直流电刺激对细菌生长动态过程的作用研究

论文摘要

目前对微生物细胞的电刺激技术已在酵母发酵体系、污水处理和土壤修复中得到初步应用。在有直流电解反应伴随的条件下,酵母菌的酒精产量及生物脱氮速率均得到明显提高。在污水处理或污染土壤修复的生物反应体系中,施加电场可以提高微生物对污染物的降解速率。对此问题进一步深入研究,不仅在理论方面可以更深入地掌握微生物生长代谢和电场的相互关系,找出微生物代谢和电的互译桥梁,为生物膜、生物燃料电池等涉及微生物-电化学互相转换的研究提供进一步的理论支持,同时在环境保护领域也可以推进生物脱硫和应用微生物进行污水处理的研究深度,在工业微生物生产领域还可以切实提高如微生物制药、微生物发酵等的生产效率。各种细菌菌株对直流电场有不同程度的适应能力,因而根据菌种的特异性对适合不同菌株的电流强度条件进行选择,可以有效减弱电极反应对细胞活性的抑制作用,增强菌体生长代谢活性,提高电解刺激对不同细胞培养体系的适用性。本文基于以上研究背景,通过对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌加以一定程度的直流电场刺激,控制电流强度在适宜的范围内,研究了直流电场对菌株生长代谢的影响方式和机理。对所选菌株进行了研究,主要得到了以下结论:（1）控制外加直流电流在适宜的强度可以促进细菌细胞增殖,增加细菌细胞内总蛋白含量;可以增强细菌细胞ATP酶的活性;一定程度提升了细胞生长能力和代谢水平。（2）外加适宜强度的直流电流可以不损伤细胞的情况下在一定范围内增强细菌膜通透性;并改变细菌菌体形态。（3）电化学条件对微生物生长代谢过程具有明显的刺激作用。对细菌外加直流电刺激过程中的电极反应产物H2和活性H原子可以激活或增强ATP酶等的活性,对于促进酶的生物活性反应和提高微生物生长代谢活力有积极效果。（4）对大肠杆菌DH5α驯化传代到第三代时可以得到更具生长活力的菌株,生长活力明显高于第一代通电菌株,其生长代谢过程中ATP酶活力等特征均得到强化。到第四代时电流对大肠杆菌刺激作用趋于稳定,电流驯化对促进菌株生长的作用得到积累。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 电场作用于生物的发展和研究现状
• 1.2 电场对于微生物体作用的研究意义
• 1.3 电场对生物体细胞的生化效应作用方式概述
• 1.4 电场技术对细胞增殖的影响
• 1.5 电场对细菌作用概述
• 1.5.1 电场对细菌作用的研究意义
• 1.5.2 电场对细菌的作用情况概述
• 1.5.3 电化学生物效应的应用
• 1.6 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 通入直流电培养时枯草芽孢杆菌的生长动态
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 主要仪器设备
• 2.2.2 菌种和培养基
• 2.2.3 菌种活化培养条件
• 2.2.4 直流电刺激实验
• 2.2.5 实验和分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同强度直流电刺激下B. subtilis 63501 的生长曲线
• 2.3.2 细菌在不同强度电流下的 pH 曲线分析
• 2.3.3 直流电场对B. subtilis 63501 细胞内总蛋白含量的影响
• 2.3.4 不同强度直流电对B. subtilis 63501 ATP 酶活性的影响
• 2.3.5 枯草芽胞杆菌的电场生物显微镜扫描
• 2.3.6 枯草芽胞杆菌（B.subtilis 63501）在透射电镜下的形态分析
• 2.3.7 枯草芽胞杆菌在直流电场刺激下的通透性
• 2.3.8 枯草芽胞杆菌电化学循环伏安曲线测定
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 蜡样芽孢杆菌在通入直流电培养时的生长动态
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 主要仪器设备
• 3.2.2 菌种和培养基
• 3.2.3 菌种活化培养条件
• 3.2.4 直流电刺激实验
• 3.2.5 实验和分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同强度直流电刺激下蜡样芽胞杆菌的生长曲线
• 3.3.2 蜡样芽胞杆菌在不同强度电流下pH 曲线分析
• 3.3.3 直流电场对蜡样芽孢杆菌细胞内总蛋白含量的影响
• 3.3.4 不同强度直流电对蜡样芽胞杆菌ATP 酶活性的影响
• 3.3.5 蜡样芽孢杆菌的电场生物显微镜扫描
• 3.3.6 蜡样芽孢杆菌在透射电镜下的形态分析
• 3.3.7 蜡样芽孢杆菌在直流电场刺激下的通透性
• 3.3.8 蜡样芽孢杆菌的电化学循环伏安曲线测定
• 3.4 结论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 大肠杆菌在通入直流电培养时的生长动态
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 主要仪器设备
• 4.2.2 菌种和培养基
• 4.2.3 菌种活化培养条件
• 4.2.4 直流电刺激实验
• 4.2.5 实验和分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 大肠杆菌DH5α在不同强度电流下生长曲线分析
• 4.3.2 细菌在不同强度电流下的pH 曲线分析
• 4.3.3 大肠杆菌总蛋白含量
• 4.3.4 不同强度直流电对大肠杆菌DH5αATP 酶活性的影响
• 4.3.5 大肠杆菌DH5α在直流电场下的电场生物显微镜扫描
• 4.3.6 细菌在直流电下的TEM 形态分析
• 4.3.7 大肠杆菌DH5α在直流电场刺激下的通透性分析
• 4.3.8 细菌电化学循环伏安曲线测定
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 细菌电化学诱导驯化方法初探
• 5.1 前言
• 5.2 培养驯化的生物学原理
• 5.3 材料与方法
• 5.3.1 主要仪器设备
• 5.3.2 菌种和培养基
• 5.3.3 实验和分析方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 直流电场下对大肠杆菌DH5α逐代驯化传代生长曲线分析
• 5.4.2 直流驯化下大肠杆菌DH5α细胞总蛋白分析
• 5.4.3 直流驯化下大肠杆菌DH5α细胞ATP 酶活分析
• 5.4.4 直流驯化下大肠杆菌DH5α细胞形态分析
• 5.4.5 直流电场驯化对细菌细胞通透性的影响
• 5.5 结论
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结 论
• 6.2 研究展望
• 致谢