芽孢杆菌中细胞壁磷壁酸参与生物膜形成和根际定殖的机制研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

一、课题意义

本篇毕业论文的选题为“微生物生物膜的形成机制”。生物膜是自然界中大多数微生物的存在形式，它是细菌在生长过程中为适应生存环境而形成的一种特殊的生存方式，与浮游细胞相对应。细菌生物膜可从多种途径直接或者间接地影响人类，它们广泛存在于自然界、临床和工业生产中。在自然界中，细菌往往在植物根系的表面形成生物膜，这为根际有益细菌在植物根表定殖并影响植物的健康生长提供了有利条件。生物膜的形成机制与生物膜的生长和结构的形成紧密相关，进而影响到生物肥料中微生物的根际定殖和肥料应用效果。

二、国内外研究进展

2. 研究的基本内容和问题

功能菌在植物根际定殖、存活是防控植物土传病害的基础，有些在实验室条件下拮抗作用表现良好的功能菌株，引入土壤后抗病效果却不稳定，主要原因是它们不能有效定殖在植物根际。而能否在植物根系的局部或者整个根表面有效成膜是微生物在根际定殖并发挥促生和生防作用的关键因素，不同土壤微生物在不同植物根际形成生物膜的情况各不相同。根际有益芽孢杆菌作为被研究的较广泛的一类根际定殖微生物，通常兼具促进植物生长并抵御病害发生的功能。其根际定殖主要包括两个过程：一方面，对根系分泌物的趋化性使菌体向根表趋化运动；另一方面，菌体停留在根表聚集形成生物膜，而功能菌生物膜的形成能力决定了其在植物根际的定殖能力。添加在肥料中的微生物进入土壤后面临着复杂的土壤环境影响，使微生物肥料效果的稳定发挥难以保障，因此研究这些有益微生物的生物膜形成机制，增强这些菌株在根际的竞争定殖是提高其作用效果的重要因素。

本实验计划对芽孢杆菌生物膜的形成机制进行研究，明确其主要的组成成分、主要调控网络、环境中起到调控作用的信号分子，以及形成生物膜的芽孢杆菌群体中不同细胞亚群的分化作用。其中，以对包含大量调控因子和代谢途径的调控网络的研究为主。再通过比较亲缘芽孢杆菌组合和非亲缘芽孢杆菌组合在黄瓜上的根际定殖能力，找到有利于根际定殖的组合，以达到抑制病害发生、促进植物生长的目的。

3. 研究的方法与方案

本实验计划围绕芽孢杆菌生物膜的形成机制及其与根际定殖的关系展开研究。

一、芽孢杆菌生物膜的形成机制

对芽孢杆菌生物膜的形成机制进行研究，需要明确其主要的组成成分、主要调控网络、环境中起到调控作用的信号分子，以及形成生物膜的芽孢杆菌群体中不同细胞亚群的分化作用。其中，以对包含大量调控因子和代谢途径的调控网络的研究为主。

4. 研究创新点

生物膜研究已涉及微生物学、医药工程、环境工程、生物工程、化学、物理及材料科学等诸多学科，近二十年来获得了许多突出成果，是微生物学研究的热点话题。通过对生物膜形成机理的研究，能够有效控制生物膜的生长及其结构稳定。近年来，由于盲目过量地施用化肥，造成农耕土壤质量普遍下降，急切需要使用安全高效、环境友好的微生物有机肥来替代化肥。

自然界中，细菌往往在植物根系的表面形成生物膜，这为根际有益细菌在植物根表定殖并影响植物的健康生长提供了有利条件，在农业生产上具有重要意义。本实验的创新之处，在于将生物膜的形成机制与生物肥料中微生物的根际定殖和肥料应用效果结合了起来。研究微生物肥料中典型微生物的生物膜形成机制，不仅能为增强自然界微生物的根际定殖提供理论基础，更有利于提高根际有益微生物的农业应用效果、促进化肥减施增效和农业可持续发展。

5. 研究计划与进展

1月初-2月中旬：资料搜集、阅读相关文献，与导师沟通确定选题，完成文献综述。

2月中旬-3月10日：初步确定实验方案，完成开题报告。

3月15日-4月15日：开展实验，每隔一周向导师汇报实验进展，探讨实验过程中遇到的问题。