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行自我修復的重要能力。生物膜是河流中相對穩(wěn)定存在的微生物群落結構，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污染物質的轉移具有重要的意義。本研究以德國奧德河流域的生物膜為研究對象，從微生物學角度尤其是采用分子生物學手段來研究河流生物膜的群落結構，采用掃描電鏡與元素分析探測器聯(lián)用、CARD-FISH、DGGE等分子生物學手段對生物膜的形態(tài)及組成及生物膜的群

2、落結構及動態(tài)變化進行研究，并對奧德河流域的生物膜上的鐵錳氧化細菌進行了分離，確定了鐵錳氧化細菌的系統(tǒng)進化地位及其特征。
　　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，以鐵錳氧化細菌附著為主，鐵錳氧化細菌在載體上形成具有特異的胞外聚合物結構的大小為1mm的微菌落。而對成熟生物膜的超微結構研究表明，生物膜內存在著具有特異EPS“洞穴”結構的桿菌，并存在著其他的能夠形

3、成EPS的鞘細菌、浮霉菌屬、生芽細菌，且大多具有附著功能。
　　對奧德河生物膜上鐵錳氧化細菌的系統(tǒng)進化地位分析得知：Oder河鐵錳氧化細菌全部屬于Beta-菌綱，分布于五個進化分支內，五個進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

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度較大。不同菌種的鐵錳氧化細菌在鐵二號培養(yǎng)基中形成不同形態(tài)的鐵錳氧化物菌體結構。
　　采用CARD-FISH對奧德河流域生物膜細菌群落組成、動態(tài)變化及空間分布研究表明，Beta-變形菌綱是兩個取樣點生物膜的主要組成菌群。隨著膜齡的增長，Anglerteich

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

6、物膜細菌群落僅與beta探針雜交發(fā)出信號，當膜齡7d時，Anglerteich生物膜上的真細菌以長鏈鞘細菌為主，而Mummert7d膜齡的生物膜上的真細菌形態(tài)更為多樣,細菌之間的相互關系更為復雜。存在于Anglerteich生物膜上alpha變形細菌的形態(tài)及細菌間的關系明顯復雜于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菌的結構。Beta-探針主要是與Anglerteich及Mummert7d膜齡生物膜上的鞘細菌進

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