生物膜的研究进展
细菌生物膜去除方法的研究新进展
细菌生物膜去除方法的研究新进展细菌生物膜是指一种由细菌和它们所分泌的胶质物质组成的结构，在生物膜中，细菌可以形成类似于城堡的结构，对细菌本身和周围环境提供了保护。
这种生物膜也常常成为医疗器械、管道、水处理设备等表面的污染源，造成严重的健康和环境问题。
细菌生物膜去除方法的研究备受关注。
随着生物技术和化学技术的不断进步，目前已经有多种新的方法被提出，以解决细菌生物膜去除的问题。
本文将介绍近年来细菌生物膜去除方法的新进展，并分析其优缺点和应用前景。
一、化学方法1. 漂白剂法漂白剂是一种常用的细菌生物膜去除剂，它能够破坏细菌细胞膜，进而破坏生物膜结构。
漂白剂的主要成分是次氯酸盐，具有强氧化性和杀菌作用。
漂白剂法对细菌生物膜有很好的去除效果，而且操作简单，成本低廉。
漂白剂对环境有一定的危害性，容易造成二次污染，因此在实际应用中需谨慎使用。
2. 生物素法生物素是一种天然产生的抗菌物质，对多种细菌生物膜具有很好的去除效果。
生物素能够与细菌的表面蛋白结合，破坏其细胞膜，从而破坏生物膜结构。
与漂白剂相比，生物素对环境和人体无毒无害，是一种较为环保的细菌生物膜去除方法。
3. 酶法酶是一种生物活性物质，具有很好的催化作用。
近年来，一些研究表明，某些酶可以破坏细菌生物膜，如蛋白酶、葡萄糖氧化酶等。
酶法对细菌生物膜的去除效果较好，并且不会产生二次污染，是一种非常理想的细菌生物膜去除方法。
二、生物方法1. 益生菌法益生菌是一种对人体有益的细菌，它们可以竞争性地占据宿主的某些部位，抑制有害细菌的生长。
近年来，研究人员发现，在一些特定的环境条件下，益生菌也可以去除一些表面的细菌生物膜。
益生菌法对环境无污染，且具有一定的生物安全性，是一种非常有潜力的细菌生物膜去除方法。
2. 赋形菌法1. 超声波法随着生物技术和化学技术的不断进步，细菌生物膜去除方法也在不断创新。
化学方法、生物方法和物理方法各有优缺点，均有其适用的场合。
在今后的研究中，研究人员可以继续探索这些方法的优化和改进，以便更好地解决细菌生物膜带来的环境污染和健康问题。
生物膜的研究进展
第7卷第5期1998年10月 环境科学进展ADVANCES IN ENV IRONM EN TAL SCIENCE Vol.7,No.5Oct.,1999生物膜的研究进展Ξ王文军1、2 王文华1 黄亚冰1 张学林2 (1中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085) (2中国科学院长春地理研究所,长春130021)摘 要本文综述了近年来生物膜研究成果,包括生物膜的发育形成、形态结构、组成、物理-化学特征、抗性等;生物膜在污水处理方面的作用和微生物组织腐蚀性的负效应。
关键词:生物膜 特征 作用生物膜在天然水环境中和工程处理过程中起着重要的作用[1-3]。
在天然水环境中,绝大部分矿物颗粒表面覆盖着有机外壳[4],这些有机外壳由腐殖酸物质和生物膜组成,它们将强烈地改变矿物颗粒的吸附行为,这种表面吸附作用在河水污染物的迁移过程中起着决定性作用。
在工业应用中,生物膜的作用表现在废水处理,以及酸性矿物排泄物的生物修复等方面,例如在水和废水处理系统中,生物膜反应器比悬浮生长反应器具有更大的优势,能提高生物量在反应器中的滞留程度,促进对污染物降解效率。
生物膜的破坏性作用表现在清洁水系统中,以及微生物诱导的腐蚀等方面[5,6]。
随着对生物膜在自然环境(如水、土、生物环境)中和工业应用方面的重要性的不断认识,在过去的二十多年,人们对生物膜的兴趣极大地增加[7]。
美国、德国、日本、英国、法国等国家对生物膜进行了大量的研究[1-31],取得了一些初步的研究成果。
一、生物膜的形成及影响因素生物膜形成于自然环境和人工环境中。
在自然环境条件下,生物膜存在于几乎所有暴露于水中的固体表面上,代表了一类微生物群体,其中有各种寄居者如固着细菌、原生动物、真菌和藻类[4-9]。
