亞抑菌濃度抗生素對(duì)藍(lán)細(xì)菌聚集及生物膜形成的影響機(jī)制研究.pdf

1、抗生素的廣泛、大量使用，導(dǎo)致其進(jìn)入生態(tài)環(huán)境。近年來(lái)，由于抗生素的生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)其研究已不止局限于作為一種污染物?？股厝绾斡绊懳⑸锏纳頇C(jī)能，以及微生物對(duì)抗生素的耐受機(jī)制受到了廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道，在環(huán)境中檢出的抗生素多為亞抑菌濃度。與高濃度抗生素的效能相比，亞抑菌濃度抗生素對(duì)微生物生理活動(dòng)的影響不僅為抑菌性，還將作為信號(hào)分子改變微生物的群居性、運(yùn)動(dòng)性、抗壓性和生物膜形成，并促進(jìn)微生物之間的協(xié)作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。目前，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在致病菌

2、及模式微生物與抗生素的相互作用，而很少有研究考察環(huán)境中亞抑菌濃度抗生素對(duì)具有生態(tài)效應(yīng)的微生物的影響。藍(lán)細(xì)菌作為一種典型的，具有重要生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的功能微生物，既是全球碳循環(huán)的主要承擔(dān)者;同時(shí)可能在富營(yíng)養(yǎng)化水體中過(guò)度增殖導(dǎo)致水華或赤潮。鑒于藍(lán)細(xì)菌在生態(tài)環(huán)境中的重要作用，結(jié)合亞抑菌濃度抗生素在自然環(huán)境中廣泛存在的現(xiàn)狀，亞抑菌濃度抗生素與藍(lán)細(xì)菌之間的相互作用機(jī)制具有重要的研究意義。
　　本研究主要內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　(1)本章研究

3、選用兩種典型的抗生素（卡那霉素和妥布霉素）作為研究對(duì)象，考察了對(duì)細(xì)長(zhǎng)聚球藻聚集的影響。結(jié)果表明，當(dāng)培養(yǎng)體系中存在亞抑菌濃度抗生素時(shí)，細(xì)長(zhǎng)聚球藻聚集率有所提高。當(dāng)抗生素濃度為0.1μg/mL時(shí)，聚集率明顯提高30％～40％。相似的現(xiàn)象在短時(shí)接觸(24 h)實(shí)驗(yàn)中也有存在。通過(guò)分析表面性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，在亞抑菌抗生素存在情況下，細(xì)長(zhǎng)聚球藻的表面電荷、親疏水性及形態(tài)均發(fā)生改變，而這些變化導(dǎo)致聚集的增加。研究進(jìn)一步分析了胞外聚合物中胞外蛋白和多糖的相對(duì)

4、含量，發(fā)現(xiàn)抗生素的存在改變胞外蛋白的分泌量，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)聚球藻表面性質(zhì)的變化，進(jìn)而影響聚集。為了進(jìn)一步模擬在自然水體中亞抑菌濃度抗生素對(duì)細(xì)長(zhǎng)聚球藻的作用，本研究考察了pH和離子強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，在較低pH和離子強(qiáng)度下，細(xì)長(zhǎng)聚球藻的聚集能力更易受抗生素的影響。
　　(2)銅綠微囊藻過(guò)量生長(zhǎng)是導(dǎo)致水華的重要原因。因此，本研究進(jìn)一步考察了亞抑菌濃度抗生素對(duì)銅綠微囊藻聚集的影響。結(jié)果表明，在0.02μg/mL卡那霉素或0.01μg/mL妥

5、布霉素濃度下，銅綠微囊藻聚集率分別增加約14.9％和25.4％。經(jīng)表面性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，表面電荷和親疏水性只發(fā)生了微弱的變化。在短時(shí)接觸實(shí)驗(yàn)中，銅綠微囊藻與抗生素作用后聚集率和表面性質(zhì)均未發(fā)生明顯變化。這一方面說(shuō)明了表面性質(zhì)在聚集中的重要作用;另一方面表明，在亞抑菌濃度抗生素存在條件下，不同藍(lán)細(xì)菌菌株有著不同的生理變化。
　　(3)微生物的聚集是生物膜形成的第一步，結(jié)合第二章研究結(jié)果，本章研究以細(xì)長(zhǎng)聚球藻為研究對(duì)象，考察了亞抑菌濃度卡

6、那霉素對(duì)其生物膜形成的影響，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄分析考察其生態(tài)效應(yīng)。結(jié)果表明，0.05～0.1μg/mL卡那霉素能夠促進(jìn)藍(lán)細(xì)菌生物膜的形成。通過(guò)對(duì)細(xì)長(zhǎng)聚球藻的表面性質(zhì)及形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，胞外蛋白對(duì)于調(diào)節(jié)生物膜形成起重要作用，且藍(lán)細(xì)菌形態(tài)的變化也對(duì)生物膜形成產(chǎn)生影響。同時(shí)，通過(guò)對(duì)抗生素存在條件下藍(lán)細(xì)菌的1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶及碳酸酐酶的轉(zhuǎn)錄分析，發(fā)現(xiàn)兩種酶的表達(dá)均發(fā)生了變化。綜合細(xì)長(zhǎng)聚球藻生物膜及酶表達(dá)量的變化，我們推斷在亞抑菌抗生素存在情況