天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能

Vol.37高等学校化学学报No.22016年2月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 373~380 doi:10.7503/cjcu20150627

天然海水中聚吡咯膜的防微生物

附着及防腐蚀性能

马晓丹,张志明,于良民

(中国海洋大学,海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,化学与化工学院,青岛266100)

摘要 采用恒电流法在316L 不锈钢电极表面合成聚吡咯(PPy),通过开路电位二生物显微镜(BM)二Tafel 极化曲线及电化学交流阻抗(EIS)研究了聚吡咯防止微生物附着及防腐蚀特性.研究表明,沉积聚吡咯的316L 不锈钢电极浸泡在天然海水中(0~20d),开路电位基本保持不变,表明电化学合成的聚吡咯膜有良好的防止微生物附着能力,并通过生物显微镜进行了验证,且在浸泡的过程中其腐蚀电流密度维持在10-7mA /cm 2,表现出良好的防腐蚀特性;浸泡50d 后,其防腐蚀效率仍高达97.45%.因此,电化学合成的聚吡咯具有优异的防止微生物附着和防腐蚀特性.

关键词 聚吡咯膜;微生物附着;防腐性能;天然海水

中图分类号 O631 文献标志码 A 收稿日期:2015-08-07.网络出版日期:2015-12-26.

基金项目:国家自然科学基金(批准号:41476059)和海洋公益性行业科研专项经费(批准号:201005028-2)资助.

联系人:张志明,女,博士,教授,博士生导师,主要从事导电聚合物微/纳米结构研究.E-mail:zzmcyj@https://www.sodocs.net/doc/5316653237.html,

在海洋环境中,海洋设施不可避免地会遭受微生物的附着,而金属材料还因受微生物附着而带来腐蚀.微生物都有群居的习性,它们会倾向于集中在金属表面,生长二繁殖,然后形成微生物膜,该膜环境能为更多的微生物附着提供适宜的pH 和溶解氧[1~6],随着时间的延长,微生物的腐蚀会变得越来越严重,因此解决微生物腐蚀是一个不可忽视的课题,而抑制微生物附着是解决微生物腐蚀的行之

有效途径[7~10].传统的防止微生物附着的方法主要是机械擦除及超声振荡等物理方法,或者采用杀菌剂,在金属表面刷防污涂料及阴极极化等方法[11].但是这些方法都存在着固有的弊端,如物理方法使用范围比较局限,操作不方便;化学方法杀菌剂的使用会对环境造成比较严重的污染.因此,寻求一种新型无毒高效的防微生物附着的方法显得尤为重要.

导电聚合物的研究[12]为人们开辟了新的思路.聚吡咯具有单体无毒,容易制备,所制备的膜电导率高[13~16],机械性能好且在空气中稳定性好和电化学氧化还原稳定性[17]等优点,逐渐成为最具商业价值的导电聚合物之一,并已经在电子传导二电化学电容二气体探测等方面得到广泛研究,尤其是聚

吡咯良好的防腐特性备受关注.然而,对于聚吡咯防微生物附着方面的研究还鲜有报道.

本文采用电化学方法在316L 不锈钢电极表面合成聚吡咯薄膜,通过检测其电化学性质的变化研究其在天然海水中的防微生物附着特性和防腐蚀特性.结果表明,电化学合成聚吡咯膜有良好的防止微生物附着和防腐特性.1 实验部分

1.1 试剂与仪器

吡咯单体(在氮气保护下常压二次蒸馏)和98%(质量分数)浓硫酸(国药集团试剂有限公司)等所有试剂均为分析纯.

电子天平SCA210(梅特勒托利多称重体系有限公司);超声波清洗器KQ100B(昆山市超声仪器有限公司);电化学工作站PGSTAT302N(瑞士万通公司);生物显微镜Leica Microsystems Ltd CH-9435

Heerbrugg(瑞华同辉光电科技有限公司);激光共聚焦显微镜3D MEASURING LASER MICROSCOPE OLS4000(奥林巴斯有限公司);KEITHLEY 电导率仪(2400Source Meter,2182A NANOVOLTMETER);三电极体系;参比电极为甘汞电极217-01(雷磁-上海仪店科学仪器有限公司);对电极为铂电极

(2cm?2cm).1.2 工作电极的制备

工作电极为316L 不锈钢电极(电极的底面是直径为1.5cm 的圆,厚3mm),电极的背面电焊引出铜导线,利用环氧树脂将样品包封,露出的工作电极是面积为1.767cm 2的圆.使用前将电极依次利用200#,400#,600#,800#,1000#金相砂纸打磨,然后依次用丙酮和乙醇除油,蒸馏水洗净后放置在干燥

器内备用.1.3 聚吡咯膜的制备

利用恒电流法合成聚吡咯膜,将80mL(0.56mol /L)吡咯溶液加入到16mL(1.0mol /L)硫酸溶液中,混合均匀.以316L 不锈钢电极为工作电极,铂电极为对电极,利用KEITHLEY 恒电流源控制电流密度为2.5mA /cm 2,反应进行10min.用去离子水冲洗合成的聚吡咯膜,晾干待用.利用四电极法测聚吡咯膜的电导率,σ=235S /cm,膜的厚度为40μm.1.4 电化学测试

电化学测试采用瑞士万通公司的AUTOLAB PGSTAT302N 电化学工作站在室温下进行.体系由三电极组成,工作电极为316L 不锈钢或沉积聚吡咯316L 不锈钢,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE).当工作电极的开路电位稳定后便可进行交流阻抗的测试,交流阻抗的频率范围为10mHz ~100kHz,扰动电位为10mV.极化曲线测试的扫描范围为?500mV[vs.OCP(开路电位)],扫描速度为0.5mV /s.

经过浸泡的电极在进行电化学检测之前,用灭菌海水冲洗3次;荧光扫描的不锈钢片用灭菌海水进行冲洗,晾干后,采用吖啶橙和碘化丙啶对其进行荧光染色.

将316L 不锈钢电极(空白电极)和沉积聚吡咯膜的316L 不锈钢电极(样品电极)分别浸泡在天然/灭菌海水中,每隔一段时间记录电极开路电位变化.通过生物显微镜观察电极表面微生物的附着情况,实验条件均为室温.

根据工作电极在电解质溶液中的极化电流密度i corr 和空白电极的极化电流密度i corr (C),计算防腐

蚀效率[18]:η(%)=[i corr (C)-i corr ]?100/i corr (C)2 结果与讨论

2.1 聚吡咯的表征

Fig.1 FTIR spectrum of polypyrrole Fig.2 X-Ray diffraction pattern of polypyrrole

图1为所合成聚吡咯的红外吸收光谱.可以看出,其主链的分子结构与用其它方法得到的聚吡咯

的主链结构相似[19].在1534和1455cm -1处的吸收峰分别由吡咯环的对称和不对称伸缩振动引起的[20],1298和1028cm -1处的吸收峰分别由C H 键的变形振动和C N 的伸缩振动引起[21],对应于C H 键的面内伸缩振动;567cm -1为N H 面外弯曲振动峰[22],659cm -1为C H 面外弯曲振动峰.473高等学校化学学报 Vol.37

3684cm -1对应于硫酸的O H 键的伸缩振动峰[23],证明了已掺杂硫酸.

