嗜酸菌与黄铜矿相互作用下能源基因表达差异及电化学研究

摘要

本文以黄铜矿浸出过程中的嗜酸氧化亚铁硫杆菌为研究对象，采用实时定量PCR的方法研究了游离、吸附状态下，Acidithiobacillusferrooxidans能源基因的表达差异，结果表明吸附的氧化亚铁硫杆菌与游离的氧化亚铁硫杆菌相比硫氧化基因转录水平上调，亚铁氧化基因转录水平下调。硫氧化基因sqr、p21分别上调了15.9和5.9倍，亚铁氧化基因rus、cyc1分别下调了0.48和0.17倍。采用高效液相色谱方法(HPLC)分析了浸出过程中黄铜矿表面产生的单质硫的变化，发现第1天黄铜矿表面产生了较多的单质硫，以后表面单质硫数量不断减少。吸附细菌倾向于以单质硫为能源，单质硫作为底物可能诱导了吸附细菌的硫氧化基因转录水平上调。
　　混合培养氧化硫硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌杆菌两种不同能源浸矿菌浸出黄铜矿，采用PCR-DGGE的方法分析游离、吸附细菌的群落结构。结果表明Acidithiobacillus thiooxidans为吸附细菌群落结构中的优势菌，所占比例为68.25％;Leptospirillum ferrooxidans为游离细菌群落结构中的优势菌，所占比例为88.03％。吸附细菌的主要作用是氧化单质硫，游离细菌的主要作用是氧化亚铁。由于氧化亚铁的主要是游离细菌，黄铜矿的浸出主要通过间接浸出机制。
　　电化学阻抗谱是研究固体表面的电荷变化的有效方法，可以用并联的电容Cbl和电阻Rbl代表细菌/电极界面构成等效电路来研究细菌的吸附现象。氧化亚铁硫杆菌吸附到黄铜矿表面的动力学表明黄铜矿电极总阻抗|Z|越大，细菌吸附越多。前40 min大部分细菌快速吸附到黄铜矿电极表面，吸附后阻抗迅速地由317.58 kΩ增加达到520.27 kΩ，随后吸附速度减慢。与显微镜计数相比电化学阻抗谱分析能够更方便地对细菌吸附过程进行动态监测。细菌吸附到黄铜矿电极表面以后，细菌细胞的导电和介电性能使电荷转移电阻下降(Ret)和双电层电容(CPEdl)增加。A.ferrooxidans在温度为30℃、菌浓度为8.0×108cells/ml的时候电荷转移电阻Ret减小的最多，双电层电容CPEdl增加的最多，此时细菌吸附得最多。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物冶金

1．2 生物冶金的基础研究

1．2．1 A．ferrooxidans的亚铁氧化系统

1．2．2 A．ferrooxidans的硫氧化系统

1．3 生物冶金的工业应用

1．4 细菌与矿物相互作用的研究进展

1．5 实时定量PCR

1．6 电化学阻抗谱

1．7 课题研究目的与主要内容

1．7．1 研究依据和实验目的

1．7．2 课题的主要研究内容

1．7．3 论文课题受资助情况

第二章 游离与吸附A．ferrooxidans能源基因的表达差异

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验矿样

2．2．2 细菌及培养

2．2．3 游离和吸附细菌的生长曲线

2．2．4 浸出铜离子浓度测定

2．2．5 总RNA的提取及纯化

2．2．6 反转录cDNA

2．2．7 实时定量PCR

2．2．8 高效液相色谱分析矿表面单质硫

2．3 实验结果

2．3．1 游离、吸附细菌生长曲线

2．3．2 铜离子的浸出

2．3．3 实时定量PCR检测基因表达

2．3．4 黄铜矿表面单质硫数量变化

2．4 小结

第三章 不同能源浸矿菌游离、吸附群落结构

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 细菌培养及菌体收集

3．2．2 降落PCR扩增16S rDNA基因

3．2．3 DGGE电泳

3．3 实验结果

3．3．1 浸出过程pH、Eh的变化

3．3．2 浸出过程中Fe2+、Fe3+、总铁的变化

3．3．3 DGGE电泳图谱

3．3．4 吸附、游离细菌群落结构

3．4 小结

第四章 A．ferrooxidans与黄铜矿吸附作用的电化学阻抗谱研究

4．1 前言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 细菌培养及菌体收集

4．2．2 黄铜矿电极制备

4．2．3 电化学阻抗谱测定

4．3 实验结果

4．3．1 细菌吸附动力学

4．3．2 细菌吸附的电化学阻抗谱特征

4．3．2 不同温度下细菌吸附的EIS

4．3．3 不同菌浓下细菌吸附的EIS

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果及荣誉