奇异变形杆菌周期性群集运动研究

摘要

细菌的周期性群集运动(swarmingmotility，SM)是指运动细菌以群体方式在培养基表面由接种点向周围进行的依赖鞭毛的迁移运动，由于受到周围环境的影响，它的一些生理指标会发生周期性的变化。其主要特征为：①与液体培养基中的泳动细胞比较，群集细胞会在形态、代谢、某些蛋白表达等方面发生显著的分化；②泳动是个体行为，而SM是群体行为，单个细菌菌体是无法在相应的培养基表面作扩散运动的。 对SM现象越来越广泛的研究过程中，不断有新的种属发现具有SM能力，以致认为这一现象是具有运动能力的细菌的普遍现象。肠杆科细菌是引起尿道感染的主要病原菌，对变形杆菌的研究表明，其SM和分化的能力与致病性有关。 本次实验选用奇异变形杆菌作为研究对象，建立了在平板表面SM和分化模型，并检测其SM过程中各项生理、生化、形态学等指标，为深入认识SM规律奠定基础。实验主要内容和结果包括以下几个方面：1.以奇异变形杆菌临床分离株Ⅵ型，建立其在平板表面SM的分化模型。研究发现，奇异变形杆菌SM能力较强，平板的琼脂浓度范围在0.5％-3.0％之间都可出现迁徙生长现象。其扩散的速度和所形成的波动图形与培养基的琼脂浓度和平板表面水分含量有关。 2.群集细胞表现出明显的分化现象，包括菌体形态的变化、鞭毛密度变化、电子显微镜和原子力显微镜显示菌体出现的周期性变长的潜生体(Crypticgrowthcell,CGC)变短的繁殖体(Vegetativecell，VC)和鞭毛密度变多变少同步的周期性的变化。 3.在加有TTC指示剂的培养基中表现为红色和不显红色环交替出现的同心环状菌落，提示在SM过程中有氧呼吸被抑制。 4.奇异变形杆菌细菌数量在培养基表面随呼吸节律成现周期性的同步的变化，当呼吸酶活性减弱时CGC形成，菌量相对较少，而呼吸酶活性增强时CGC断裂为VC，细菌数量显著增加。 5.酸性代谢产物的扩散速度与奇异变形杆菌的迁移速度密切相关。当VC生长活跃时产生大量的酸性代谢产物，并向外扩散，这时的环境不适于细菌生长，呼吸代谢活动相对降低，VC开始分化形成CGC朝废物浓度低的环境运动，到达适当环境呼吸活动开始活跃，代谢活动也增强，CGC断裂为VC菌量开始大量的扩增，然后进入下一周期。 6.美兰还原反应动态观察表明，还原反应始终发生在波动的外环上，而一旦形成最外环，则环内原有的美兰还原反应也消失。该还原反应由呼吸酶介导，而该酶的产生代表着细菌活跃的呼吸活动，这一实验结果也说明生命活动趋向开放的生长系统。 7.几何波动培养和半固体显微培养结果显示，细菌活动具有群体自组织的特性，表现为趋向性、自限性、节省性、开放性等生理特性。 8.奇异变形杆菌对PG细胞的粘附实验证明了，CGC对细胞的粘附能力要显著强于VC，同时也说明CGC引起疾病的方式与VC不同的特征。 9.通过激光共聚焦扫描用荧光显色强弱的方法验证了CGC的胞内pH要明显高于VC，是呼吸代谢差异导致的结果。 10.内毒素检测实验表明，单位质量CGC的LPS含量要低于VC，从一个侧面说明CGC和VC细胞壁在某些蛋白的表达量上是有区别的。 通过本课题的研究，可使生物自组织生长方式用一个相关的模型来阐述。使我们对奇异变形杆菌SM的特点有了初步了解。在研究中发现的一些新现象使SM机制的认识更加深入，这些新的现象是本研究的另一个重要的收获，对它们的深入研究有重要的理论和实践意义，为深入认识SM规律奠定基础。

目录

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英文缩写词一览表

前 言

第一部分奇异变形杆菌群集运动现象的基本特征

材料与方法

结 果

1.奇异变形杆菌波动培养TTC指示剂显色观察

2.奇异变形杆菌CGC和VC形态观察

3.奇异变形杆CGC和VC生长鉴定

4.半固体显微培养观察

5.奇异变形杆菌SW过程中细菌生长与酸性代谢产物扩散关系

6.PM周期性SM与菌量变化关系

7.奇异变形杆菌美兰还原的显色观察

8.奇异变形杆菌的几何接种波动培养

讨 论

第二部分奇异变形杆菌周期性群集运动的微观特征的比较观察

材料与方法

结 果

讨 论

全文结论

致 谢

参考文献

文献综述细菌群集运动的研究概况

研究生期间发表的文章