图2为所合成聚吡咯X 射线衍射谱图.可以看出,以硫酸为掺杂剂的聚吡咯膜在2θ=26.8?处出

现1个较强的宽峰,表明所合成的聚吡咯为无定形,该衍射峰与聚吡咯分子链间的有序结构有关[24].2.2 聚吡咯膜的防微生物附着性能2.2.1 开路电位 图3为将空白电极和样品电极浸泡在天然海水和灭菌海水中开路电位随时间变化情况.从图3(A)可以看到,在浸泡1~5d,空白电极的开路电位由-0.18V 逐渐增大至0.15V,正移约350mV;继续浸泡,空白电极的开路电位则稳定在0.15V 左右,保持不变.而浸泡在灭菌海水中的空白电极,开路电位比较稳定,一直维持在-0.10V 左右.空白电极在天然海水中的开路电位的升高主要是因为天然海水中微生物在电极表面的附着引起的.这种现象与文献[11]报道的惰性金属在天然海水中开路电压的变化趋势一致.与空白316L 不锈钢电极相比,样品电极浸泡在天然海水和灭菌海水中0~20d,电极的开路电位均维持在0.03V 左右,随时间的波动很小,这说明在天然/灭菌海水中,样品电极表面基本没有微生物附着.表明聚吡咯膜具有较好的防止微生物附着性能

.

Fig.3 Open circuit potentials of 316L stainless steel (SS )electrode (A )and 316L SS electrode

coated with polypyrrole (B )immersed in natural (a )and sterile seawater (b )

为了证明微生物的附着导致开路电压的升高,对浸泡在天然海水中的空白电极进行超声波实验.从图4(A)可以看出,空白电极在天然海水中浸泡20d 以后,对其进行超声波处理,其开路电位发生了明显的负移,由0.15V 降至-0.18V,负移至浸泡最初的开路电压值.继续浸泡5d,电极的开路电位又逐渐恢复到了0.15V 左右.证明了微生物的附着改变了电极的电化学性质,即微生物的附着导致空白电极的开路电位的上升.而对在天然海水中浸泡20d 的样品电极进行超声波实验,其开路电位基本上没有发生变化,与之前的开路电位数值基本相同[图4(B)].这主要是因为浸泡在天然海水中的样品电极,其表面基本上没有微生物附着,所以对样品电极进行超声波处理后,其开路电位没有发生明显的变化

.

Fig.4 Open circuit potential of 316L SS electrode (A )and 316L SS electrode coated with polypyrrole (B )

immersed in natural seawater after being treated under ultrasound

2.2.2 生物显微镜 利用生物显微镜对浸泡在天然海水中3和50d 的空白电极和样品电极进行了观573 No.2 马晓丹等:天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能

察.图5显示,空白电极在海水中浸泡3d后,其表面已有大量微生物覆盖[图5(A)],继续浸泡至50d时,空白电极表面的微生物附着更加密实[图5(C)];与此相比,样品电极在海水中浸泡3d,其表面基本没有微生物的附着[图5(B)],将其继续浸泡至50d,其表面只有极少量的微生物附着[图5 (D)].由此可见,聚吡咯具有较好的阻止微生物附着的能力.

Fig.5 Biological microscope images of bare electrode(A,C)and sample electrode(B,D)after

being immersed in natural seawater for3d(A,B)and50d(C,D)

2.3 聚吡咯膜的防腐蚀性能

通过极化曲线和电化学阻抗谱对沉积聚吡咯膜的316L不锈钢电极的防腐蚀性能进行了测试. 2.3.1 极化曲线图6为空白电极和样品电极在天然海水中浸泡不同时间的极化曲线.根据软件Nova1.8拟合的腐蚀电位和腐蚀电流等参数列于表1.

Fig.6 Polarization curves of316L SS(A)/316L SS electrode coated with polypyrrole(B)

electrode immersed in natural seawater for different time

Table1 Fitting data of the316L SS electrode/316L SS electrode coated with polypyrrole

immersed in natural seawater

Time

E corr/V i corr/(mA四cm-2)η(%)

316L SS

electrode

Sample

electrode

316L SS

electrode

Sample

electrode

316L SS

electrode

Sample

electrode

2h-0.4447-0.3026 6.365?10-6 1.352?10-797.88

5d-0.3113-0.3038 1.006?10-6 1.143?10-784.1998.20

15d-0.3033-0.3065 3.422?10-7 1.351?10-794.6297.88

25d-0.0411-0.3838 2.131?10-8 1.294?10-799.6797.97

35d-0.5872-0.3762 3.651?10-6 1.681?10-742.6497.36

50d-0.7713-0.3679 6.429?10-5 1.620?10-7Corroded97.45从图6(A)可以看出,在天然海水中浸泡25d,空白电极的阴极极化曲线基本类似,阳极极化曲线发生了明显的变化,电流密度明显减小,与文献[25]的结果一致.这主要是因为微生物在不锈钢电极表面的附着,改变了电极的阳极反应,结果钝化电流减小,相应的电极开路电位正移,所以微生物对电极电化学性质的影响主要是对阳极反应的抑制.此外,聚吡咯本身具有一定的氧化还原能力,能够673高等学校化学学报Vol.37

加速电极表面钝化层的形成并且修复遭到破坏的钝化层[26,27],从而有效降低电流密度.

由表1可见,空白316L 不锈钢电极浸泡在天然海水中,其腐蚀电位由2h 的-0.4447V 正移到了25d 的-0.0411V,正移了0.4036V;而相应的电流密度由6.365?10-6mA /cm 2降低至2.131?10-8mA /cm 2,说明浸泡的前期海洋微生物的附着及聚苯胺本身的氧化还原能力均有利于耐腐蚀性的提高.然而,电极继续浸泡至50d,空白电极的腐蚀电流密度由10-6mA /cm 2增至10-5mA /cm 2,空白电极被严

重腐蚀.与空白电极相比,随着浸泡时间的延长(5~50d),沉积聚吡咯膜的样品电极在天然海水中的腐蚀电位由-0.3026V 小幅增加到-0.3679V,增加幅度较空白电极小很多,说明聚吡咯较好地阻止了电极表面微生物的附着.相对应的腐蚀电流密度一直稳定在10-7mA /cm 2,始终保持较高的防腐蚀效率,浸泡50d 后,其防腐蚀效率仍大于96%.2.3.2 电化学阻抗 将空白电极浸泡天然海水中50d,测阻抗图谱,结果如图7所示.拟合阻抗的等效电路图如图8所示.溶液电阻R s 二界面双层电容Q p 二直流极化电阻R p 和Warburg 阻抗(W )拟合数据

