植物内生细菌的生物薄膜(biofilm)

9DE )$ 在 甘 蔗 叶 细 胞 间 也 被 包 埋 于 一 种 糖 蛋 白 形 成的纤维状基质中 4#5 & 89C<D>F 等 4G5 报道的成团肠 杆 菌 (’H;:?<=>9;:? >IIJ<K:?>HE )$ 在 水 稻 根 面 定 殖
过程中形成的菌体细胞簇连而成的凝块状结构$ 有对宿主水稻的定 殖 专 一 性 ’ 检 测 表 明 $ 在 该 结 构表面形成胞外多糖 和 蛋 白 质 的 包 被 & 我 们 从 水 稻分离的固氮成团 泛 菌 (L>H;<:> >IIJ<K:?>HE ) 是 另 一重要内生细菌 4M1$N5 $ 其中对其聚集成团的共质体 结构进行的研究表明 $ 该 结 构 的 表 面 基 质 成 分 主 要 为 蛋 白 质 $ 并 分 离 得 到 了 一 种 !$O! FP 胞 外 基 质蛋白 &
#" 生物薄膜结构与功能 生物薄膜的形成会对细菌生态学和生物学作
用产生重要影响 ’ 生 物 薄 膜 有 助 于 菌 体 细 胞 抵 抗 干燥( 紫外线( 被捕食和杀菌剂等的胁迫作用* 对遗传信息交换和菌体协同作用等也有重大意义 * 某些对于单个菌体来 说 难 以 代 谢 的 化 合 物 可 以 被 生物薄膜利用 * 生 物 薄 膜 还 可 能 引 起 某 些 细 菌 密 度依赖表现型的表达 X!1516Y ’ 比如 % 对某些有密度依 赖行为的细菌基因 的 表 达 % 可 以 通 过 群 体 感 应 系 统 $TP=ZP@ [HI[<IJ & 的可扩散分子如 酰 基 高 丝 氨 酸 内酯来诱导 % 生物 薄 膜 基 质 有 助 于 这 类 分 子 的 积 累 ’ 上述这些功 能 的 获 得 % 很 多 直 接 得 益 于 生 物 薄膜的理化结构 % 特 别 是 生 物 薄 膜 所 形 成 的 屏 障 作用 ’ 再比如 % 由 于 生 物 薄 膜 中 的 细 菌 彼 此 很 接 近 % 且结构内的 基 质 有 某 些 保 护 作 用 % 可 以 促 进 生物薄膜中进行的细菌之间遗传信息的交换 X!Y’ 那么% 生物薄膜的存在会成为水分和营养物
!" 生物薄膜的概念 为了准确说明生物薄膜的概念% 我们有必要
引 用 !]IIP ,H^ (<QZ=;<=? " 等 重 要 期 刊 所 归 纳 发 表 的定义 % 生物薄膜是 指 微 生 物 菌 体 互 相 黏 附 在 一 起或附着到一些材料 表 面 上 % 并 由 胞 外 多 聚 物 基 质对其包埋的生长状 态 * 一 个 生 物 薄 膜 就 意 味 着 是一个微小生境% 该生境与周围环境可能有区 别 % 生物薄膜内的 菌 体 细 胞 密 切 协 调 % 而 生 物 薄 膜 体 系 外 的 菌 体 则 不 具 有 这 样 的 相 互 作 用 X!Y ’ 人 们最初观测到细菌与植 物 相 互 作 用 形 成 生 物 薄 膜 可 追 溯 到 !9 世 纪 69 ( #9 年 代 * 但 长 期 以 来 % 相 关研究主要集中在对 其 形 态 的 观 察 与 描 述 ’ 直 到
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收 稿 日 期 # !996C44C"B 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 7D=E 59F""""!3 作者简介# 冯 永 君 74B#5 ) 3 % 男 % 博 士 % 副 教 授 % 联 系 作 何 晴 2 $B:5 ) 8 % 女 % 硕 士 生 % 者 % ’C@G<? # >HIJKLM;<NEHOPEQI *
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种 特 殊 的 QAJK $ 但 是 在 微 生 物 和 生 物 化 学 领 域 $ =A<QAJK 绝 对 不 是 =A<K:K=?>H: & 因 此 $ 将 =A<QAJK 译为 * 生物膜 + 不 但 从 本 质 上 曲 解 了 它 本 身 的 原 意 $ 而 且 会 干 扰 生 物 膜 原 本 概 念 ( 也 即 =A<K:K !
