中国东部地带性土壤中大肠杆菌O157：H7存活和吸附机制的研究

摘要

肠出血性大肠杆菌O157∶H7因其低感染剂量（只有10个细胞）和高致病性而被认为是近年来发现危害最严重的病原菌之一。近30年来，世界各地已报道了上百次大肠杆菌O157∶H7感染性腹泻的暴发流行，而且大肠杆菌O157∶H7导致的严重症状中有5-10％的致死率。研究表明农业土壤中的大肠杆菌O157∶H7可以迁移到其它环境载体的表面和内部，因此了解大肠杆菌O157∶H7在土壤中的存活及其影响因素以及病原菌在土壤颗粒表面的其它环境行为将有助于减少病原菌引起的环境生物污染。本论文中采集了我国东部112个纬度地带性土壤，开展了大肠杆菌O157∶H7在土壤中的存活试验，探讨了其存活影响因素，同时综合应用荧光图谱、Zeta电位、傅里叶红外光谱等新兴技术与手段，研究了该病原菌在粘土矿物和土壤中的吸附行为。主要研究结果如下: (1)土壤中大肠杆菌O157∶H7的存活数量随时间均呈现出逐步下降的趋势，大肠杆菌O157∶H7在不同地带性土壤中的存活表现出了一定的地带性，平均存活时间顺序为:黄褐土＞黑土＞褐土＞暗棕壤＞黄棕壤＞砖红壤＞棕壤＞红壤＞黄壤＞赤红壤。分析得出不同地带性土壤中大肠杆菌O157∶H7存活时间的差异主要是由土壤pH、总氮、有机碳、可溶性碳、胡敏酸以及游离态氧化铝所导致的，其中pH、总氮、有机碳、可溶性碳和胡敏酸通过一系列的物理化学反应有助于大肠杆菌O157∶H7在土壤中的存活，而土壤中游离态铁铝氧化物会抑制该病原菌在土壤中的存活。 (2)吸附试验结果表明，针铁矿对大肠杆菌O157∶H7的吸附能力远远大于高岭石和蒙脱石，三种矿物对大肠杆菌O157∶H7的吸附都随pH升高而逐渐减少，而且针铁矿对大肠杆菌O157∶H7的吸附受pH的影响最大。Zeta电位，DLVO理论和傅里叶红外图谱分析发现，矿物和大肠杆菌O157∶H7之间的吸附作用在酸性条件下主要受静电力的影响，而在碱性条件下，氢键和分子间的络合作用也参与了针铁矿与大肠杆菌O157∶H7之间的吸附作用。 (3)大肠杆菌O157∶H7在地带性土壤颗粒上吸附的分配系数Ks值范围为5.39 mL g-1-15.49 mL g-1。土壤pH和有机质组分是抑制土壤中大肠杆菌O157∶H7吸附行为的主导因子，但土壤中游离态氧化铝有助于土壤对该病原菌的吸附。添加猪粪后，所有地带性土壤对大肠杆菌O157∶H7的吸附均减少，其吸附分配系数Ks值范围为2.60 mL g-1-5.61 mL g-1。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 土壤外源病原微生物污染

