混合细菌浸出三种硫化矿及浸出过程中微生物多样性分析

摘要

本论文采用RFLP方法分析了广东云浮硫铁矿酸性矿坑水样品中细菌的分布情况，并用DGGE-PCR技术检测了酸性矿坑水样品在不同能源(黄铜精矿和镍铜铁矿)培养过程中体系微生物群落的变化。亦用DGGE-PCR方法分析了混合细菌浸出三种硫化矿过程中体系微生物群落的变化规律，并测定了溶液的pH值，细菌浓度，金属离子浓度；还用X射线衍射、扫面电镜、电子能谱等技术对不同时期生物浸出渣表面形态、物质组成、元素含量进行了研究和分析。 在广东云浮硫铁矿酸性矿坑水样品中共检测到15个OTUs，根据系统发育树可分为4大类即Nitrospir纲，Alphaproteobacteria纲，Betaproteobacteria纲和Gamma-proteobacteria纲。其中占大多数的是Gammaproteobacteria纲Acidithiobacillus属和Betaproteobacteria纲Gallionella属的细菌，Nitrospira纲Leptospirillum属的细菌少量存在。在不同能源培养下，酸性矿坑水中的微生物群落发生了很大的变化。在黄铜精矿浸出体系中，主要检测到有7个菌株存在，其中占优势的主要是Gammaproteobacteria纲Acidithiobacillus属的细菌，浸出后期Nitrospira纲Leptospirillum属细菌也成为优势菌群，而Betaproteobacteria纲Acidovorax属细菌则一直少量存在。在镍铜铁矿浸出体系中主要检测到5个菌株，其中Nitrospira纲Leptospirillum ferriphilum细菌一直是优势菌群，而少量存在的Gammaproteobacteria纲Acidithiobacillus属细菌仅在浸出前、后期被测到。 混合细菌浸出黄铁矿，黄铜矿和铁闪锌矿的氧化过程具有不同的特征。在溶液初始pH为2.00的条件下，铁闪锌矿的氧化速率>黄铁矿的氧化速率。黄铁矿生物氧化过程中溶液pH总体呈下降趋势，无明显的沉淀产生；而铁闪锌矿和黄铜矿生物氧化过程中溶液pH则呈先上升再下降的趋势，并有元素硫和黄钾铁矾沉淀产生。黄铁矿的表面有细菌吸附和大量腐蚀坑出现(有的腐蚀坑与细菌外形非常相似)，但未形成生物膜；在铁闪锌矿表面有细菌吸附并有生物膜形成，但没有发现腐蚀坑。造成这3种硫化物生物氧化过程差异的主要原因可能是矿物自身的性质以及反应溶液pH的影响。 混合细菌浸出3种硫化矿过程中体系微生物群落的变化也有不同。在黄铁矿浸出体系中有A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、L.ferrooxidans的生长现象，其中浸出前期A.ferrooxidans和A.thiooxidans为主要菌群，后期则仅A.ferrooxidans是优势菌株，同时有少量L.ferrooxidans存在。在黄铜精矿浸出体系中，仅检测到A.thiooxidans的存在。在铁闪锌矿浸出体系中，检测到了A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、S.thermosulfidooxidans的存在，浸出前期A.thiooxidans和A.caldus是主要菌群，中后期则A.ferrooxidans取代了A.thiooxidans，与A.caldus一起成为优势菌群，后期还检测到少量S.thermosulfidooxidans的存在。混合细菌浸出铁闪锌矿时，35℃时的浸出效果优于30℃时，铁氧化细菌和硫氧化细菌混合浸出效率高于单一菌株的浸出效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1微生物冶金技术

1.1.1冶金微生物

1.1.2冶金微生物的应用及分类

1.1.3我国微生物冶金研究的进展

1.1.4微生物冶金存在的问题及发展方向

1.2微生物生态学在生物冶金中的应用及研究进展

1.2.1常规方法

1.2.2免疫学方法

1.2.3分子生物学方法

1.2.4讨论

1.3研究浸矿微生物生态学对生物冶金发展的意义

1.4研究背景与研究内容

1.4.1研究背景及意义

1.4.2主要研究内容

第二章实验材料和研究方法

2.1实验材料

2.1.1实验菌株及培养条件

2.1.2培养基成分

2.1.3实验矿样

2.1.4实验仪器

2.2研究方法一RFLP技术操作

2.2.1样品的培养及收集

2.2.2基因组DNA的提取及纯化

2.2.3细菌16S rDNA的PCR扩增

2.2.4感受态的制备

2.2.5连接，转化和SP6,T7-PCR扩增

2.2.6 SP6,T7-PCR产物双酶切及电泳

2.2.7送样测序及分析

2.3研究方法一DGGE技术操作

2.3.1菌种的培养及收集

2.3.2 DGGE-PCR的扩增

2.3.3 DGGE试剂的准备

2.3.4 DGGE胶的制备

2.3.5 DGGE电泳

2.3.6 DGGE胶的染色(硝酸银染色法)

2.3.7条带分析及DNA回收

2.4分析方法

2.4.1元素含量及金属离子浓度测定

2.4.2显微计数和pH值测定

2.4.3饱和度分析及系统发育树的构建

2.4.4矿样及其浸出渣的成分分析

2.4.5浸出渣表面形态的观察

第三章广东云浮酸性矿坑水浸出二种硫化矿过程中微生物群落变化

3.1广东云浮硫铁矿酸性矿坑水中细菌生物多样性分析

3.1.1酸性矿坑水样品16S rDNA酶切结果及分析

3.1.2细菌16S rDNA序列测定及系统发育树分析

3.2广东云浮酸性矿坑水浸出黄铜精矿及浸出过程中微生物群落演替规律

3.2.1黄铜精矿浸出溶液中pH值和锌、铁、铜离子浓度的变化

3.2.2黄铜精矿浸出体系微生物群落的变化

3.3广东云浮酸性矿坑水浸出镍铜铁矿及浸出过程中微生物群落演替规律

3.3.1镍铜铁矿浸出溶液中pH值和锌、铁、镍离子浓度的变化

3.3.2镍铜铁矿浸出体系微生物群落的变化

3.4本章小结

第四章混合细菌浸出三种硫化矿及浸出过程中微生物多样性变化规律

4.1 DGGE条件的优化

4.2混合细菌浸出黄铁矿及浸出过程中微生物多样性变化规律

4.2.1 A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.混合浸出黄铁矿(30℃)

4.2.2A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.、L.ferrooxidans混合浸出黄铁矿(30℃)

4.2.3黄铁矿及其生物浸出渣分析

4.3混合细菌浸出黄铜精矿及浸出过程中微生物多样性变化规律

4.3.1 A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.混合浸出黄铜精矿(30℃)

4.4混合细菌浸出铁闪锌矿及浸出过程中微生物多样性变化规律

4.4.1 A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.混合浸出铁闪锌矿(30℃)

4.4.2 A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.混合浸出铁闪锌矿(35℃)

4.4.3A.ferrooxidans、A.caldus、Acidiphilium sp.混合浸出铁闪锌矿(35℃)

4.4.4 A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、L.ferrooxidans、Acidiphilium sp.、S.thermosulfidooxidans混合浸出铁闪锌矿(35℃)

4.4.5铁闪锌矿及其浸出渣分析

4.5讨论与小结

4.5.1黄铁矿与铁闪锌矿生物氧化过程中的差异

4.5.2混合细菌浸出三种硫化矿过程中体系微生物群落的变化

第五章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果