生物膜处理技术的研究进展

本文综述了生物膜技术的发展概况及其传质理论,并且对各种类型生物膜反应器的应用和发展作了简要论述,最后提出了生物膜技术的发展方向。     

寒武纪丝状蓝细菌生物膜主导和诱发的巨型鲕粒:以河南新安县石井剖面苗岭统徐庄组为例

多样化的产出环境和30×108年的分布历史表明,鲕粒成因一直是一个谜一样的沉积学难题,争论的关键问题是其究竟是有机(微生物)成因还是无机成因。来自于华北地台寒武系苗岭统徐庄组鲕粒滩相灰岩顶部的方解石巨鲕表现出同心状、放射-同心状和泥晶质的沉积组构,在鲕粒核心和鲕粒皮层中保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石所主导的光合作用生物膜的钙化作用残余物,这为研究鲕粒形成与光合作用生物膜之间复杂的成因联系提供了一个较为直接的微生物证据,因为葛万菌可相对较为肯定地类比于近代的钙化织线菌(Plectonema)丝状蓝细菌化石。所以说,在伴随着后生动物辐射的寒武纪蓝细菌繁盛的方解石海中,尽管形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用机理还没有得到完全彻底的了解,但是这些巨鲕确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了鲕粒形成的直接证据,进一步支持了"鲕粒沉积可以作为一种不同的微生物岩体系新类型"的重要科学理念。     

致病性副溶血弧菌生物膜形成特性研究

采用改良的微孔板法测定了12株弧菌的形成生物膜的效果,选择形成生物膜效果最好的副溶血弧菌ND-02,进一步研究了环境因子对其生物膜形成的影响。实验结果显示副溶血弧菌ND-02菌株在静置培养24~36 h后形成成熟的生物膜,在起始菌浓度为10⁷~10⁸CFU/mL形成生物膜的量最大;在30 ℃,NaCl浓度为3%~ 5%,pH偏弱碱性时的生物膜OD₅₉₀值最大;Ca²⁺ 促进副溶血弧菌生物膜的形成,而Mg²⁺ 抑制生物膜的形成;副溶血弧菌在分别经大黄鱼表皮黏液、肠黏液和肝脏提取液包被的的基质上形成生物膜的作用明显,鳃黏液和脾脏提取液中次之,肌肉提取液包被后生物膜形成量最低。以上结果表明,副溶血弧菌ND-02菌株能形成稳定而明显的生物膜,而且生物膜的形成受温度、NaCl浓度、pH值等环境因子的影响。     

界壳理论概要

界壳被定义为处在系统外围能卫护系统且与环境进行交换的中介体 ,它是系统的一部分 ,又和环境相毗邻。界壳现象广泛存在于自然界和人类社会中 ,如栅栏、国界、生物膜、大气层、防火墙、蛋的外壳、人的衣服等等。界壳理论或界壳论要研究的就是上述界壳现象 ,它研究界壳的普适性规律[1,2 ] ,而不研究一个一个的个别界壳 ;从一般意义上研究界壳的结构、功能和行为。可以说 ,不论在那里 ,不论从事何种工作或研究 ,都会遇到界壳论问题。例如在生物界 ,界壳现象最有代表性 ,例如龟、鳖长有坚厚的甲壳用以保护自己 ;细胞外围的细胞膜是分子水平上的…     

弹性填料处理河道污水实验研究

采用弹性填料曝气生物膜法对污染的河道水体进行处理的实验研究,结果表明,在2m/h的流速、水温为16℃~18℃、气水比为1∶1的条件下,采用弹性填料的生物膜处理系统运转正常,不易发生堵塞或系统短流,系统此时的水力停留时间为3.5h左右,污水中的COD和NH3-N去除率稳定,其均值分别为49.4%和19.1%。     

