多因素耦合作用下海洋微生物在表面上粘附机理

In the event of marine biofouling, it is the key in the process that marine microbes attached on the surface. Studies have shown that these microbes were interacted in the adhesion process by dipole, hydrogen bonds, hydrophobic interactions, and ionic strength, and the polysaccharide in the extracellular polymeric substances (EPS) may also play a role as "binder". However, we still cannot accurately explain the polymerization reaction occurred between the substance and the surface of the material in the adhesion process. In addition, the marine microbes may be affected by the electric field in the process of adhesion, because they generally carry negative charges in the water. Therefore, this project proposes to study the adhesion process of the marine microbes on the surface by in situ characterization methods continuously. In the research, the external electric field and polysaccharides will be used to explore their effects in the adhesion process, which help us to understand the role of electric field and polysaccharides in this process.

在发生海洋生物污损时，海洋微生物在表面上的附着是其中关键的过程。有研究指出，这些微生物在粘附的过程中受到偶极力、氢键、疏水作用力、离子强度等作用，并且其胞外分泌物中含有的多糖也可能起到“黏结剂”的作用，但是到目前为止，我们尚不能准确地说明微生物在表面上粘附时参与这一过程的物质与材料表面之间发生的聚合反应过程。另外，这些海洋微生物一般在水中带有负电荷，可能在粘附过程中受到电场的影响，因此，本项目拟通过不间断的原位表征方法，对海洋微生物在表面上的粘附过程进行研究，使用外加电场和多糖来探索多种因素作用下微生物粘附过程中在表面上发生的反应过程，了解电场和多糖在这一过程中扮演的角色。

海洋微生物和蛋白质在表面上的附着是发生海洋生物污损的关键过程。微生物和蛋白质在表面上的粘附过程中受到偶极力、氢键、疏水作用力、离子强度、与表面之间的静电力等作用，并且其胞外分泌物中含有的多糖也可能起到“黏结剂”的作用，因此我们选择了海洋中常见的芽孢杆菌和大肠杆菌这两种微生物以及牛血清白蛋白、胰蛋白酶、胃蛋白酶等进行研究，探索了这些微生物和蛋白质在表面上粘附过程。.在研究中，我们发现无论微生物还是蛋白质在表面上进行粘附时，它们的红外光谱均发生了酰胺吸收峰的位移。经过光谱的解析，我们发现这个吸收峰位移是由于蛋白质在表面上粘附时受到氢键和表面电荷影响而带来的二级结构变化所造成。通过对它们的红外光谱进行分析，我们发现了蛋白质的β折叠在粘附后含量增加的现象，也就是说在蛋白质粘附时，β折叠更加有利于粘附的发生。在对比蛋白质在干粉状态和分散在水中的红外光谱时，我们也发现了酰胺吸收峰位移的现象，这说明蛋白质的二级结构变化主要在外界氢键的影响下发生。我们通过调研细菌和蛋白质在钠、镁、钙等阳离子环境下的粘附行为后，也确定了它们带的电荷对表面粘附行为有影响。.多糖也是海洋环境中大量存在的物质，也是细菌胞外分泌物中的主要成分之一，一般认为多糖可以促进细菌和蛋白质在表面粘附。经过研究发现多糖海藻酸钠对于胃蛋白酶在表面上的影响在一定浓度下是有促进作用的，但是在超过0.25mg/ml时反而起到阻碍作用。.我们对微生物和蛋白质在表面上的黏附过程中发生的生物化学变化进行了研究，获得了在外界多种因素影响下这些细菌和蛋白质等在表面上黏附的行为，为进一步研究抗细菌和抗蛋白黏附方法提供了基础。