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微生物被膜(Biofilm)的社会学特征

中国科学：生命科学 2018年第5期48卷 521-534页

作者：马志平黄昕琦蔡中华周进清华大学深圳研究生院深圳518055 清华大学地球系统科学系北京100084

微生物被膜(biofilm)是一类具有高复杂性和高自组织特性的生物结构,由多种微生物(细菌、古菌、藻类、微小真核生物)和生物基质(多糖、蛋白、脂肪酸等)组成,具有特定的组织结构和生态学功能,在微生物定殖、生态位构建和环境适应性上具有... 详细信息

微生物被膜(biofilm)是一类具有高复杂性和高自组织特性的生物结构,由多种微生物(细菌、古菌、藻类、微小真核生物)和生物基质(多糖、蛋白、脂肪酸等)组成,具有特定的组织结构和生态学功能,在微生物定殖、生态位构建和环境适应性上具有重要作用.许多微生物行为,如病原感染、毒素产生、耐药能力、生物污损以及管网堵塞等都与微生物被膜的存在有关.这些事件的形成充斥着多样化的微生物行为,包括信号交流,合作/竞争、劳动分工以及逆境环境下的"菌工智能"等.这些特征越来越多地显示出Biofilm的社会学特性,而这一特性也提供了深入认识Biofilm的新视角.据此,以Biofilm的3D结构为基础,以膜内的通讯语言、协作方式,以及智能化的抗逆表现(环境应激、协同进化)为重点来阐述它的社会学特征,以期更好地认识Biofilm的属性,加深对微生物社会学的认识.

关键词：微生物被膜菌群行为社会学特征微生物社会学

培养基对微生物被膜形成和厚壳贻贝附着的影响

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水产学报 2016年第8期40卷 1229-1238页

作者：孙俊杰梁箫郭行磐陈芋如丁德文张德民杨金龙上海海洋大学省部共建水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室国家海洋局第一海洋研究所浙江海洋高效健康养殖协同创新中心

为探讨微生物被膜生物学特性、培养基以及大型生物附着三者之间的相互关系,本实验通过微生物分子生态学和海洋贝类生态学等方法调查了不同培养基对海洋细菌所形成微生物被膜的影响及其对厚壳贻贝幼虫附着的影响。结果显示,厚壳贻贝稚贝... 详细信息

为探讨微生物被膜生物学特性、培养基以及大型生物附着三者之间的相互关系,本实验通过微生物分子生态学和海洋贝类生态学等方法调查了不同培养基对海洋细菌所形成微生物被膜的影响及其对厚壳贻贝幼虫附着的影响。结果显示,厚壳贻贝稚贝率与培养基类型和细菌初始密度显著相关,进一步分析表明,Zo Bell 2216E和Seawater Luriabertani(SWLB)条件下分别有6株和9株细菌形成的微生物被膜密度与稚贝率显著相关。扫描电镜结果显示,Staphylococcus sp.3在Zo Bell 2216E培养基条件下形成微生物被膜的细菌分布较为紧密,Pseudoalteromonas sp.8则在SWLB培养基条件下微生物被膜细菌分布较为紧密,且形态变为短杆状。SDS-PAGE结果显示,相比Zo Bell 2216E培养基,Staphylococcus sp.3在SWLB培养基条件下9条条带蛋白显著下降,其中2个条带完全消失;Pseudoalteromonas sp.8则在SWLB培养基条件下明显增加5条蛋白条带。研究表明,微生物被膜的形成受到培养基的影响,培养基的不同导致微生物被膜的形态结构、分布和蛋白有所差异,最终导致微生物被膜诱导厚壳贻贝幼虫附着变态的活性差异,本研究为后续开展厚壳贻贝附着的分子机制奠定良好基础。

关键词：厚壳贻贝海洋细菌微生物被膜附着培养基

不同来源海洋弧菌微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响

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水产学报 2017年第7期41卷 1140-1147页

作者：黄道芬梁箫彭莉华郭行磐张德民杨金龙上海海洋大学海洋生物科学国际联合研究中心中国科学技术部上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室浙江海洋高效健康养殖协同创新中心

