不同生长期恶臭假单胞菌与针铁矿相互作用力探究

发布时间：2020-08-15 08:16

【摘要】：土壤是人类赖以生存和发展的基础。细菌与矿物表面的粘附在土壤等环境中普遍存在,是一系列生物地球化学过程,如团聚体形成、矿物溶解与转化、污染物降解和病原体归趋等的基础和前提。然而时至今日,细菌-矿物的相互作用过程与机制仍未得到充分解释。本研究采用土壤中常见微生物恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)及典型土壤铁氧矿物针铁矿为对象,借助原子力显微镜、细胞探针、同步辐射技术、等温微量热仪、电位滴定仪、傅立叶变换红外光谱与接触角等现代分析技术,探究生长期对细菌在矿物表面粘附行为的影响,旨在阐明细菌在固相表面粘附模式,为微生物-固相吸附理论的完善提供科学依据。获得如下结果:(1)获得了不同生长期恶臭假单胞菌与针铁矿相互作用力的数值。通过原子力显微镜测定得到不同生长期细菌与针铁矿相互作用力大小排序为:稳定期衰亡期指数期。细菌与针铁矿发生瞬时接触时,三种不同生长阶段细菌与针铁矿相互作用力大小数值由大到小分别为879 pN、548pN与199 pN。细菌去胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)、去蛋白与去多糖细胞与针铁矿的粘附力大小分别为141 pN、647 pN与684 pN。发现了细菌与矿物的粘附力大小具有“时间决定”效应,即随着接触时间的增加,作用力不断增大。稳定期细菌在接触10 s后,粘附作用力最大可达~4 N。(2)表征了不同生长期细菌表面性质。不同生长期细菌zeta电位、表面官能团数量与疏水性大小均符合下列排序:稳定期衰亡期指数期。该排序和不同生长期恶臭假单胞菌与针铁矿相互作用力大小一致,表明不同生长期细菌在矿物表面的粘附行为可以用zeta电位、表面官能团数量与疏水性大小来解释。红外与同步辐射结果表明,不同生长期细菌中蛋白与多糖的变化是影响细菌在针铁矿表面粘附行为的主要因素。(3)区分了不同胞外生物大分子对粘附的贡献,证实了EPS在粘附中的重要贡献,总结了细菌在矿物表面粘附的一般模式。细菌与矿物接触初期,三种不同生物大分子对粘附的贡献大小排序为EPS多糖=蛋白;随着接触时间的增加,多糖对粘附的贡献逐渐增加,此时贡献大小排序变为EPS多糖蛋白。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q939.9
【图文】：

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华中农业大学 2019 届硕士研究生学位论文力的情况下发生，细菌会粘附在固相表面。当不可逆初始粘附发生后，可发生下阶段的紧密粘附过程。第三阶段的粘附则主要是一个加强自身吸附能力的过程。生物自身通过分泌聚合物粘附在表面，或是通过粘附器（鞭毛，菌毛等）乃至细变形加固粘附(TamberandHancock2004)。待粘附这一过程完成后，细菌便会通过身克隆复制，定居下来，然后随着大量的克隆与聚集后，形成生物膜(O'Tooleetal20Flemming and Wingender 2010)。

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图 1-2 原子力显微镜力曲线测量过程概念图Fig. 1-2 Schematic of an atomic force microscope and a force measurement cycle将细菌粘附到探针表面形成细胞探针是研究细菌-矿物吸附过程中的常见做细胞探针有多细胞探针与单细胞探针之分，以修饰在探针表面细胞数目为区分用细胞探针的优点是其能在细胞保持生物活性的情况下进行相互作用力的测量保持细胞的活性关键点在于测量时间与粘合剂的使用。常见用于修饰细胞的粘合剂见表 1-1：

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Tot LW LWl li l i l i l i (1 cos ) 2( )+ ++ = + + （2-2）其中， li为实测液体（l）与固体表面（i）的接触角数值。此处需要特别说明，一般测量接触角测得数值为角度（°），而此式中为弧度（rad），二者相互转系为 1 rad=180°/π。式中 iLW表示路易斯酸碱力作用部分， i+和 i 也相应表示受体与供体部分的参数。接触角测量的实际操作根据静态液滴法(Hong et al 20ong et al 2014)进行，采用一接触角测量仪（KRüSS, DSA100, Germany）以进行。收集 500mL 待测菌液，使用真空抽滤的方法使菌在下层滤纸（0.45 m）上覆层菌膜，随后在干燥器中干燥约 30min 后，将菌膜用双面胶固定于载玻片，随机测定。每样品重复测定 3 次。图 2-1 为使用 KRüSS 牌 DSA100 型接触角测量仪测量过程中的界面截图。中可以看出，系统将自动判断底面与液面夹角，并计算出接触角的数值。

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