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第九章 微生物生态 一．生态学基本概念 生物圈：地球上所有生物及其所居住的环境的总和. 生物 初级生产者 非生物 无机物 消费者 有机物 分解者 气候(大气、太阳能、生活空间、水) 生态系统：生物群落与其周围环境相互作用的功能系统，是生物圈的组成单元。生物圈中任何一个相对完整的自然整体都是一个生态系统。一个池塘，一片森林等。 种群或群体（population）：指属于同一个种的一大群生物（同一个种的生物，不同个体的集合）。 群落（community）：指一定区域中的所有种群。 能量流：能量通过生态系统从一种生物传递给另一种生物的现象。 每一营养级能量 自身代谢活动以热的方式损耗 生物死亡后为分解者分解 未被分解，以有机物形式贮存 剩余（10-20%）为高一营养级的生物所消费 热量 自身呼吸热量 自身呼吸热量 自身呼吸 光能 光合生物 食草动物 食肉动物 自身呼吸热量 分解者 营养库（化学物质贮存库） 微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用 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。 微生物在生态系统中的作用； 各种环境中的微生物，微生物和其它生物的关系； 微生物与环境保护 二．微生物在生态系统中的作用 1．M在生态系统中的地位 生态系统： 物质循环 生物群落 所生活的非生物环境 能量流动 生产者：从无机物合成有机物; 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无机物; 分解者：分解有机物成无机物 （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。 2．M与生物地球化学循环 生物地球化学循环（Biogeochemical cycling）: 指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。这种循环是地球化学循环的重要组成部分。 循环快: 生命物质的主要组成元素（C、H、O、N、P、S）， 循环较慢: 少量元素（Mg、K、Na、卤素元素）；迹量元素（Al、B、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Zn） 课堂讲解 碳循环、氮循环 （1）碳循环 碳素是一切生命有机体的最大组分，接近有机物质干重的50%。碳循环是最重要的物质循环。 P75 在好氧条件下，大生物和微生物都能分解简单的有机物和生物多聚物；微生物是唯一在厌氧条件下进行有机物分解的 （2）氮循环 6种氮化合物的氧化还原反应所组成: N2, NH3(NH4(), NO2ˉ, NO3ˉ, N2O, R-NH2 固氮 氨化（脱氨）、硝化作用（化能自养微生物：硝化细菌、亚硝化细菌） 硝酸盐还原 同化硝酸盐还原（硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，氨被同化成氨基酸） 异化硝酸盐还原 发酵性硝酸盐还原（硝酸盐作为发酵过程的附带受体，还原成亚硝酸盐和氨） 呼吸性硝酸盐还原 （硝酸盐呼吸，最终电子受体，还原成亚硝酸盐和氨） ? 反硝化作用（硝酸盐呼吸，还原成N2O、N2） 三．生态环境中的微生物