为探讨广泛存在于近海环境中海洋弧菌和贝类附着的相互作用关系,实验从自然微生物被膜和厚壳贻贝成体肠道内分离了海洋弧菌,测定其种属及亲缘性,调查了这些不同来源弧菌形成的微生物被膜与厚壳贻贝稚贝附着的调控作用。结果显示,测试弧... 详细信息

为探讨广泛存在于近海环境中海洋弧菌和贝类附着的相互作用关系,实验从自然微生物被膜和厚壳贻贝成体肠道内分离了海洋弧菌,测定其种属及亲缘性,调查了这些不同来源弧菌形成的微生物被膜与厚壳贻贝稚贝附着的调控作用。结果显示,测试弧菌形成的微生物被膜密度随着初始细菌密度的增加呈现不同程度的增加。源于自然微生物被膜和贻贝肠道内的10株弧菌均能显著促进厚壳贻贝稚贝的附着,不同菌株形成微生物被膜的诱导活性存在显著差异,附着率变化范围为17%;7%,其中稚贝在Vibrio sp.17微生物被膜上的附着率为67%±2%。微生物被膜对稚贝附着诱导活性与被膜密度呈显著相关性,其中弧菌*** ECSMB14106的相关性系数最高,为0.8992。此外,微生物被膜的诱导活性与弧菌的来源无关。本实验初步探明了海洋弧菌对厚壳贻贝稚贝附着的影响,有助于进一步理解微生物被膜调控厚壳贻贝的附着分子机理。

关键词：厚壳贻贝稚贝附着海洋弧菌微生物被膜

微生物被膜形成因子及其对厚壳贻贝附着的影响

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大连海洋大学学报 2017年第4期32卷 405-409页

作者：高伟郭行磐徐嘉康彭莉华沈和定杨金龙梁箫上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室上海201306 海洋生物科学国际联合研究中心(上海海洋大学) 科学技术部上海201306

为调查环境因子对微生物被膜形成能力的影响以及在此条件下形成的微生物被膜对厚壳贻贝Mytilus coruscus稚贝(壳长为1.81 mm±0.13 mm)附着的影响,通过显微共聚焦技术和荧光染色技术,探讨了在18℃条件下盐度为10、20、30时和盐度为30的... 详细信息

为调查环境因子对微生物被膜形成能力的影响以及在此条件下形成的微生物被膜对厚壳贻贝Mytilus coruscus稚贝(壳长为1.81 mm±0.13 mm)附着的影响,通过显微共聚焦技术和荧光染色技术,探讨了在18℃条件下盐度为10、20、30时和盐度为30的条件下温度为8、18、28℃时,环境因子对希瓦氏细菌Shewanella loihica ECSMB14101形成微生物被膜产生的影响,调查了上述环境下形成微生物被膜的细菌密度、分布、膜厚等生物学特性及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响。结果表明:*** ECSMB14101形成微生物被膜的最终密度随盐度的升高而增加;不同密度的微生物被膜诱导活性不同,且与盐度呈线性关系;微生物被膜上细菌密度随温度的升高而增多,在8℃和18℃时对稚贝的附着诱导活性有显著性差异(P微生物被膜诱导活性无显著性差异(P>0.05);随盐度和温度的上升,微生物被膜上的细菌分布逐渐密集,膜厚显著增加,且在盐度为30、温度为28℃条件下微生物被膜的膜厚达到最大值(4.4μm±0.1μm);在温度为18℃、盐度为30条件下,膜厚的最大值为(4.3±0.1)μm。研究表明,盐度和温度改变微生物被膜的生物学特性,并导致贻贝附着率的显著差异。

关键词：环境因子微生物被膜厚壳贻贝稚贝附着

环境及动态演替影响下Shewanella loihica ECSMB14101微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响

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环境及动态演替影响下Shewanella loihica ECSMB14101微生物被膜...

