周禮杰,王 鑫,韓 倩,朱婷婷,成 功,夏四清*(.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院,國家環(huán)境保護(hù)飲用水水源地管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳市飲用水水源地安全保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳市水環(huán)境中新型污染物檢測(cè)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 5800；2.深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東 深圳 58060；.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa在污水處理中生長(zhǎng)特性影響

周禮杰1,2,3,王 鑫3,韓 倩1,朱婷婷1,成 功1,夏四清3*(1.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院,國家環(huán)境保護(hù)飲用水水源地管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳市飲用水水源地安全保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳市水環(huán)境中新型污染物檢測(cè)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518001；2.深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東 深圳 518060；3.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

通過24孔板序批實(shí)驗(yàn)對(duì)群體效應(yīng)(QS)信號(hào)分子C8-oxo-HSL對(duì)銅綠假單胞菌(P. aeruginosa)在污水處理過程中生長(zhǎng)特性影響作用進(jìn)行分析探討.研究發(fā)現(xiàn)C8-oxo-HSL有效刺激P. aeruginosa大量生長(zhǎng),其對(duì)應(yīng)的闕值濃度為10-10g/L C8-oxo-HSL.同時(shí)推知具有LuxI/R群體效應(yīng)系統(tǒng)的革蘭氏陰性菌可在較低的信號(hào)分子濃度作用下大量增殖.C8-oxo-HSL還可有效刺激P. aeruginosa分泌大量蛋白質(zhì)至緊密型胞外聚合物(TB-EPS)中,其對(duì)應(yīng)的闕值濃度為10-7g/L C8-oxo-HSL.但C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa的TB-EPS中多糖沒有明顯影響作用.C8-oxo-HSL通過促使P. aeruginosa的增殖和團(tuán)聚從而增強(qiáng)菌膠團(tuán)穩(wěn)定性.此外C8-oxo-HSL可促進(jìn)P. aeruginosa生物膜形成.但由于P. aeruginosa生物膜的形成同時(shí)和細(xì)菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關(guān).所以P. aeruginosa生物膜快速生長(zhǎng)的C8-oxo-HSL闕值濃度相對(duì)較高(約10-8g/L).

群體效應(yīng)；銅綠假單胞菌；C8-oxo-HSL；菌膠團(tuán)；生物膜

氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器、好氧/厭氧顆粒污泥等都是目前新興并且被廣泛關(guān)注的新型污水處理技術(shù),但是隨著該技術(shù)研究及推廣卻發(fā)現(xiàn)了生物膜形成緩慢、顆粒污泥難以團(tuán)聚等一系列問題[1-2].目前,科研人員主要通過對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行如溫度、pH值、營養(yǎng)鹽、接種污泥、運(yùn)行流程等調(diào)整從而改善這一情況[1-2].而隨著近年來對(duì)微生物間信息交換等研究發(fā)現(xiàn),微生物間的信息系統(tǒng)對(duì)微生物分泌胞外聚合物(EPS)、生物膜形成、細(xì)菌團(tuán)聚等行為都具有關(guān)鍵性作用,甚至扮演者行為發(fā)生的控制角色[3].因此,污水處理領(lǐng)域科研工作者希望將調(diào)控微生物信息系統(tǒng)作為促進(jìn)生物膜形成、強(qiáng)化顆粒污泥形成的新手段.

群體效應(yīng)(Quorum sensing,QS)是微生物最為重要的信息系統(tǒng),且重點(diǎn)控制著污水處理中微生物 EPS釋放、菌膠團(tuán)形成與生物膜生成等行為.近年來群體效應(yīng)在污水處理系統(tǒng)中的作用以及相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用不斷受到關(guān)注.群體效應(yīng)自1977年首次隨海洋發(fā)光菌Vibrio fischeri一同被報(bào)道后,一直被認(rèn)為是微生物細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間重要的信息交流平臺(tái)系統(tǒng).群體效應(yīng)是以微生物分泌的特殊可溶性信號(hào)分子(Autoinducer,AI)作為信號(hào)分子來監(jiān)測(cè)群體密度以及協(xié)調(diào)微生物功能表達(dá)的信息交流機(jī)制,并且該機(jī)制與微生物的群體密度密切相關(guān).群體效應(yīng)基本原理為微生物體內(nèi)不斷對(duì)環(huán)境中積累的AI信號(hào)分子進(jìn)行感知與檢測(cè),當(dāng)AI濃度達(dá)到闕值(Critical threshold level)時(shí),微生物群體系統(tǒng)根據(jù)AI信號(hào)類型以及其濃度做出相應(yīng)的基因表達(dá)來調(diào)控微生物行為.群體效應(yīng)有三類不同的調(diào)控系統(tǒng),分別為利用?；呓z氨酸內(nèi)酯類分子(Acylated homoserine lactones, AHLs)作為AI的LuxI/R系統(tǒng)、利用修飾過的寡肽類分子作為寡肽/雙組份蛋白信號(hào)系統(tǒng)以及其他類型AI分子的雜合型信號(hào)系統(tǒng)[4].

