微生物诱导钙锶生物矿化及界面调控机制研究

发布时间：2017-09-04 23:13

  本文关键词：微生物诱导钙锶生物矿化及界面调控机制研究

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【摘要】：本研究主要采用微生物学和矿物学方面理论知识和实验方法相结合的研究思路,将微生物和Ca~(2+)/Sr~(2+)摩尔比结合起来探究其在生物矿化过程中所起的作用。通过对这两个因素的探讨,不仅可以了解碳酸盐生物矿物的形成机制,更有助于了解这两个因素在碳酸盐成矿过程中的相互作用机理和途径。通过参照微生物等生物添加物与矿物之间相互作用的研究方法,利用X射线衍射光谱、傅里叶红外光谱以及扫描电子显微镜等现代测试手段,从微生物与碳酸钙锶作用的矿化体系出发,分析微生物对矿化过程中物相、晶型、晶体形貌以及生长取向的影响,重点考察微生物细胞表面基团的生物矿化界面作用及其在生物矿化中所起的调控作用。结果如下:(1)空白体系中当钙离子浓度较高时,更易形成方解石晶体,当锶离子浓度较高时,更易形成文石型晶体;培养条件下微生物在高浓度锶离子的体系中仍能诱导形成方解石,其诱导能力依次为:胶质芽孢杆菌耐辐射奇球菌大肠杆菌酵母菌;枯草芽孢杆菌在高浓度锶离子体系下无法诱导形成方解石,但是能改变文石的形貌。(2)培养条件下微生物与空白对照相比可以诱导钙锶离子进入碳酸钙锶晶格:在钙离子浓度较高时,胶质芽孢杆菌、大肠杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌可以诱导更多的钙离子进入碳酸钙锶晶格内替代锶离子;在钙锶离子浓度一致时,只有胶质芽孢杆菌和酵母菌能诱导更多的钙离子进入碳酸钙锶晶格,而大肠杆菌则会诱导更多的锶离子进入碳酸钙锶晶格;当锶离子浓度较高时,耐辐射奇球菌、大肠杆菌和酵母菌会诱导更多的钙离子进入碳酸钙锶晶格,而耐辐射奇球菌和大肠杆菌同时也会诱导更多的锶进入碳酸钙锶晶格。(3)微生物的冻干菌粉在钙离子浓度较高时可以抑制文石的形成,形成全部的方解石;在钙锶离子比相同时,只有耐辐射奇球菌仍然能够诱导形成纯方解石相;当钙锶比为4时,耐辐射奇球菌冻干粉、枯草芽孢杆菌冻干粉、大肠杆菌冻干粉和酵母菌冻干粉能够诱导更多的锶离子加入方解石晶格;当钙锶比为1时,酵母菌冻干粉诱导更多的锶离子进入文石晶格;钙锶比为1:4时,枯草芽孢杆菌冻干粉能够诱导更多的锶离子进入文石晶格。(4)在钙离子浓度较高时,5种菌体在屏蔽基团后均可以诱导更多的锶离子进入方解石晶体。除胶质芽孢杆菌在在Ca~(2+)/Sr~(2+)为1时对矿物形貌无明显作用外,其它情况均对生物矿化晶体的形貌产生影响。在锶离子浓度较高时,耐辐射奇球菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌屏蔽基团后可以诱导更多的钙离子进入文石晶体。(5)屏蔽基团后:在Ca~(2+)/Sr~(2+)为4时,耐辐射奇球菌菌体细胞壁上的羧基、酯基,枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、大肠杆菌以及酵母菌菌体细胞壁上的氨基、羧基和酯基,通过界面作用共同诱导方解石形成,抑制文石形成;Ca~(2+)/Sr~(2+)为1时,耐辐射奇球菌细胞表面的氨基、羧基和酯基以及枯草芽孢杆菌细胞壁表面的氨基和酯基,通过界面作用共同起着诱导方解石形成抑制文石形成的作用。以上结果表明:5种微生物诱导形成的碳酸钙锶生物矿物在晶体形貌或者晶型或者晶体尺寸等方面存在着差异,证明微生物对碳酸钙锶晶体的形成具有一定的调控作用。微生物的细胞壁富含氨基、羧基和酯基等表面活性基团,这些基团通过界面作用来调控生物矿物的形貌、晶型和大小,本研究结果可为探究微生物诱导碳酸钙锶生物矿化机制提供一定的参考。
【关键词】：生物矿化 微生物 钙离子 锶离子 界面作用
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.32
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1. 绪论11-28
• 1.1 生物矿化与生物矿物11-14
• 1.1.1 生物矿化概念11-12
• 1.1.2 生物矿化分类12-13
• 1.1.3 生物矿物种类13-14
• 1.2 生物矿化的过程及调控机制14-19
• 1.2.1 超分子预组织 （开 始）14-15
• 1.2.2 界面分子的识别作用（ 主要过程）15-18
• 1.2.3 生长调制 （矢 量规范）18-19
• 1.2.4 细胞水平的调控与加工 （最 终步骤 ）19
• 1.3 碳酸钙锶的生物矿化19-25
• 1.3.1 碳酸钙的生物矿化19-21
• 1.3.2 碳酸锶的生物矿化21-22
• 1.3.3 微生物作用下碳酸钙锶的生物矿化22-25
• 1.4 生物矿化的研究进展25-26
• 1.4.1 生物矿化的国内外研究现状25-26
• 1.4.2 生物矿化的发展趋势26
• 1.5 论文选题意义及主要内容26-28
• 1.5.1 选题意义26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 2. 培 养条件下微生物对碳酸钙锶生物矿化的作用28-57
• 2.1 材料与方法28-29
• 2.1.1 材料28
• 2.1.2 实验方法28-29
• 2.2 结果与分析29-55
• 2.2.1 革兰氏阳性菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究29-39
• 2.2.2 革兰氏阴性菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究39-47
• 2.2.3 真菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究47-55
• 2.3 本章小结55-57
• 3. 微 生物冻干菌粉对碳酸钙锶生物矿化的作用57-82
• 3.1 材料与方法57-58
• 3.1.1 材料57
• 3.1.2 实验方法57-58
• 3.2 结果与分析58-81
• 3.2.1 革兰氏阳性菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究58-65
• 3.2.2 革兰氏阴性菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究65-73
• 3.2.3 真菌对碳酸钙锶生物矿化的作用研究73-81
• 3.3 本章小结81-82
• 4. 微 生物屏蔽基团后对碳酸钙锶生物矿化的作用82-129
• 4.1 材料与方法82-84
• 4.1.1 材料82
• 4.1.2 实验方法82-84
• 4.2 结果与分析84-127
• 4.2.1 耐辐射奇球菌屏蔽基团对碳酸钙锶生物矿化的作用研究84-93
• 4.2.2 枯草芽孢杆菌屏蔽基团对碳酸钙锶生物矿化的作用研究93-103
• 4.2.3 胶质芽孢杆菌屏蔽基团对碳酸钙锶生物矿化的作用研究103-111
• 4.2.4 大肠杆菌屏蔽基团对碳酸钙锶生物矿化的作用研究111-119
• 4.2.5 酵母菌屏蔽基团对碳酸钙锶生物矿化的作用研究119-127
• 4.3 本章小结127-129
• 5. 讨论129-132
• 结论132-134
• 致谢134-135
• 参考文献135-144
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果144

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本文编号：794402