作者：高伟上海海洋大学

学位级别：硕士

微生物被膜作为天然诱导物,在许多海洋无脊椎动物附着过程中起着重要作用。然而,微生物被膜的形成及状态往往受到环境因子的影响。因此,本文主要探究不同温度和盐度等环境因子影响下,微生物被膜动态演替的特征及其对厚壳贻贝附着关系,... 详细信息

微生物被膜作为天然诱导物,在许多海洋无脊椎动物附着过程中起着重要作用。然而,微生物被膜的形成及状态往往受到环境因子的影响。因此,本文主要探究不同温度和盐度等环境因子影响下,微生物被膜动态演替的特征及其对厚壳贻贝附着关系,具体内容如下:1.温、盐因子对微生物被膜形成及厚壳贻贝附着的影响本文分别研究了在温度18℃,盐度为10、20、30和盐度为30,温度为8℃、18℃和28℃环境条件下,Shewanella loihica ECSMB14101形成微生物被膜情况,分析了上述环境下形成微生物被膜的细菌密度、分布和膜厚等生物学特性及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响。结果发现*** ECSMB14101形成微生物被膜的最终密度随盐度的升高而增加;不同密度的微生物被膜诱导活性不同,且与盐度呈线性关系;微生物被膜上细菌数量随着温度的升高而增多,对稚贝的附着诱导活性在8℃和18℃之间有显著差异,分别为31%和68%,18℃与28℃组的微生物被膜诱导活性没有差异。随着温度的上升,微生物被膜上的细菌分布逐渐密集,膜厚显著增加,且在盐度30、28℃时微生物被膜的膜厚最大,为(4.4±0.1)μm;在温度18℃、盐度30时达到最大,为(4.3±0.1)μm。盐度和温度改变微生物被膜的生物学特性,进而导致贻贝附着行为的差异。2.海洋微生物被膜动态演替对厚壳贻贝稚贝附着的影响为研究微生物被膜动态演替过程及其对稚贝附着的影响,本文调查了以*** ECSMB14101为主,3株诱导活性不同的海洋细菌在不同时间内形成微生物被膜的生物学特性及其对稚贝附着的诱导活性。研究发现微生物被膜的细菌密度、被膜的膜厚以及细菌的聚集程度均随时间的增加而增加。3株海洋细菌在48 h内形成的微生物被膜对稚贝附着的诱导活性随着时间的增加而增高。在48 h时,*** ECSMB14101形成的微生物被膜对稚贝呈现高诱导活性,而Pseudoalteromonas atlantica ECSMB14103和Vibrio splendidus ECSMB14105呈现中等诱导活性。微生物被膜对稚贝附着的诱导活性与微生物被膜的细菌密度、细菌分布及细菌分泌的胞外产物显著相关,同样呈现出一定的动态变化特征。本研究首次调查了环境因子温度和盐度对*** ECSMB14101微生物被膜的影响,也调查了其自身的动态演替对厚壳贻贝稚贝附着的影响。实验发现环境条件或者自身条件发生变化时,会影响到微生物被膜的生物学特性:如细菌密度、细菌分布、膜厚及胞外产物等,其中微生物被膜中胞外产物的含量会显著影响到稚贝的附着。该研究为后续探索微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着影响提供理论基础。

关键词：希瓦氏细菌微生物被膜厚壳贻贝稚贝附着

Vibrio sp.形成的微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响

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Vibrio sp.形成的微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响

作者：黄道芬上海海洋大学

学位级别：硕士

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)是我国主要的经济养殖贝类,同时也是我国海洋污损生物的主要类群之一,在我国沿海有广大的分布区域。厚壳贻贝主要通过附着在附着基(网绳、潮间带岩石、堤岸设施表等)的表面生活,附着过程对于厚壳贻贝来说是... 详细信息

