鼠李糖脂的菌體吸附及其對(duì)菌體表面的改性作用研究.pdf

1、在土壤修復(fù)中，生物表面活性劑強(qiáng)化疏水性有機(jī)污染物生物降解的方式之一是通過(guò)增強(qiáng)微生物菌體的表面疏水性，促進(jìn)土壤液相中微生物菌體和有機(jī)污染物的直接接觸而加快污染物的降解。但是對(duì)于生物表面活性劑與微生物之間的作用方式以及在生物表面活性劑作用下菌體表面性質(zhì)的變化規(guī)律尚未明了。本論文系統(tǒng)地研究了生物表面活性劑鼠李糖脂在微生物菌體表面的吸附行為以及因吸附引起的菌體表面親水疏水性的變化規(guī)律，并考察了吸附對(duì)于菌體降解不同性質(zhì)碳源的影響。 首先通

2、過(guò)銅綠假單胞菌的好氧發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)生了生物表面活性劑鼠李糖脂，并對(duì)它進(jìn)行了酸沉降分離和柱層析提純，得到了純化的鼠李糖脂單糖脂和二糖脂，液質(zhì)聯(lián)用結(jié)果表明，這兩種鼠李糖脂均含有三種主要成分。它們被用作后續(xù)實(shí)驗(yàn)。 接下來(lái)考察了制取的鼠李糖脂單糖脂和二糖脂在pH中性附近無(wú)機(jī)鹽溶液中的聚集行為，作為其微生物吸附研究的基礎(chǔ)。結(jié)果顯示，單糖脂和二糖脂在pH6.5的無(wú)機(jī)鹽溶液中的臨界膠束濃度CMC分別為75μM和106μM。兩種糖脂在濃度低于CMC

3、和高于CMC時(shí)均能形成聚集體，但其粒徑及分布有差別。對(duì)于兩種糖脂，在低于CMC時(shí)聚集體粒徑有隨濃度的增高而減小的趨勢(shì)，而從粒徑分布看，濃度在低于CMC和高于CMC時(shí)，隨之升高均有大粒子向小粒子轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。pH的升高使得兩種糖脂的聚集體粒徑都有所減小，且使大粒徑聚集體向小粒徑轉(zhuǎn)化。聚集體的粒徑由鼠李糖脂分子之間結(jié)合緊密程度和表面電荷性質(zhì)決定，二糖脂聚集體表面zeta電位的變化反映了這一點(diǎn)。 然后分別研究了包括鼠李糖脂二糖脂在內(nèi)的五

4、種不同性質(zhì)的表面活性劑在一株銅綠假單胞菌表面吸附的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)規(guī)律、鼠李糖脂二糖脂在四種微生物不同生理狀態(tài)下的菌體上的吸附規(guī)律、以及鼠李糖脂單糖脂和二糖脂在兩株銅綠假單胞菌菌體上的吸附規(guī)律，且在每個(gè)吸附研究中均考察了菌體表面親水疏水性的變化，目的在于從吸附質(zhì)和吸附劑的角度深入揭示吸附規(guī)律和探討吸附機(jī)理，并找到吸附與菌體表面親水疏水性變化的關(guān)聯(lián)。第一個(gè)吸附研究的結(jié)果顯示，五種表面活性劑在銅綠菌體上的吸附符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，而等溫吸附規(guī)律

5、與Freundlich方程符合較好，吸附強(qiáng)弱與表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)和大小密切相關(guān)。表面活性劑分子和菌體表面之間的作用方式以靜電作用等極性作用為主，除SDS外表面活性劑的吸附使菌體表面的疏水性增強(qiáng)。第二個(gè)吸附研究的結(jié)果顯示，鼠李糖脂在菌體表面的吸附性質(zhì)不僅因菌體種類的不同而不同，且與菌體的生理狀態(tài)也密切相關(guān)，如對(duì)于銅綠假單胞菌CCTCC AB93072、枯草芽孢桿菌CCTCCAB93108和解脂假絲酵母CCTCC AY92044對(duì)數(shù)期菌體

6、的吸附能力強(qiáng)于靜止期菌體，而枯草芽孢桿菌N1則反之。在測(cè)試濃度范圍內(nèi)，鼠李糖脂在多數(shù)菌體上發(fā)生了二次吸附，認(rèn)為是膠團(tuán)吸附造成；而具有不同脂肪鏈長(zhǎng)的鼠李糖脂成分也表現(xiàn)出了吸附差別。吸附使菌體表面親水疏水性有規(guī)律地變化，但變化方向和幅度取決于菌體種類及表面活性劑濃度。低濃度鼠李糖脂的吸附效果要更為顯著，推測(cè)鼠李糖脂單分子在菌體表面的定向排列是改變菌體表面親水疏水性的主要模式。第三個(gè)吸附研究則表明，鼠李糖脂親水基結(jié)構(gòu)的差別對(duì)它在銅綠假單胞菌表

7、面的吸附影響較大，單糖脂的吸附比二糖脂顯著；雖同屬銅綠假單胞菌，菌株的差別也會(huì)引起吸附性質(zhì)的不同，二糖脂在其產(chǎn)生菌上的吸附相對(duì)較弱，且在高濃度時(shí)該菌反而額外釋放了二糖脂。生長(zhǎng)所用碳源的不同對(duì)菌體吸附鼠李糖脂的性質(zhì)影響不大。鼠李糖脂單糖脂和二糖脂的吸附均使菌體表面由親水變得更加疏水，且二糖脂的效果更加明顯。 最后考察了兩種鼠李糖脂對(duì)正十六烷的增溶作用及單糖脂的吸附對(duì)一株銅綠假單胞菌降解葡萄糖、鼠李糖脂膠團(tuán)化的正十六烷以及單獨(dú)相正十

8、六烷的影響。結(jié)果顯示，鼠李糖脂單糖脂在濃度低于CMC和高于CMC時(shí)對(duì)正十六烷具有不同的摩爾增溶比，而二糖脂在整個(gè)濃度范圍內(nèi)對(duì)正十六烷的摩爾增溶比一定。低濃度單糖脂的吸附對(duì)菌體降解葡萄糖和單獨(dú)相正十六烷有抑制作用，而高濃度單糖脂的吸附對(duì)菌體降解葡萄糖無(wú)影響，對(duì)降解單獨(dú)相正十六烷有促進(jìn)作用。吸附和未吸附單糖脂的菌體在實(shí)驗(yàn)時(shí)間范圍內(nèi)均不能降解高濃度單糖脂膠團(tuán)化的正十六烷，表明此膠團(tuán)中的正十六烷對(duì)該銅綠菌體不具有生物可利用性，盡管掃描電鏡檢測(cè)表

9、明正十六烷膠團(tuán)在菌體上發(fā)生了吸附。 本論文研究揭示了生物表面活性劑鼠李糖脂的微生物吸附規(guī)律，并證實(shí)了它改變菌體表面親水疏水性的作用。由于該作用在很低的表面活性劑濃度下就能發(fā)生，因此增加了生物表面活性劑經(jīng)濟(jì)有效地應(yīng)用于土壤修復(fù)，特別是添加外源菌種的原位修復(fù)的可能性。進(jìn)一步研究需要深入探討生物表面活性劑與菌體表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理，以提高通過(guò)生物表面活性劑調(diào)節(jié)菌體表面親水疏水性的可控性；另外需要考察改性菌體、土壤膠體和土壤污染物相互