本文關鍵詞：土壤活性顆粒對細菌吸附及活性影響的機制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤礦物與膠體對細菌吸附及活性的調(diào)控作用深刻影響著土壤中生物膜形成、礦物風化、元素循環(huán)、有機質(zhì)分解、團聚體穩(wěn)定性、污染物歸趨等諸多關鍵生物地球化學過程。時至今日,土壤活性顆粒與細菌界面相互作用的分子機制還很不清楚。本研究選取革蘭氏陰性細菌大腸桿菌(Escherichia coli)、惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、根癌農(nóng)桿菌(Agrobacterium tumefaciens)及副球菌(Paracoccus sp.)和革蘭氏陽性的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)作為供試菌株,以葡聚糖、牛血清白蛋白與多聚-L-賴氨酸作為細胞表面大分子的相似物,以高嶺石、蒙脫石、針鐵礦、白云母、紅壤與棕壤膠體作為供試的土壤顆粒。采用傳統(tǒng)物理化學及微生物學方法,借助原子力顯微鏡、等溫微量熱、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜、熒光顯微鏡與細胞染色等現(xiàn)代儀器分析技術,綜合運用表面性質(zhì)表征技術、經(jīng)典膠體穩(wěn)定性理論(DLVO)計算與準一級動力學方程擬合等,旨在探究在流動系統(tǒng)中細菌與土壤膠體表面的吸附行為,生長期對細菌在粘粒礦物表面吸附的影響,細菌與粘粒礦物間的復合形式和吸附力,粘粒礦物表面生物膜形成過程的納米尺度的表面形貌,細菌表面生物聚合物與礦物問的吸附力,細菌代謝活性對土壤活性顆粒的響應特征。獲得以下主要成果：(1)證實衰減全反射傅里葉變換紅外光譜技術可用于研究細菌在土壤膠體表面吸附的動態(tài)過程。細菌與土壤膠體間的吸附符合準一級動力學方程。細菌細胞表面的蛋白質(zhì)參與了細菌與土壤膠體間的吸附過程。在流動系統(tǒng)中,細菌與土壤膠體可發(fā)生不可逆吸附。吸附的發(fā)生的驅(qū)動力包括DLVO理論預測的一級能量最低點吸附能,及聚合物橋接、局部電荷異質(zhì)性、表面粗糙度與疏水性等非DLVO因素產(chǎn)生的作用能。(2)明確了生長期不同導致細菌在粘粒礦物表面吸附的差異。建立了細菌在靜態(tài)與流動系統(tǒng)中土壤粘粒礦物表面吸附的實驗方法。在兩種水流狀態(tài)下,穩(wěn)定期均較指數(shù)中期細胞在高嶺石表面有更大的吸附密度。原因是穩(wěn)定期比指數(shù)中期細胞粒徑小及負電荷少,其與高嶺石間的二級能量最低點較深及能壘更低。(3)首次在單細胞水平獲得了細菌與粘粒礦物間多樣的吸附方式及吸附力。細菌選擇性地主要與高嶺石邊面而非基面進行結合,細菌與蒙脫石結合松散,而與針鐵礦結合緊密。首次測定了細菌與粘粒尺寸針鐵礦間的相互作用力。大腸桿菌(E. coli)與針鐵礦發(fā)生吸附時的引力為97±34 pN(10-12N),吸附4 s后兩者間的吸附力與吸附能均達最大化,大小為-3.0±0.4 nN(10-9N)與-330±43 aJ(10-18 J)。實驗測定的巨大吸附能足以使細胞與針鐵礦間發(fā)生不可逆吸附。(4)率先表征了細菌生物膜在粘粒礦物表面的形成過程。細菌在低營養(yǎng)水平更易在粘粒礦物表面形成生物膜,且大腸桿菌(E. coli)在供試的細菌中生物膜形成的能力最強。(5)獲得了細菌表面蛋白質(zhì)及多糖與層狀硅酸鹽礦物間的吸附力。在弱酸性環(huán)境中,離子強度的增加顯著降低了帶正電荷的蛋白質(zhì)及葡聚糖與白云母間的吸附力。靜電引力減弱和聚合物分子構型變成了致密壓縮狀態(tài)是吸附力降低的主要原因。