德國奧德河水中生物膜形態(tài)及其生物多樣性的研究.pdf

1、河流自凈是污染河流進(jìn)行自我修復(fù)的重要能力。生物膜是河流中相對穩(wěn)定存在的微生物群落結(jié)構(gòu)，在河流自凈過程中發(fā)揮著重要的作用。對河流生物膜的形成過程及其生物多樣性的探討，對于理解河流自凈過程及河流內(nèi)污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移具有重要的意義。本研究以德國奧德河流域的生物膜為研究對象，從微生物學(xué)角度尤其是采用分子生物學(xué)手段來研究河流生物膜的群落結(jié)構(gòu)，采用掃描電鏡與元素分析探測器聯(lián)用、CARD-FISH、DGGE等分子生物學(xué)手段對生物膜的形態(tài)及組成及生物膜的群

2、落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，并對奧德河流域的生物膜上的鐵錳氧化細(xì)菌進(jìn)行了分離，確定了鐵錳氧化細(xì)菌的系統(tǒng)進(jìn)化地位及其特征。
　　對奧德河生物膜的元素組成分析確定，生物膜主要的金屬元素為鐵和錳，鐵錳氧化物為無定形。生物膜在形成初期即24h內(nèi)，以鐵錳氧化細(xì)菌附著為主，鐵錳氧化細(xì)菌在載體上形成具有特異的胞外聚合物結(jié)構(gòu)的大小為1mm的微菌落。而對成熟生物膜的超微結(jié)構(gòu)研究表明，生物膜內(nèi)存在著具有特異EPS“洞穴”結(jié)構(gòu)的桿菌，并存在著其他的能夠形

3、成EPS的鞘細(xì)菌、浮霉菌屬、生芽細(xì)菌，且大多具有附著功能。
　　對奧德河生物膜上鐵錳氧化細(xì)菌的系統(tǒng)進(jìn)化地位分析得知：Oder河鐵錳氧化細(xì)菌全部屬于Beta-菌綱，分布于五個(gè)進(jìn)化分支內(nèi)，五個(gè)進(jìn)化分支的代表菌屬為Comamonadaceae bacterium MWH55、Leptothrix dischophora、Leptothrix mobilis、Ideonella sp.及Spherotilus natant。部分鐵錳氧化細(xì)

4、菌在R2A液體培養(yǎng)基中表現(xiàn)出明顯的自絮凝特征，形成1.5cm自凝集顆粒。BIOLOG對部分菌種不同碳源利用能力的測定表明：分離菌種對糖類、梭酸類和氨基酸類培養(yǎng)基三大碳源的利用強(qiáng)度較大。不同菌種的鐵錳氧化細(xì)菌在鐵二號(hào)培養(yǎng)基中形成不同形態(tài)的鐵錳氧化物菌體結(jié)構(gòu)。
　　采用CARD-FISH對奧德河流域生物膜細(xì)菌群落組成、動(dòng)態(tài)變化及空間分布研究表明，Beta-變形菌綱是兩個(gè)取樣點(diǎn)生物膜的主要組成菌群。隨著膜齡的增長，Anglerteich

5、與Mummert生物膜上真細(xì)菌的比例也相應(yīng)增加。Anglerteich與Mummert取樣點(diǎn)相比，7天膜齡的生物膜中alpha-、beta-、gamma-變形菌綱細(xì)菌比例均高于Mummert取樣點(diǎn)的生物膜；而在15天膜齡的生物膜中，除gamma-變形菌綱細(xì)菌比例有所增加，alpha-及beta-變形菌綱細(xì)菌比例均低于Mummert取樣點(diǎn)的生物膜。對Oder河流域膜齡為24h、7d、15d的生物膜細(xì)菌群落的空間分布研究表面：膜齡24h的生

6、物膜細(xì)菌群落僅與beta探針雜交發(fā)出信號(hào)，當(dāng)膜齡7d時(shí)，Anglerteich生物膜上的真細(xì)菌以長鏈鞘細(xì)菌為主，而Mummert7d膜齡的生物膜上的真細(xì)菌形態(tài)更為多樣,細(xì)菌之間的相互關(guān)系更為復(fù)雜。存在于Anglerteich生物膜上alpha變形細(xì)菌的形態(tài)及細(xì)菌間的關(guān)系明顯復(fù)雜于Mummert生物膜，并發(fā)現(xiàn)了生絲微菌屬或柄桿菌屬黏附寄生于鞘細(xì)菌的結(jié)構(gòu)。Beta-探針主要是與Anglerteich及Mummert7d膜齡生物膜上的鞘細(xì)菌進(jìn)

7、行雜交。Anglerteich7d生物膜上能與Gamma-探針雜交發(fā)出信號(hào)的細(xì)菌主要為長絲狀菌體，而Mummert7d生物膜能與Gamma-探針雜交發(fā)出信號(hào)的細(xì)菌則為球狀及短桿狀菌體。Anglerteich15d生物膜上真細(xì)菌的分布為螺旋菌、桿菌及鞘細(xì)菌共存。而Mummert15d生物膜上的真細(xì)菌分布演替為桿狀細(xì)菌成為主體優(yōu)勢菌。存在于Anglerteich15d生物膜上的beta-亞綱細(xì)菌很少，而Mummert15d生物膜中存在著大量