趋磁细菌研究方法及模式菌AMB-1生理特性研究

摘要

趋磁细菌是一类能在细胞内积累生物膜包被的，纳米尺寸、单磁畴级别晶体颗粒(磁小体)的细菌。磁小体在细胞内呈链状或丛状排列，作为细菌的“生物磁针(biocompass)”，感受地球磁场或外加磁场，使菌体沿磁场方向定向游弋或排列，这种特性也叫“趋磁性”。由于趋磁细菌独特的磁场运动特性、牛物学特性以及磁小体作为生物活性物质的固定载体、磁记忆材料等方面广阔的应用前景，趋磁细菌和磁小体的研究引起了微生物学、生物磁学、地质学和材料学领域学者的兴趣。30年来，研究者在诸如趋磁细菌的生态分布、菌种分离筛选、系统进化和分类以及菌体生理生化特征，磁小体的物化特性、合成机制和牛物矿化过程等方面，对趋磁细菌展开了深入系统的研究，同时，磁小体在磁性纳米材料、牛物医药工程等领域的应用也得到了广泛的研究。 磁螺菌AMB-1(Magnetospirillum sp．AMB-l)是Mataunaga等从日本东京一天然淡水泉沉积物(pH6.5-7.0)中分离得到的一株螺旋形趋磁细菌。与其它纯培养的趋磁细菌相比，AMB-1氧耐受度高，微好氧和厌氧条件下合成Fe<，3>O<,4>型磁小体，该菌可以在琼脂固体平板上生长，形成不含磁小体的白色菌落或含磁小体的棕黑色菌落。因此，AMB-1是研究趋磁细菌非常合适的模式菌株，该菌的全基因组测序也完成。但目前人们对磁小体生物矿化的精细过程仍不清楚，磁小体发酵生产的产量仍然很低，制约了磁小体的研究应用。 由于缺乏必要的趋磁细菌测量系统和趋磁细菌的研究方法，以及菌株分离培养难度极大，国内的趋磁细菌研究进展比较缓慢。本论文以磁螺菌AMB-1(Magnetospirillum sp．strain AMB-1，ATCC 700264)为模式菌株，对趋磁细菌的物理表征及其生理特征等方面开展了细致的研究，有许多新发现，对趋磁细菌的物理与生理特征有了新的认识。本项研究取得如下研究结果： ①建立了趋磁细菌的磁场运动性观察和趋磁细菌磁分离方法 利用条形磁铁形成的简单磁场，建立了利用标准液滴法进行趋磁细菌磁场方向定向运动性观测方法，发现含有磁小体的AMB-1细胞沿磁场方向分层相向快速运动。简化了AMB-l双吸收法测定细胞磁敏性系数(C'mag的方法，确定了细胞平均磁小体数量和C'mag具有一定的相关性。根据磁场T作距离，改进和设计了毛细管磁分离器、水平式磁分离器和倒置式磁分离器，使川条形磁铁形成的梯度磁场(磁分离时问：15-20min)或者使用Helmholtz电磁线圈形成的均匀磁场(磁感应强度：2-20Gs，磁分离时问：10-15min)成功实现了混合菌悬液中含磁小体AMB-1菌株的分离纯化。利用建立的趋磁细菌磁分离方法，对取自山东省境内的部分样品进行了分离筛选，得到了几株含电子致密颗粒的细菌。 ②建立了产磁能力强AMB-l菌株的快速筛选方法 AMB-l连续培养过程中，易发生磁小体合成能力减弱或丧失的突变。通过试验，改进了毛细管磁分离器，利用该分离器将液体深层培养中产磁能力强，运动性好的AMB-l菌株快速分离筛选出来。 ③研究了AMB-l液体培养特性和磁小体合成进程 研究结果了不同的培养基体系对菌体的生长和磁小体合成影响，确定了适合AMB-l菌体生长和磁小体合成的培养基成分，添加琥珀酸和硝酸钠以及多肽、巯基乙醇酸钠等少量有机物，有利于AMB-l菌体生长和磁小体合成。研究发现：某一浓度的氧气能促进AMB-1生长，但抑制细胞的运动性和磁小体合成能力；采用前期振荡培养获得菌体最大生长量，后期静止培养生产磁小体的两步发酵法，并不适用于发酵AMB-1生产磁小体；初始菌种(培养到指数生长期前期)是否含磁小体对菌体的生长进程影响不大，但对磁小体合成略有影响，缺铁静止培养所得的菌种进行静止含铁培养时，细胞具有更强的磁敏性；加大接种量不能改变菌体的最大生长量，但能缩短延迟期；铁是合成磁小体的必需元素，在一定浓度范围内，铁能制约细胞合成磁小体的总量，但加大初始奎尼酸铁的浓度，并不能增加磁小体的合成。研究发现，磁小体的合成发生在菌体的指数牛长期和稳定期，从头合成磁小体的细胞能同时合成多个磁小体雏形，磁小体的合成过程表现为磁小体数目的增加和颗粒的成熟。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第1章趋磁细菌的研究进展

第2章趋磁细菌研究方法的建立和分离初探

第3章磁螺菌AMB-1强产磁能力菌株的筛选

第4章磁螺菌AMB-1液体培养特性和磁小体合成进程研究

全文总结

参考文献

致 谢