從酸性到堿性溶液環(huán)境,生物大分子與白云母間的吸附力顯著降低。靜電引力與氫鍵數(shù)量的降低是吸附力變?nèi)醯年P鍵原因。在所有供試的條件下,多聚-L-賴氨酸與白云母間的吸附力均高于牛血清白蛋白及葡聚糖。在酸性環(huán)境中,牛血清白蛋白與白云母間的吸附力高于葡聚糖,而在堿性環(huán)境中,反之。(6)闡明了細菌代謝活性對土壤活性顆粒的響應特征。土壤活性顆粒促進大腸桿菌(E. coli)與枯草芽孢桿菌(B. subtilis)的代謝活性,而抑制惡臭假單胞菌(Pputida)與副球菌(Paracoccus sp.)的代謝活性。同種細菌的細胞代謝活性對多種土壤活性顆粒的響應特征相似。腐殖質(zhì)可通過界面作用促進細菌的代謝活性。土壤活性顆粒與細菌間的界面靜電作用調(diào)控細菌的代謝活性。
【關鍵詞】：細菌吸附 細菌活性 粘粒礦物 土壤膠體 吸附力
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S154
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 前言12-35
• 1.1 引言12
• 1.2 微生物-礦物互作方式12-14
• 1.3 微生物-礦物互作環(huán)境效應14-15
• 1.4 細菌在礦物表面吸附的優(yōu)勢與弊端15-16
• 1.5 細菌-礦物吸附過程與機理16-26
• 1.5.1 細菌表面定殖過程16-18
• 1.5.2 初始吸附界面作用力及影響因素18-26
• 1.6 吸附研究方法26-32
• 1.6.1 搖動或靜置法26
• 1.6.2 填充柱系統(tǒng)26
• 1.6.3 流動系統(tǒng)26-27
• 1.6.4 原子力顯微鏡技術27-31
• 1.6.5 紅外光譜技術31
• 1.6.6 其他技術31-32
• 1.7 礦物對微生物活性的影響32-33
• 1.8 研究目的與內(nèi)容33-35
• 第二章 惡臭假單胞菌在紅壤膠體表面吸附的原位衰減全反射紅外光譜研究35-50
• 2.1 前言35-36
• 2.2 材料與方法36-40
• 2.2.1 土壤膠體36-37
• 2.2.2 細菌37
• 2.2.3 電動電位與水動力學半徑測定37
• 2.2.4 水-烴兩相分配法疏水性分析37
• 2.2.5 原位ATR-FTIR實驗37-39
• 2.2.6 細菌-土壤膠體相互作用能計算39-40
• 2.2.7 統(tǒng)計分析40
• 2.3 結果與討論40-49
• 2.3.1 土壤膠體與細菌的電動電位40
• 2.3.2 土壤膠體與細菌的紅外光譜40-41
• 2.3.3 細菌在土壤膠體表面吸附與解吸動力學的紅外光譜分析41-45
• 2.3.4 細菌與土壤膠體的相互作用能45-49
• 2.4 結論49-50
• 第三章 生長期對惡臭假單胞菌在高嶺石表面吸附的影響50-69
• 3.1 前言50-51
• 3.2 材料與方法51-55
• 3.2.1 高嶺石包被蓋玻片的制備51-52
• 3.2.2 細菌52
• 3.2.3 細菌與高嶺石性質(zhì)表征52-53
• 3.2.4 細菌在高嶺石包被玻片表面的吸附53-54
• 3.2.5 熒光顯微成像與分析54
• 3.2.6 細菌在高嶺石表面吸附的原位ATR-FTIR實驗54-55
• 3.2.7 高嶺石與細菌的掃描電鏡觀察55
• 3.2.8 細菌-高嶺石相互作用能計算55
• 3.2.9 統(tǒng)計分析55
• 3.3 結果與分析55-67
• 3.3.1 生長期對細菌表面性質(zhì)的影響55-59
• 3.3.2 指數(shù)中期與穩(wěn)定期細胞吸附成像59-61
• 3.3.3 高嶺石與細菌的紅外光譜61-63
• 3.3.4 細菌吸附與解吸動力學的紅外光譜分析63-65