1．1．1 土壤外源病原微生物污染现状

1．1．2 大肠杆菌O157∶H7的健康风险

1．1．3 土壤中大肠杆菌O157∶H7的传播途径

1．2 大肠杆菌O157∶H7在土壤中的环境行为

1．2．1 大肠杆菌O157∶H7在土壤中的存活动态

1．2．2 大肠杆菌O157∶H7和植物的交互作用

1．2．3 大肠杆菌O157∶H7从土壤向水体的迁移

1．3 土壤和环境性质对大肠杆菌O157∶H7存活的影响

1．3．1 土壤理化性质对大肠杆菌O157∶117存活的影响

1．3．2 土壤生物性质对大肠杆菌O157∶H7存活的影响

1．3．3 环境因子对大肠杆菌O157∶H7存活的影响

1．4 土壤／矿物界面与大肠杆菌O157∶H7间的相互作用

1．4．1 土壤矿物对大肠杆菌O157∶H7的吸附

1．4．2 土壤矿物与大肠杆菌O157∶H7间的吸附作用力

1．4．3 土壤矿物与大肠杆菌O157∶H7吸附的研究技术

1．5 研究目标和技术路线

2 中国东部地带性土壤中大肠杆菌O157∶H7的存活

2．1 材料与方法

2．1．1 土壤

2．1．2 实验仪器与试剂

2．1．3 实验菌种

2．1．4 实验方法

2．1．5 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 大肠杆菌O157∶H7在土壤中的存活动态

2．2．2 不同地带性土壤中大肠杆菌O157∶H7的存活模型

2．3 讨论

2．4 结论

3 大肠杆菌O157∶H7存活时间与土壤性质的关系

3．1 材料与方法

3．1．1 土壤理化性质的测定

3．1．2 统计方法

3．2 结果分析

3．2．1 供试土壤的理化性质

3．2．2 大肠杆菌O157∶H7存活与土壤理化性质的关系

3．3 讨论

3．4 结论

4 粘土矿物对大肠杆菌O157∶H7吸附的测定方法研究

4．1 材料与方法

4．1．1 粘土矿物与性质的测定

4．1．2 实验仪器与试剂

4．1．3 菌液制备与性质的测定

4．1．4 大肠杆菌O157∶H7细胞蛋白质含量的测定

4．1．5 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的适宜矿物用量

4．1．6 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的适宜作用时间

4．1．7 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的最佳温度

4．2 结果与分析

4．2．1 粘土矿物与大肠杆菌O157∶H7的表面性质

4．2．2 大肠杆菌O157∶H7数量与细菌细胞蛋白质含量问的相关性

4．2．3 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的适宜矿物用量

4．2．4 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的适宜作用时间

4．2．5 矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的最佳温度

4．3 讨论

4．4 结论

5 不同pH条件下粘土矿物对大肠杆菌O157∶H7的吸附机制

5．1 材料与方法

5．1．1 供试矿物

5．1．2 实验仪器与试剂

5．1．3 菌液制备

5．1．4 pH对矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的影响

5．1．5 激光共聚焦显微镜分析不同pH条件下粘土矿物与大肠杆菌O157∶H7的复合体

5．1．6 不同pH条件下吸附对大肠杆菌O157∶H7活性的影响

5．1．7 不同pH条件下大肠杆菌O157∶H7和粘土矿物zeta电位的变化

5．1．8 粘土矿物及其与大肠杆菌O157∶H7复合体的傅里叶红外图谱

5．1．9 粘土矿物与大肠杆菌O157∶H7相互作用能量计算

5．2 结果与分析

5．2．1 pH对粘土矿物吸附大肠杆菌O157∶H7的影响

5．2．2 激光共聚焦显微镜分析粘土矿物与大肠杆菌O157∶H7的复合体

5．2．3 粘土矿物吸附对大肠杆菌O157∶H7活性的影响

5．2．4 不同pH条件下大肠杆菌O157∶H7和粘土矿物zeta电位的变化

5．2．5 粘土矿物及其与大肠杆菌O157∶H7复合体的傅里叶红外图谱

5．2．6 粘土矿物与大肠杆菌O157∶H7相互作用能量

5．3 讨论

5．4 结论

6 地带性土壤对大肠杆菌O157∶H7的吸附规律及粪肥添加响应

6．1 材料与方法

6．1．1 供试土壤

6．1．2 供试菌株

6．1．3 粪肥提取液

6．1．4 大肠杆菌O157∶H7在土壤上的等温吸附

6．1．5 添加猪粪后大肠杆菌O157∶H7在土壤上的等温吸附

6．1．6 统计学分析

6．2 结果与分析

6．2．1 供试土壤样品的性质

6．2．2 土壤对大肠杆菌O157∶H7的吸附等温线

6．2．3 添加猪粪后土壤对大肠杆菌O157∶H7的吸附等温线

6．2．4 土壤性质与大肠杆菌O157∶H7吸附分配系数间的关系

6．3 讨论

6．4 结论

7 研究结论、创新点、不足及展望

7．1 研究结论

7．1．1 中国东部地带性土壤中大肠杆菌O157∶H7存活动态

7．1．2 大肠杆菌O157∶H7存活时间与土壤性质的关系

7．1．3 粘土矿物对大肠杆菌O157∶H7吸附的测定方法研究

7．1．4 不同pH条件下粘土矿物对大肠杆菌O157∶H7的吸附机制

7．1．5 地带性土壤对大肠杆菌O157∶H7的吸附规律及粪肥添加响应

7．2 创新点

7．3 不足之处及研究展望

参考文献

攻读博士期间发表的论文及所获荣誉