这些微生物细胞及非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质(Matrix)中,聚合物基质由细菌胞外聚合物质和腐殖质等其它有机物质组成。
即生物膜代表了一种稳定的由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统,细胞镶嵌在胞外聚合物的基质中,并且附着到固体表面。
细菌生物膜去除方法的研究新进展
细菌生物膜去除方法的研究新进展1. 引言1.1 细菌生物膜的重要性细菌生物膜是由细菌在固体表面上形成的一种结构化的生物聚集体，它们能够黏附在各类不同的表面上，形成一层坚固的保护膜。
这种生物膜在自然界中广泛存在，包括海洋生物膜、土壤中的细菌膜以及生物膜在医学上的应用等。
细菌生物膜具有重要的生态意义，它们能够保护细菌免受外界环境的不利影响，增强了细菌的抗性和生存能力。
细菌生物膜还在环境污染治理、制药工业、食品加工等领域中发挥着重要作用。
在环境工程领域中，细菌生物膜可帮助去除水体和土壤中的有机物和重金属等污染物，提高环境质量。
在制药工业中，细菌生物膜被广泛应用于生产中，可以提高生产效率和产品质量。
细菌生物膜的重要性不言而喻，其过度生长和积累却会导致许多问题，如管道堵塞、设备腐蚀等。
研究细菌生物膜的形成机制及去除方法对于各个领域具有重要意义。
通过探索新的细菌生物膜去除方法，可以提高清洁效率，降低成本，保护环境和人类健康。
1.2 目前细菌生物膜去除方法的不足1. 效果不明显：目前常用的物理、化学、生物和复合方法虽然可以部分去除细菌生物膜，但在一定程度上存在着去除效果不明显的情况。
特别是对于一些顽固性、复杂性较高的细菌生物膜，目前的方法难以取得良好的去除效果。
2. 难以彻底清除：在使用现有方法进行细菌生物膜去除的过程中，往往难以彻底清除所有细菌，容易导致再次生长和蔓延，增加了后续的处理难度和成本。
3. 对环境影响大：部分化学方法使用的化学药剂对环境具有一定的污染性，可能会对水体、土壤等环境造成一定的伤害，不利于环境保护。
4. 需要更多的研究和创新：当前细菌生物膜去除方法在技术手段上还有待进一步提升和完善，需要更多的研究和创新，寻找更高效、环保的去除方法，为应对细菌生物膜带来的问题提供更好的解决方案。
2. 正文2.1 物理方法的研究进展物理方法是一种常见的细菌生物膜去除方法，其研究进展主要包括以下几个方面：机械除去。
生物膜的形成和稳定性研究
生物膜的形成和稳定性研究生物膜是一种生物体与环境相互作用的界面，它可以保护生物体的内部环境，并提供一定的保护作用。
生物膜的形成和稳定性是一个复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。
在本文中，我们将讨论生物膜的形成过程和稳定性的研究进展。
生物膜的形成过程生物膜的形成是一个逐渐发展的过程，包括几个主要步骤：初级附着、中级附着和成熟附着。
初级附着是指生物体与环境接触后，被生物体附着的初步过程。
通过表面粘附蛋白、胶原蛋白等生物大分子物质的作用，初级附着可以稳定地将生物体附着在表面。
中级附着是初级附着过程的延续，生物体在表面上逐渐形成稳定的结构。
这个过程涉及到微生物菌落的形成和细胞外多糖物质的合成等复杂的生物化学过程。
成熟附着是指生物体在表面上形成具有一定稳定性的生物膜。
这个过程需要表面附着基因的表达和环境因素的影响。
在成熟附着过程中，细胞外多糖物质负责生物膜的粘结和稳定。
此外，环境条件的变化和生物体间的相互作用等因素也会影响生物膜的稳定性。
生物膜的稳定性研究生物膜的稳定性是生物膜形成过程中最重要的问题之一，也是生物膜研究的重点。
许多研究表明，生物膜的稳定性受到多种因素的影响。
这些因素包括生物体的表面性质、细胞外多糖物质的分子结构、环境因素等。
生物体的表面性质与细胞外多糖物质的结构密切相关。