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)是我国主要的经济养殖贝类,同时也是我国海洋污损生物的主要类群之一,在我国沿海有广大的分布区域。厚壳贻贝主要通过附着在附着基(网绳、潮间带岩石、堤岸设施表等)的表面生活,附着过程对于厚壳贻贝来说是极其重要生命历程,当环境因素发生不利变化时,厚壳贻贝会通过自身行为,切断足丝并重新选择附着基再次附着,因此研究附着基对厚壳贻贝附着的影响对于增进厚壳贻贝的养殖产业和防御厚壳贻贝在污损生物方面的作用均具有重要的意义。以往的研究发现自然微生物被膜是厚壳贻贝附着的高效天然诱导物,且作为自然微生物被膜的重要成员之一的海洋细菌,是影响厚壳贻贝稚贝附着的重要因素。同时以往的研究结果也显示,海洋细菌中具有极大比例的海洋弧菌(Vibrio),海洋弧菌是最早定植在自然微生物被膜表面的细菌类群之一。因此,本文以海洋弧菌和厚壳贻贝为研究对象,探究了海洋弧菌微生物被膜对厚壳贻贝稚贝的附着的影响,并分析了海洋弧菌微生物被膜的代谢产物中蛋白及糖的差异。主要包括下列内容:1.不同来源海洋弧菌形成的微生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响为探讨广泛存在于近海环境中的海洋弧菌和贝类附着的相互作用关系,本研究通过从自然微生物被膜和厚壳贻贝成体肠道内分离了海洋弧菌,测定其种属及亲缘性,调查了这些不同来源弧菌形成的微生物被膜与厚壳贻贝稚贝附着的调控作用。结果表明,测试弧菌形成的微生物被膜密度随着初始细菌密度的增加呈现不同程度的增加。源于自然微生物被膜和贻贝肠道内的10株弧菌均能显著促进厚壳贻贝稚贝的附着,不同菌株形成微生物被膜的诱导活性存在显著差异,稚贝在Vibrio sp.17微生物被膜上的附着率最高,为67%±2%,附着率变化范围为17%-67%。微生物被膜对稚贝附着诱导活性与被膜密度呈显著相关性,其中弧菌Vibrio crassostreae ECSMB14106的相关性系数最高,为0.8992。此外,微生物被膜的诱导活性与弧菌的来源无关。本实验初步探明了海洋弧菌对厚壳贻贝稚贝附着的影响,有助于进一步理解微生物被膜调控厚壳贻贝的附着分子机理。2.不同稚贝诱导活性的弧菌微生物被膜生物学特性分析实验选取10 cells/ml的密度下形成的微生物被膜,结果发现诱导活性最高的菌株为Vibrio sp.17,其次为*** ECSMB14106、第三为Vibrio sp.13、最低为Vibrio sp.19。本研究应用了共聚焦显微技术、电子显微镜扫描技术、SDS-PAGE蛋白分析技术以及胞外多糖染色技术分析了四株弧菌形成微生物被膜的生物学特性。共聚焦结果发现四株细菌形成的被膜膜厚存在显著差异,膜厚与稚贝附着相关。扫描电镜结果发现菌株Vibrio sp.17和*** ECSMB14106的细菌形态呈短圆杆状,菌株Vibrio sp.19呈长杆状,而菌株Vibrio sp.13生长聚集成花瓣状。SDS-PAGE蛋白技术分析菌膜总蛋白发现,四株细菌的菌膜总蛋白种类不同,其中Vibrio sp.17的蛋白条带最多,有31个条带。而胞外多糖染色结果发现,Vibrio sp.17的多糖含量最高。本研究从多个角度分析了诱导活性不同的同种细菌形成的微生物被膜的生物学特性,发现了其膜厚、蛋白差异、胞外多糖含量之间的规律,为探究影响厚壳贻贝稚贝附着的主要诱导因子奠定了一定基础。

关键词：弧菌厚壳贻贝稚贝微生物被膜附着

基于COMSTAT软件对微生物被膜进行定量分析的方法与意义

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现代生物医学进展 2014年第7期14卷 1201-1206页

作者：陈璐王博姚蜜蜜蔡中华清华大学生命科学学院北京100084 清华大学深圳研究生院海洋科学与技术学部广东深圳518055

目的:微生物被膜是一种具有协调性、功能性和高度结构性的膜状复合物,它可以为微生物提供良好的生存环境,免受外界因素的干扰。研究发现,具有产生微生物被膜能力的细菌治病性明显增强,而现今缺乏一种分析微生物被膜的有效手段。本文探... 详细信息

