表面生物被膜的形成对几乎所有细菌来说都是一种可行的生存策略。作为生物与表面相互作用中的一种显著现象,以生物被膜为直观切入点分析生物与非生物的相互作用机理,是探索这一基本科学问题的一种新的、合适的研究模式。细菌生物被膜(BF)是一种可通过分泌保护性和粘附性细胞外聚合物(EPS)(如多糖、蛋白质、核酸和脂质)而被包围起来的复杂的三维微生物聚集体。当它附着在医疗设备,水处理系统,以及食品加工设备和包装材料的表面后,具有去除困难,环境抗性高的特点,容易对社会资源的利用、人类生命和健康造成不利影响。因此,深入了解细菌与表面之间的相互作用对于控制工业应用中的细菌生物被膜非常重要。本课题以Vibrio parahaemolyticus(VP)、Escherichia coli(EC)、Staphylococcus aureus(SA)、Listeria monocytogenes(LM)为生物研究对象,以聚苯乙烯(PS)、玻璃(GS)和不锈钢(SS)三种常用材料表面为非生物对象,在液-固培养模式下对这些细菌在不同材料表面的BF发育进行了监测。综合探究了不同材料表面对细菌BF形成的影响,以及细菌BF的物理化学特性与接触材料表面性质之间的关系,并通过蛋白质组学技术深入探究了在不同非生物接触材料表面形成副溶血性弧菌生物被膜的生存适应机制。本文各章节的研究内容及主要结果如下:(1)本课题首先采用原子力显微镜(AFM)和接触角分析仪分别对材料的表面形貌和疏水性进行了表征,并通过测定副溶血性弧菌、单增李斯特菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌四种常见食源性致病菌在不同接触表面的自聚集能力、生物被膜的生物量以及生物被膜细胞的疏水性(CSH),探究了非生物接触材料表面粗糙度、疏水性与细菌生物被膜物理特性与成膜行为之间的关系。实验选用的三组材料,分别为表面亲水光滑的GS载片(Rq=2.5nm,contact angle=11.25°);表面疏水且光滑的SS载片(Rq=4.5nm,contact angle=56.90°)以及表面疏水又粗糙PS载片(Rq=48nm,contact angle=73.23°)。对细菌在不同表面形成BF前后的细胞碳氢化合物粘附测定结果表明,VP和EC为亲水性菌株(CSH分别为19.87%,CSH=10.25%),SA和LM为疏水性菌株(分别为CSH=30.39%,CSH=45.67%)。其中,亲水的VP在GS表面形成BF后细胞的亲水性升高(CSH=15.13%),而在SS和PS表面形成BF以后细胞变为疏水性(分别为CSH=36.30%,CSH=31.87%);亲水菌株EC在SS表面形成生物被膜(SB)后其细胞疏水性增强(CSH=12.86%),而粘附于PS与GS表面的生物被膜PB(疏水值=8.08%)和GB(CSH=7.00%)的细胞亲水值升高。疏水菌株SA在三种表面形成BF以后细胞均具有亲水性;而疏水菌株LM在SS和PS表面形成BF以后细胞具有亲水性(分别为CSH=6.22%,CSH=21.09%),而在GS表面变得更疏水(CSH=59.11%)。对细菌在不同非生物表面的自聚集率测定结果显示,细菌在不同接触表面上的自聚集速率(AAG)随时间从1 h到10 h逐渐增大,其中亲水性菌株VP和EC的自聚集率由大到小均呈现:GS>PS>SS;疏水性菌株SA和LM在不同表面的细胞自聚集率方面存在较大差异,分别为SS>GS>PS和PS>SS>GS。细菌在不同表面形成BF的生物量分析表明,亲水性菌株VP和EC均可在GS表面形成更丰富的BF,而在SS表面形成较少的BF;疏水性菌株SA和LM在不同表面形成BF生物量的趋势与自聚集率的趋势相一致。上述结果表明不同非生物接触面对细菌BF细胞的物理性质有显著影响,且因菌种而异。(2)为了进一步探究非生物接触表面与细菌的互作关系,在实验室前期研究的基础上,选择副溶血性弧菌(VP)为深入研究对象,采用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)分析不同接触表面对细菌BF结构的影响,并通过测定BF胞外基质主要成分(多糖、蛋白、多糖e DNA)的变化,研究非生物接触表面性质对BF产生胞外化学物质的影响。LSCM观察表明,SS表面的BF(SB)数量较少,其结构稀疏,分布不均匀。而PS表面的BF(PB)结构紧凑,细胞聚集体较多,生物量较高。此外,BF在GS表面(GB)呈现出更加致密的结构。BF结构分析表明,GB的生物体积(BV)和厚度(MT)显著大于PB和SB;三种BF的孔隙率(AP)相近,而PB的平均扩散距离(ADD)显著大于GB和SB(p<0.001),表明BF细胞在PS表面的代谢压力可能增加;与其他两种BF相比,GB具有更高的结构熵(TE),表明GB的结构更加异质和复杂。BF胞外基质的关键化学成分分析显示,VP生物被膜胞外蛋白和e DNA在不同表面上的含量均呈现出GS>PS>SS趋势;胞外多糖的含量表现出明显的差异,依次为PS>SS>GS。Pearson相关性分析表明,接触表面的疏水性与e DNA、胞外蛋白和生物被膜生物量的产生呈负相关,而与胞外多糖呈正相关。VP生物被膜细胞的疏水性也呈现相似的趋势,说明接触表面可通过影响生物被膜胞外物质的产生从而间接影响被膜的表面物理性质。上述结果表明,不同非生物接触面对副溶血性弧菌生物被膜的化学性质有显著影响。(3)为了探究副溶血性弧菌生物被膜细胞在这些非生物表面上的生理响应及生存适应机制,采用2-DE和MALDI-TOF-MS技术手段鉴定不同表面粘附的生物被膜之间的蛋白质组变化。结果表明,副溶血性弧菌在SS表面构建的生物被膜细胞中显著表达的蛋白主要参与缓解金属离子的胁迫和毒性的生理活动;形成于GS表面的生物被膜细胞中上调表达的蛋白主要参与糖摄取、蛋白合成和细菌趋化等生物学过程;在PS表面形成的生物被膜细胞中显著表达的蛋白主要参与芳香化合物代谢、渗透胁迫和营养转运等细胞生理活动。