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膜生物污染是限制膜生物反应器(MBR)推广与应用的一个重要因素,而微生物胞外聚合物(EPS)是构成膜生物污染的主要成分。已有的研究表明,酰基化高丝氨酸内酯(AHL)介导的群体感应(QS)系统对微生物EPS的产生具有重要的调控作用。因此,研究AHL群体感应系统(AHL-QS)对EPS膜污染行为的影响,对于揭示膜污染形成机制,制定合理有效的控制措施具有重要的意义。本研究从MBR膜污染层分离得到5株具有AHL-QS系统的优势株,并以其中的Aeromonas veronii为研究模型,通过构建不同类型的AHL突变菌株,研究AHL-QS对其EPS生成特征和膜污染行为的调控作用,探讨其内在机制。主要研究结果如下:(1)从MBR膜污染层中分离得到5株具有AHL-QS系统的优势株,根据16s rDNA测序结果及系统发育分析鉴定为:Chromobacteriumviolaceum、Aeromonas veronii、Aeromonas caviae、Aeromonas hydrophila、Aeromonas aquariorum。利用Chromobacterium violaceum 026平板划线检测、薄层层析(TLC)及高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS/MS)分析其QS信号分子特征。结果发现其中1株菌产生C6-HSL,4株菌产生C4-HSL。(2)分别扩增A.veronii基因组上LuxI和LuxR基因的上、下游同源重组手臂,与氯霉素抗性基因通过融合PCR技术连接获得基因敲除用的打靶片段,并将其克隆入自杀载体pCVD442,构建打靶载体。通过接合的方法敲除A.veronii菌N8中的LuxI和LuxR基因,构建了缺失株N8/ΔLuxI和N8/Δ LuxR。(3)LuxI和LuxR基因缺失株产生的EPS的性质与原始株间存在明显差异。缺失LuxI基因使A.veronii菌产生EPS的蛋白质和多糖组成上不同于原始株,而LuxR的缺失使A.veronii菌产生的EPS的变少。X射线电子能谱(XPS)分析表明,蛋白质和多糖均为EPS的主要成分,但在三株菌产生EPS的官能团组成具有一定的差别。三维荧光光谱(EEM)分析说明,EPS最主要的蛋白质成分是色氨酸类蛋白质,松散附着型EPS(LB-EPS)中有少量腐殖酸而紧密附着型EPS(TB-EPS)则没有。LB-EPS缺失株中色氨酸类蛋白质的结构比原始株要复杂,而腐殖酸的结构简单。而TB-EPS缺失株中色氨酸类蛋白质和芳香性蛋白质的结构比原始株要简单。凝胶过滤色谱(GFC)分析,原始株N8的两种EPS平均分子量都是最小的,但分子量的分布范围却较广。Zeta电位分析得,EPS中有可电离的基团使其带负电荷,LB-EPS 比 TB-EPS更倾向于凝结或凝聚;相对于LuxR,LuxI基因对于A.veronii菌产生两种EPS在溶液中稳定性的影响要大一些,但这种影响并不显著。(4)LuxI和LuxR基因缺失株产生的EPS的过滤行为与原始株不同。过滤实验结果表明,随着EPS浓度的增大,其污染潜力也越大。原子力显微镜(AFM)分析表明,EPS的黏附使PVDF膜表面变得光滑,Rq和Ra值变小。黏附在膜的LB-EPS较少,所以膜表面还比较粗糙,特别是N8/Δ LuxI产生的LB-EPS。TB-EPS过滤后,膜表面比较光滑,其中缺失株N8/△LuxR的Rq和Ra值最小。红外(IR)结果表明,过滤后吸附的膜表面的污染物中主要的官能团是氨基、羟基和羧基等,多糖和蛋白确实是主要成分。对于LB-EPS中多糖特征峰和三个蛋白质特征峰在样品中的强度原始株N8强于缺失株;对于TB-EPS,N8/ΔLuxI的蛋白质特征峰和多糖的特征峰都是三株菌中最强的。激光共聚焦显微镜(CLSM)图像可看出,过滤后的膜表面吸附了大量的蛋白质和多糖,它们在膜上呈现不同的分布。对于LB-EPS污染层,原始株N8污染层最薄且紧密,N8/△LuxI污染层较厚且结构比较松散,N8/ΔLuxR各物质含量最多且分布较紧密。对于TB-EPS,原始株N8污染层最厚,α-多糖最强,而蛋白质最弱。N8/Δ LuxI污染层略薄于原始株N8,β-多糖最强,α-多糖最弱。N8/ΔLuxR污染层最薄,蛋白质最强。