目的:微生物被膜是一种具有协调性、功能性和高度结构性的膜状复合物,它可以为微生物提供良好的生存环境,免受外界因素的干扰。研究发现,具有产生微生物被膜能力的细菌治病性明显增强,而现今缺乏一种分析微生物被膜的有效手段。本文探讨利用COMSTAT软件对微生物被膜进行定量分析的方法和意义,为对微生物被膜定性定量分析提供支持手段,从而为研究微生物被膜致病性提供方法理论基础。方法:以葡萄球菌为研究模型,利用激光扫描共聚焦显微镜成像技术,结合COMSTAT微生物被膜分析软件对微生物被膜的单位面积生物量、基质覆盖率、平均厚度、粗糙系数等方面进行定量分析,研究了该葡萄球菌的生物被膜生长变化过程,并考察了抗生素对其生物被膜的抑制作用。结果:在葡萄球菌生物被膜生长过程中,生物量、平均厚度以及平均扩散距离等结构指标数值都有明显增加,而粗糙度和表面积与生物量比值呈现降低趋势,表明了微生物被膜由发生向成熟的转化过程。与此同时,经10μg/mL和100μg/mL的卡那霉素处理得到的葡萄球菌微生物被膜生长受到明显抑制,且随着卡那霉素的浓度增加,抑制效果随之增加。结论:本文运用COMSTAT软件的分析方法首次从生物量、平均厚度等结构指标数值的角度描述了葡萄球菌生物被膜,从而有效评价微生物被膜发生、发展、成熟以及崩解的生长过程。该技术在研究微生物被膜形成的理论机制方面存在潜在价值,可以为研究微生物被膜治病性提供理论基础,具有理论指导意义。

关键词： COMSTAT软件微生物被膜定量分析葡萄球菌

第二届国际微生物被膜会议(ChinaBiofilms)

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食品与生物技术学报 2019年第7期 16-16页

会议时间:2019-10-11至2019-10-13会议地点:广东广州主办单位:华南理工大学食品科学与工程学院联系人:徐老师电话:18702044440Email:2019@***官方网址:http://***/2019会议简介:第二届国际微生物被膜会议(ChinaBiofilms 2019)将于2019... 详细信息

关键词：微生物被膜 ChinaBiofilms 食品科学与工程

弧菌生物被膜的动态演替对厚壳贻贝附着的影响

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水产学报 2020年第1期44卷 118-129页

作者：梁箫刘红雨杨丽婷常睿珩彭莉华李一峰杨金龙上海海洋大学国家海洋生物科学国际联合研究中心上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心

为探讨生物被膜动态演替过程中如何影响海洋无脊椎动物附着,实验选取了对厚壳贻贝附着具有不同诱导活性的弧菌Vibrio cyclitrophicus、V. chagasii和Vibrio sp. 22形成单一生物被膜,观察弧菌动态演替中生物被膜细菌密度、膜厚度和胞外... 详细信息

为探讨生物被膜动态演替过程中如何影响海洋无脊椎动物附着,实验选取了对厚壳贻贝附着具有不同诱导活性的弧菌Vibrio cyclitrophicus、V. chagasii和Vibrio sp. 22形成单一生物被膜,观察弧菌动态演替中生物被膜细菌密度、膜厚度和胞外产物等生物学特性变化,探究其对厚壳贻贝稚贝附着的影响。结果显示,弧菌生物被膜动态演替过程中,被膜细菌随着时间推移出现聚集现象,细菌密度和膜厚度也随着时间变化呈先增多后减少。除了Vibrio sp. 22,V. cyclitrophicus和V. chagasii生物被膜细菌密度和膜厚度与稚贝附着均有不同程度的相关性。所测弧菌生物被膜胞外产物的显微激光共聚焦结果分析发现,胞外多糖随着时间先增多,然后开始下降。相对比而言,胞外蛋白和胞外脂质无显著性变化。因而,胞外多糖变化规律与稚贝在被膜上附着变化相一致,表明胞外多糖是生物被膜动态演替过程中调控厚壳贻贝附着的重要因素。本实验初步探讨了生物被膜动态演替特征及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响,对于后续进一步在海区开展生物被膜的动态演替与海洋底栖动物附着相互关系研究具有重要的学术价值,同时对于人工鱼礁礁体生物附着机理的研究具有重要的实践价值。

关键词：厚壳贻贝稚贝附着海洋弧菌微生物被膜动态演替