表面粘附蛋白和胶原蛋白等大分子物质的结构与生物体表面的物理性质和化学性质有关。
这些物质能够与细胞外多糖物质相互作用，从而影响生物膜的稳定性。
环境因素也是影响生物膜稳定性的重要因素。
温度、湿度、氧气含量等环境因素的变化都会影响生物膜的稳定性。
此外，细菌和微生物之间的相互作用也可能影响生物膜的稳定性，例如抑制细菌的生长。
生物膜稳定性的研究还需要考虑其应用领域。
一些应用领域需要更加稳定的生物膜，例如生物反应器、生物阻垢和生物过滤器。
在这些应用领域中，生物膜的稳定性直接关系到其应用效果和寿命。
总结生物膜的形成和稳定性是一个复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。
生物膜法在污水处理中的研究进展
生物膜法在污水处理中的研究进展一、生物膜法的概念和原理生物膜法是一种利用生物膜作为载体的生物处理技术，其主要原理是通过合适的载体（如填料、膜或纤维）将微生物固定在表面，形成生物膜进行降解有机物、去除污染物或转化废水中的有害物质。
生物膜法能够有效提高微生物的附着速率和降解效率，对于复杂或高浓度有机废水具有较好的处理效果。
生物膜法的主要优点在于：① 生物膜固定生物技术具有降解效率高、稳定性好、对抗冲击负荷能力强等显著特点；② 生物膜法能够减少二次污染，提高有机物、氮、磷的去除率，对废水处理效果显著；③ 生物膜法处理过程简单，运行成本较低，易于控制操作和维护管理。
二、生物膜法的应用现状生物膜法在废水处理方面已经得到了广泛的应用，特别是在污水处理厂、工业废水处理和生活污水处理等方面具有较好的应用前景。
在污水处理厂中，生物膜法被广泛应用于有机物去除和氮、磷去除等领域，取得了较好的处理效果。
生物膜法还被应用于工业废水处理，如印染废水、制药废水、酿造废水等，通过生物膜法能有效地去除废水中的有机物和污染物，取得了良好的处理效果。
三、生物膜法的研究进展近年来，国内外对生物膜法的研究取得了长足的进展，主要表现在以下几个方面：1. 载体材料的优化：生物膜法中的载体材料对于微生物的附着和生物降解过程具有重要影响，因此对载体材料的选择和优化成为当前研究的热点。
研究者通过改性材料、复合材料等手段来提高载体的比表面积、孔隙率和微生物的附着效果，从而提高生物膜法的降解效率和稳定性。
2. 微生物附着机理的探究：微生物的附着对于生物膜法的效果起着至关重要的作用，而微生物的附着过程是一个复杂的生物-界面相互作用过程。
研究者对微生物的附着机理进行了深入探讨，发现了一些新的附着方式和机制，并通过优化生物膜法来提高微生物的附着效果。
3. 生物膜法耐冲击负荷研究：在实际的污水处理过程中，废水的水质常常发生变化，特别是在出水水质需求较高的情况下，经常出现冲击负荷的情况。
细菌生物膜去除方法的研究新进展
细菌生物膜去除方法的研究新进展细菌生物膜是一种生物聚合物，由细菌和其他微生物在固体表面附着形成的一种复杂的三维结构。
它们在医疗器械、食品加工设备、水处理系统等领域中常常被发现。
细菌生物膜的形成广泛存在于自然界，并且具有惊人的耐受性和稳定性，给去除带来了很大的困难。
随着生物技术和化学技术的不断发展，细菌生物膜的去除方法也在不断更新，本文将介绍细菌生物膜去除的新进展。
一、物理方法物理方法是细菌生物膜去除的一种传统手段。
它包括机械剥离、高温灭菌、超声波清洗等。
机械剥离是一种通过物理力将细菌生物膜从表面剥离的方法，常常用于清洗管道、设备表面等。
高温灭菌则是利用高温蒸汽或高温水对细菌生物膜进行灭菌处理，从而去除细菌生物膜。
超声波清洗则是利用超声波在液体中产生的空化现象对细菌生物膜进行破碎去除。
近年来，物理方法在细菌生物膜去除中的应用越来越广泛，并且得到了很好的效果。
二、化学方法化学方法是利用化学药剂对细菌生物膜进行破坏和去除的手段。
目前常用的化学方法包括氧化剂、酶、螯合剂等。
氧化剂是指一类能够对细菌生物膜产生氧化作用的化学药剂，如过氧化氢、次氯酸钠等。
它们可以破坏细菌的细胞膜和细胞壁，从而去除细菌生物膜。
