1、生物膜作為細菌存在于自然界生物體或非生物體表面的重要形態(tài)，其在醫(yī)學、工業(yè)以及農業(yè)上的影響和作用受到廣泛的重視。作為地球上最普遍的一種生命形式，生物膜可通過形成的胞外聚合物(EPS)使微生物獲得競爭性優(yōu)勢，如加強了生物膜內微生物之間群體感應效應、幫助細胞在表面定殖和互養(yǎng)共生、保護細胞防止被捕食、抵抗干旱、減少污染物對細胞的毒性等。土壤中微米和納米級礦物由于比表面積大、電荷密度高，表面富含離子、水分及其它營養(yǎng)物質，常與微生物結合在一起，在土

2、壤生物地球化學界面的形成、結構調控、活性和功能發(fā)揮等方面具有重要的作用。然而，到目前為止，從生物膜角度研究細菌與土壤礦物相互作用還比較少見。
　　本文以土壤中常見的礦物和微生物為供試材料，借助激光共聚焦顯微鏡(CLSM)、原子力顯微鏡(AFM)、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)和q-PCR等現代儀器分析技術，研究了土著細菌游離態(tài)細胞與生物膜細胞表面性質的差異，以及土壤典型礦物對細菌生物膜形成的影響，獲得如下主要結果

3、:
　　(1)明晰了土著細菌游離態(tài)細胞與生物膜細胞之間的表面性質差異。惡臭假單胞菌成膜速度快，生物膜周期為24h，而枯草芽孢桿菌的生物膜周期為72h;細菌在形成生物膜后，細胞的尺寸變小、細胞形狀由桿狀變?yōu)闄E球形，細胞的疏水性增強，表面帶電量增多、電負性增強;與游離態(tài)細胞相比，生物膜細胞表面官能團的種類不發(fā)生改變，但是表面官能團的濃度會增加。
　　(2)探明了土壤中典型的粘土礦物（蒙脫石和高嶺石）以及鐵氧化物（針鐵礦）對土壤中

4、常見的細菌（枯草芽孢桿菌）生物膜形成的影響機制。實驗結果表明，在針鐵礦體系中，生物膜在48h時生物量達到最大值，而蒙脫石和高嶺石體系中生物膜生物量在60 h達到最大。激光共聚焦顯微鏡觀察到48h時針鐵礦體系中形成了致密、具有多層細胞的生物膜。細菌與礦物作用4h后，針鐵礦體系中細胞失活率高達60％，其次是高嶺石和蒙脫石。原子力顯微鏡結果顯示細菌與針鐵礦之間發(fā)生緊密吸附，針狀的針鐵礦可以刺破細胞壁，細胞感應到不利環(huán)境，通過調控枯草芽孢桿菌生

5、物膜形成的兩個主要基因abrB和sinR，使細胞傾向于向氣液表面運動并聚集形成生物膜。礦物的理化性質是礦物影響細菌形成生物膜的主導因素。
　　(3)明確了不同濃度的典型土壤金屬氧化物（針鐵礦、勃母石和水鈉錳礦）對惡臭假單胞菌生長及生物膜形成的影響機制。當針鐵礦濃度為1～100mg L-1時，可以促進惡臭假單胞菌的生長和生物膜的形成，而針鐵礦濃度為100～500mg L-1時，會抑制細菌的生長和生物膜的形成;當勃姆石濃度低于20mg

6、 L-1時可促進細菌的生長和生物膜的形成，20～500mg L-1勃姆石會抑制惡臭假單胞菌的生長和生物膜的形成;不同濃度的水鈉錳礦對惡臭假單胞菌的生長沒有影響，但是會抑制細菌生物膜的形成。原子力顯微鏡圖像顯示，針鐵礦表面細菌的細胞膜被刺破，細胞完整性受損;勃姆石表面細胞發(fā)生了溶解;水鈉錳礦表面細胞粒徑變小、表面褶皺增加。不同土壤金屬氧化物與細菌相互作用的強度和沉降能力是影響惡臭假單胞菌生物膜形成的關鍵因素。生物膜中的EPS可以顯著的提高