生物膜“细菌-藻类”协同系统改良淡水池塘养殖水质与沉积物的效果研究

采用池塘中设置生物膜净水栅对比实验的方法,在8口土池开展生物膜"细菌-藻类"协同系统改良池塘养殖水质与沉积物的效果、对苗种培育效果的影响及其相关机理等的研究。结果表明,在142d的养殖期间,处理组比对照组节水减排达65.1%,具有极显著差异(P0.01);处理组水质的p H、总氮和亚硝酸盐氮分别极显著低于对照组3.7%、31.3%和38.7%(P0.01),氨氮、总磷、活性磷和硫化物分别显著低于对照组25.6%、41.6%、37.8%和27.9%(P0.05);弧菌数和藻类密度极显著低于对照组63.1%和51.3%,硅藻相对密度极显著高于对照组93.7%;细菌总数显著高于对照组50.8%,蓝藻相对密度显著低于对照组16.6%;处理组的藻类生物均匀度指数显著高于对照组8.9%;生物膜上的细菌总数高达1.30×109 CFU/g,而弧菌数为零;处理组池塘沉积物的氧化还原电位显著高于对照组30.5%,硫化物浓度显著低于对照组47.0%;草鱼苗种起捕规格、成活率、产量和生长速度分别显著高于对照组24.6%、4.3%、29.8%和28.6%,饲料系数极显著低于对照组15.6%,处理组每公顷池塘培育草鱼大规格鱼种可增加净利润约1.92万元。     

水力停留时间对硫自养还原高氯酸盐和硝酸盐性能的影响

以填充单质硫颗粒(S0)的生物膜反应器作为研究对象,研究了水力停留时间(HRT)变化对硫自养还原高氯酸盐(ClO-4)和硝酸盐(NO-3)性能的影响。研究结果表明,在进水NO-3-N和ClO-4分别为20mg/L和100μg/L时,在HRT从16h逐渐缩短到0.5h过程中,NO-3-N去除率能在较短时间内达到99%以上。与硫自养还原NO-3-N相比,HRT的缩短导致ClO-4去除率趋于稳定所需时间增加,说明硫自养还原NO-3-N过程先于硫自养还原ClO-4的过程。在不同HRT下未发现中间产物ClO-3和ClO-2的积累,ClO-4摩尔数减少量与Cl-摩尔数增加量比约为1∶1,出水中SO2-4的实际产生量远大于理论产生量,出水pH值范围为6.8~7.1。通过PCR-DGGE图谱和测序结果分析可知,属于α-proteobacteria菌群在反应器中占优势地位,β-proteobacteria菌群次之。其中,具有NO-3和ClO-4还原能力的Denitromonas sp.和Azospirillumsp.存在于反应器的底部、中部和上部的生物膜,能还原ClO-4的Dechloromonas sp.MissR被发现存在于反应器中部和上部的生物膜。     

海洋污损细菌群落结构及其发酵液中化学成分的研究

从烟台附近海域通过挂板取样获得了污损微生物膜样品。利用高通量测序鉴定其中细菌有假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.),芽孢杆菌(Bacillus sp.),盐单胞菌(Halomonas sp.),嗜冷杆菌(Psychrobacter sp.),肠杆菌(Enterobacter sp.)。通过对微生物膜污损细菌进行发酵培养,结合天然产物分离纯化和核磁共振鉴定技术,共从发酵液中分离并鉴定了9种次级代谢产物,其中4种是二酮哌嗪(Diketopiperazine,DKP)类信号分子,环(脯氨酸-甘氨酸)(1),环(脯氨酸-丙氨酸)(2),环(4-羟基-脯氨酸-亮氨酸)(3),环(脯氨酸-酪氨酸)(4),以及尿嘧啶(5),胸腺嘧啶(6),对羟基苯乙醇(7),十五烷酸(8),邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(9)。研究结果表明,烟台海域污损微生物膜中细菌组成多样,以假交替单胞菌和芽孢杆菌为主;污损细菌产生了多种代谢物,其中包括4种DKP类信号分子,该类物质可能对生物污损的发生具有调控作用,为探究生物污损和生物膜的作用机制奠定了基础。     

污染环境下的海洋生物膜

生物膜可以被定义为主要由着生藻类、菌类以及一些附着在水体基底的岩屑组成；凡是有微生物存在的地方就会有生物膜产生；生物膜是由微生物群体（其中有各种寄居者如固着细菌、原生动物、真菌和藻类）、非生物物质和有机聚合物基质（包括细菌胞外聚合物质、腐殖质等）组成。     

杀死致病菌的“斗士”

抗生素是人类的一项极为重要的发现，它是人类战胜致病菌的重要武器。但是，随着抗生素的使用，问题也随之而来。许多细菌在其进化过程中，找到了抵制抗生素的方法，比如分泌酶来降解抗生素，或是利用其他工具将抗生素“驱逐”到细胞外。致病菌对抗生素的抗性成为许多疾病（如肺炎）治疗的障碍。绿脓杆菌可引起耳部感染，这种致病菌可制造一种由糖和蛋白组成的生物膜，然后用生物膜把自己包裹起来，其抵抗抗生素的能力将增加1000倍。