第7章 水生微生态学

第一节 水体中微生物的分布
在江河湖海等淡咸水中均生存着相应的
微生物，其分布有规律性。
水体中有机物和无机物含量、光照强度、温 度、pH、盐度、渗透压、含氧量及有毒物的含 量差异很大，因而各种水域中微生物种类和数
量呈现明显的差异。
水体微生物分布易受季节影响
有机物丰度 无机物丰度 光照强度 温度 pH
在初始降解阶段，弧菌科、肠杆菌科和假单胞菌属
细菌迅速增加；
第二阶段，梭菌属细菌成为优势种类； 饵料被消耗完毕后，不动杆菌、摩拉克氏菌、假单 胞菌占优 池塘中常见的蓝细菌隶属于颤藻属、蓝纤维藻属、 鱼腥藻属、微囊藻属、席藻属等。
二、海水中微生物的分布
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。 海水微生物的种类和数量远超淡水微生物总量
2. 温度
0~50℃是多数水生微生物生存的温度范围，过冷或 过热能引起水体中细菌、藻类和真菌等的死亡 微生物在最低温至最高温的范围内，代谢速率随温 度升高而增大
接近于最低或最高温度时，微生物的形态会发生变 化：节杆菌属低于20℃时为G-的菌丝体，在20-26℃时 为G+的节孢子，在26 ℃以上为G+棒状形
第三节 水生微生物在生态系统中的作用
一、
微生物与 能量流、 食物链
光合作用 无机物 分解作用 有机物
生产者：从无机物合成有机物，如植物、微生物
消费者：利用有机物进行生活，如动物
分解者：分解有机物成无机物，如微生物
微生物在生态系统中的地位
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 2、微生物是物质循环中的重要成员； 生物圈内存在的动物和植物残体等复杂有机物质，并 微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化 最后将其转化成最简单的无机物，再供初级生产者使 3、微生物是生态系统中的初级生产者； 合物都受到微生物的作用。在一些物质的循环中，微 光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生 用。 生物是主要的成员，起主要作用；而一些过程只有微 4、微生物是物质和能量的贮存者； 者，它们具有初级生产者所具有的二个明显特征， 生物才能进行，起独特作用；而有的是循环中的关键 微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能 即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来 5、微生物在地球生物演化中的作用； 过程，起关键作用。 量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生 源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、 微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、 物生物量，贮存着大量的物质和能量。 食物网中流动。 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。
4. 病原侵袭
噬菌体侵食对应的细菌（富营养水体及污水中） 蛭弧菌感染相应的细菌（淡水和海水都有） 寄生性藻状菌类能侵袭其他真菌种类（Rozella属）
5. 生物体释放活性物质
细菌、藻类和酵母能生产维生素并适时释放至水中 细菌、真菌、原生动物和后生动物等释放酶类至水中 细菌和藻类释放抗生素至水中
微生物在与其他生物共生时，可能抑制、损害其他生物的， 或者被其他生物损害（拮抗）： 噬菌体能裂解相应的细菌，细菌产生的细菌素能杀死近缘 关系的细菌
3. 滤食者
在微生物（细菌、真菌）含量高的水体和沉积物中，
底栖动物（大多数原生动物）以它们为主要食物源
很多后生动物——轮虫、枝角类、桡足类及滤食性鱼 类等也能摄食细菌、真菌和藻类，这些滤食者对水体 中的微生物区系有重大影响
由于天然水体中生物互作的影响，温度效应可能受 到干扰
3. 压力
静水压对微生物的生理生化有着多方面的影响： 在高压下，敏感细菌会出现形态变化，如粘质沙 雷氏菌在1个大气压下呈能动的短棒状，在600个大 气压下呈无运动性的丝状体 50-500个大气压下，发光杆菌属的某些种类在高于 最适温度下发光获促进，而低于最适温度则发光受 抑制
1. pH值
pH通过影响细胞膜上电荷的变化而影响微生物对 营养物质的吸收，影响代谢酶的活性 pH影响水体中细菌和真菌的种群组成：在酸性水 体中真菌比例大，中性或微碱性水体中真菌比例小 pH变化可引起微生物的形态变化： 在偏离最适pH的情况下，某些微生物细胞趋于退 化，呈现不规则的隆起和分支
2. 氧化还原电位
富营养化
水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的 蓝细菌和藻类过度生长繁殖