酶是一种特异性较强的生物催化剂，可以在较温和的条件下高效去除细菌生物膜，且对环境友好。
螯合剂则是一种通过螯合作用将金属离子与细菌生物膜结合，从而达到去除的目的。
化学方法是目前应用较为广泛的细菌生物膜去除手段，其效果也得到了很好的验证。
生物方法是利用微生物对细菌生物膜进行降解和去除的手段。
目前常用的生物方法包括质子泵抑制剂、抗生素、生物界面活性剂等。
质子泵抑制剂是一类能够抑制微生物内质子泵的药物，从而影响微生物的代谢和生长，进而去除细菌生物膜。
抗生素则是通过抑制细菌的生长和增殖来去除细菌生物膜。
生物界面活性剂是一类由微生物产生的具有表面活性的有机物，可以使水与油相互混合，从而去除细菌生物膜。
生物方法的优势在于对环境友好，且对微生物的生长和代谢影响较小，目前已得到了广泛应用。
生物膜生长及其调控机制的研究进展
生物膜生长及其调控机制的研究进展生物膜是指生物体在水或其他介质中通过自我聚集形成的三维结构。
这些膜通常包括细菌、真菌、海藻和其他微生物，可以在多种环境条件下生长。
生物膜的形成是复杂的，并且涉及到多种因素的相互作用。
近年来，生物膜的形成和调控机制一直是微生物学和生物医学领域研究的热点之一。
1. 生物膜的形成机制生物膜的形成机制是一种复杂的生物学过程，涉及到多种因素的相互作用。
首先，有些生物体会分泌胶原蛋白和多糖物质，这些物质可以聚集在一起形成一种生物胶。
然后，生物细胞将胶原蛋白和多糖物质与细胞表面的蛋白质结合起来，形成一种膜状结构。
这些膜由细菌和其他成功的微生物种类生长，并且通常形成在表面上。
2. 生物膜的组成和结构生物膜主要由微生物体细胞和多糖物质构成。
其他的成分可能包括蛋白质、脂质以及其他化合物。
这些物质可以结合在一起形成纤维状网络，以及低密度的小球状结构。
生物膜的结构是非常动态的，并且会随着时间和环境条件的改变而发生变化。
3. 生物膜对环境的影响生物膜的形成和存在会对环境产生重要的影响。
例如，生物膜的存在会影响海洋生态系统的营养循环。
海洋生物膜中的微生物会降解海洋中的多种有机物质，如海藻和动物残骸等，从而产生新的有机物。
这些新的有机物质再被其他海洋生物利用，形成生态系统循环。
此外，生物膜还可以对人类和其他生命体造成危害。
例如，生物膜在人体内的形成可能会导致感染和疾病。
生物膜形成在人体中的多种情况中，比较常见的是病毒、细菌和真菌的感染。
4. 生物膜的调控机制生物膜的调控机制一直是研究的热点。
导致生物膜形成和生长的机制包括多种物理、化学和生物学因素的相互作用。
细胞内外环境、信号传导和新陈代谢等因素都可能影响生物膜的生长和分布。
目前，研究人员已经初步了解到一些影响生物膜形成的分子因素。
这些因素包括一些小分子化合物、代谢物和生物大分子。
通过研究这些分子，可以为后续研究提供重要的参考。
5. 生物膜的应用生物膜在多种领域有着广泛的应用。
生物膜法在水产养殖水体处理中的研究与应用进展
生物膜法在水产养殖水体处理中的研究与应用进展生物膜法在水产养殖水体处理中的研究与应用进展随着人口的增加和经济的发展，水产养殖业一直是人类主要的食品来源之一。
然而，水产养殖过程中产生的废水、排泄物和饲料残渣等有机废物，会导致水体富营养化和水质污染问题。
为了解决这些问题，生物膜法作为一种新的水体处理技术得到了广泛应用。
生物膜法利用生物膜中的微生物来降解有机物质、去除重金属和氮、磷等污染物质，将其转化为无害物质和植物可吸收的营养物。
相比传统的水体处理方法，生物膜法具有处理效率高、运行成本低、对环境的影响小等优点，因此备受关注。
在水产养殖水体处理中，生物膜法的应用主要包括固定床生物膜法、浮动生物膜法和与悬浮生物膜法。
固定床生物膜法通过在载体上附着微生物来建立生物膜，实现有机物质的降解和污染物的去除。
浮动生物膜法则利用浮游菌、藻类等微生物在浮动载体上形成生物膜来进行水体处理。
而悬浮生物膜法则通过悬浮载体将微生物聚集在一起，形成生物膜进行处理。
