环境压力胁迫下细菌运动对生物膜形成的影响

论文摘要

细菌在面对环境压力时,会以聚集和生物膜形式栖息于固着生态群落中来抵御不利环境的影响,潜在威胁公众健康和工业生产安全。细菌运动有助于增大其觅食机会并躲避有毒有害物质的侵扰,对其在水环境中的生理行为发挥着至关重要的作用。尽管如此,目前关于细菌运动如何影响其生长繁殖、胞外聚合物分泌以及附着、聚集行为过程的影响,特别是对环境压力胁迫下行为过程的认知尚不清晰。因此,本文以铜绿假单胞菌为研究对象,以野生型和变异型细菌(无泳动能力)作为实验主体,尝试解析运动性在细菌附着和生物膜形成中扮演的角色,以及细菌对外界环境胁迫的响应方式,以期为有效控制生物膜生长提供理论指导。首先,本文研究了不同限制性营养条件下细菌运动对生长繁殖、胞外聚合物分泌以及附着和聚集行为过程的影响。结果表明,细菌鞭毛运动起促进作用的阶段是初期表面附着过程,而不是生物膜的集聚阶段;中度限制性营养条件(1/50LB培养基)增大了野生株铜绿假单胞菌的运动速度,进而促进其附着行为,进一步证明了鞭毛运动对初期附着的重要影响。相比之下,鞭毛的缺失增大了变异株铜绿假单胞菌生长和胞外聚合物(特别是胞外蛋白)的生成速率,从而促进生物膜的集聚过程;中度限制性营养条件加速了两种细菌的胞外聚合物生成以及生物膜的形成过程。其次,本文研究了消毒剂浓度对细菌运动、生长繁殖、胞外聚合物生成以及附着和聚集行为过程的影响。结果表明,细菌鞭毛运动促进前期附着行为,而鞭毛的缺失则有助于其集聚过程和生物膜形成;在接种初期,中度消毒压力(1.0mg/L余氯)加速细菌的运动,能达到50.67μm/s,进而提高其附着量;而在后期,中度消毒压力则加速了胞外聚合物的生成和生物膜的形成速率;进一步增大消毒剂浓度则对其细菌运动、胞外聚合物生成以及细菌的初期附着和集聚过程起到抑制作用。最后,本文研究了营养限制条件中消毒剂胁迫下的生物膜形成过程。结果表明,相较于充足营养环境,限制性营养条件下消毒剂对细菌运动、胞外聚合物生成、附着和生物膜形成的影响相类似;然而,限制性营养条件(1/50 LB培养基)不仅进一步增强了细菌的初期附着和生物膜的形成,同时也增强了生物膜中细菌的存活能力,聚集体的形成有助于细菌增强对环境压力胁迫的抵御能力;细菌运动速度和胞外聚合物的分析表明,限制性营养条件加快细菌运动和后期胞外聚合物的生成,突出了鞭毛运动和胞外聚合物在细菌附着和集聚阶段中发挥的不同作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 研究进展
•     1.2.1 细菌运动的研究现状
•     1.2.2 细菌运动对其生理生态行为的影响
•     1.2.3 环境条件对细菌运动的影响
•     1.2.4 目前细菌生物膜形成的研究方法
•   1.3 研究目标、内容和技术路线
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究意义
•     1.3.3 研究内容和技术路线
• 第二章 铜绿假单胞菌的培养及基本特征
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 细菌的培养
•     2.1.2 细菌生长曲线的测定
•     2.1.3 细菌的形态观察
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 细菌的生长曲线
•     2.2.2 培养基上的细菌形态
•     2.2.3 电镜下的细菌形态
• 第三章 营养条件胁迫下铜绿假单胞菌生物膜的形成
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 实验准备
•     3.2.2 营养环境与附着实验条件的设定
•     3.2.3 Dead/Live染色计数
•     3.2.4 铜绿假单胞菌泳动行为的研究
•     3.2.5 胞外聚合物的提取与测定
•     3.2.6 Zeta电位的测定
•   3.3 结果
•     3.3.1 早期附着阶段细菌的附着和运动行为
•     3.3.2 生物膜集聚阶段细菌的附着和运动行为
•     3.3.3 不同营养浓度下EPS的分泌量
•     3.3.4 生物膜形成与EPS分泌量的联系
•     3.3.5 营养条件对Zeta电位的影响
•   3.4 讨论
•   3.5 结论
• 第四章 消毒剂胁迫下铜绿假单胞菌生物膜的形成
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 实验准备
•     4.2.2 实验环境与附着实验
•     4.2.3 Dead/Live染色计数（附着量/附着率/存活率）
•     4.2.4 细菌泳动行为观察
•     4.2.5 激光共聚焦（CLSM）与生物膜形态观察
•     4.2.6 总有机碳（TOC）的测定
•     4.2.7 余氯的测定
•     4.2.8 细菌表面特性（Zeta电位）的测定
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 消毒剂浓度对细菌附着的影响
•     4.3.2 消毒剂浓度对细菌存活率的影响
•     4.3.3 消毒剂浓度对细菌运动性的影响
•     4.3.4 消毒剂浓度对细菌EPS分泌的影响
•     4.3.5 细菌生物膜结构表征与形成
•   4.4 结论
• 第五章 营养限制和消毒剂双重胁迫下生物膜的形成
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 实验环境与附着实验
•     5.1.2 Dead/Live染色计数（附着量/附着率/存活率）
•     5.1.3 细菌泳动行为观察
•     5.1.4 生物膜的形态研究与各成分测定（CLSM）
•     5.1.5 余氯测定
•     5.1.6 溶解性有机物（TOC）的测定
•     5.1.7 细菌表面特性研究（Zeta电位）
•   5.2 结果与讨论
•     5.2.1 营养限制条件下消毒剂浓度对细菌附着的影响
•     5.2.2 消毒剂浓度对细菌存活率的影响
•     5.2.3 消毒剂浓度对细菌运动性的影响
•     5.2.4 消毒剂浓度对细菌分泌EPS的影响
•     5.2.5 细菌生物膜结构表征与形成
•     5.2.6 TOC的消耗
•     5.2.7 反应器中余氯的衰减情况
•     5.2.8 溶液中Zeta电位的变化
•   5.3 结论
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜邦

导师: 刘丽,王国庆

关键词: 环境压力,运动性,铜绿假单胞菌,细菌附着,生物膜三维结构

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 合肥工业大学

分类号: Q935

总页数: 89

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