列于表 2.Fig.7 EIS of 3l6L SS electrode immersed in natural seawater for 50d for Nyquist polts (A ),

Bode magnitude polts (B )and Bode phase angle plots (C

)

Fig.8 Equivalent circuit of 316L SS electrode immersed in natural seawater

2h 15d (A )and 25 50d (B )

Table 2 EIS fitting data of 316L SS electrode immersed in natural seawater

Time R s /(Ω四cm 2)R p /(kΩ四cm 2)Q p /μF 104W /Ω2h 6.25 3.61865d 6.0228.516315d

7.6135.724125d

14.9012.0129 3.72

35d 4.939.8912.0 2.3250d 7.31 6.5021.5 5.45 由表2可见,空白316L 不锈钢电极浸泡在天然海水中,当浸泡2h 时,其R p 值为3.06kΩ四cm 2,继续浸泡至5d 时,电极的R p 值增加了一个数量级,达28.5kΩ四cm 2,再继续浸泡电极的阻抗进一步增加至35.7kΩ四cm 2,说明在浸泡的前期,其防腐蚀性能随着时间的延长而增加[28].这主要是因为电极在浸泡的过程中,微生物在电极表面的附着导致电极的阻抗值增大,大约在15d 形成较稳定的微生773 No.2 马晓丹等:天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能

物膜.这期间,电极的阻抗谱为单容抗弧,Bode 只含有1个时间常数,说明该阶段电极表面的微生物膜比较致密,海水没有达到微生物膜/基底不锈钢界面.继续浸泡超过15d,电极的阻抗谱由单容抗弧转变为低频出现带有扩散阻抗特征的阻抗谱.虽然扩散尾与实轴的夹角偏离45?,但是由Bode 图可以明显看出扩散阻抗的特征,夹角偏离45?的原因是测试体系受弥散效应影响的缘故.浸泡至50d 时,电极的R p 值骤减至6.50kΩ四cm 2,此时电极表面被严重腐蚀.综上所述,空白电极在天然海水中浸泡初期,微生物膜的附着起到抑制不锈钢腐蚀的作用,然而随着时间延长,微生物的附着最终要导致

腐蚀.

图9为样品电极浸泡在天然海水中的电化学阻抗谱.其相应的等效电路如图10所示.拟合的参数见表3.由图9(A)可以看出,在阻抗图谱的平面上,在低频区出现了一条福角为45?的直线,也就是说在平面电极上出现了半无限扩散阻抗(即Warburg 阻抗

).Fig.9 EIS of 316L SS electrode coated with polypyrrole immersed in natural

seawater for different time

(A)Nyquist polts;(B)Bode magnitude polts;(C)Bode phase angle

plots.

Fig.10 Equivalent circuit of 316L SS electrode coated with polypyrrole immersed in

natural seawater 由表3可知,将附有聚吡咯不锈钢电极在天然

海水中浸泡2h,R p 值是0.82kΩ四cm 2,该值比不锈钢空白电极要小很多,主要原因是虽然不锈钢电

极的导电性比聚吡咯的导电性强很多,但是不锈钢

电极在海水中浸泡时非常容易发生钝化,在其表面

会形成一层致密的钝化膜,增加了空白电极的R p

值.而聚吡咯作为导电聚合物,本身具有一定的导电性(σ=235S /cm),所以样品电极的R p 值很小.随着样品电极在天然海水中浸泡时间的增加,其R p 值仅仅发生了稍许增加,这是由于海水为弱碱性,聚吡咯在天然海水随着浸泡时间的延长会发生脱掺

杂,其导电性下降,且在长期的浸泡过程中,聚吡咯膜表面有少许的微生物附着,也会导致阻抗的增加.

Table 3 EIS fitting data of 316L SS electrode coated with polypyrrole immersed in natural seawater

Time R s /(Ω四cm 2)R p /(kΩ四cm 2)Q p /μF 106W /Ω2h

6.040.8238.818.25d 9.48 1.1039.0 6.1515d 9.78 1.802

7.3 1.7425d 9.96 2.4027.1 1.3335d 9.97 3.1027.0 1.0850d 11.20 5.2023.4387 聚吡咯优良的防腐蚀性能主要源于聚吡咯的氧化还原特性.聚吡咯的还原电位为-0.1~0.3V(相对于标准氢电极pH =7),而氧化还原电对Fe /Fe 2+的还原电位为-0.63V.当聚吡咯与不锈钢接触时,在水和氧气的共同参与下两者发生氧化还原反应,在界面处形成一层致密的金属氧化膜[29],从而降低873高等学校化学学报 Vol.37

电流密度,有效保护金属.

关于聚吡咯优良的防微生物附着性能可能与聚吡咯本征型导电聚合物的结构特征有关.与其它本征型导电聚合物一样,聚吡咯分子具有长的共轭体系,表现出富电子特性,而微生物在海水体系表面带负电荷,富电子的聚吡咯对带负电荷的微生物产生排斥阻止微生物在聚吡咯表面的附着,深入的防微生物附着机理有待在今后的研究工作中进行.

3 结 论

通过电化学聚合的方法制备聚吡咯膜,通过生物显微镜二开路电压二极化曲线及电化学阻抗谱对聚吡咯膜防微生物附着和防腐特性进行了研究.结果表明,沉积聚吡咯膜的316L 不锈钢电极浸泡在天然海水中,随浸泡时间的延长,电极的开路电压基本维持不变,当浸泡时间延长至50d,其表面没有明显微生物附着,说明聚吡咯膜具有较好的阻止微生物附着的能力;通过极化曲线和电化学阻抗谱也证实聚吡咯膜具有较好的防腐蚀特性,在天然海水中浸泡50d 后,其腐蚀电流密度仍维持在10-7mA /cm 2,其防腐蚀效率仍高达97.45%.

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Antimicrobial Adhesion and Anticorrosion Properties of

Polypyrrole Film in Natural Seawater?

MA Xiaodan,ZHANG Zhiming,YU Liangmin*

(Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology,Ministry of Education,

College of Chemistry and Chemical Engineering,Ocean University of China,Qingdao266100,China) Abstract Polypyrrole was deposited on the surface of the316L stainless steel electrode through galvanostatic method,and the antifouling property of the polypyrrole film in natural seawater was analyzed via open circuit potential,biological microscope,Tafel polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy.It was found that the open circuit potential of the stainless steel electrode coated with polypyrrole was stable after20d of the immersion in the natural seawater,which indicates that the polypyrrole had a good ability to prevent the microorganism from attaching.This can be confirmed by the biological microscope.And the corrosion current density maintained at10-7mA/cm2and showed good anticorrosion performance.The anticorrosion efficiency can still reach up97.45%even the electrode is immersed in natural seawater for50d.Therefore,it could be concluded that the polypyrrole synthesized by electrochemical method exhibited good properties in the prevention of microbial attachment and good anticorrosion performance.