研究表明，生物膜法在水产养殖水体处理中具有良好的应用前景。
一方面，生物膜法能够降解有机物质，减少水体中的有机负荷，改善水质。
另一方面，生物膜法能够去除废水中的重金属离子，防止其对水生生物的毒害作用。
同时，生物膜法还能降低水体中氮、磷等营养物质的含量，减少藻类的生长，防止水体富营养化和赤潮的发生。
然而，在实际应用中，生物膜法还存在一些挑战和问题。
首先，生物膜的建立需要一定的时间，对于一些需要快速处理水体的情况可能不太适用。
其次，生物膜法对水体温度和pH值的适应性相对较低，需要对水质进行调控。
此外，生物膜法在长期运行过程中，微生物的活性和生物膜的稳定性也是需要重点关注的问题。
针对这些问题，研究人员正在不断努力改进生物膜法，提高其处理效率和稳定性。
一方面，研究人员正在开发新型的生物膜材料，以提高微生物的附着能力和生物膜的稳定性。
另一方面，优化生物膜法的操作条件，如温度、pH值等，以提高处理效果。
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第7卷第5期1998年10月 环境科学进展ADVANCES IN ENV IRONM EN TAL SCIENCE Vol.7,No.5Oct.,1999生物膜的研究进展Ξ王文军1、2 王文华1 黄亚冰1 张学林2 (1中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085) (2中国科学院长春地理研究所,长春130021)摘 要本文综述了近年来生物膜研究成果,包括生物膜的发育形成、形态结构、组成、物理-化学特征、抗性等;生物膜在污水处理方面的作用和微生物组织腐蚀性的负效应。
关键词:生物膜 特征 作用生物膜在天然水环境中和工程处理过程中起着重要的作用[1-3]。
在天然水环境中,绝大部分矿物颗粒表面覆盖着有机外壳[4],这些有机外壳由腐殖酸物质和生物膜组成,它们将强烈地改变矿物颗粒的吸附行为,这种表面吸附作用在河水污染物的迁移过程中起着决定性作用。
在工业应用中,生物膜的作用表现在废水处理,以及酸性矿物排泄物的生物修复等方面,例如在水和废水处理系统中,生物膜反应器比悬浮生长反应器具有更大的优势,能提高生物量在反应器中的滞留程度,促进对污染物降解效率。
生物膜的破坏性作用表现在清洁水系统中,以及微生物诱导的腐蚀等方面[5,6]。
随着对生物膜在自然环境(如水、土、生物环境)中和工业应用方面的重要性的不断认识,在过去的二十多年,人们对生物膜的兴趣极大地增加[7]。
美国、德国、日本、英国、法国等国家对生物膜进行了大量的研究[1-31],取得了一些初步的研究成果。
一、生物膜的形成及影响因素生物膜形成于自然环境和人工环境中。
在自然环境条件下,生物膜存在于几乎所有暴露于水中的固体表面上,代表了一类微生物群体,其中有各种寄居者如固着细菌、原生动物、真菌和藻类[4-9]。
这些微生物细胞及非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质(Matrix)中,聚合物基质由细菌胞外聚合物质和腐殖质等其它有机物质组成。
即生物膜代表了一种稳定的由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统,细胞镶嵌在胞外聚合物的基质中,并且附着到固体表面。
生物膜发育形成的条件和时间序列大致为[9]: (1)存在着清洁的可用于聚居的固体表面;(2)一种有机分子膜快速形成;(3)聚结的细胞Ξ1国家自然科学基金资助项目:297770272中国科学院武汉水生所淡水生态与生物技术国家重点实验室开放基金资助松散地附着;(4)聚居的细菌牢固地附着;(5)微生物群落形成,产生胞外聚合物;(6)群落向上和向外扩展,形成规则和不规则结构;(7)生物膜成熟,新的菌种进入生物膜并生长,有机和无机碎片被结合,并且溶液梯度形成,导致了生物膜空间的异相结构;(8)生物膜可能被噬细菌的原生动物捕食;(9)成熟的生物膜可以脱落,使这种循环交替地重复进行;(10)形成了一种顶级群落。