• 3.3.5 細菌與高嶺石的相互作用能65-67
• 3.4 討論67-68
• 3.5 結論68-69
• 第四章 粘粒礦物表面細菌吸附與生物膜形成的原子力顯微鏡技術研究69-96
• 4.1 前言69-70
• 4.2 材料與方法70-74
• 4.2.1 礦物70
• 4.2.2 細菌70-71
• 4.2.3 細菌與礦物性質(zhì)表征71
• 4.2.4 細菌-礦物復合體制備71
• 4.2.5 礦物表面生物膜的形成71-72
• 4.2.6 細菌-礦物復合體及生物膜形貌表征72
• 4.2.7 AFM力曲線測定72-73
• 4.2.8 表面粗糙度測定73
• 4.2.9 細菌-礦物相互作用能計算73-74
• 4.2.10 統(tǒng)計分析74
• 4.3 結果與討論74-95
• 4.3.1 細菌表面形貌74-75
• 4.3.2 細菌-礦物復合體的表面形貌75-77
• 4.3.3 細菌與礦物的相互作用能77-79
• 4.3.4 細菌與針鐵礦間的力譜79-82
• 4.3.5 礦物表面生物膜的微觀形貌82-95
• 4.4 結論95-96
• 第五章 細菌表面生物大分子與礦物間作用力的原子力顯微鏡技術研究96-108
• 5.1 前言96-97
• 5.2 材料與方法97-98
• 5.2.1 多糖與蛋白質(zhì)修飾AFM探針的制備97-98
• 5.2.2 AFM力曲線測定98
• 5.2.3 統(tǒng)計分析98
• 5.3 結果與討論98-107
• 5.3.1 離子強度對力曲線的影響98-103
• 5.3.2 pH對力曲線的影響103-107
• 5.4 結論107-108
• 第六章 細菌代謝活性對土壤活性顆粒的響應特征108-123
• 6.1 前言108
• 6.2 材料與方法108-110
• 6.2.1 土壤礦物與膠體108-109
• 6.2.2 細菌109
• 6.2.3 土壤活性顆�；拘再|(zhì)測定109
• 6.2.4 細菌代謝熱監(jiān)測109-110
• 6.2.5 葡萄糖礦化與細菌數(shù)量監(jiān)測110
• 6.2.6 統(tǒng)計分析110
• 6.3 結果與分析110-120
• 6.3.1 土壤活性顆粒的基本性質(zhì)110-111
• 6.3.2 細菌代謝熱活性111-117
• 6.3.3 葡萄糖礦化速率117-119
• 6.3.4 細菌數(shù)量119-120
• 6.4 討論120-122
• 6.5 結論122-123
• 第七章 結語123-126
• 7.1 研究結論123-124
• 7.2 主要創(chuàng)新點124
• 7.3 展望124-126
• 參考文獻126-151
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文151-152
• 致謝152-153

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙文強;劉星;蔡鵬;黃巧云;;病原菌在紅壤膠體上的吸附機制研究[J];土壤學報;2013年02期

2 吳華勇;黃巧云;蔡鵬;梁巍;榮興民;;原子力顯微鏡技術在固相表面細菌吸附研究中的應用[J];應用與環(huán)境生物學報;2010年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 榮興民;幾種細菌與土壤粘粒礦物相互作用的熱力學研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2008年

  本文關鍵詞：土壤活性顆粒對細菌吸附及活性影響的機制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：309093