Keywords Polypyrrole film;Microbial attachment;Anticorrosion;Natural seawater

(Ed.:D,Z)

?Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.41476059)and the Public Science and Technology Research Funds Projects of Ocean of China(No.201005028-2).

天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能

作者：马晓丹， 张志明， 于良民， MA Xiaodan， ZHANG Zhiming， YU Liangmin

作者单位：中国海洋大学，海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，化学与化工学院，青岛266100

刊名：

高等学校化学学报

英文刊名：

年，卷(期)：2016(2)

引用本文格式：马晓丹.张志明.于良民.MA Xiaodan.ZHANG Zhiming.YU Liangmin天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能[期刊论文]-高等学校化学学报 2016(2)

高通量测序：环境微生物群落多样性分析

(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群

落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微

海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能

海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能 来自美格基因 Marine biofilms constitute a bank of hidden microbial diversity and functional potential 海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能 作者: Weipeng Zhang,Wei Ding, Yong-Xin Li等 期刊: Nature Communications 影响因子：11.878 发表时间：2019-1 一、研究背景 微生物在生物地理学循环过程、微生物之间的相互作用以及为脊椎动物提供重要的化学元素扮演着重要角色，维护并保持着海洋生态系统的健康和修复。随着高通量测序技术的蓬勃发展，海洋微生物的群落研究得到了空前的发展，比如著名的Tara Oceans 项目极大地促进了我们从全球角度去探索海洋微生物多样性。 但目前大部分的研究对象主要聚焦于海洋浮游微生物，全球大范围的海洋微生物微膜群落结构的研究还比较少。为了验证“海洋生物膜蕴藏着之前在海水中未有检测到的微生物，且它们有拥有着持续且迥然不同的重要功能”猜想，作者通过人造海洋生物膜结合高通量测序的方法对全球8个样点共101个生物膜样和24个海水样本进行测序，旨在全球范围里探索微生物膜“被隐藏”的微生物和功能潜能。 二、实验设计 本文作者在覆盖全球8个位置采样点里利用人工面板和聚苯乙烯培养皿在海水下1-2m制备生物膜，30d后采集金属表面形成的生物膜，共采集了101个生物膜样本以及临近样点海水样本24个，海水样本0.22μm和0.1

μm滤膜器过滤后用DNA储存液储存跟生物膜样本一并于-80℃保存，生物膜样本同时用激光共聚焦显微镜进行结构观察。 样本用试剂盒提取DNA后，建350bp小片段文库，用HiSeq 2500和HiSeq X Ten 进行宏基因组测序，生物膜和海水样本平均测序深度为115±39和130±33 milion reads。随后进行数据质量控制，用MEGAHIT进行reads拼接，同时下载了OM-RG C以及Tara Oceans项目中的宏基因组数据。 从宏基因组抽出16S 数据后预测出miTags，97%相似度聚类成OTU，随后对OT U进行了物种注释，为了得到测序深度对物种及鉴定的影响，把香港2017点11月采集的2个生物膜和海水样本进行深度测序（110Gb每样本），然后随机抽取特定数量reads 进行分析。对所有样本进行了α和β多样性分析。 宏基因组数据随后进行了ORF预测，比对OM-RGC数据库，得到非冗余unigene集BCGC，用COG，KEGG，eggNOG，Pfam，SEED 数据库进行功能注释。为了比较生物膜和free-living培养的微生物群落的区别，以某一香港海水样本来源的微生物进行室内培养实验，进行了群落结构分析。 最后，用Meta_RNA提取了16S rRNA gene序列，采用进化树的分析方法进一步挖掘新物种，同时抽取了长度大于10Kb的contigs用混合binning的方法做了基因组binning，检测了bins 的完整度和污染度，用antiSMASH鉴定了生物合成基因簇基因，用MinCED挖掘了基因组的CRISPR信息。 三、实验结果 1、海洋生物膜的微生物群落和结构 16S群落结构分析发现，生物膜样本特有OTU有13,604，而新的海水样本有50个，Tara海水样本则是331个（Figure 1a），聚焦到丰富物种上（样本中每个OTU至少有9条序列），生物膜样本则有6411个OTU是特有的（Figure 1b）；同时门水平的物种归属生物膜和海水样本有很大的区别

生物膜

生物膜的微生物相： 细菌：细菌是微生物膜的主体，其种类受基质类型、附着生长状况、pH、温度等的影响；异养菌是生物膜中的主要细菌，可分为好氧异养菌、厌氧呼吸型异养菌、厌氧异养菌、兼性厌氧菌四类。常见的细菌种类有：球衣菌、动胶菌、硫杆菌属、无色杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属等。 真菌：真核生物，大多数具有丝状形态。当污水中有机物的成分变化、负荷增加、温度下降、pH降低和DO下降时，容易滋生丝状菌。 藻类：受阳光照射的生物膜中藻类为主要成分。藻类主要限于生物膜反应器中上表层部分、数量少，对污水处理净化作用不大。 原生动物：原生动物在成熟的生物膜中不断捕食生物膜表面的细菌，从而保持生物膜的活性起作用。 后生动物：轮虫类、线虫类、昆虫类等。 观察生物膜中的微生物相可检查、判断生物膜反应器的运转情况及污水处理效果。不同生物膜反应器生物的分布不同，需进行研究，好氧方面研究较深入一些，厌氧生物膜微生物的分布研究还应深入。 影响微生物附着的因素总结： 裁体表面性质：载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙； 微生物的性质：微生物种类、表面化学特性、形状与大小、微生物的浓度、培养时间和条件； 环境的性质：pH值、离子强度、水力学特征、竞争物种的存在，温度协调物种的存在、接触时间。 影响微生物在载体表面附着的因素很多，影响机制十分复杂，仍需进一步深入研究。 生物膜反应器的稳定运行方面的研究已取得不少进展。但厌氧生物膜反应器的启动还处于研究之中并且是经验性的。对于废水中微生物所需要的有关营养物、环境条件方面的知识的了解有助于选择适宜微生物生长最佳条件。厌氧微生物其生长速率低，对环境要求严格，难于附着到固体表面等原因使厌氧生物膜反应器的启动比好氧困难。通过选择合适的载体，采用适宜的接种方式的启动策略，可以加速厌氧生物膜反应器的启动。 生物膜法的不足： 需要填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法； 出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低； 活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差； 载体材料的比表面积小时，BOD容积负荷有限； 若采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。 普通生物滤池(又叫滴滤池-trickling filter)是最早期出现的第一代生物滤池，适用于处理每日污水量不大于1000 m3的小城镇污水和有机性工业废水。该处理设备具有处理效果好，运行稳定易于管理和节省能源的特点，但负荷低水力负荷仅1—4m3／(m2?d)，占地面积大,滤料容易堵塞，且卫生条件差，应用受到限制等问题。载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙； 工作原理：污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，在重力作用下，以滴状喷洒下落，