在人工设备上,生物膜的形成和存在引起人们高度重视。
对不锈钢输水管道表面和船体水下部分表面上形成的生物膜研究较多。
饮用水中含有少量的异养微生物组织。
它们聚居在不锈钢管道表面形成生物膜[5]。
304、316两种型号的不锈钢用作大型建筑物的输水管道材料。
经过12个月饮用水生物膜的发育,304型号不锈钢上的生物膜中活细胞数目平均为2.8×103cfucm -2,316型号不锈钢上为3.6×102cfucm -2。
经过4个月和8个月的生物膜发育,在粗糙的不锈钢上,活细胞和总细胞数目显著地高于光滑的不锈钢(p <0.05)。
但经过12个月之后,这两种光洁度的表面上活细胞数目没有明显的差别。
304型号不锈钢上生物膜中总碳氢化合物含量和生物量干重稍高于316型号不锈钢上生物膜中的相应含量,但不十分明显。
附着在不锈钢上的生物膜细菌为混合物,包括Pseu 2domona spp.,Methylobacteri um spp.,A ci netobacter spp.,Corynebacteri um/A rthrobacter spp.和M icrococuus spp.。
电耦合等离子体分光光度计分析表明,在304、316型号不锈钢管道上生物膜中有重金属离子富集。
暴露在管道水中4个月之后,316型号不锈钢上分离到的生物膜中钼为0.04mg/L ,12个月后,生物膜中钼达到0.05mg/L 。
扫描电子显微镜观察到棒形和球形的细菌和硅藻的微生物群落形态。
水文条件、基底(Substratum )类型、营养水平、光照是水环境中生物膜形成的最主要影响因素[6,7,9-11]。
水文条件中流速对生物膜的形成极其重要。
在人为控制的不同管道水流速下,研究了暴露于管道水中5个月的不锈钢管道表面上形成的生物膜[6]。
生物膜中优势微生物是棒形的,微生物群落的形态极其不同。
在较高的管道水流速条件下,生物膜中含有多种不同的微生物组织,丝状菌是主要微生物群体,而在低流速条件下丝状菌较少。
在两种管道水流速条件下,菌群的形态也不相同。
低流速时,大量的单细胞明显地附着,并且在生物膜中形成群落,而高流速时,细胞呈堆状附着,单细胞很少。
由于较强的粘附、较高的剪应压力以及胞外多糖聚合物的较高产量,高流速下形成的比在低流速下形成的生物膜可以更牢固地粘附在不锈钢管道表面上。
在天然水体中,对生物膜形成的研究也表明,控制生物膜发育的最主要参数是水的流速,高流速使生物膜易于形成单层结构,而低流速使生物膜形成复杂结构[7]。
基底的粗糙度是生物膜形成的最主要影响因素之一[7]。
在英国River Conder 经过16周的培养,使用碳化硅砂质取样管进行实验。
在2周时间内,基底粗糙性和高河水流速的结合极大地增加了取样管上的生物量。
在长达16周的时间后,这些参数似乎不影响天然生物膜的形成和维持。
微生物最初聚居到暴露在天然水体中的固体表面上,在很大程度上受到基底、固体表面与活性溶液以及细菌表面的物理化学相互作用的控制,而不是受生物过程的控制。
在海洋系统中,控制微生物群居的最初并且最重要的表面特征是细菌和基底之间的物理接触[11]。
经过暴露于美国O ’ahu 南海岸海水中3天之后,在11类44 王文军等:生物膜的研究进展 7卷 基底上,细菌的富集随基底湿度的二次函数形式变化。
在不同营养水平范围内,可以观察到不同界面上形成的生物膜,常见的营养水平和生物膜形成的位置见下表[9]。
营养水平系 统生物膜形成的位置极低高纯水:颗粒活性炭,反渗透膜,离子交换树脂,气化状置,微孔膜过滤器输水、储藏:输水管道,储水箱,寡营养溪、河流和湖泊中石属植物海洋系统:石属植物,海洋中装置上石属植物、淤积和腐蚀,颗粒物表面低富营养水体,游泳池过滤器,民用排水管,汽车洗瓶,植物叶表面中处理器:滴滤器,厌氧加热浸提器,摇摆盘式充氧器,流动床反应器植物表面:根际高食品:食品(肉等),食品加工处理器表面动物表面:口腔表面,腮,舌,腭,上皮,牙齿表面,肠,瘤胃,肺,心脏膜假体和导液管:起搏器,体内金属板,关节,心脏,体内导液管等,隐形眼镜在水库淡水系统中,自然光照和无光照环境条件下,按照时间序列研究了淡水环境中生物膜的形成[10]。