水华：淡水水体中的富营养化
赤潮：咸水水体中的富营养化
严重污 染的水会通 过食物链的 生物放大作 用危害人类 健康
2. 污染物类型
3. 水体自净
水体自净是指水体接纳了一定的污染物后，在物 理、化学剂生物等多种因素的作用下得到净化，水 质恢复至污染前的水平和状态。
藻类胶鞘上，旺盛生长的藻类表面没有细菌生长；水 华形成后，藻类细胞老化时，附着细菌便成倍增加 一些藻体表面分泌的酸和活性物质能抑制或杀死细菌
第二节 环境因素对水生微生物的影响
有助于理解水体中微生物的分布和作用，在实践中
可利用这些环境因素对水生微生物的种群实施控制
物理因素有光照、温度、压力、浑浊度等；
三、生物因素
1. 营养竞争
最快接近可用营养物且尽快吸收的生物成为营养竞
争中的赢家；生长速度快的微生物产生的代谢产物可
能抑制竞争者
在极端环境下或难利用的物质面前，营养竞争居于
次要地位，因为只要少数微生物能利用现存的营养物
2. 微生物间共生与拮抗
不同微生物通过彼此联合的方式实现互利双赢（共生）： 好氧菌通过迅速耗氧制造无氧环境，从而使厌氧菌得以生 长
第七章
水生微生态学Leabharlann 第一节 水体中微生物的分布 第二节 环境因素对水生微生物的影响
第三节 水生微生物在生态系统中的作用
水生微生态学
研究水生微生物与水体环境的相互关系的科学。
海洋、河流、泉流、湖泊和池塘均是典型的水
生生态系统。
微生物区系
在某一固定的空间内，环境因素使得某些类 别的微生物能较好的生长繁殖，其它微生物受 到抑制而形成的微生物群落结构。
四、水生生物体上微生物的分布
1. 水生动物体表
鱼类体表有细菌附着，主要是G-无芽孢杆菌，不 少鱼体表有真菌附着 很多低等动物（包括原生动物、对虾等）体表 有细菌和真菌栖息
2. 鱼类消化道（酸性，富胆汁）
淡水鱼消化道中，嗜水气单胞菌、A型拟杆菌、假单胞 菌属和肠杆菌科的细菌占优； 海水鱼消化道，以弧菌属细菌为主，其次为假单胞菌、 莫拉氏菌、不动杆菌、拟杆菌等 降河鱼优势菌：气单胞菌>>假单胞菌>>弧菌 溯河鱼优势菌：弧菌、假单胞菌>>气单胞菌、假单胞菌
化学因素有pH、盐度、无机质、有机质、溶解性
气体等
生物因素有竞争、捕食、寄生等
一、物理因素
1. 光照
在补偿点之上的水层中，光照能促进绿色植物的生
长繁殖；而较弱的光照下，光能自养菌即可旺盛生长 较强的光照对无色素细菌具有破坏作用： 54000 lx的 光照，4h可杀死硝化杆菌，24h可杀死亚硝化单胞菌 水表层细菌和真菌的抑制性效应一般发生在强日光 辐射处：浑浊水体中，抑制作用仅限于水表至数厘米 处；清澈水体，可伸展至数米之下
3、湖泊与水库水（营养类型）
上层水（深0-10cm），有假单胞菌、柄杆菌、嗜 纤维菌、浮游球衣菌等好氧细菌、真菌和藻类 中层水（20-30cm），有着色菌属、绿菌属等光合
细菌
底层水（30cm以下），有脱硫弧菌、甲烷杆菌、
甲烷球菌等厌氧细菌、原生动物和一些鞘细菌
4、池塘水（富营养）
施肥和投饵对微生物都有很大影响
NO3-
大气 N2
生物固氮 反 N2O 硝 化 NO 作 用 NO2-
NH4+
硫素循环
有机硫化物
硫酸盐
无机硫的还原作用
Ｈ２Ｓ
元素Ｓ
有机硫化物
硫酸盐
Ｈ２Ｓ
无机硫的还原作用
元素Ｓ
磷素循环
磷素循环主要包括无机磷的溶解、无机磷的同 化、有机磷的矿化
三、微生物与水污染
1. 水体的污染
水资源污染日益严重
氧化还原电位影响微生物细胞内许多酶的活性，也
影响细胞的呼吸作用
好氧细菌比厌氧细菌需要更高的氧化还原电位值 微生物活动在不同程度上改变着氧化还原电位：细 菌耗氧致氧还电位降低，光合放氧值氧还电位升高
3. 盐度
盐度高低较大程度上决定水体中的生物群落
盐度偏离，会导致细菌和真菌的世代时间延长， 并引起形态上的改变：阿拉伯海的发光细菌在盐度 10时呈球状，盐度30时呈棒状，盐度75时呈长丝状 盐度对微生物的生理效应是多方面的： 发光细菌在盐度50以上就丧失发光能力，进行稀释 后并不能恢复发光能力，而出现细胞自溶
二、微生物在物质循环中的作用
1、碳素循环 2、氮素循环 3、硫素循环 4、磷素循环
微生物在碳循环中的作用
降解作用 呼吸作用 发酵作用 甲烷形成 光合作用
厌氧碳固定 CO2 发酵 有机物 CH2O 甲烷产生
好氧碳固定 呼吸 CO2 CO氧化 CO 甲烷氧化
H2
甲烷产生
CH4
生物体有机酸 自 然 界 中 的 氮 素 循 环
4. 无机物（除NaCl外）
无机磷和无机氮加剧了细菌和浮游植物之间的竞争：
蓝藻水华通常出现在富含无机氮磷的湖泊中
重金属及其有机复合物通过与酶的巯基结合严重影 响水体微生物的生命活动，具有杀菌和灭病毒作用
5. 有机物
有机物含量与水体微生物数量存在正相关：可同化
的有机物含量高，则细菌总数和腐生菌的数量高
色串孢属、酵母菌属，霉菌，噬菌体，藻类，原
生动物等
三、沉积物中微生物的分布
1. 淡水沉积物
底泥有机质含量高，决定了异养菌数量远超水层 底泥中包含的微生物有细菌，放线菌，真菌 在几厘米深处，底泥中微生物，尤其是腐生菌含