革蘭氏陰性菌是污水處理中最為常見的微生物,而革蘭氏陰性菌的群體效應(yīng)系統(tǒng)為 LuxI/R系統(tǒng)(圖1)[5].因此, LuxI/R系統(tǒng)是污水處理過程中最常見的微生物群體效應(yīng)系統(tǒng),也成為研究人員重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象.李俊英等[6]提出基于群體效應(yīng)原理通過外加 AHLs信號(hào)分子促進(jìn)生物膜生長(zhǎng)并提高其污水處理能力的建議.李蒙英等[3]也通過調(diào)控微生物群體效應(yīng)強(qiáng)化生物膜的形成、孫頡等[7]通過外加LuxI/R系統(tǒng)信號(hào)分子(C6-HSL和C8-oxo-HSL)可有效地促進(jìn)生物膜生長(zhǎng)并增強(qiáng)NO2-的去除效果.此外,國外也通過利用群體效應(yīng)反向調(diào)控抑制生物膜的形成.Yeon等[8]則基于群體效應(yīng)機(jī)理,通過投加 AHLs淬滅劑來抑制生物膜形成從而減緩膜污染.AHLs淬滅劑抑制膜污染技術(shù)研究目前主要集中于淬滅劑選擇[9]以及淬滅劑投加方式[10-11].

圖1 革蘭氏陰性菌的LuxI/R信號(hào)系統(tǒng)Fig.1 LuxI/R system of gram-negative bacteria

然而目前基于群體效應(yīng)LuxI/R系統(tǒng)調(diào)控污水處理技術(shù)研究主要集中在生物膜形成快慢的表現(xiàn)上[12-13],但是就 AHLs對(duì)形成生物膜前期的微生物生長(zhǎng)特性以及其菌膠團(tuán)的影響研究甚少,而這一影響卻從根本上直接制約生物膜形成快慢.此外,AHLs信號(hào)分子對(duì)微生物菌膠團(tuán)團(tuán)聚的研究同樣較少,制約著群體效應(yīng)強(qiáng)化顆粒污泥的調(diào)控技術(shù)發(fā)展.因此, 需就 AHLs信號(hào)分子對(duì)污水處理系統(tǒng)中微生物生長(zhǎng)特性影響進(jìn)行深入的分析研究.在污水處理過程中, P. aeruginosa是活性污泥中最為常見和具有降解特殊污染物能力的微生物[14-16],并且作為革蘭氏陰性菌的 P. aeruginosa是典型具有LuxI/R群體效應(yīng)系統(tǒng)的微生物[17-18].本論文選擇最為常見的 C8-oxo-HSL作為AHLs信號(hào)分子以及 P. aeruginosa作為活性污泥代表性微生物,對(duì) AHLs信號(hào)分子對(duì)微生物在污水處理中生長(zhǎng)特性影響進(jìn)行研究.

1 材料與方法

1.1 微生物菌種及培養(yǎng)基

本研究所使用的活性污泥常見細(xì)菌 P. aeruginosa[圖 2(a)]購買自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC,菌種編號(hào) 23618).該菌從降解有機(jī)磷廢水的活性污泥當(dāng)中分離而獲得.P. aeruginosa的LuxI/R系統(tǒng)中的信號(hào)分子主要有C4-HSL和 C12-oxo-HSL.在污水生物處理系統(tǒng)中,活性污泥中大部分微生物都可以 C8-oxo-HSL作為其LuxI/R系統(tǒng)信號(hào)分子.因此本論文選擇C8-oxo-HSL作為信號(hào)分子進(jìn)行研究.C8-oxo-HSL[Sigma,CAS No. 147795-39-9,結(jié)構(gòu)如圖2(b)]梯度溶于甲醇中并制成2×10-2和2×10-5g/L儲(chǔ)備液(4oC保存).本研究所使用的培養(yǎng)基為CICC推薦培養(yǎng)基 A(蛋白胨 5g/L、牛肉膏 3g/L、NaCl 5g/L、pH 7.0).