在各种物理、化学和生物学参数条件下,以24小时为时间间隔,总计120小时的研究时间。
研究结果表明光是影响生物膜形成的主要参数。
在光照条件下,生物膜厚度从52增加到128μm ,体积从1.03增加到2.57cc100cm -2。
无光照条件下,生物膜厚度为17-30μm ,体积为0.35-0.66cc100cm -2。
生物膜内颗粒物大小的分布也存在显著差异:无光照生物膜中,小颗粒物分布较多。
光照生物膜的生物量、叶绿素和其它组分较高,硅藻数目也较多。
在生物膜中,粘液物质构成了细菌群体的60%。
在两个对照实验组中,72小时后观察到原生动物吞噬生物膜细菌。
同周围的水相比较,发现营养物富集在生物膜中,并且无光照生物膜中营养物浓度高于那些生长在光照条件下生物膜中营养物浓度。
由此可见,光照条件对生物膜的形成、生长、发育影响很大,这一点在自然环境中生物膜作用的研究中必须予以注意。
二、生物膜的形态和结构关于生物膜的形态和结构有不同观点[9]。
不同实验室的近期工作表明,一些生物膜不再看作是连续的层状结构,而更多地看作是附着在一起由独立的堆体或群落的随机组合,这些堆体或群落周围存在很多通道,水和捕食的原生动物可以通过这些通道移动。
用控制论的图像处理技术,设计了一种砂石水库中透明的孔状介质的复制品[12]。
在孔状介质中生物膜形态不同于一般的生物膜形态,似乎更象一张蜘蛛网,网上每条带的大小和形状发生变化;生物网表面积大,生物膜深度小,在试验条件下减少了液体和生物膜之间的质量转移阻力;生物膜通过孔影响孔附近质量的传递,也影响层间流动。
观察生物膜形态的技术在不断发展,应用最新的原子力显微镜(AFM )和环境扫描电子显微镜(ESEM )观察在静止条件下发育在碳钢和AIS316型号不锈钢表面的生物54 5期 王文军等:生物膜的研究进展 膜[13]。
可以得到在毫微安分辨率下单个细菌细胞的表面形状。
原子力显微镜(AFM )图像分析软件的应用可以对细菌细胞的宽度和高度、胞外聚合物荚膜和细菌鞭毛的厚度和宽度进行计算,以及对不锈钢表面粗糙性的特征,包括个体蚀点的深度和直径进行测定。
在一种新型的降解氯代芳香化合物的膜生物膜反应器中,用扫描电子显微镜(SEM )和聚焦扫描激光显微镜(CSLM ),观察到非均相的生物膜结构,由镶嵌在胞外聚合物基质中的微生物小群落组成,这种情况下已经发生了污染物的降解[1]。
生物膜的结构对污染物的降解效率极其重要。
海洋是地球表面上最大的微生物聚居地。
海洋中形成的生物膜同其它环境中形成的生物膜相比较,表现了更好的相似性[9]。
最近的研究表明[14],在海洋环境中,非均相的生物聚合物的网络结构有利于氧在生物膜中的传输或营养物利用,在某些情况下起到优化生物膜结构的作用。
对于一些生物膜,三维的网络结构随着外界的毒性而改变形状。
水环境中生物膜的形态和结构已被广泛地研究。
草本和木本植物的叶子被大量的细菌、酵母和丝状真菌聚居,叶子表面的接近基底的微生物群体的扫描电子显微镜图像,已经使许多研究者认为生物膜也存在于叶围[15],可以应用表面荧光显微镜、扫描电子显微镜、聚焦激光扫描显微镜(CSLM )直接观察叶子表面上的生物膜。
在采集的叶子样品(菠菜,莴苣,白菜,芹菜,韭葱,罗勒,欧芹和阔叶苣荬菜)上观察生物膜,使用淡绿色组织或表皮碎片,表面荧光的图像最清晰。
观察到生物膜大约20μm 深,1mm 长,它们包含丰富的胞外聚合物基质、微生物组织各种各样的形态类型和碎片。
生物膜内微生物的空间分布极其复杂。
使用微生物切片技术,研究异养菌和硝化菌种间竞争而产生的混合群体生物膜中微生物空间分布的动力学变化[16]。