进入污水处理装臵后，其中的自然微生物 区系在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况， 在客观上造成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推 移，发生了微生物区系的有规律的更迭，从而使水中的有 机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降， 进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。
a、混层叶状体，在形成网 状菌丝（m）之前，散布着 由藻类细胞集合而成的的绿 色颗粒（g）；
b、异层叶状体，最外部是由 菌丝组成的皮层（c），其内 侧是绿色颗粒层。
（二）微生物与植物间的共生
1. 根瘤菌与植物间的共生
根毛
侵入线
已侵入的 根瘤菌
根瘤菌 根瘤
根瘤的形成过程
2. 菌根菌与植物
菌根具有改善植物营养、 调节植物代谢和增强植 物抗病能力等功能。 菌根菌主要为真菌中的 担子菌和子囊菌。 菌根可分为外生菌根 （哈蒂氏网，主要是担 子菌、其次是子囊菌形 成）、内生菌根（丛 枝状菌根，内囊霉科中 部分真菌形成）。
（一）微生物间的共生-地衣
组成：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。
生理：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。
地衣内部由藻类和丝状真菌形成的组织
（三）微生物与动物间的共生
1、微生物和昆虫的共生
在白蚁、蟑螂等昆虫的肠道中有大量的细菌和原生动物 与其共生。
有的生活在共生体的细胞外（外共生生物），有的生活 在共生体的细胞内（内共生生物）。 它们可在厌氧条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物 则可获得稳定的营养和其他生活条件。
2. 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。