有氧条件下 $ 在生 物 薄 膜 内 可 以 形 成 缺 氧 区 $ 有 利于固氮作用 $ 因为 固 氮 酶 发 挥 催 化 活 性 需 要 低 氧 环 境 ’ 在 中 性 6& 下 生 长 的 菌 体 细 胞 $ 在 生 物 薄膜内可以形成局部 酸 性 区 $ 有 利 于 代 谢 某 些 化 合物 ’ 在生物薄膜表 面 形 成 阻 止 分 子 量 较 大 的 化 合物扩散的区域 $ 或 表 现 出 对 特 定 化 合 物 选 择 性 吸附作用 $ 有利于 趋 利 避 害 & 在 这 种 对 各 类 物 质 的传质限制和选择的 平 衡 状 态 下 $ 生 物 薄 膜 内 的 菌体细胞表现出独特的环境生存适应性 & 生物薄膜的胞外多聚物基质主要成分是多糖 $ 和7或 蛋 白 质 $ 和7或 糖 蛋 白 & 曾 有 报 道 $ 甘 蔗 内 生 固 氮 菌 重 氮 营 养 醋 杆 菌 (89:;<=>9;:? @A>B<;?<6CA!
=?>H: ) 的正常使用 &
事实上$ 随着近年来人们对植物微生物相互 作用研究的日益重视 $ 该 领 域 的 研 究 已 经 迅 速 发 展起来 $ 我们发现对于 =A<QAJK 不规范甚至不正确 的翻译或提法也广泛 存 在 & 这 种 不 当 的 翻 译 方 法 主要表现为两个方面 $ 一 是 国 内 有 些 期 刊 在 发 表
植物微生态环境的波 动 会 产 生 各 种 生 存 压 力 % 菌 体的这种聚集行为可 能 是 一 种 重 要 适 应 策 略 % 其 所表现的生物学功能往 往 是 未 聚 集 的 单 个 细 胞 所 不具有的 ’
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?P[ [P;N<?<[ &等都可以形成生物薄膜结构 % 以适应特
定生存 环 境 或 生 长 阶 段 的 需 要 XF1‘Y ’ 这 些 研 究 大 大 拓宽了有关生物薄膜结构与功能的研究内容与 价值’ 但本文主要从植物内生细菌与植物相互 作用的角度% 探讨植物<IJUVPW=IJM;<NEHOPEQI
万方数据
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! 生命的化学 "!""# 年 !# 卷 $ 期
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质的传质障碍吗 # 研 究 发 现 $ 尽 管 生 物 薄 膜 的 包 埋基质多为亲水性物 质 $ 但 相 对 于 在 水 中 的 自 由 扩散来说 $ 氧气 % 营 养 成 分 以 及 其 他 物 质 的 扩 散 还是受到一定的限制 & 但是由于这种限制$ 在
许多细菌能定殖在植物的根( 茎( 叶表面或 组织内部 % 产生植物 微 生 物 相 互 作 用 的 适 应 性 体 系 ’ 尽管细菌是单细胞微生物% 但它们在植物
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最近 % 该种结构才 被 发 现 与 某 些 生 物 学 功 能 或 属 性有关 % 进而成为 植 物 微 生 物 相 互 作 用 研 究 的 热 点% 生 物 薄 膜 在 植 物C细 菌 相 互 作 用 中 所 扮 演 的 角色也越来越受关注 ’ 近来的研究又进一步发现% 许多普通细菌如 大肠杆菌 $’[QSHZ<QS<G Q=?< & 和 枯 草 芽 孢 杆 菌 $_GQ<?"
