高效硅酸盐矿物分解细菌的分离筛选及其与硅酸盐矿物相互作用机制研究

摘要

微生物是地球上最早出现的生命形式，已有30多亿年的历史，它们广泛分布于地表或近地表的各种环境中。自然环境下矿物溶解、迁移和沉淀几乎都离不开微生物的作用；反过来矿物也对微生物的生存繁衍产生影响，因此研究矿物和微生物的相互作用已经成为环境矿物学的一个热点。本实验通过研究细菌与硅酸盐矿物相互作用及作用机制可以丰富地球生物进化理论，特别是有关细菌在硅酸盐矿物风化和形成中的作用。 本研究从南京江宁地区某钾矿区不同风化程度钾长石表面分离得到50株细菌，并通过菌株对钾长石的分解作用筛选得到2株高效分解硅酸盐矿物细菌为菌株Q28和Q32。通过形态学观察、生理生化特征及16S rDNA的序列测定和比较得出Q28、Q32均属于根瘤菌属(Rhizobium spp.)。 对功能菌株生物学特性进行研究，结果表明：菌株Q28、Q32具有固氮、分泌IAA、产铁载体和表面活性剂的能力。研究环境因素对菌株生长影响，试验结果表明菌株Q28和Q32最适温度为28℃，适宜pH为7.0-11.0，对高渗环境的比较敏感。菌株对重金属具有不同的抗性，菌株Q28在Pb2+、Cr2+、Cu2+、Ni2+、2n2+、Cd2+条件下的致死浓度分别为1500、5、5、10、1000、10 mg·L-1；菌株Q32在Pb2+、Cr2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+条件下的致死浓度分别为2000、5、10、20、2000、25 mg·L-1。菌株对抗生素也具有不同的抗性，菌株Q28在抗生素Str、Tc、Rif、Kn、Ap条件下的致死浓度分别为50、2、1、100、200mg·L-1；菌株Q32在抗生素Str、Tc、Rif、Kn、Ap条件下的致死浓度分别为100、50、1、100、200 mg·L-1，2菌株对利福平都敏感。 采用三亲本杂交的方法成功地对菌株Q32进行了gfp基因标记，获得标记菌株Q32-gfp。研究表明，gfp在标记菌株Q32-gfp中稳定性良好。定殖试验表明，标记菌株Q32-gfp能够在钾长石和黑云母表面定殖。 菌株与硅酸盐矿物相互作用及作用机制研究表明，菌株Q28和Q32能够分解钾长石、白云母、黑云母、金云母多种含钾矿物；矿物能够促进细菌生长，菌体细胞形态发生变形，促进菌株分泌多糖和有机酸，并能引起多糖结构发生变化，增强络合作用；菌株对矿物颗粒大小在40目-100目分解能力差异不显著；菌株在自然条件下也能够分解矿物，但分解效果不如摇瓶实验。菌株Q28、Q32的代谢产物(有机酸和多糖)都能侵蚀钾长石和黑云母，多糖在其中起主要作用，而且有机酸和多糖复合作用效果高于有机酸和多糖的单独作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号及缩略语说明

声明

第一章文献综述

第一节矿物分解细菌的分离筛选及其生物学特性研究

第二节微生物与矿物相互作用研究

1微生物对矿物的风化作用

2微生物成矿作用

3矿物对微生物的作用

第三节微生物与矿物相互作用机制研究

第四节微生物矿物学及其应用

第五节研究目的和意义

第二章高效硅酸盐矿物分解细菌的分离筛选及鉴定

1材料

2方法

2.1供试材料分析

2.2菌株的分离纯化

2.3细菌的筛选

2.4菌种鉴定

3结果与分析

3.1矿物材料分析

3.2高效解硅解钾细菌分离及筛选

3.3菌株鉴定

4讨论

5本章小结

第三章高效分解硅酸盐矿物细菌生物学特性研究

1材料

2方法

2.1菌株产生长素(吲哚乙酸)能力的定性测定

2.2菌株产1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACC脱氨酶)能力测定

2.3菌株产铁载体能力的定性分析

2.4菌株固氮能力的检测

2.5菌株溶解磷酸钙能力的分析

2.6菌株产表面活性剂能力的检测

2.7环境条件对菌株生长的影响

2.8菌株在矿物表面的定殖试验

2.9菌株对钾长石，白云母，黑云母，金云母的溶解作用

2.10培养基优化

3结果与分析

3.1菌株分泌植物生长激素能力测定

3.2菌株产ACC脱氨酶能力测定

3.3菌株产铁载体能力的测定

3.4菌株固氮能力的检测

3.5菌株溶解磷酸钙能力的分析

3.6菌株产表面活性剂能力的检测

3.7环境条件对菌株生长的影响

3.8菌株在矿物表面的定殖试验

3.9菌株对钾长石、白云母、黑云母、金云母溶解作用

3.10培养基条件优化

4讨论

5本章小结

第四章菌株与硅酸盐矿物相互作用及其作用机制研究

1材料

2方法

2.1试验设计

2.2测定方法

3结果分析

3.1菌株Q28、Q32对钾长石、黑云母摇瓶试验

3.2矿物对试验菌株生长代谢影响

3.3细菌代谢产物对含钾矿物的浸溶作用

3.4环境条件对细菌分解矿物影响

4讨论

5本章小节

全文总结

参考文献

附录

致谢