亞抑菌濃度抗生素對藍細菌聚集及生物膜形成的影響機制研究.pdf

1、抗生素的廣泛、大量使用，導致其進入生態(tài)環(huán)境。近年來，由于抗生素的生物學效應，對其研究已不止局限于作為一種污染物。抗生素如何影響微生物的生理機能，以及微生物對抗生素的耐受機制受到了廣泛關注。據(jù)報道，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微生物生理活動的影響不僅為抑菌性，還將作為信號分子改變微生物的群居性、運動性、抗壓性和生物膜形成，并促進微生物之間的協(xié)作或競爭關系。目前，國內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具有生態(tài)效應的微生物的影響。藍細菌作為一種典型的，具有重要生態(tài)環(huán)境效應的功能微生物，既是全球碳循環(huán)的主要承擔者;同時可能在富營養(yǎng)化水體中過度增殖導致水華或赤潮。鑒于藍細菌在生態(tài)環(huán)境中的重要作用，結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細菌之間的相互作用機制具有重要的研究意義。
　　本研究主要內容與結果如下:
　　(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）作為研究對象，考察了對細長聚球藻聚集的影響。結果表明，當培養(yǎng)體系中存在亞抑菌濃度抗生素時，細長聚球藻聚集率有所提高。當抗生素濃度為0.1μg/mL時，聚集率明顯提高30％～40％。相似的現(xiàn)象在短時接觸(24 h)實驗中也有存在。通過分析表面性質發(fā)現(xiàn)，在亞抑菌抗生素存在情況下，細長聚球藻的表面電荷、親疏水性及形態(tài)均發(fā)生改變，而這些變化導致聚集的增加。研究進一步分析了胞外聚合物中胞外蛋白和多糖的相對

4、含量，發(fā)現(xiàn)抗生素的存在改變胞外蛋白的分泌量，導致細長聚球藻表面性質的變化，進而影響聚集。為了進一步模擬在自然水體中亞抑菌濃度抗生素對細長聚球藻的作用，本研究考察了pH和離子強度的影響。結果表明，在較低pH和離子強度下，細長聚球藻的聚集能力更易受抗生素的影響。
　　(2)銅綠微囊藻過量生長是導致水華的重要原因。因此，本研究進一步考察了亞抑菌濃度抗生素對銅綠微囊藻聚集的影響。結果表明，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％。經表面性質分析發(fā)現(xiàn)，表面電荷和親疏水性只發(fā)生了微弱的變化。在短時接觸實驗中，銅綠微囊藻與抗生素作用后聚集率和表面性質均未發(fā)生明顯變化。這一方面說明了表面性質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，不同藍細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，結合第二章研究結果，本章研究以細長聚球藻為研究對象，考察了亞抑菌濃度卡

6、那霉素對其生物膜形成的影響，并通過轉錄分析考察其生態(tài)效應。結果表明，0.05～0.1μg/mL卡那霉素能夠促進藍細菌生物膜的形成。通過對細長聚球藻的表面性質及形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，胞外蛋白對于調節(jié)生物膜形成起重要作用，且藍細菌形態(tài)的變化也對生物膜形成產生影響。同時，通過對抗生素存在條件下藍細菌的1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶及碳酸酐酶的轉錄分析，發(fā)現(xiàn)兩種酶的表達均發(fā)生了變化。綜合細長聚球藻生物膜及酶表達量的變化，我們推斷在亞抑菌抗生素存在情況