生物膜

生物膜 介绍：本文介绍了什么是生物膜以及它们在阻碍伤口愈合过程中所起到的重要作用。此外，还探讨了可能的干预方法，旨在清除或减少生物膜，并预防其在伤口再次形成。 什么是生物膜： 生物膜是一种微生物群落复合体，由细菌和真菌组成。微生物能合成并分泌一种保护性基质，通过它将生物膜牢固的附着在活体或非活体表面。 生物膜是一种动态的异种群落复合体，处于不断变化的状态，它们可能由单一种群细菌或真菌组成，大多数情况下，由多种群组成，比如包含多种多样的菌群。基本上，可将生物膜描述成细菌隐藏在一层厚厚的黏滑的保护层中，保护层由糖类和蛋白质组成。生物膜保护层可保护微生物免受来自外界的危害。 生物膜与伤口有什么联系？ 一直以来都认为生物膜可在医疗器械表面形成，例如导尿管、气管插管、鼓膜通气管、骨科与胸部植入物、角膜接触镜、子宫内避孕器（IUDs）以及缝合线。它们是导致潜在的细菌感染和慢性炎症的主要原因，如牙周炎、囊性纤维化、慢性痤疮以及骨髓炎。 生物膜还常见于伤口，并在某种程度上会延迟伤口愈合进程。通过电子显微镜对慢性伤口与急性伤口的活组织检查发现，60%的慢性伤口含有生物膜结构，而急性伤口只有6%含有生物膜结构。据报道，生物膜是导致多种慢性炎症性疾病的主要因素，那么极有可能几乎所有的慢性伤口上至少有部分创面含有生物膜菌群。 生物膜是如何形成的？ 阶段一：可逆的表面粘附 微生物通常被认为处于孤立的自由漂浮状态（如浮游型）。然而，在自然条件下，大部分微生物倾向于粘附在物体表面上，并最终形成生物膜。最初的粘附是可逆的。 阶段二：永久性表面粘附 随着细菌的繁殖，它们粘附的更加牢固（定植），发生变异，改变基因表达模式以提高生存能力。这通常是一种被称为细菌群感效应（Quorum sensing）的细菌通讯的结果。 阶段三：黏滑保护性基质/生物膜 一旦牢固地附着在表面上，细菌开始分泌一种包围基质，即细胞外聚合物（EPS）。 这是一种保护性基质或称为“黏质物”。这样，小菌落形成最初的生物膜。 EPS的准确成分因所含的不同微生物而异，但通常由多糖、蛋白质、糖脂和细菌DNA 所组成。一般认为存活的或死去的细菌释放的细菌DNA是构成生物膜细胞外聚合物（EPS）基质的重要组成部分。细菌分泌出各种蛋白质和酶帮助生物膜牢固的粘附在伤口创面上。

浅谈微生物膜传感器快速测定BOD

浅谈微生物膜传感器快速测定BOD 摘要：BOD是反映水体中有机物含量的重要指标之一，其表示水中污染物经微生物分解时所需要消耗的分子氧的数量（mg/L），BOD的数值越高，表明水中可降解的有机物越多。BOD能较正确地反映水中有机物生物氧化分解时消耗的氧量，从而反映出水体污染的程度。 关键词：BOD；水质；微生物膜；传感器 生化需氧量的国家标准检测方法是稀释接种法，是将水样在20℃±1℃条件下水封培养5天，分别测定培养前后的溶解氧，两者之差即为BOD5。该方法操作复杂、耗时长，不能及时反映水质状况，特别是遇到突发性水污染事故，不能及时有效的为水环境管理提供科学依据。 通过国内外科研工作者的不懈努力，相继研究出不同种类的微生物膜传感器BOD快速测定仪。我国则研制出以微生物电极为核心的BOD快速测定仪，该方法已经通过多家实验室验证，与传统的稀释接种法相比，具有如下优点：（1）测量准确，操作简便；（2）能在短时间内测得BOD值，检测一个样品的周期只有20分钟左右；（3）经济可行；（4）适用范围广，适用于各类地表水、工业废水、生活污水。 1 微生物膜传感器快速测定仪工作原理

将紧固了微生物膜的传感器置于恒温罐内，磷酸盐缓冲溶液通过蠕动泵的作用缓缓流经螺旋恒温棒，加热后在三通管处与气泵鼓进的气体混合后最终流入流通池内。因为磷酸盐缓冲液不含有机物，只含氧，此时微生物仅进行内源呼吸，极少消耗缓冲溶液中的溶解氧，因而透过微生物膜的溶解氧几乎没减少。 BOD标样或水样与气体混合后进入流通池，由于标样和水样都含一定浓度的有机物，微生物的同化作用变得非常活跃，消耗大量溶解氧，因此透过微生物膜的溶解氧减少。 输出电流的变化值与溶解氧的变化成正比例关系，与样品中的有机物也成正比例关系，由此计算出BOD的值。 2 微生物膜传感器测量BOD的影响因素 2.1 pH值对测量的影响 在用微生物膜传感器测量BOD时，不同的pH值将导致感应器的响应不同，而pH值在7左右时响应最佳。我们平常测量的样品pH值大多是4～10，这时我们选择用KH2PO4与Na2HPO4的混合磷酸盐缓冲液加入样品中，从而调节样品pH值使之符合测量要求。 在测量一些污水时，其pH值往往极高或极低，通过加磷酸盐缓冲液已达不到调节的目的，这时就需要加入少许浓酸或浓碱来中和样品的酸碱度。只有经过调节好了pH值的样品方能进入感应器内，否则强酸强碱将杀死微生物膜内

土壤微生物群落多样性研究方法及进展_1

第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008 收稿日期:20080122。 基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。 作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405 土壤微生物群落多样性研究方法及进展 姚晓华 (广西大学农学院,广西南宁530005) 摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究 土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等) 和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进 行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面 地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。 关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A 中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A Advancement of methods in studying soil microbial diversity YAO Xiao -hua (Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China) Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1 Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA 微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1] 。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。

