产多糖根瘤菌Q32对硅酸盐矿物的风化作用及其机制研究

摘要

微生物与矿物的相互作用是自然界中普遍存在的一种地质作用，可分为直接作用和间接作用两种方式，直接作用是指微生物与矿物直接接触时，在细菌-矿物界面形成有利于矿物风化的微环境，间接作用是指微生物的代谢产物对矿物的化学降解作用。本文研究的主要是微生物与矿物的直接作用，对微生物与矿物相互作用的作用机理进行探讨，尤其是微生物多糖在矿物分解中所起的作用。
　　 供试菌株为实验室保存的一株产胞外多糖根瘤菌Q32，本文在摇瓶培养的条件下，研究了菌株Q32对不同结构硅酸盐矿物的风化作用。结果表明，在0-21d的培养过程中，Q32对钾长石、黑云母、金云母和伊利石均有一定的风化效应。培养21d，接活菌处理发酵液中硅离子含量达到最高，比接灭活菌对照增加138-162％。菌株Q32在以上述硅酸盐矿物为唯一钾源的培养基中生长可形成较多的胞外多糖，且在细菌培养的第7d多糖含量最高，达9.46 g.L-1。
　　 通过扫描电镜（SEM）观察，发现Q32对矿粉颗粒发生了溶蚀作用，矿物表面变得凹凸不平，有腐蚀坑出现，在矿物表面有生物膜形成；能谱（EDS）分析表明，接菌21d后矿物表面的Si、Al含量分别比原始矿物的Si、Al含量低，可以看出矿物上的金属离子被释放出来，Q32对矿物有一定的风化作用。
　　 不同培养条件下Q32所产胞外多糖的分析表明，在培养基加供试矿物的条件下菌株所产多糖与培养基不加矿物所产多糖相比，多糖的含量增加5.8-17.3％，说明矿物能够刺激细菌产糖。气相色谱分析表明，菌株所产多糖为杂多糖，主要是由鼠李糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖五种单糖组成，从红外图谱上可以找到多糖的特征吸收峰，多糖的红外光谱和单糖组分分析结果表明，在不同条件下所产多糖的结构没有发生明显变化。
　　 纯化后的胞外多糖对不同硅酸盐矿物的溶解试验表明，酸性多糖对矿物有风化作用，主要是因为羧基等酸性基团的螯合作用。多糖中吸附的有机酸有葡萄糖酸，酒石酸和苹果酸，有机酸的浓度分别仅为0.31 mM、0.27 mM和0.29 mM，但低浓度的有机酸并不足以对矿物产生风化作用，本研究表明供试矿物的风化作用主要是由Q32分泌的胞外多糖的溶解作用引起的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

第一节 微生物和矿物的相互作用

1 微生物对矿物的风化效应

2 微生物对矿物形成的影响

第二节 微生物参与矿物风化的作用机理研究

1 有机酸的作用

2 胞外多糖的作用

3 氧化还原作用

第三节 微生物多糖对矿物风化的作用机理研究

1 微生物胞外多糖的概述

2 微生物多糖参与矿物风化的作用机理研究

第四节 研究的目的和意义

第二章 产多糖根瘤菌Q32对硅酸盐矿物的风化作用

1 材料

1.1 菌株

1.2 试验材料

1.3 培养基

2 方法

2.1 菌株形态学特征

2.2 供试矿物分析

2.3 菌株Q32对不同硅酸盐矿物的溶解试验

2.4 测定方法

3 结果与分析

3.1 菌株的形态学特征

3.2 矿物材料分析

3.3 菌株Q32对不同硅酸盐矿物的溶解试验

4 讨论

5 本章小节

第三章 根瘤菌Q32胞外多糖的提取纯化和结构分析

1 试验方法

1.1 胞外多糖的提取工艺

1.2 脱蛋白

1.3 多糖的纤维素柱层析纯化

1.4 紫外扫描分析

1.5 红外光谱（FI-IR）分析

1.6 糖醛酸含量的测定

1.7 单糖组成分析

1.8 多糖中吸附有机酸含量的测定

2 结果分析

2.1 多糖柱层析的洗脱曲线

2.2 多糖的光谱分析

2.3 糖醛酸含量的测定

2.4 不同条件所产多糖的单糖组成分析

2.5 多糖中所含有机酸的检测

3 讨论

4 本章小结

第四章 根瘤菌Q32胞外多糖对硅酸盐矿物的浸溶作用

1 材料

1.1 菌株

1.2 试验材料

1.3 培养基

2 方法

2.1 胞外多糖的提取和纯化

2.2 胞外多糖对硅酸盐矿物的浸溶作用

3 结果与分析

4 讨论

5 本章小节

全文总结

本文的创新点

附录 1

附录 2

参考文献

致 谢