作者：宋協法 孫頡 單位：中國海洋大學水產學院

群體感應的類型根據自誘導物的不同，細菌的群體感應信號系統大體可分為三類:一是由N-酰化高絲氨酸內酯(N-acyl-homoserinelactones，AHLs)類物質調節的群體感應系統，這種調節機制主要存在于革蘭氏陰性菌中。當細菌分泌的自誘導物濃度達到一定臨界值后，就可與LuxR蛋白相結合來激活目的基因，調控生理行為;二是在革蘭氏陽性菌中存在的以翻譯修飾的寡肽作為信號分子的群體感應系統。在這種系統中，細菌通過調節寡肽類物質感應周圍環境的變化。目前已在枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、肺炎球菌(Pneumococcus)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)等革蘭氏陽性細菌中發現了這種調節機制，而且現有的研究表明沒有產生AHLs類信號分子的革蘭氏陽性細菌;三是以費氏弧菌(Vibriofischeri)為代表的由luxL酶催化的AI-1系統和luxI酶催化的AI-2系統［7－9］。

AHLs類信號分子的檢測方法隨著對細菌群體感應系統研究的深入，研究者希望可以通過人為干擾對其進行調控，以達到有益于人類的目的。目前，對革蘭氏陰性菌產生的AHLs類信號分子已建立了一套比較完整的檢測體系，Paul等和Lars等［10－11］都對AHLs類信號分子的特性和檢測方法進行了比較詳細的闡述。主要的檢測方法可以歸結為以下三類:(1)物理方法:主要是利用高效液相色譜-質譜法(HPLC-MS)和氣相色譜-質譜法(GC-MS)檢測目標菌種，該法不僅簡單高效，而且能在沒有標樣的情況下定性檢測AHLs類信號分子［12］;(2)生物方法:主要是利用報告菌是否產生顏色反應來檢測AHLs類物質是否存在，目前使用最廣泛的是C．violaceum和A．tumefaciens兩種細菌生物感應器，它們對不同長度的酰基側鏈和不同取代基的AHL分子具有不同程度的敏感性［13］;(3)薄層層析法:通過與標樣進行對比可知道檢測物中是否含有AHLs類信號分子。根據目前對群體感應系統的認識和研究，不僅可以建立起細菌之間化學信號物質與生理行為的聯系，還可以通過人為手段阻斷或促進細菌的群體感應系統，從而調控其某種特定功能，以實現其在實際應用上的價值。

群體感應系統在其他領域的應用大多數微生物使用群體感應系統來調控毒性因子的表達和生物膜的形成，這一發現使群體感應成為了抗菌研究的一個備受關注的新手段。Singh等［14］認為銅綠假單胞桿菌的群體感應信號分子與肺部囊胞性纖維癥的感染有直接關系。張曉兵等［15］認為利用群體感應與致病菌存在一定的關系，可以把致病菌群體感應系統的檢測作為臨床細菌感染診斷的潛在生物標志物，另外對群體感應的抑制還可作為臨床治療的一種手段。而在食品領域，由于微生物是導致食品腐敗的主要原因，所以利用群體感應系統對食源性細菌進行調控，在防止食品腐敗、抑制腐敗菌生長等方面有重要意義。Whitehead等［16］認為許多食品腐敗有關的特性如果膠水解酶、蛋白水解酶、脂肪水解酶活性及生物膜形成等都是由AHLs調控的。Gram等［17－18］在真空包裝的牛肉、禽類產品中也檢測到AHLs的濃度與腸桿菌數量的特定關系。此外，他們還發現把產生AHLs并且能水解果膠的胡蘿卜軟腐病菌添加到豆芽中，能加速豆芽的腐敗。

盡管研究發現多數細菌具有群體感應系統，并且群體感應系統能對細菌的生理行為產生一定作用，但是這方面的研究仍然受到許多因素的制約，包括研究方法、研究材料以及細菌本身的特征等等。此外，有關群體感應的多數研究都是以銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、大腸桿菌(E．coli)或費氏弧菌(Vibriofischeri)為對象進行的，對于其他菌種的研究還十分有限，并且在水產領域有關群體感應的報導并不多見。水產養殖業在人們的生活中以至整個社會中都占有重要地位，水產養殖的發展也是學者和社會人士關注的重點，而且水產養殖中的很多方面都涉及群體感應系統的調控作用，因此研究群體感應在水產養殖中的應用是十分必要的。

在養殖污水處理方面的應用養殖水體中的有害物質大多來自殘餌、殘渣和糞便等有機物的大量沉積，這不僅會引起水體缺氧，而且會產生大量有害的中間產物，危害養殖動物健康，嚴重時甚至造成死亡［19－21］。目前，養殖污水的處理方法主要有物理法、化學法和生物法三種。生物法又包括生物膜法、人工濕地法、添加高效微生物菌劑和固化微生物等方法。其中生物膜法因具有運行穩定、管理方便、處理費用低的優點［22］，已成為養殖污水處理的主要方法之一，其對水產養殖污水中氨氮和有機物的去除有很好的效果［23－24］。生物膜是一個非常復雜的結構，相對于游離細胞，它具有更強的穩定性，可以提高細菌的存活率，因此自然界中的細菌主要是以生物膜的形式存在的。生物膜的形成過程由可逆性粘附、不可逆性粘附、早期形成階段、成熟和老化等5個階段構成［25－26］。生物膜法處理養殖污水的主要作用原理是利用生物膜上微生物的新陳代謝作用，將污水中的有害物質最終分解為CO2和H2O［27－29］。水產養殖中常見的生物濾池法就是使廢水與生物膜接觸，利用生物膜內微生物的作用將廢水中的有機物氧化，使水質得到凈化。凈化作用主要是通過生物膜上硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等細菌的作用來實現的。這些細菌是生物膜法處理養殖污水的關鍵，影響著生物膜的形成、養殖污水的處理效果等方面。通過單因子實驗，發現添加了C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL兩種AHLs類信號分子的實驗組的養殖污水處理效果發生了變化，其中較為明顯的是附著基上的生物量發生了顯著改變。與空白對照組和添加乙醇的實驗組相比，添加C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL的兩組生物膜的生物量明顯增加。但具體的調控機制以及群體感應如何對養殖污水處理產生影響、如何大幅提高處理效率等方面的問題，還需要更全面更深入的研究。如果可以通過人為手段，利用群體感應對生物膜上的微生物進行干預，就可達到縮短掛膜時間或提高氨氮去除率的目的。首先在生物膜掛膜啟動階段，通過向系統中投加群體感應信號分子的拮抗物或結構類似物，從而提高掛膜速度和效率;其次可以通過增強或減弱某種群體感應信號分子的濃度來強化或弱化某些種群，優化生物膜的群落組成及結構，進而提高該工藝對特定污染物的去除效果，例如，利用群體感應使降解養殖水體中有害有機物的菌群(如硝化菌群)占據優勢地位，提高去除效率;此外，利用化學信號物質干預細菌的信息系統，還能夠影響細菌的其它生理行為，例如:某些特定污染物的降解基因通過具有結合轉移特性的質粒在種群內的擴散和進化，可以增加生物膜系統對環境變化的適應能力［30］。