污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性测定方法

第26卷第10期 2006年10月生 态 学 报ACT A EC O LOGIC A SI NIC A V ol.26,N o.10Oct.,2006 污染土壤微生物群落结构多样性及 功能多样性测定方法 陈承利,廖　敏3 ,曾路生 (污染环境修复与生态健康教育部重点实验室,浙江大学环境与资源学院,杭州　310029)基金项目:国家重点基础研究发展规划“973”资助项目(2002C B410804);国家自然科学基金资助项目(40201026) 收稿日期:2005206227;修订日期:2006205220 作者简介:陈承利(1982～),男,浙江平阳,硕士,主要从事土壤环境化学与环境生态毒理学研究.E 2mail :clchen1982@1631com 3通讯作者C orresponding author.E -mail :liaom in @https://www.sodocs.net/doc/5316653237.html, or liaom inzju1@1631com Found ation item :The project was supported by National K ey Basic Research Support F oundation of China (N o.2002C B410804)and National Natural Science F oundation of China (N o.40201026) R eceived d ate :2005206227;Accepted d ate :2006205220 Biography :CHE N Cheng 2Li ,M aster ,mainly engaged in s oil environmental chem istry and ecotoxicology.E 2mail :clchen1982@1631com 摘要:土壤微生物在促进土壤质量和植物健康方面发挥着重要的作用,土壤微生物群落结构和组成的多样性及其变化在一定程度上反映了土壤质量。为了更好地了解土壤健康状况,非常有必要发展有效的方法来研究污染土壤微生物的多样性、分布以及行为等。回顾了近年来国内外污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性的测定方法,包括生物化学技术和分子生物学技术,现将它们的原理、优缺点、实用性及其发展动态作一阐述,同时指出结合这两种技术可为微生物群落分析提供一个更全面的、精确的方法。 关键词:污染土壤;微生物多样性;分子生物学;BI O LOG;P LFA ;PCR ;DNA 文章编号:100020933(2006)1023404209　中图分类号:Q143,Q938,S154　文献标识码:A Methods to measure the microbial community structure and functional diversity in polluted soils CHE N Cheng 2Li ,LI AO Min 3,ZE NG Lu 2Sheng (MOE K ey Laboratory ,Environmental Remediation and Ecosystem H ealth ,College o f Environmental and Resources Sciences ,Zhejiang Univer sity ,Hangzhou ,310029,China ).Acta Ecologica Sinica ,2006,26(10):3404～3412. Abstract :S oil m icroorganisms ,such as bacteria and fungi ,play im portant roles in prom oting soil quality and im proving plant health and nutrition ,thus in fluencing terrestrial ecosystems.Increasing anthropogenic activities ,such as spraw ling urbanization ,agricultural development ,pesticides utilization ,and pollutions from all sources ,can potentially affect soil m icrobial community com position and diversity ,leading to deterioration of soil quality and fertility.H owever ,it is yet to be determ ined how these changes in m icrobial diversity can in fluence surface and ground ecosystems.T o that end ,there is an acute need for reliable and accurate methods to study the community structure and tax onomy of soil m icroorganisms.W ithout the development of effective methods for studying the m icrobial diversity ,distribution ,and behavior in polluted soil ,a thorough understanding of m icrobial diversity ,as well as its im pact on soil health ,cannot be achieved. The determ ination of species diversity depends on several factors including the intensity of each species ,the total number of species present ,species evenness ,and the spatial distribution of species.M ethods to measure m icrobial community structure and functional diversity in polluted soils can be classified into tw o groups ,i.e.,biochem ical 2based techniques and m olecular biological 2based techniques.T ypically ,diversity studies include the relative com parisons of communities across a gradient of stress and disturbance.W ith current techniques ,it is difficult to study true diversity due to lack of know ledge on com position and the techniques to determ ine the accuracy of the extraction or detection methods.T raditionally ,the analysis of soil m icrobial

微生物

微生物复习题 防止菌种衰退的方法控制传代次数、创造良好的培养条件、利用不同类型的细胞进行移种传代、采用有效的菌种保藏方法 液氮的保藏法：冷冻、真空、干燥保藏法 菌种衰退的特点： 卵孢子主要分布在较高等的霉菌，如德氏腐酶、水酶中。卵孢子是由两个大小不同的配子囊结合发育而成的。小型的配子囊称为雄器，大型的配子囊称为藏卵器 病毒的正常增值过程有五个阶段吸附、侵入、复制、装配、释放 霉菌的繁殖方式存在同宗配合和异宗配合两种情况 常见的放线菌有：链霉菌属、诺卡氏均属、游动放线菌属、弗兰克氏菌属、小单孢菌属 放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝 冬虫夏草是麦角菌科真菌寄生在蝙蝠蛾科昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体 海水型水体中的微生物嗜盐、嗜冷、嗜压 土壤中微生物的种类主要有细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物甚至病毒等类群。其中，细菌最多占土壤中微生物总量的70%-90%，放线菌、真菌次之；藻类和原生动物等最少。菌种复壮的方法：纯种分离法、通过宿主体复壮、淘汰已衰退的个体 菌种保藏方法：定期移植保藏法（斜面、液体、半固体普通冰箱保藏法）、液体石蜡覆盖保藏法、载体保藏法、冷冻干燥保藏法、液氮保藏法 干热灭菌的温度：121℃16h、170℃1h、160℃2h、必须小于180℃（自燃） 湿热灭菌的特点：温度低、时间短、灭菌效果高 抗生素：（P254）抗生素是生物在其生命活动中产生的一种次生代谢产物或其人工衍生物，能对它种生物的生命活动产生抑制作用或致死作用 生长因子：一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳、氮源自行合成的所需极微量的有机物 防腐：利用理化因子，使物体内外的微生物暂时处于不生长，繁殖但又未死亡的状态，防止物品发生霉腐的措施（低温、干燥、盐腌、糖渍等） 消毒：晓得是指杀死或消除所有病原微生物的措施，消毒可达到防止传染病传播的目的。例如，将物体煮沸（100℃）min或60—70℃加热处理30min，可杀死病原菌的营养体，但非杀死所有的芽孢，常用于牛奶、食品以及某些物体表面的消毒。利用具有消毒作用的化学剂（又叫消毒剂，disinfectant),也可以进行皮肤等的消毒。 灭菌：灭菌是指用物理或化学因子，使任何物体中的所有生活微生物，永久性地丧失其生活力，包括最耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌措施。通过灭菌的物品不再存在任何有生命的有机体。 化疗：化疗即化学治疗，是指利用某些具有选择毒性的化学药物（如磺胺）或抗生素，对生物体的深部感染进行治疗，可以有效地消除宿主体内的病原体，但对宿主却没有或基本上没有损害。 纯培养：微生物学中把在实验室条件下从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代称纯培养。 菌落：单个细菌在适当的固体培养基表面或内部，经过一定时间的培养后，培养繁殖且数量巨大的菌体，形成一个肉眼可见的有一定形态的群体称菌落

