在自然界中，微生物極少單獨存在，總是較多種群聚集在一起，當微生物的不同種類或微生物與其他生物出現在一個限定的空間內，它們之間互為環境，相互影響，既有相互依賴又有相互排斥，表現出相互間復雜的關系，但從總的方面來看，大體上可分為以下 4 種關系：
一、互生
所謂互生，是指兩種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，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”的相互關系。例如，在土壤中，纖維素分解菌與好氧性自生固氮菌生活在一起時，后者可將固定的有機氮化物供前者需要，而前者因分解纖維素而產生的有機酸可作為后者的碳素養料和能源物質，兩者相互為對方創造有利的條件，促進了各自的生長繁殖。
根際微生物與高等植物之間也存在著互生關系。存在于植物根系周圍的微生物，稱為根際微生物。主要以無芽孢桿菌居多。根際微生物的大量繁殖，會強烈地影響植物的生長發育。主要為：①改善了植物的營養條件；②分泌植物生長刺激物質；③分泌抗生素，以利于植物避免土居病原菌的侵染；④有時會對植物產生有害的影響，如當土壤中碳氮比例較高時，會與植物爭奪氮、磷待營養；有時會分泌一些有毒物質抑制植物生長等。
人體腸道正常菌群與宿主間的關系，主要是互生關系。人體為腸道微生物提供了良好的生態環境，使微生物能在腸道得以生長繁殖。而腸道內的正常菌群可以完成多種代謝反應，如多種核苷酶反應，固醇的氧化、酯化、還原、轉化等作用，均對人體生長發育有重要意義。腸道微生物所完成的某些生化過程是人體本身無法完成的，如硫胺素、核黃素等維生素的合成。此外，人體腸道中的正常菌群還可抑制或排斥外來腸道致病菌的侵入。
二、共生
所謂共生，是指兩種生物共居在一起，相互分工協作、甚至達到難分難解、合二為一的一種相互關系。一旦彼此分離兩者就不能很好地生活。地衣是微生物間共生的典型例子，它是真菌和藻類的共生體。地衣中的真菌一般都屬于子囊菌，而藻類則為綠藻或藍細菌。藻類或藍細菌進行光合作用，為真菌提供有機營養，而真菌則以其產生的有機酸去分解巖石中的某些成分，為藻類或藍細菌提供所必需的礦質元素。
根瘤菌與豆科植物共生形成根瘤共生體，這是一種典型的互惠共生關系。根瘤菌固定大氣中的氮氣，為植物提供氮素養料，而豆科植物根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩定的生長條件
有些真菌能在一些植物根上發育，菌絲體包圍在根面或侵入根內形成了兩者的共生體——菌根。
菌根分為兩大類，外生菌根和內生菌根。外生菌根的真菌在根外形成致密的鞘套，少量菌絲進入根皮層細胞的間隙中；內生菌根的菌絲體主要存在于根的皮層中，在根外較少。內生菌根又分為兩種類型，一種是由有隔膜真菌形成的菌根，另—種是無隔膜真菌所形成的茵根．后一種一般稱為 VA 菌根，即“泡囊 -- 叢枝菌根” (vesilular-arbuscular mycorrhizae) 。外生菌根主要見廠森林樹木，內生茵根存在于草、林木和各種作物中。陸地上 97 ％以上的綠色植物具有菌根。
微生物與動物共生的例子也很多，牛、羊、鹿、駱駝和長頸鹿等反自動物與瘤胃微生物共生就是其中的一個例子。
三、拮抗
拮抗關系是指一種微生物在其生命活動過程中，產生某種代謝產物或改變環境條件，從而抑制其他微生物的生長繁殖，甚至殺死其他微生物的現象。制其他微生物的生長繁殖，甚至殺死其他微生物的現象。根據拮抗作用的選擇性，可將微生物間的拮抗關系分為非特異性拮抗關系和特異性的拮抗關系兩類。
在制造泡菜、青貯飼料過程中，乳酸桿菌能產生大量乳酸導致環境的 pH 下降，從而抑制了其他微生物的生長發育，這是一種非特異拮抗關系，因為這種抑制作用沒有特定專一性，對不耐酸的細菌均有抑制作用。許多微生物在生命活動過程中，能產生某種抗生素，具有選擇性地抑制或殺死別種微生物的作用，這是一種特異性拮抗關系。如青霉菌產生的青霉素抑制革蘭氏陽性菌，鏈霉菌產生的制霉菌素抑制酵母菌和霉菌等。
四、寄生
所謂寄生，一般指一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內或體表，從中取得營養和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現象。前者稱為寄生物，后者稱為寄主。有些寄生物一旦離開寄主就不能生長繁殖，這類寄生物稱為專性寄生物。有些寄生物在脫離寄主以后營腐生生活，這些寄生物稱為兼性寄生物。
在微生物中，噬菌體寄生于細菌是常見的寄生現象。此外，細菌與真菌，真菌與真菌之間也存在著寄生關系。土壤中存在著一些溶原菌細菌，它們侵入真菌體內，生長繁殖，最終殺死了寄主真菌，造成真菌菌絲溶解。真菌間的寄生現象比較普遍，如某些木霉寄生于絲核菌的菌絲內。
微生物寄生于植物之中，常引起植物病害。其中以真菌引起的病害最為普遍 ( 約占 95 ％ ) ，受侵染的植物會發生腐爛、淬倒、潰瘍、根腐、葉腐、葉斑、萎蔫、過度生長等癥狀，嚴重影響作物產量。
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