圖2 P. aeruginosa電鏡圖(10000×)與C8-oxo-HSL結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Photograph of P. aeruginosa (10000×) and the structure of C8-oxo-HSL

1.2 孔板實(shí)驗(yàn)

本研究采用24孔板(Corning,美國)進(jìn)行序批培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)[5].P. aeruginosa經(jīng)過12h培養(yǎng)后其生長(zhǎng)速度將會(huì)穩(wěn)定且開始形成生物膜.預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表示P. aeruginosa經(jīng)37℃、160r/min培養(yǎng)8h后進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期.為保證P. aeruginosa的初始狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)首先把P. aeruginosa置于50mL培養(yǎng)基A中培養(yǎng)8h,使P. aeruginosa進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期且微生物特性相對(duì)穩(wěn)定.實(shí)驗(yàn)分別向各孔加入2mL培養(yǎng)基A,然后再向每個(gè)孔投加10μl對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的 P. aeruginosa菌液并按照相應(yīng)實(shí)驗(yàn)濃度滴加C8-oxo-HSL儲(chǔ)備液.24孔板完成菌液滴加及AHLs濃度調(diào)控后置于氣浴搖床中37℃培養(yǎng) 12h.為了同步檢測(cè) P. aeruginosa在不同C8-oxo-HSL濃度作用下形成生物膜的變化,在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)向每個(gè)孔中放置1根1.5cm長(zhǎng)的PVC超濾膜(海南立升,中國),以觀察 12h培養(yǎng)后超濾膜上生物膜形成情況,實(shí)驗(yàn)操作方法參考文獻(xiàn)[5].為了避免混合液中離散 P. aeruginosa菌體對(duì)生物膜檢測(cè)造成影響,生物膜檢測(cè)前需用無菌水輕柔沖刷超濾膜表面生物膜直至無明顯菌落掉落為止[5].本實(shí)驗(yàn)過程皆為無菌操作.

實(shí)驗(yàn)中,微生物量與EPS中蛋白質(zhì)、多糖分別通過OD600、考馬斯亮藍(lán)法和苯酚/硫酸法進(jìn)行檢測(cè)[19].P. aeruginosa菌膠團(tuán)情況通過Zeta電位(Zeta sizer Nano Z,英國馬爾文)進(jìn)行分析.本研究中對(duì)樣品測(cè)試預(yù)處理參考文獻(xiàn)[5].由于本研究使用培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,培養(yǎng)基中含有大量蛋白質(zhì)與多糖以及難以測(cè)定其中可溶性有機(jī)物與松散型 EPS.因此本研究通過離心方法獲取 P. aeruginosa菌體,再對(duì)該菌體進(jìn)行EPS分離并獲得菌體緊密型EPS(TB-EPS).

以上所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行5次平行重復(fù)實(shí)驗(yàn).

2 結(jié)果與討論

2.1 C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa生長(zhǎng)過程中菌量影響

本研究采用OD600作為分析P. aeruginosa菌量的指標(biāo).從圖3可以看出,C8-oxo-HSL濃度為0和10-11g/L時(shí),P. aeruginosa的OD600僅為1.3左右.當(dāng)C8-oxo-HSL濃度為10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5和10-4g/L時(shí),P. aeruginosa的OD600則維持在1.7左右. 從P. aeruginosa的菌量變化可以知道C8-oxo-HSL可以有效促進(jìn)P. aeruginosa的生長(zhǎng)以及增加其菌量.然而 P. aeruginosa主要由C12-oxo-HSL和C4-HSL兩種信號(hào)分子控制其群體效應(yīng)系統(tǒng)并參與其增殖過程[20].這一結(jié)果說明其他群體效應(yīng)信號(hào)分子也能有效刺激 P. aeruginosa增長(zhǎng).這可能因?yàn)槿后w感應(yīng)系統(tǒng)信號(hào)分子化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,當(dāng)相似信號(hào)分子達(dá)到一定濃度也可通過群體效應(yīng)系統(tǒng)激活相應(yīng)行為[13-17].而且當(dāng) C8-oxo-HSL濃度達(dá)到 10-10g/L的時(shí)候,P. aeruginosa的菌量發(fā)生明顯的躍升,而 C8-oxo-HSL濃度大于 10-10g/L 卻不會(huì)再起引起 P. aeruginosa菌量躍升.這說明10-10g/L C8-oxo- HSL很可能是促進(jìn)P. aeruginosa大量生長(zhǎng)的闕值濃度.

