生物膜是環(huán)境微生物的主要存在形態(tài),具有較高的結構異質(zhì)性,為微生物提供多樣的生存環(huán)境和庇護場所,并提高對重金屬、抗生素等脅迫的耐受能力,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥健康領域具有重要意義。而在土壤環(huán)境中,微生物群落豐富,含有大量礦物、礦物-有機質(zhì)復合體以及植物根系等吸附表面,是生物膜形成的潛在區(qū)域。但土壤異質(zhì)性高,組成和結構十分復雜,導致目前人們對土壤生物膜的形成、結構、代謝活性等方面知之甚少。本研究提取新鮮稻田土壤混合菌群,培養(yǎng)土壤多物種生物膜,借助光學相干斷層掃描儀(OCT)、激光共聚焦顯微鏡(CLSM)、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)等原位觀測技術進行結構表征。在此基礎之上,構建已知組成的人造土壤,測定不同養(yǎng)分條件下微生物代謝速率,探究模擬體系中土壤生物膜的形成和活性。主要研究結果如下:將提取的土壤混合菌群接種到培養(yǎng)基中,發(fā)現(xiàn)混合微生物具有較高的成膜能力,在氣-液界面形成了一層致密厚實的土壤多物種生物膜。根據(jù)生物膜量變化將其生長周期分為初期(0-12h)、對數(shù)期(12-24h)、成熟期(24-48h)、解體期(48-72h)四個階段。隨培養(yǎng)時間,土壤多物種生物膜的結構由“絮狀”轉變?yōu)椤熬W(wǎng)狀”,厚度、粗糙度逐漸增加,在成熟期結構達到相對穩(wěn)定狀態(tài);同時EPS含量隨培養(yǎng)時間不斷增加,發(fā)育早期(前24h)分泌的優(yōu)勢化合物為蛋白質(zhì),猜測可能有利于生物膜穩(wěn)定結構的形成。為進一步模擬土壤真實環(huán)境,將提取的混合菌群接種到已知組成的人造土壤體系中,添加不同濃度的碳氮源模擬稻田貧、富養(yǎng)分狀態(tài),通過監(jiān)測微生物對養(yǎng)分代謝速率的變化,結合SEM觀察圖像,直觀證實混合微生物在高養(yǎng)分的人造土壤表層土中形成了微米級的生物膜結構,并且充足的養(yǎng)分是土壤生物膜的形成條件之一。結果還表明,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%,碳源代謝速率提高1.8倍,氮源代謝速率提高24.5倍。
【學位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S154.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 生物膜簡介
        1.1.1 生物膜定義與分布
        1.1.2 生物膜組成
        1.1.3 生物膜形成過程
    1.2 生物膜形態(tài)結構
        1.2.1 生物膜結構異質(zhì)性
        1.2.2 EPS對生物膜形態(tài)結構的影響
    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 生物膜研究技術
        1.4.1 生物膜結構形貌觀測技術
        1.4.3 土壤生物膜的研究技術
    1.5 研究目的和內(nèi)容
第二章 土壤多物種生物膜不同生長階段結構特性變化
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 供試土壤
        2.2.2 土壤生物膜初始接種液的制備
        2.2.3 培養(yǎng)基的配制
        2.2.4 土壤多物種生物膜的生長曲線測定
        2.2.5 土壤多物種生物膜光學相干斷層掃描儀觀察
        2.2.6 土壤多物種生物膜激光共聚焦顯微鏡觀察
        2.2.7 土壤多物種生物膜EPS組分分布
        2.2.8 衰減全反射傅里葉紅外光譜分析
        2.2.9 數(shù)據(jù)分析
    2.3 結果與分析
        2.3.1 土壤多物種生物膜生長曲線
        2.3.2 土壤多物種生物膜的顯微結構變化
        2.3.3 土壤多物種生物膜多糖、蛋白的含量與分布變化
        2.3.4 紅外光譜（ATR-FTIR）結果分析
    2.4 討論
    2.5 結論
第三章 人造土壤生物膜的形成與代謝特性
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 人造土壤組成
        3.2.2 人造土壤生物膜的培養(yǎng)
4
+代謝速率與微生物量監(jiān)測'>        3.2.3 葡萄糖、NH4
+代謝速率與微生物量監(jiān)測
        3.2.4 掃描電鏡觀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驗證試驗
        3.2.6 人造土壤休眠/活性微生物量測定
    3.3 結果與分析
4
+代謝速率與微生物量監(jiān)測'>        3.3.1 葡萄糖、NH4
+代謝速率與微生物量監(jiān)測
        3.3.2 微生物在人造土壤表面形態(tài)的觀察
        3.3.3 驗證試驗
        3.3.4 人造土壤微生物活性測定
    3.4 討論
    3.5 結論
第四章 結論
參考文獻
致謝

【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 劉星;大腸桿菌O157：H7在土壤組分上的界面作用和存活[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2016年

2 劉曉猛;微生物聚集體的相互作用及形成機制[D];中國科學技術大學;2008年

相關碩士學位論文 前1條

1 王逢武;周叢生物反應器對污水中Cu的去除及機制[D];華東交通大學;2016年

本文編號：2856987

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