微生物声暴露下生物学效应研究：以大肠杆菌为例

　　本书以结构简单并易对可听声波做出有效应答的单细胞微生物——大肠杆菌为研究对象，介绍并分析可听声波对其生长特性、生理生化和胞内生物大分子合成等的影响；探究可听声波对大肠杆菌高密度培养的影响，为基因工程菌的生长代谢调控提供理论和技术支撑；借助高通量测序技术，明确可听声波对大肠杆菌的转录调控作用；通过钙离子通道和机械敏感性离子通道对可听声波作用的响应，揭示声波对微生物生物学效应的作用机制。本书可供生物工程尤其是环境微生物学和微生物代谢相关科研工作者参考。

　　吴影，河南科技大学，讲师，参与河南省高等教育教学改革研究与实践项目，河南省研究生教育改革与质量提升工程项目，“发酵工程学课程体系建设”教改项目，“生物工程设备”精品资源共享课程。主要从事食品微生物、营养与健康等研究领域。主持河南省自然科学基金面上项目1项，河南省科技攻关项目1项。完成省科技鉴定成果3项。发表论文15篇，其中SCI，EI收录论文5篇，获授权发明专利5项

第1章绪论1
1.1可听声波的生物学效应相关研究3
1.2微生物声应激研究5
1.3实验对象的选择7
参考文献8

第2章微生物声暴露实验平台的搭建12
2.1固体培养实验装置的设计13
2.2液体培养实验装置的设计14
2.3实验装置的优化15
2.3.1对照箱对声波加载的影响16
2.3.2液体培养声波加载方式的确定16
2.3.3搅拌装置对声波加载的影响17
2.3.4搅拌条件下液体培养声波加载方式的确定17
2.3.5调控装置对声波加载的影响17
参考文献18

第3章声暴露对大肠杆菌生长特性的影响19
3.1引言20
3.2研究方法20
3.2.1声波加载试验20
3.2.2菌体生物量的测定21
3.2.3大肠杆菌生长曲线21
3.2.4菌体比生长速率的测定21
3.2.5细菌电镜样品的制备22
3.3研究结果与分析23
3.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌生长的影响23
3.3.2声暴露对液体培养大肠杆菌生长过程的影响28
3.3.3声频率对液体培养大肠杆菌生长的影响29
3.3.4声强级对液体培养大肠杆菌生长的影响32
3.3.5声功率级对液体培养大肠杆菌群体生长的影响35
3.3.6声暴露对大肠杆菌细胞形态的影响38
3.4小结39
参考文献39

第4章声暴露对大肠杆菌生理生化特性的影响45
4.1引言46
4.2研究方法47
4.2.1固体培养加载试验47
4.2.2液体培养加载试验47
4.2.3无菌培养上清的制备48
4.2.4细胞收集与破碎48
4.2.5ATP酶活的测定49
4.2.6MDA含量的测定49
4.2.7SOD酶活性测定50
4.2.8CAT酶活性的测定51
4.2.9质膜通透性的测定52
4.2.10质膜蛋白的红外分析52
4.3研究结果与分析52
4.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌抗氧化酶活的影响52
4.3.2声暴露对液体培养大肠杆菌抗氧化酶活的影响54
4.3.3声暴露对液体培养大肠杆菌胞内自由基含量的影响56
4.3.4声暴露对液体培养大肠杆菌胞内能量代谢的影响57
4.3.5声暴露对液体培养大肠杆菌细胞膜的影响59
4.4小结61
参考文献62

第5章声暴露对大肠杆菌大分子合成的影响68
5.1引言69
5.2研究方法69
5.2.1哈氏弧菌BB170的预培养69
5.2.2胞内总蛋白的提取70
5.2.3蛋白质电泳制胶步骤70
5.2.4胞内总蛋白含量的测定72
5.2.5RNA提取73
5.2.6RNA电泳及浓度测定74
5.3研究结果与分析74
5.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌胞内蛋白质合成的影响74
5.3.2声频率和强度对液体培养大肠杆菌胞内蛋白质合成的影响75
5.3.3声暴露对大肠杆菌生长过程中胞内大分子合成的影响76
5.4小结78
参考文献78

第6章声波对大肠杆菌高密度培养的影响82
6.1引言83
6.1.1影响大肠杆菌高密度培养的因素83
6.1.2大肠杆菌高密度培养的方法84
6.1.3群体感应与大肠杆菌高密度培养85
6.2研究方法88
6.2.1哈氏弧菌BB170的预培养88
6.2.2哈氏弧菌BB170荧光检测实验89
6.2.3葡萄糖和麦芽糖消耗速率的测定89
6.3研究结果与分析91
6.3.1声频率和声强对大肠杆菌菌体密度的影响91
6.3.2声波对大肠杆菌底物消耗速率的影响92
6.3.3声波对大肠杆菌AI-2分子表达的影响94
6.3.4声波对大肠杆菌群体感应系统的影响95
6.4小结99
参考文献100

第7章声暴露对大肠杆菌的转录调控作用105
7.1引言106
7.2研究方法107
7.2.1声暴露实验107
7.2.2基因转录组测定步骤107
7.2.3转录组测序数据分析方法108
7.3研究结果与分析109
7.3.1转录组数据质量评估109
7.3.2声暴露大肠杆菌差异基因分析111
7.3.3声暴露对大肠杆菌代谢网络结构的影响121
7.3.4声暴露对大肠杆菌能量代谢模型的影响124
7.4小结129
参考文献130

第8章大肠杆菌声暴露下生物学效应的作用机制139
8.1引言140
8.1.1钙离子在声效应信号转导中的作用140
8.1.2机械敏感性离子通道的研究现状141
8.2研究方法143
8.2.1钙离子和EGTA对大肠杆菌生长的影响144
8.2.2可听声波加载实验144
8.2.3固体培养胞内钙含量的测定144
8.2.4液体培养胞内游离钙的测定144
8.2.5钙离子通道阻滞剂试验145
8.2.6质粒转化方法146
8.2.7双通道缺失菌株构建方法148
8.3实验结果与分析150
8.3.1胞内游离钙离子检测方法的优化150
8.3.2钙离子对大肠杆菌生长代谢的影响151
8.3.3声波对固体培养大肠杆菌胞内钙浓度的影响151
8.3.4声波对液体培养大肠杆菌胞内钙浓度的影响155
8.3.5抑制剂对声波处理大肠杆菌胞内钙浓度的影响159
8.3.6声波对不同MS通道类型胞内游离钙离子的影响159
8.3.7钙离子通道阻滞剂对声暴露生物学效应的影响161
8.3.8大肠杆菌双通道缺失菌株的构建162
8.3.9声波对不同MS通道类型大肠杆菌的影响164
8.4小结168
参考文献169