圖3 不同C8-oxo-HSL濃度作用下P. aeruginosa經(jīng)12h培養(yǎng)后菌量變化Fig.3 Amount of the P. aeruginosa after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

此外,群體效應(yīng)不僅是對(duì)細(xì)菌自身的控制系統(tǒng),也是與其他細(xì)菌交流的信息交換系統(tǒng).從圖 3則可以看出,當(dāng)C8-oxo-HSL達(dá)到10-10g/L范圍的時(shí)候,P. aeruginosa則可以互相影響進(jìn)一步以群體形式大量增殖.然而不同細(xì)菌的相同行為也很可能具有不同的闕值濃度,所以目前的研究主要針對(duì)單一細(xì)菌進(jìn)行研究[21-22].但由于在實(shí)際的污水處理系統(tǒng)當(dāng)中,活性污泥中含有大量不同種類的細(xì)菌.本研究主要挑選了活性污泥當(dāng)中最為常見的 P. aeruginosa作為研究對(duì)象來觀察群體效應(yīng)分子對(duì)活性污泥微生物的影響.從 P. aeruginosa在10-10g/L C8-oxo-HSL作用下細(xì)菌量增加可知活性污泥中具有LuxI/R群體效應(yīng)系統(tǒng)的革蘭氏陰性菌可在較低的 AHLs濃度作用下快速增長(zhǎng).

2.2 C8-oxo-HSL 對(duì) P. aeruginosa生長(zhǎng)中TB-EPS影響

圖4 P. aeruginosa經(jīng)12h培養(yǎng)后菌液緊密型EPS變化Fig.4 Variations of the P. aeruginosa EPS after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

由圖4(a),可以看到C8-oxo-HSL濃度為0、10-11、10-10、10-9、10-8g/L時(shí),P. aeruginosa TB-EPS中蛋白質(zhì)濃度約為140-145mg/L.當(dāng)C8-oxo-HSL濃度達(dá)到 10-7、10-6、10-5和 10-4g/L 時(shí),P. aeruginosa TB-EPS 中蛋白質(zhì)濃度則高達(dá)160mg/L以上.因此,C8-oxo-HSL達(dá)到一定濃度時(shí)可有效促進(jìn) P. aeruginosa分泌大量蛋白質(zhì)至TB-EPS當(dāng)中.而且10-7g/L C8-oxo-HSL是促進(jìn)P. aeruginosa大量分泌蛋白質(zhì)的闕值濃度,該濃度與本課題組關(guān)于 P. aeruginosa生物膜的研究結(jié)果[5]相近.這主要因?yàn)樯锬な且揽考?xì)菌以及細(xì)菌分泌的胞外聚合物進(jìn)行菌與菌的粘合而形成,其中胞外聚合物扮演著粘合劑的作用.因此生物膜與細(xì)菌的EPS有著緊密的聯(lián)系,所以生物膜形成與細(xì)菌分泌 EPS在群體效應(yīng)的闕值濃度十分相似.

圖 4(b)顯示了不同 C8-oxo-HSL濃度對(duì) P. aeruginosa細(xì)菌 TB-EPS中多糖的影響.從圖中可以看到0、10-11、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5和 10-4g/L C8-oxo-HSL 分別作用于 P. aeruginosa,但其TB-EPS中多糖濃度基本維持在310～320mg/L左右.P. aeruginosa TB-EPS中多糖濃度沒有隨著 C8-oxo-HSL濃度增加而發(fā)生明顯變化,說明 C8-oxo-HSL對(duì)于 P. aeruginosa TB-EPS中多糖沒有顯著影響.這主要因?yàn)長(zhǎng)uxI/R群體效應(yīng)系統(tǒng)更多地在于控制細(xì)菌蛋白質(zhì)的表達(dá)與釋放.因此,從圖 4可以看出 C8-oxo-HSL對(duì)于P. aeruginosa TB-EPS中蛋白質(zhì)具有顯著的影響,但是對(duì)于其中的多糖沒有過多影響作用.

