有關(guān)基本概念：

生態(tài)系統(tǒng)：  在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。

生態(tài)學(xué)：研究生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系

微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系

 

第一節(jié)  自然界中的微生物

一、空氣中的微生物

分布特點(diǎn)：

1．無原生的微生物區(qū)系 

2．來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)， 

3．種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān) 

4．?dāng)?shù)量取決于塵埃數(shù)量 

5．在空氣中的停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān) 

6．與人類生活關(guān)系密切

二、 水體中的微生物

一）  江河水  特點(diǎn)： 

1) 數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系； 

2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；

3) 淡水中的微生物是可以運(yùn)動(dòng)的，而且某些淡水中的細(xì)菌例如柄細(xì)菌具有很異常的形態(tài)，這些異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，從而使這些微生物能有效地吸收有限的營(yíng)養(yǎng)物；

4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對(duì)健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源；

5）水體自身存在自我凈化作用：

二）海水 

1）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長(zhǎng)的。 

2）低溫生長(zhǎng)，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。 

3 ）耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌） ，少數(shù)微生物甚至可在 600個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)， 

4） 大多數(shù)海洋細(xì)菌為 G—細(xì)菌，并具有運(yùn)動(dòng)能力；

三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮” 

當(dāng)水體接受了大量的有機(jī)物或無機(jī)物，特別是磷酸鹽和無機(jī)氮化合物，引起水的富營(yíng)養(yǎng)化。由于水中含有過多的含氮、磷等的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，引起藻類過量生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的有機(jī)物（藻類）異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開始大量生長(zhǎng)和代謝，并分解含硫化合物，產(chǎn)生  H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，并由于缺氧引起魚和好氧微生物的死亡，最終引起水出現(xiàn)大量沉淀物和水體顏色異常。上述過程又稱富營(yíng)養(yǎng)化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果。在水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用中，藻類、藍(lán)細(xì)菌等的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色，并變得渾濁，許多藻類團(tuán)塊漂浮在水面上，從而形成所謂的“水花”或“水華”（water  bloom）在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色，即所謂的赤潮或紅潮（red tides） 。

三、土壤中的微生物 

1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營(yíng)養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。

2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響； 

3）微生物的數(shù)量也與于土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。

四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物 

1．微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐 

2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物

五、極端環(huán)境下的微生物

極端環(huán)境下微生物的研究有三個(gè)方面的重要意義：

(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；

(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，

如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；

(3)為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。 

極端環(huán)境下的微生物 ：1、嗜熱微生物 2、嗜冷微生物 3、嗜酸微生物 4、嗜堿微生物 5、嗜鹽微生物 6、嗜壓微生物

六、不可培養(yǎng)的微生物

在自然界中存在的微生物中，已為人們所認(rèn)識(shí)的僅占很小一部分（通常認(rèn)為僅 10%，有人認(rèn)為在土壤中生活的微生物僅有 1%可用目前的方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)） ，其中的原因就在于在在自然界中存在的大多數(shù)微生物在目前的條件下不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工培養(yǎng)，不可能得到其純培養(yǎng)并對(duì)其進(jìn)行形態(tài)及生理、遺傳等特性進(jìn)行研究。CARL WOESE在 1977就提出的用 rRNA（原核的16s 和真核的 18s）揭示生物的系統(tǒng)發(fā)育的方法為我們研究并開發(fā)不可培養(yǎng)微生物提供了可能。  其方法通常是用各種特定的引物（例如所有真細(xì)菌（eubacteria）的保守 16s  rRNA 區(qū)段或某種微生物的特異 DNA 或 16s rRNA保守序列等）進(jìn)行 PCR從各種生態(tài)環(huán)境中克隆 16s rRNA，并對(duì)其進(jìn)行序列分析和同源性分析，發(fā)現(xiàn)和開發(fā)不可培養(yǎng)微生物。

 

 

第二節(jié)  微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系

自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨(dú)存在的，存在個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)從低到高的組織層次。

群體（population） ：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。

群落（community） ：在一定區(qū)域或一定生態(tài)環(huán)境內(nèi)，各種生物群體構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。

生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems） ：生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來的一個(gè)整體。

生態(tài)系統(tǒng)是生物圈的組成單元，  生物圈內(nèi)的任何一個(gè)相對(duì)完整的自然整體都可以被看作為生態(tài)系統(tǒng)，如一個(gè)池塘，一片森林，一個(gè)污水處理池，等等。