地膜覆盖对微生物群落结构的影响

地膜覆盖对土壤微生物群落结构的影响 摘要：地膜覆盖因其对改善耕层土壤的水热状况具有显著作用，在中国北方干旱半干旱地区被广泛应用。土壤的结构、通气性、水分状况、养分状况等对土壤微生物均有重要影响。本文研究了长期覆膜栽培条件下的土壤微生物种群和生物活性, 为地膜覆盖栽培技术的长期应用和持续发挥增产作用提供科学依据。 关键字：地膜覆盖；微生物群落结构 土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,是土壤有机质及养分转化、循环的主要动力,在推动地球生物化学元素循环过程中起着重要作用[1]。土壤微生物组成的质与量的变化是土壤健康状况的重要敏感指示[2]。土壤微生物多样性可以定义为生命的丰富度,代表着微生物群落的稳定性,也反映土壤生态机制及土壤胁迫对微生物群落的影响。 土壤微生物群落结构主要指土壤中各主要微生物类群(包括细菌、真菌、放线菌等)在土壤中的数量以及各类群所占的比率,其结构和功能的变化与土壤理化性质的变化有关[3]。 1、水分对微生物的影响 水分微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。游离态的水是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质；一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。由于水的比热高又是热的良导体，故能有效地吸收代谢过程中产生的热量，使细胞温度不致于骤然升高，能有效地调节细胞内的温度。微生物如果缺乏水分，则会影响代谢作用的进行。 水分的影响不仅取决于含量的多少，更重要的是其可给性。溶质浓度高低和固体表面对水的亲和力都影响水分对微生物的可给性。环境中水的可给性一般以活水度ａ ｗ （water activity）来表示。它是指在一定温度和压力条件 下，溶液蒸汽压（ｐ）与纯水蒸汽压（ｐ ０ ）之比，公式为 ａ ｗ＝ｐ／ｐ ０ 各环境中ａ ｗ值在0至1之间，纯水的ａ ｗ =1。水中有其他溶质时，溶质的 ａ ｗ值降低，溶质愈多，ａ ｗ 值越小，土壤中水活度在0.90至1.00之间。每种 微生物都有最适ａ ｗ值，超过或低于最适ａ ｗ 值，都会通过影响渗透压的变化而

生物膜的培养

（三）生物膜得培养 生物膜得培养实质就就是在一段时间内，通过一定得手段，使处理系统中产生并积累一定量得微生物、使生物膜达到一定厚度，其培养方式主要有静态培养与动态培养。 1、静态培养 所谓得静态培养就是：为了防止新生微生物随水流走，尽可能得提供微生物与填料层得接触时间，为加快生物膜得形成，开始阶段为了避免由于造纸废水营养单一，故每天一次以BOD5；N：P=100：5：1比例投加尿素、二胺、白糖等营养底物。首先将接种污泥50m3（5生化有效体积）与废水按1：1得比例稀释混合后用泵打入生化池内，再泵入20～40生化体积得生产废水，然后剩余体积加清水贮满池子开始曝气培养。生化池内填料得堆放体积按反应池有效容积35～40。静置20h不曝气，使固着态微生物接种到填料上，然后曝气24h，静置2h后排掉反应器中呈悬浮状态得微生物。再将配制好得混合液加入重复操作，6天后，填料表面已全部挂上生物膜，第7天开始连续小水量进水。 2、动态培养 经过7天得闷曝培养，填料表面已经生长了薄薄一层黄褐色生物膜，故改为连续进水，进行动态培养，调整进水量，使污水在生化池内得停留时间为24小时，控制溶解氧在2～4mg/L之间（用溶氧仪测定溶解氧）。约15天之后，填料上有一些变形虫、漫游虫（用生物显微镜观察），手摸填料有粘性、滑腻感，在20天以后出现鞭毛

虫、钟虫、草履虫游离菌等原生动物。在经过20天得培养出现轮虫、线虫等后生动物，标志生物膜已经长成。可以开始连续小水量工业运行。。 （四）生物膜得驯化 驯化得目得就是选择适应实际水质情况得微生物，淘汰无用得微生物，对于有脱氮除磷功能得处理工艺，通过驯化使硝化菌、反硝化菌、聚磷菌成为优势菌群。具体做法就是首先保持工艺得正常运转，然后，严格控制工艺控制参数，DO平均应控制在2～4mg/l之间，好氧池曝气时间不小于5小时，在此过程中，每天做好各项水质指标与控制参数得测定，当生物膜得平均厚度在2mm左右生物膜培养即告成功，直到出水BOD5、SS、CODCr等各项指标达到设计要求。 （五）工艺控制参数得确定 设计中得工艺控制参数就是在预测水量、水质条件下确定得，而实际投入运行时得污水处理工程其水量、水质往往与设计有适当得差异，因此，必须根据实际水量水质情况来确定合适得工艺运行参数，以保证系统正常运行与出水水质达标得得同时尽可能降低能耗。 1、工艺参数内容： 需确定得重要工艺参数有进水泵站得水位控制，初沉池、二沉池池排泥周期，浅层气浮处理量、加药量，生物接触氧化池溶解氧DO、温度、PH值、生物膜厚、微生物得生长状态及种类，二沉池泥面高度等。 2、确定方法：

荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．１２００６ 荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用 李华芝 李秀艳 徐亚同 （华东师范大学资源与环境学院环境科学与技术系上海，２０００６２） 摘要该文综述了荧光原位杂交技术的发展、技术原理及其在环境微生物群落研究中的应用，还探讨了该技术在应用中存在的问题，并对其应用前景进行了展望。 关键词 荧光原位杂交 １６ＳｒＲＮＡ寡核苷酸探针微生物群落结构 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｉｎＳｉｔｕＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（ＦＩＳＨ）ｔｏ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅ ＬｉＨｕａｚｈｉ ＬｉＸｉｕｙａｎ ＸｕＹａｔｏｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｉｔｓｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＦＩＳＨｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｎｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｔｓｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｓｈｏｒｔａｇｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎａｎｅｘ－ａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｗｅｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｂｏｕｔｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＦＩＳＨ１６ＳｒＲＮＡｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 微生物是生态系统的重要组成部分，在各种元素的生物进化循环中起着关键作用。因此，研究微生物的群落结构，借此了解微生物和环境的关系尤为重要。长久以来，微生物群落结构的调查方法一直是建立在分离和培养的方法上，这种方法不但费时费力，而且不能精确地反映混合菌群的组成和多样性，对于一些培养条件要求较苛刻或未被培养的细菌往往不能达到预期效果［１］。因此用传统培养方法所得出的调查结果不能准确反映微生物群落的组成情况，建立和发展一种不依赖微生物培养的方法来进行微生物群落结构研究是非常必要的。上世纪８０年代末至９０年代以来，分子生物学技术开始被广泛应用于微生物群落结构分析，且发展迅速，研究的焦点集中在具有保守序列的１６ＳｒＲＮＡ上。研究方法包括分子杂交法、ＰＣＲ法、ＳＳＣＰ法、ＤＧＧＥ法、ＴＧＧＥ法、 ＲＦＬＰ法、ＥＲＩＣ－ＰＣＲ法和克隆基因文库分析法等， 具有很高的灵敏性，与传统的培养方法或其它不依赖培养技术的方法相比显示出明显的优越性，推动了微生物群落结构研究的快速发展。但是，这些基于 ＰＣＲ的方法可能会在扩增反应中引入误差，降低所 得信息的精确度。荧光原位杂交（ＦＩＳＨ）作为一种不依赖ＰＣＲ的分子分析技术是以上各种分子标记技术的有益补充，它结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息，可以在自然或人工的微生物环境中监测和鉴定不同的微生物个体，同时对微生物群落进行评价。目前，ＦＩＳＨ技术广泛应用于微生物分子生态学和环境微生物物学中，已成为微生物群落研究的重要技术手段，对环境中复杂的混合微生物群落进行及时监控和准确鉴定也变得越来越重要，为污染治理和防治提供了新的思路和方法。 １荧光原位杂交技术的发展 １９６９年，Ｐａｒｄｕｅ等［２］和Ｊｏｈｎ［３］两个研究小组开发 了原位杂交技术，用放射性同位素标记的ＤＮＡ或２８ＳｒＲＮＡ与爪蟾卵细胞制备物进行杂交，进行显微 放射自显影检测。这一技术可以在保持细胞形态完整的条件下，检测出细胞核酸序列，自此，原位杂交技术在染色体进化、肿瘤病人和白血病人的染色体分析以及多种细胞遗传学研究方面得到应用。１９８８年，Ｇｉｏｖａｎｎｏｎｉ等［４］首次将ＦＩＳＨ技术引入细菌学研究中，使用放射性标记ｒＲＮＡ寡核苷酸探针检测微生物。随着荧光标记的发展，非同位素染料逐渐代替 基金项目：国家高技术研究发展８６３计划专项资助（２００３ＡＡ６０１０２０） 净水技术 ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ１６－－