2.3 C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa菌膠團(tuán)穩(wěn)定性影響

菌膠團(tuán)是微生物間按照一定排列順序互相粘結(jié)在一起,并且被一個(gè)公共莢膜所包圍形成一定形狀的細(xì)菌膠團(tuán)[23].菌膠團(tuán)具有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物能力,并為其中微生物提供良好的生存環(huán)境,是活性污泥和生物膜的重要組成部分,并在水處理過程中起重要作用.因此菌膠團(tuán)是生物法處理污水技術(shù)中最主要的部分之一,是保持整個(gè)污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一[23-25].菌膠團(tuán)的Zeta電位可以用于表示菌膠團(tuán)膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性趨勢(shì).Zeta電位絕對(duì)值大則菌膠團(tuán)間相對(duì)穩(wěn)定,Zeta電位絕對(duì)值小則菌膠團(tuán)間則容易失穩(wěn)團(tuán)聚.因此,本研究采用Zeta電位作為菌膠團(tuán)穩(wěn)定性指標(biāo).

圖 5 顯示了不同 C8-oxo-HSL濃度對(duì) P. aeruginosa菌膠團(tuán)Zeta電位影響.隨著C8-oxo-HSL濃度不斷升高,P. aeruginosa菌膠團(tuán)膠體Zeta電位不斷升高,由-16mV增長(zhǎng)到-25mV,即C8-oxo-HSL濃度增加有利于使P. aeruginosa菌膠團(tuán)膠體系統(tǒng)趨向于穩(wěn)定狀態(tài)而不易團(tuán)聚.這主要因?yàn)殡S著C8-oxo-HSL濃度升高,P. aeruginosa細(xì)菌分泌大量的蛋白質(zhì)(圖4(a))而促進(jìn)了菌膠團(tuán)莢膜的形成和加強(qiáng)整個(gè)菌膠團(tuán)的穩(wěn)定性. C8-oxo-HSL濃度達(dá)10-10g/L,P. aeruginosa菌膠團(tuán)膠體 Zeta電位有明顯升高.這一結(jié)果說明10-10g/L C8-oxo-HSL 是 群 體 效 應(yīng) 使 P. aeruginosa菌膠團(tuán)膠體穩(wěn)定性提高的闕值濃度.而該闕值濃度與2.1中影響P. aeruginosa細(xì)菌量的闕值濃度相同,說明C8-oxo-HSL通過促進(jìn)P. aeruginosa菌量增加,使細(xì)菌不斷團(tuán)聚從而提高整個(gè)菌膠團(tuán)來增強(qiáng)菌膠團(tuán)的穩(wěn)定性.因此, C8-oxo-HSL可有效地通過群體效應(yīng)作用使污水處理系統(tǒng)中的菌膠團(tuán)穩(wěn)定性有明顯增強(qiáng).

圖5 P. aeruginosa 12h培養(yǎng)后菌膠團(tuán)穩(wěn)定性變化Fig.5 Zoogloea stability of the P. aeruginosa after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

2.4 C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa生物膜形成影響

本研究通過分析生物膜菌量來研究 C8-oxo-HSL對(duì)P. aeruginosa生物膜形成的影響(圖6).C8-oxo-HSL濃度為0、10-11、10-10、10-9g/L時(shí)候,P. aeruginosa生物膜菌量約為 1.4OD600. C8-oxo-HSL濃度達(dá)到10-8g/L以上,P. aeruginosa生物膜細(xì)菌量則快速增長(zhǎng),預(yù)示生物膜快速形成.這一結(jié)果也驗(yàn)證了2.1中的結(jié)論,C8-oxo-HSL可以有效促進(jìn) P. aeruginosa的生長(zhǎng)以及增加 P. aeruginosa的細(xì)菌量.從生物膜細(xì)菌量變化可以得出10-8g/L C8-oxo-HSL為P. aeruginosa生物膜快速增長(zhǎng)的闕值濃度.然而 Filckinger等[26]指出P. aeruginosa的最適信號(hào)分子C12-oxo-HSL引起其生物膜快速增長(zhǎng)的闕值濃度達(dá)10-2g/L.孫頡等[7]則指出 10-6g/L C8-oxo-HSL濃度方可引起養(yǎng)殖污水處理系統(tǒng)中生物膜明顯快速增長(zhǎng).這主要是由于細(xì)菌菌體間個(gè)體差異性造成,不同細(xì)菌對(duì)應(yīng)的相同行為闕值濃度具有較大差異[17-26].因此,對(duì)于利用AHLs信號(hào)分子刺激生物膜生長(zhǎng)需進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量闕值濃度.