!" 关于生物薄膜 !#$%&$’(" 与生物膜 !#$%()(#*+,)" 关于 =A<QAJK 的中文译名 $ 科学出版社出版 的 ! 英汉生物学词汇 "( 第二版 ) 给出的 翻 译 是 * 生 物
膜 +$ 但 容 易 产 生 误 解 & 众 所 周 知 $ 中 文 的 生 物 膜概念实际上早有所 指 $ 也 已 经 为 广 大 从 事 生 命 科学与技术研究的工 作 者 所 接 受 $ 生 物 膜 原 本 指 的是细胞的外周膜 ( 质膜 )% 核 膜 和 各 种 细 胞 器 膜 的总称 $ 各生物膜 的 骨 架 是 一 样 的 $ 主 要 是 由 磷 脂类构成的双分子层 ( 脂双层 )$ 这 个 名 称 来 源 于 英文词 =A<K:K=?>H: & 在生命科学的领域内 $ 生物 膜 % 膜和膜系统等概 念 往 往 都 是 指 这 种 磷 脂 双 分 子层结构 ’ 虽然 $ 有 些 膜 结 构 可 能 镶 嵌 有 蛋 白 质 和 7 或糖蛋白等 $ 但其骨架结构依然是磷脂双分子 层 & 然 而 $ 与 之 大 相 径 庭 $ =A<QAJK 却 主 要 是 由 多 糖 $ 和7或 蛋 白 质 $ 和7或 糖 蛋 白 等 多 聚 物 的 黏 稠 基质组成的 $ 未必是 ( 或者可 能 完 全 不 是 ) 磷 脂 双 分 子 层 结 构 & 虽 然 可 以 认 为 =A<K:K=?>H: 属 于 一
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文 章 编 号 # 4"""! 45567!""#894!99:#! 95
! 生命的化学 "!""# 年 !# 卷 $ 期
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植物内生细菌的生物薄膜 !!"#$"%& "
冯永君 何 晴
$ 北 京 理 工 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 % 北 京 $999:$ &
=A<QAJK 相 关 研 究 论 文 以 及 综 述 时 经 常 将 其 字 面 化
为生物膜$ 这其中包括一些学报级的重要刊物& 另一方面 $ 有很多硕 7 博士研究生在向本文第一作 者请教或交流植物微 生 物 相 互 作 用 的 问 题 时 $ 经 常提到 * 内生菌 的 生 物 膜 + 如 何 如 何 $ 常 常 使 人 被搞糊涂 ’ 直到再 问 及 他 们 英 文 表 述 后 $ 才 明 白 原 来 他 们 心 里 指 的 是 * :H@<6CR;A9 =A<QAJK + $ 而 不 是 他 们 口 中 说 的 * =A<K:K=?>H: <Q >H :H@<6CR;: + & 造 成 这 种 不 规 范 甚 至 不 正 确 的 翻 译 或 使 用 =A<QAJK 概念的原因 $ 很可 能 是 某 些 中 文 期 刊 中 * 以 讹 传 讹 + 造成误导 $ 也 可 能 是 部 分 使 用 者 本 人 没 有 严 格对待 & 由此可见 $ 规范 =A<QAJK 的中文名称已经 十分必要 & 根 据 上 面 所 引 用 的 !8HHD ,:S LCR;<6>;C<J " 和 !8HHD ,:S (A9?<=A<J " 等期刊对 =A<QAJK 的归 纳 $ 以 及我们对 =A<QAJK 结构形成 % 生理生化性质 % 以及 生物学功能研究的回 顾 和 总 结 $ 结 合 我 们 对 细 菌