【摘要】：土壤是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。細(xì)菌與礦物表面的粘附在土壤等環(huán)境中普遍存在,是一系列生物地球化學(xué)過(guò)程,如團(tuán)聚體形成、礦物溶解與轉(zhuǎn)化、污染物降解和病原體歸趨等的基礎(chǔ)和前提。然而時(shí)至今日,細(xì)菌-礦物的相互作用過(guò)程與機(jī)制仍未得到充分解釋。本研究采用土壤中常見(jiàn)微生物惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)及典型土壤鐵氧礦物針鐵礦為對(duì)象,借助原子力顯微鏡、細(xì)胞探針、同步輻射技術(shù)、等溫微量熱儀、電位滴定儀、傅立葉變換紅外光譜與接觸角等現(xiàn)代分析技術(shù),探究生長(zhǎng)期對(duì)細(xì)菌在礦物表面粘附行為的影響,旨在闡明細(xì)菌在固相表面粘附模式,為微生物-固相吸附理論的完善提供科學(xué)依據(jù)。獲得如下結(jié)果:(1)獲得了不同生長(zhǎng)期惡臭假單胞菌與針鐵礦相互作用力的數(shù)值。通過(guò)原子力顯微鏡測(cè)定得到不同生長(zhǎng)期細(xì)菌與針鐵礦相互作用力大小排序?yàn)?穩(wěn)定期衰亡期指數(shù)期。細(xì)菌與針鐵礦發(fā)生瞬時(shí)接觸時(shí),三種不同生長(zhǎng)階段細(xì)菌與針鐵礦相互作用力大小數(shù)值由大到小分別為879 pN、548pN與199 pN。細(xì)菌去胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)、去蛋白與去多糖細(xì)胞與針鐵礦的粘附力大小分別為141 pN、647 pN與684 pN。發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌與礦物的粘附力大小具有“時(shí)間決定”效應(yīng),即隨著接觸時(shí)間的增加,作用力不斷增大。穩(wěn)定期細(xì)菌在接觸10 s后,粘附作用力最大可達(dá)~4 N。(2)表征了不同生長(zhǎng)期細(xì)菌表面性質(zhì)。不同生長(zhǎng)期細(xì)菌zeta電位、表面官能團(tuán)數(shù)量與疏水性大小均符合下列排序:穩(wěn)定期衰亡期指數(shù)期。該排序和不同生長(zhǎng)期惡臭假單胞菌與針鐵礦相互作用力大小一致,表明不同生長(zhǎng)期細(xì)菌在礦物表面的粘附行為可以用zeta電位、表面官能團(tuán)數(shù)量與疏水性大小來(lái)解釋。紅外與同步輻射結(jié)果表明,不同生長(zhǎng)期細(xì)菌中蛋白與多糖的變化是影響細(xì)菌在針鐵礦表面粘附行為的主要因素。(3)區(qū)分了不同胞外生物大分子對(duì)粘附的貢獻(xiàn),證實(shí)了EPS在粘附中的重要貢獻(xiàn),總結(jié)了細(xì)菌在礦物表面粘附的一般模式。細(xì)菌與礦物接觸初期,三種不同生物大分子對(duì)粘附的貢獻(xiàn)大小排序?yàn)镋PS多糖=蛋白;隨著接觸時(shí)間的增加,多糖對(duì)粘附的貢獻(xiàn)逐漸增加,此時(shí)貢獻(xiàn)大小排序變?yōu)镋PS多糖蛋白。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q939.9
【圖文】：

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士研究生學(xué)位論文力的情況下發(fā)生，細(xì)菌會(huì)粘附在固相表面。當(dāng)不可逆初始粘附發(fā)生后，可發(fā)生下階段的緊密粘附過(guò)程。第三階段的粘附則主要是一個(gè)加強(qiáng)自身吸附能力的過(guò)程。生物自身通過(guò)分泌聚合物粘附在表面，或是通過(guò)粘附器（鞭毛，菌毛等）乃至細(xì)變形加固粘附(TamberandHancock2004)。待粘附這一過(guò)程完成后，細(xì)菌便會(huì)通過(guò)身克隆復(fù)制，定居下來(lái)，然后隨著大量的克隆與聚集后，形成生物膜(O'Tooleetal20Flemming and Wingender 2010)。

圖 1-2 原子力顯微鏡力曲線測(cè)量過(guò)程概念圖Fig. 1-2 Schematic of an atomic force microscope and a force measurement cycle將細(xì)菌粘附到探針表面形成細(xì)胞探針是研究細(xì)菌-礦物吸附過(guò)程中的常見(jiàn)做細(xì)胞探針有多細(xì)胞探針與單細(xì)胞探針之分，以修飾在探針表面細(xì)胞數(shù)目為區(qū)分用細(xì)胞探針的優(yōu)點(diǎn)是其能在細(xì)胞保持生物活性的情況下進(jìn)行相互作用力的測(cè)量保持細(xì)胞的活性關(guān)鍵點(diǎn)在于測(cè)量時(shí)間與粘合劑的使用。常見(jiàn)用于修飾細(xì)胞的粘合劑見(jiàn)表 1-1：

Tot LW LWl li l i l i l i (1 cos ) 2( )+ ++ = + + （2-2）其中， li為實(shí)測(cè)液體（l）與固體表面（i）的接觸角數(shù)值。此處需要特別說(shuō)明，一般測(cè)量接觸角測(cè)得數(shù)值為角度（°），而此式中為弧度（rad），二者相互轉(zhuǎn)系為 1 rad=180°/π。式中 iLW表示路易斯酸堿力作用部分， i+和 i 也相應(yīng)表示受體與供體部分的參數(shù)。接觸角測(cè)量的實(shí)際操作根據(jù)靜態(tài)液滴法(Hong et al 20ong et al 2014)進(jìn)行，采用一接觸角測(cè)量?jī)x（KRüSS, DSA100, Germany）以進(jìn)行。收集 500mL 待測(cè)菌液，使用真空抽濾的方法使菌在下層濾紙（0.45 m）上覆層菌膜，隨后在干燥器中干燥約 30min 后，將菌膜用雙面膠固定于載玻片，隨機(jī)測(cè)定。每樣品重復(fù)測(cè)定 3 次。圖 2-1 為使用 KRüSS 牌 DSA100 型接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量過(guò)程中的界面截圖。中可以看出，系統(tǒng)將自動(dòng)判斷底面與液面夾角，并計(jì)算出接觸角的數(shù)值。

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