模拟体系中稻田土壤生物膜形成过程与结构和代谢特性研究

发布时间：2020-10-26 12:16

　　 生物膜是环境微生物的主要存在形态,具有较高的结构异质性,为微生物提供多样的生存环境和庇护场所,并提高对重金属、抗生素等胁迫的耐受能力,在工业、农业和医药健康领域具有重要意义。而在土壤环境中,微生物群落丰富,含有大量矿物、矿物-有机质复合体以及植物根系等吸附表面,是生物膜形成的潜在区域。但土壤异质性高,组成和结构十分复杂,导致目前人们对土壤生物膜的形成、结构、代谢活性等方面知之甚少。本研究提取新鲜稻田土壤混合菌群,培养土壤多物种生物膜,借助光学相干断层扫描仪(OCT)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)等原位观测技术进行结构表征。在此基础之上,构建已知组成的人造土壤,测定不同养分条件下微生物代谢速率,探究模拟体系中土壤生物膜的形成和活性。主要研究结果如下:将提取的土壤混合菌群接种到培养基中,发现混合微生物具有较高的成膜能力,在气-液界面形成了一层致密厚实的土壤多物种生物膜。根据生物膜量变化将其生长周期分为初期(0-12h)、对数期(12-24h)、成熟期(24-48h)、解体期(48-72h)四个阶段。随培养时间,土壤多物种生物膜的结构由“絮状”转变为“网状”,厚度、粗糙度逐渐增加,在成熟期结构达到相对稳定状态;同时EPS含量随培养时间不断增加,发育早期(前24h)分泌的优势化合物为蛋白质,猜测可能有利于生物膜稳定结构的形成。为进一步模拟土壤真实环境,将提取的混合菌群接种到已知组成的人造土壤体系中,添加不同浓度的碳氮源模拟稻田贫、富养分状态,通过监测微生物对养分代谢速率的变化,结合SEM观察图像,直观证实混合微生物在高养分的人造土壤表层土中形成了微米级的生物膜结构,并且充足的养分是土壤生物膜的形成条件之一。结果还表明,生物膜的形成使土壤活性微生物含量提高由0.03%提升至0.40%,碳源代谢速率提高1.8倍,氮源代谢速率提高24.5倍。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S154.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 生物膜简介
        1.1.1 生物膜定义与分布
        1.1.2 生物膜组成
        1.1.3 生物膜形成过程
    1.2 生物膜形态结构
        1.2.1 生物膜结构异质性
        1.2.2 EPS对生物膜形态结构的影响
    1.3 土壤生物膜
        1.3.1 土壤生物膜的形成
        1.3.2 土壤生物膜的功能
    1.4 生物膜研究技术
        1.4.1 生物膜结构形貌观测技术
        1.4.3 土壤生物膜的研究技术
    1.5 研究目的和内容
第二章 土壤多物种生物膜不同生长阶段结构特性变化
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 供试土壤
        2.2.2 土壤生物膜初始接种液的制备
        2.2.3 培养基的配制
        2.2.4 土壤多物种生物膜的生长曲线测定
        2.2.5 土壤多物种生物膜光学相干断层扫描仪观察
        2.2.6 土壤多物种生物膜激光共聚焦显微镜观察
        2.2.7 土壤多物种生物膜EPS组分分布
        2.2.8 衰减全反射傅里叶红外光谱分析
        2.2.9 数据分析
    2.3 结果与分析
        2.3.1 土壤多物种生物膜生长曲线
        2.3.2 土壤多物种生物膜的显微结构变化
        2.3.3 土壤多物种生物膜多糖、蛋白的含量与分布变化
        2.3.4 红外光谱（ATR-FTIR）结果分析
    2.4 讨论
    2.5 结论
第三章 人造土壤生物膜的形成与代谢特性
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 人造土壤组成
        3.2.2 人造土壤生物膜的培养
4
+代谢速率与微生物量监测'>        3.2.3 葡萄糖、NH4
+代谢速率与微生物量监测
        3.2.4 扫描电镜观察人造土壤表面微生物分布
        3.2.5 人造土壤生物膜形成的验证试验
        3.2.6 人造土壤休眠/活性微生物量测定
    3.3 结果与分析
4
+代谢速率与微生物量监测'>        3.3.1 葡萄糖、NH4
+代谢速率与微生物量监测
        3.3.2 微生物在人造土壤表面形态的观察
        3.3.3 验证试验
        3.3.4 人造土壤微生物活性测定
    3.4 讨论
    3.5 结论
第四章 结论
参考文献
致谢

【参考文献】

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1 刘星;大肠杆菌O157：H7在土壤组分上的界面作用和存活[D];华中农业大学;2016年

2 刘晓猛;微生物聚集体的相互作用及形成机制[D];中国科学技术大学;2008年

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1 王逢武;周丛生物反应器对污水中Cu的去除及机制[D];华东交通大学;2016年

本文编号：2856987

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