C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長(zhǎng)的闕值濃度(10-8g/L)比引起混合液中 P. aeruginosa的細(xì)菌快速增長(zhǎng)的闕值濃度(10-10g/L)要高.這主要因?yàn)樯锬さ纳L(zhǎng)是細(xì)菌量增加、EPS析出以及細(xì)菌個(gè)體與EPS團(tuán)聚和吸附的復(fù)雜過程.之前研究[26]指出需更高濃度的群體效應(yīng)信號(hào)分子方可引起P. aeruginosa大量析出EPS并促使細(xì)菌體-EPS團(tuán)聚物吸附在物體表面形成生物膜.因此,由于P. aeruginosa生物膜的形成同時(shí)和細(xì)菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關(guān),所以C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長(zhǎng)的闕值濃度較高.

圖6 不同C8-oxo-HSL濃度作用下P. aeruginosa經(jīng)12h培養(yǎng)后生物膜變化Fig.6 Variations of the P. aeruginosa biofilm after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

3 結(jié)論

3.1 C8-oxo-HSL可有效刺激P. aeruginosa大量生長(zhǎng),其對(duì)應(yīng)闕值濃度為10-10g/L C8-oxo-HSL,并且推知具有LuxI/R群體效應(yīng)系統(tǒng)的革蘭氏陰性菌在較低的AHLs濃度作用下可大量增殖.

3.2 C8-oxo-HSL可有效刺激P. aeruginosa分泌大量蛋白質(zhì)到 TB-EPS中,其對(duì)應(yīng)闕值濃度為10-7g/L C8-oxo-HSL.但 C8-oxo-HSL 對(duì) P. aeruginosa TB-EPS中的多糖沒有明顯影響作用.

3.3 C8-oxo-HSL可通過促進(jìn)P. aeruginos菌量增加,使細(xì)菌不斷團(tuán)聚從而增強(qiáng)菌膠團(tuán)的穩(wěn)定性

3.4 C8-oxo-HSL可有效促進(jìn)P. aeruginosa形成生物膜.但由于P. aeruginosa生物膜的形成同時(shí)和細(xì)菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關(guān),所以C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長(zhǎng)的闕值濃度較高.

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Effect of C8-oxo-HSL on the growth of P. aeruginosa in wastewater treatment.

ZHOU Li-jie1,2,3, WANG Xin3, HAN Qian1, ZHU Ting-ting1, CHENG Gong1, XIA Si-qing3*(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Drinking Water Source Management and Technology, Shenzhen Key Laboratory of Drinking Water Source Safety Control, Shenzhen Key Laboratory of Emerging Contaminants Detection & Control in Water Environment, Shenzhen Academy of Environmental Sciences, Shenzhen 518001, China；2.College of Chemistry and Emvironmental Engineering, Shenzhen University, Shonzhen 518060, China；3.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1930～1936

N-(3-oxo octanoyl)-L-homoserine lactone (C8-oxo-HSL) is a commonly detected quorum sensing molecule in both natural and built environments. Although it is known that Pseudomonas aeruginosa CICC 23618 can secrete C8-oxo-HSL, behavioral changes of P. aeruginosa under the influence of C8-oxo-HSL remain unelucidated. Due to unique bioactivities often harbored by P. aeruginosa species important to many biological processes (e.g., activated sludge process), it is fundamentally important to understand effects of C8-oxo-HSL to P. aeruginosa. The study showed that C8-oxo-HSL at as low as 10-10g/L level could enhance the growth rate of P. aeruginosa. Thus, it is rational to predict that the growth of gram-negative bacteria bearing the LuxI/R quorum sensing system might also be enhanced by HSL molecules at low concentrations. The study also observed that 10-7g/L C8-oxo-HSL was sufficient to cause P. aeruginosa to secrete a relatively high amount of proteins into its tightly bound EPS, but the production of polysaccharide unaffected by C8-oxo-HSL. Biofilm formation is a complex biological process involving combined effects of cell growth and EPS production. Given the effects mentioned above, it is not surprised to see that 10-8g/L C8-oxo-HSL eventually enhanced the formation of P. aeruginosa biofilm and improved the stability of its cell aggregates. Overall, the study quantitatively demonstrated how C8-oxo-HSL as a representative of HSL quorum sensing family impacted the physiology of P. aeruginosa and revealed its potential implications in biological processes.

quorum sensing；P. aeruginosa；C8-oxo-HSL；zoogloea；biofilm

X171

A

1000-6923(2017)05-1930-07

周禮杰(1987-),男,廣東深圳人,工程師,博士,主要從事水污染控制及資源化研究.發(fā)表論文10余篇.

2016-10-28

國家自然科學(xué)基金(51378368);深圳市科技研發(fā)資金項(xiàng)目(CXZZ20150330151321966)

* 責(zé)任作者, 教授, siqingxia@#edu.cn