细菌群体感应信号分子AHLs对海洋污损硅藻附着的影响

The formation of marine biofouling is a sequential and orderly process, which is regulated by a variety of signal substances and the presence of bacterial biofilms. So far, only a few studies have investigated that bacteria use the quorum-sensing signal molecule AHLs to regulate the attachment of other fouling organisms, especially for diatom adhesion and biofilm formation dominated by diatom. This project is focused on the effect of different structural types of AHLs (C4-C14) on adhesion of fouling diatom from the Yellow Sea of China, which reveals the interaction of algae and bacteria during the process of biofouling and the structure-activity relationship of AHLs. Importantly, the mechanisms of AHLs influencing diatom adhesion are studied and discussed on diatom growth, motility, aggregation, nutrition, photosynthesis,extracellular polymeric substances(EPS)and biofilm formation dominated by diatom using the methods of physiology, biochemistry and molecular biology as well as advanced instruments analysis, which provide a theoretical basis for understanding the process of biofouling and developing efficient antifouling technology.

海洋生物污损的形成过程是一个由小到大、逐级有序的过程，这种过程受到多种信号物质的调控，细菌的存在影响了后续污损生物的附着。目前关于细菌利用群体感应信号分子AHLs调控污损生物附着的研究还很少，尤其是对于硅藻附着及其形成生物膜的影响。本项目拟以我国黄海海域主要污损硅藻为模式生物，研究C4-C14不同结构类型的细菌群体感应信号分子AHLs对污损硅藻附着的影响，揭示附着过程中硅藻与细菌的相互作用以及信号分子的构效关系；利用生理生化和分子生物学的手段以及先进的仪器分析（激光共聚焦显微镜和非损伤微测技术），从硅藻生长、运动、聚集、营养代谢、光合作用、胞外聚合物、生物膜形成等方面探讨AHLs对污损硅藻附着的影响机制，为了解污损生物的形成过程、开发高效的防污技术提供理论基础。

海洋生物污损给人类的海洋经济活动带来巨大危害。因此，生物污损的形成过程受到了越来越多的关注。一般认为，生物污损的形成过程是一个由小到大、逐级有序的过程，这种过程受到多种信号物质的调控，细菌生物膜的存在影响了后续污损生物的附着。报道表明细菌产生的群体感应信号分子AHLs能够调控大型污损生物石莼孢子和藤壶幼虫的附着。但细菌产生的AHLs是否对污损生物膜中硅藻的生长、附着有影响，从而促进后续污损生物群落的形成，目前尚无报道。因此，本项目以我国北黄海分离到的主要污损硅藻Cylindrotheca sp.为例，探讨了不同结构类型的AHLs（C4-C12）对硅藻生物膜形成的影响。研究发现，三种不同结构类型的AHLs（C10-HSL，3-OXO-C10-HSL和3-OH-C10-HSL）促进了附着硅藻生物量及胞外聚合物含量，尤其对胞外多糖的作用更明显。为了排除外源性信号分子的干扰，在实验体系中加入细菌群体感应抑制剂3, 4-Dibromo-2(5)H-furanone，结果显示三种信号分子仍明显促进了附着硅藻生物量及胞外聚合物含量。扫描电镜（SEM）观察发现三种信号分子明显提高了附着藻细胞的致密度；激光共聚焦显微镜（CLSM）研究发现C10-HSL促使硅藻生物膜厚度从34.33 μm提高到了47.67 μm，明显促进了硅藻生物膜的形成。为了进一步探讨AHLs对硅藻附着的影响机制，利用非损伤微测技术（NMT）检测了AHLs对硅藻细胞表面钙离子流速的影响。结果显示三种AHLs均能明显促进藻细胞内钙离子外流，这可能和硅藻的钙离子外流降低运动速率有利于附着是密切相关的。同样，四种不同碳链长度的AHLs（C4-HSL，C6-HSL，C8-HSL和C12-HSL）也不同程度促进附着硅藻的生物量；降低PN/PS比值，增强硅藻的附着力；增加生物膜的厚度，提高生物膜的FITIC-ConA染色的荧光强度。综上所述，细菌群体感应信号分子AHLs能够促进硅藻生物膜的形成，AHLs在3-位取代基的不同会影响信号分子的促进作用，而长碳链的信号分子对硅藻生物膜的形成具有更好的促进作用。这些研究说明AHLs确实在硅藻生物膜形成过程中具有重要的调控功能，那么抑制细菌群体感应或污损生物膜形成可能是一种有效的防污手段，进一步研究生物污损的形成过程，为开发高效防污技术提供理论基础。