生物膜通过增强水分蒸发吸附能力以及在干燥条件下逆转滞后现象，改变了土壤-水系统的动态特性

《npj Biofilms and Microbiomes》：Biofilms reshape soil-water dynamics with enhanced vapor adsorption and hysteresis reversal under dry conditions

　　

摘要

细菌生物膜通过改变土壤-水分动态，在干旱条件下对微生物的生存至关重要。它们对干燥土壤中水蒸气传输的影响尚未得到充分研究。本研究系统地探讨了生物膜在广泛的基质势范围（-400 MPa至-10 MPa）内对土壤水蒸气吸附（SWVS）动态的影响。使用不同质地的土壤，并接种野生型和突变型的Pseudomonas putida及Bacillus subtilis菌株，我们分析了SWVS等温线以及土壤和生物膜性质的变化。主要研究发现：在干燥土壤中（水分活度a_w < 0.93），活性细胞和生物膜仍然存在，并通过两种不同的机制改变SWVS行为：(1) 由于生物膜通过膨胀作用吸水以及其在胞外聚合物物质（EPS）基质中的大量水分保持能力，SWVS能力得到增强（在不同土壤中增加了10–49%）；(2) 在临界水分活度值（a_w < 0.6）时，生物膜主导的吸附作用超过了颗粒表面的解吸作用，导致滞后现象逆转。机制分析表明，EPS成分通过具有强亲水性的官能团（-COOH和-OH）、EPS的膨胀作用以及抑制阳离子/表面水合作用来影响SWVS，这些因素物理上遮挡了局部矿物表面。本文提出了一个关于生物膜定植土壤中水蒸气动态的概念框架，这些结果填补了人们对干旱条件下生物因素控制土壤水文过程理解的空白。