Acidithiobacilius ferrooxidans和Acidiphilium spp.细菌的分离鉴定及其协同浸出黄铜矿能力研究

摘要

生物冶金是一种从利用微生物从矿物中提取有价金属的经济方法，特别适于处理贫矿、表外矿及废矿，并具有成本低、投入小、能耗低、对环境污染小等突出优点。在生物冶金中，对高效浸矿菌种的选育和机理研究意义重大。在本文研究中，从金属硫化矿区酸性矿坑水(AcidMine Drainage，AMD)中分离纯化得到多株具有浸矿功能自养的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)和兼养的嗜酸杆菌(Acidiphilium spp.)。随后，从这两种菌的分离、鉴定出发，分别对其生理生化特征和浸矿能力进行了研究，同时考察了它们单独及混合浸出黄铜矿的能力，初步探讨了细菌混合浸矿的协同机理。 首先，本文从广西高峰，湖南浏阳，广东大宝山，江西德兴的酸性矿坑废水中分离得到四株嗜酸氧化亚铁硫杆菌：GF，LY，DBS，DX。其最佳生长温度为30℃，最佳初始生长pH为2.0，化能自养，能利用亚铁、单质硫和葡萄糖生长，不能利用硫代硫酸钠、蛋白胨生长。对四个菌株的亚铁和硫的氧化能力进行研究，发现不同样点筛选得到的菌株之间的氧化活性存在明显差异，同时四株细菌的亚铁氧化活性和硫氧化能力强弱一致，均为GF>LY>DBS>DX。选取其中氧化活性最高的菌株GF进行摇瓶浸出铁闪锌矿实验，浸出30天后，细菌浸出的锌离子浓度达到7302.5 mg/L，而无菌对照中锌离子浓度只有273.2 mg/L。菌株GF浸出铁闪锌矿效果十分明显，能极大的提高铁闪锌矿的浸出率。 其次，本文从取自全国8个不同矿山的酸性矿坑废水中分离纯化得到25株嗜酸兼性异养的Acidiphiilum spp.细菌。随后，对其中一株DY菌株进行生理生化研究，其最适生长温度为30℃，最适初始生长pH为3.5，该菌具有广泛的底物利用特性，能利用葡萄糖、乳糖、蔗糖等多种有机物，及其单质硫和多种硫化矿生长，不能利用FeSO4进行生长。同时对上述25株Acidiphilium spp.细菌进行生态多样性分析研究发现，相比16S rRNA基因，通过gyrB基因构建的系统发育树能够区分一些16S rRNA基因无法区分的种类。 最后，通过摇瓶浸出和反应器柱浸黄铜矿研究发现，虽然Acidiphilium sp.菌DY单独浸出黄铜矿效果不佳，但当和嗜酸自养的氧化亚铁硫杆菌混合浸出时，相比氧化亚铁硫杆菌单独浸矿，两者混合浸矿时能显著提高黄铜矿的浸出率。初步探讨其原因是在混合浸出黄铜矿的过程中，自养的氧化亚铁硫杆菌和异养菌的Acidiphilium spp. 之间对矿物存在协同效应，一方面减缓在浸矿过程中黄铜矿表面钝化膜的形成，另一方面阻止浸矿体系中对氧化亚铁硫杆菌的生长起抑止作用的有机化合物的积累，从而提高了黄铜矿的浸出效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1生物冶金的研究进展

1.1.1硫化铜矿的细菌浸出

1.1.2难处理金矿的细菌预氧化

1.2生物冶金细菌学研究进展

1.2.1 AMD环境中的微生物

1.2.2浸矿体系中的微生物

1.3 AMD环境和浸矿体系中嗜酸性微生物的群落结构及其相互关系

1.4课题的研究目的与研究内容

1.4.1研究依据

1.4.2研究目的

1.4.3论文课题受资助情况

1.4.4论文的主要研究内容

第二章嗜酸氧化亚铁硫杆菌的分离和鉴定

2.1实验材料

2.1.1样品采集

2.1.2培养基

2.1.3实验矿样

2.1.4实验仪器

2.2研究方法

2.2.1富集培养筛选

2.2.2固体平板分离

2.2.3生理生化特征

2.2.4细菌基因组的提取

2.2.5基因组DNA凝胶纯化回收方法

2.2.6细菌的16S rRNA基因扩增

2.2.7感受态的制备

2.2.8 16S rDNA文库的构建与筛选

2.2.9序列测定及分析

2.2.10摇瓶浸出

2.3分析方法

2.3.1细菌计数

2.3.2亚铁氧化活性测定

2.3.3硫氧化活性测定

2.3.4原子吸收光谱

2.3.5扫描电镜

2.4结果与讨论

2.4.1菌株形态特征

2.4.2生理生化特性

2.4.3生长曲线

2.4.4亚铁氧化活性

2.4.5硫源氧化活性

2.4.6 16S rRNA基因序列分析与系统发育

2.4.7浸矿实验

2.5本章小结

第三章Acidiphilium spp.菌种的分离鉴定及其生态多样性分析

3.1实验材料

3.1.1菌种采集

3.1.2培养基

3.2实验方法

3.2.1富集与分离

3.2.2.生理生化特征

3.2.3菌株的鉴定

3.2.4菌株的生态多样性分析

3.3结果与讨论

3.3.1菌株形态特征

3.3.2生理生化特征

3.3.3生长曲线

3.3.4硫氧化活性

3.3.5 16S rRNA基因序列分析与系统发育

3.3.6菌株的生态多样性分析

3.4本章小结

第四章A.ferrooxidans GF与Acidiphilium sp.DY混合浸出黄铜矿实验

4.1实验材料

4.1.1实验菌种

4.1.2实验矿样

4.1.3培养基

4.1.4浸矿反应器

4.2实验方法

4.2.1黄铜矿的预处理

4.2.2菌株的驯化

4.2.3浸矿体系

4.2.4铜离子浸出量的测定

4.3结果与讨论

4.3.1摇瓶浸出

4.3.2反应器浸出

4.3.3浸出机理探讨

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果