生物圈（biosphere） ：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱。

一般來說，在生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的相互關(guān)系歸納起來有如下三種： 

1．  有利關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)和代謝對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有利的影響，或相互有利； 

2．  有害關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有害的影響，或相互有害； 

3．  中性關(guān)系：二種生物生活在一起時(shí)，彼此對(duì)對(duì)方的生長(zhǎng)代謝無明顯的有利或有害影響。

 

微生物間及微生物與其它生物間最常見的幾種相互關(guān)系

 

一、互生

二種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時(shí)，通過各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的一種生活方式。因此，這是一種“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系

（一）  微生物間的互生關(guān)系  在自然界中，微生物間的互生關(guān)系非常普遍，也很重要。

（二）  人體腸道正常菌群  人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系，主要是互生關(guān)系，但在某些特殊條件下，也會(huì)轉(zhuǎn)化為寄生關(guān)系。

 

二、  共生

二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。

共生一般有二種情況：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）

（一）  微生物間的共生關(guān)系

例如地衣  地衣是微生物間典型的互惠共生形式，它是藻類和真菌的共生體，

結(jié)構(gòu)上的共生：生理上的共生：這種共生關(guān)系具有重要的生態(tài)學(xué)意義，對(duì)土壤形成具有重要作用。

（二）  微生物和植物間的共生關(guān)系

根瘤菌與豆科植物間的共生關(guān)系就是典型的例子­­­­­­形成根瘤共生體。根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料，而豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長(zhǎng)，同時(shí)，還為根瘤菌提供保護(hù)和穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件。

（三）  微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系 

1． 與昆蟲的共生關(guān)系

 1）外共生：

2）內(nèi)共生： 

2．與反芻動(dòng)物的共生關(guān)系

反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長(zhǎng)頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們?cè)诹鑫钢薪?jīng)微生物發(fā)酵變成有機(jī)酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。與此同時(shí)，瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件

 

三、 寄生  所謂寄生，一般指一種小型生物生活在另一種相對(duì)較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營(yíng)養(yǎng)和進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。  前者稱為寄生物（parasite） ，后者稱為寄主或宿主（host）

（一）  微生物間的寄生 

1．噬菌體—細(xì)菌； 

2．蛭弧菌—細(xì)菌； 

3．真菌— 真菌； 

4．真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物；

（二） 微生物與動(dòng)植物

各種各樣的致病菌多是行寄生生活。

擇生生物，現(xiàn)一般稱為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）指整個(gè)個(gè)體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物。與通常攜帶眾多種類微生物且數(shù)量很多的普通生物相比，用它做實(shí)驗(yàn)研究有很多優(yōu)點(diǎn)：干擾因素少，操作易控制，既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)于了解微生物與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理具有十分重要的作用。

 

四、拮抗  所謂拮抗，系指某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至將后者殺死。

在一般情況下，拮抗多是指微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”，最典型的就是抗生菌所產(chǎn)生的能抑制其它生物生長(zhǎng)發(fā)育的抗生素；

此外，有時(shí)因某種微生物的生長(zhǎng)而引起的其它條件的改變（例如缺氧、pH改變等） ，從而抑制它種生物的現(xiàn)象也稱拮抗。

 

五、競(jìng)爭(zhēng)  競(jìng)爭(zhēng)：兩個(gè)種群因需要相同的生長(zhǎng)基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長(zhǎng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，其結(jié)果對(duì)兩種種群都是不利的。

 

六、捕食  捕食：一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)被食者種群產(chǎn)生不利影響。

 

對(duì)微生物來說，一般有如下幾種情況： 

1．  原生動(dòng)物吞食細(xì)菌和藻類； 

2．  粘細(xì)菌吞食細(xì)菌和其它微生物； 

3．  真菌捕食線蟲和其它原生動(dòng)物；

 

 

第三節(jié)  微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用

生態(tài)系統(tǒng)是生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來的一個(gè)整體

特點(diǎn)：  在一定的空間內(nèi)，  生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。

生物成分按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，  可劃分為三大類群：  生產(chǎn)者  （從無機(jī)物合成有機(jī)物，例如植物、某些微生物） 、消費(fèi)者（利用有機(jī)物進(jìn)行生活，一般不能將有機(jī)物直接分解成有機(jī)物，例如動(dòng)物、某些微生物）和分解者（分解有機(jī)物成無機(jī)物，形成完整的物質(zhì)循環(huán)） 。微生物可以在多個(gè)方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。