海洋微生物学作业

海洋微生物抗肿瘤活性物质 姓名： 班级：学号： 摘要：海洋多变复杂的环境导致了海洋微生物的多样性。海洋微生物因其具有产生新型生物活性产物的巨大潜力，已受到全世界海洋研究人员的重视。近年来，从海洋微生物中已分离到许多结构新颖的抗肿瘤活性物质。其中有的已进入临床试验，显示了良好的研究开发前景。 Abstract: The changeable and complex environment of the ocean leads to diversity of marine microorganism. Marine microorganisms have been proved to be potential in producing novel bioactive substances. Marine-derived microorganisms are rich sources of bioactive compounds and thus they receive extensive attention from marine researchers. In recent years many new structurally-unique anti-tumor compounds have been isolated from marine-derived microorganisms, and some of them have been in clinical trials and showed better development prospects. 关键词：海洋微生物抗肿瘤活性物质筛选方法研究模型 Key words: marine-derived microorganisms; antitumor; bioactive substance; Method of screener; research model; 一、海洋微生物 1.海洋微生物研究意义 海洋环境的特殊性(高压、高盐、低温、低光照、寡营养等)使海洋微生物具有丰富的生物多样性、独特的代谢方式和很强的再生、防御和识别能力。海洋微生物能产生一些结构新颖、活性特异的次级代谢产物以适应周围极端的生存环境。近几年，已有近万种新的海洋天然产物被发现，这些海洋天然产物具有抗癌、消炎、抗氧化、免疫调节等活性，已成为当今世界药物研发的热点，有的药物已进入临床实验阶段或已进入临床，并取得了丰硕的成果。 2.抗肿瘤活性物质 肿瘤是现代社会威胁人类健康的重要疾病。多年来，各国学者致力于寻取新型、高效、低毒的抗肿瘤化合物。对海洋微生物次级代谢产物中具有抗肿瘤活性的有关研究表明，醚类、大环内酷类、菇类、含氮杂环类、肤类、酞胺类及醌类化合物均具有良好的抗肿瘤活性。 二、海洋抗肿瘤活性物质的分类（450） 1.海洋放线菌的抗肿瘤活性物质（150） 海洋放线菌的生活环境十分特殊，如高盐、高压、低营养、低温等。在这些生命的极限环境，海洋放线菌已发展出独特的代谢方式，同时提供了产生独特的生物活性物质的潜力。例如，中国海洋大学药物与食品研究所、军事医学科学院毒物药物研究所的科研人员对海洋放线菌S1001发酵产物进行了分离和研究，并用理化手段综合分析了其中的抗肿瘤活性成分，取得了较为满意的结果。近年来，研究者从海洋放线菌中分离出的主要抗肿瘤活性物质，见表1。

水体生物膜微生物群落结构特征研究

水体生物膜微生物群落结构特征研究 姓名：XXX 学号：xxxxx 专业：环境科学与工程导师：XXX 1研究背景 水体生态系统中包含大量的水生生物及微生物系统，其中生物膜即为微生物菌群在水体中的表现形式之一。水体中的生物膜主要是由大量微生物附着在固体表面，并以水体中的营养物质为养分不断地生长繁殖，通过微生物胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，以下简称EPS）对细胞的粘附、凝聚形成一定结构的微生物膜。生物膜广泛存在于河湖水体的表层沉积物、岩石及悬浮颗粒表面，它的存在对水体污染物质的吸附、降解起到很大的作用。水体生物膜中的微生物在水体物质循环及能量流动中起着重要作用，可影响水体中营养物质的分布及转化，同时生物膜特征的变化也主要是由于水体环境因子、营养元素的变化引起的，故水体生物膜特征是水体环境变化和演替的重要标志。 2研究意义 水体营养物质、温度及水动力是影响生物膜形成、生长的主要原因，同时微生物的生命活动可影响水体营养物质的分布及迁移转化。研究不同水体生物膜胞外聚合物含量、微生物群落结构特征对了解水环境变化、营养物质转换具有指导意义，对自然水体的自我修复、生态治理具有现实意义。 3研究内容 （1）不同水体生物膜EPS特征； （2）不同水体生物膜群落结构特征； （3）生物膜微生物群落与营养要素、EPS中蛋白、多糖的响应； 4创新点 大量的研究侧重于水体沉积物，而本研究主要侧重于上层水体边侧附着的生物膜分布特征，以及水流剪切力对生物膜的影响。

Research on Characteristics of Biofilm Microbial Community Structure in argodromile 1 Background Aquatic ecosystem contains a large number of aquatic organisms and microbial systems, including biofilm which is one of the manifestations of microbial flora in water. Biofilm is dominated by a large number of microorganisms which grow and reproduce with nutrients constantly, attached to a solid surface, with cells adhered and cohered to the extracellular polymeric substances(EPS) to form certain biofilm structure. Biofilm is widely present in sediments,surface of rock and suspended particles in water, its presence on the adsorption and degradation of water pollutants plays a significant role. Biofilms in water plays an important role in nutrient cycling and energy flow. affects the distribution and transformation of nutrients in water, the changes of water environment factors and nutrient elements can also affect the characteristics of the biofilm. Biofilm characteristics is an important symbol of water environment change and succession. 2 Significance Water nutrients, temperature, and hydrodynamics force are the main factor that affect the biofilm’s formation and growth, while microbial life events can also affect the distribution ,transformation and migration of nutrients in the water.Understanding the structure of the microbial community and biofilm extracellular polymer substances content in different kind of water has guiding significance to know the changes in water environment,and the conversion of nutrient.It also has practical significance for natural water body self-healing and ecological management. 3 Research (1) EPS characteristics of different water bodies; (2) Biofilm community structure characteristics of different water bodies; (3) The relationships between biofilm microbial communities and nutrients, proteins and polysaccharides in EPS.