一株中度嗜热嗜酸硫化杆菌及其应用

摘要

本发明公开了一株中度嗜热嗜酸硫化杆菌:硫化杆菌(Sulfobacillus sp.)MLY CGMCC No.0540。其最适生长温度50－54℃,最适生长pH1.2－1.4。MLY菌株是兼性化能自养菌,在自养和混合营养条件下,均能氧化Fe2+、黄铁矿和元素硫,但是在混合营养条件下,氧化速度比氧化亚铁硫杆菌快1倍多。硫化杆菌MLY菌株在冶金工业及环境保护中可以得到广泛应用,主要用于氧化Fe2+和硫化矿物,具体体现在可以用于从硫化矿物中提取和回收金属以及废水处理等。

说明书

本发明涉及一株中度嗜热嗜酸硫化杆菌及其应用。

能氧化铁(Fe²⁺)的嗜酸菌包括中温菌、中度嗜热菌和极端嗜热菌，它们的最佳生长温度分别是30℃、50℃和70℃。其中，中温菌氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)已成功地用来从硫化矿物中提取和回收金属(EhrlichH L，Brierley C L(eds).Microbial Mineal Recovery，McGraw-Hill Publisher，New York，1990，3～28)。但是，由于氧化亚铁硫杆菌是专性自养菌，氧化速度较慢，以致限制了它的进一步使用。而且，由于硫化矿物生物氧化过程是放热反应，需要为反应系统配置专门的冷却设备，才能保证氧化亚铁硫杆菌能够正常生长，这就加大了生产成本。中度嗜热嗜酸菌与氧化亚铁硫杆菌相比，生长温度较高，能适应发热的反应系统，因此更具应用前景。

本发明的目的是提供一株具有高氧化能力的中度嗜热嗜酸硫化杆菌。

本发明的另一个目的是提供该中度嗜热嗜酸硫化杆菌的应用。

本发明的中度嗜热嗜酸硫化杆菌是：硫化杆菌(sulfobacillus sp.)MLYCGMCC No.0540。

本发明的硫化杆菌(sulfobacillus sp.)MLY，已于2001年2月12日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其简称为CGMCC，保藏编号为CGMCC No.0540。

本发明的硫化杆菌MLY菌株在冶金工业中可以得到广泛的应用。主要用于氧化Fe²⁺和硫化矿物。具体体现在可以用于从硫化矿物中提取和回收金属，如提取和回收铜、铀、金、镍等。

本发明的硫化杆菌MLY菌株还可以在环境保护中得到广泛的应用，例如可以用来处理废水。

本发明的硫化杆菌(sulfobacillus sp.)MLY分离于我国重庆干坝子煤矿的煤矸石堆中。将样品用pH1.0-2.0的L培养基(Karavaiko G I，Rossi G，Agate A D，etal.Biogeotechnology of Metals.Moscow：Centre for International Projects GKNT，1988，59.)，在45-50℃的条件下富集培养，多次转移，即得到硫化杆菌MLY。

本发明的硫化杆菌MLY菌体杆状，与中温嗜酸菌氧化亚铁硫杆菌的细胞形态相似，但较大。MLY菌株是典型的中度嗜热嗜酸菌，既能高效氧化Fe²⁺，又能高效氧化硫化物矿物产生硫酸盐和硫酸。硫化杆菌MLY菌株是兼性自养菌，能通过Fe²⁺、黄铁矿(FeS₂)和元素硫(S⁰)的氧化获得能量生长，当有机物(如酵母粉，最佳浓度为0.2g/L)存在时，进行混合营养和异养营养代谢。在混合营养条件下，对Fe²⁺和硫化物矿物的氧化速度比中温菌快1倍以上。对MLY菌株的16S rRNA基因序列进行系统学分析表明，它与嗜热氧化硫化物硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)同源性最高，应归同一属。

由于硫化杆菌MLY菌株可以在较高的温度条件(例如45-50℃)下生长使用，因而在从硫化矿物中提取和回收金属的系统中不需配置专门的冷却设备，且温度高还可以提高氧化速度，这样，即提高氧化速度，又降低生产成本，因此硫化杆菌MLY菌株在冶金工业中将会有重要的应用前景，在提高生产速度的同时，还可以降低生产成本。同时，由于MLY菌株能高效地将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，在环境保护方面也将有很高的使用价值。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为MLY菌株和A10菌株对Fe²⁺的氧化曲线图

图2为MLY菌株和A10菌株对黄铁矿(FeS₂)的氧化曲线图

在下述各实施例中，均以中温菌氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)A10菌株为对照。A10菌株自我国山东省招远金矿矿坑的酸性水中分离得到，在30-35℃，pH2.0-2.5的条件下用L培养基(Karavaiko G I，Rossi G，Agate AD，et al.Biogeotechnology of Metals.Moscow：Centre for International ProjectsGKNT，1988，59.)富集培养，多次转移获得。A10菌株为专性自养菌，30℃时生长最佳，超过45℃不能生长，它的适宜生长pH为2.0-2.5。

在下述各实施例中，研究利用亚铁(Fe²⁺)生长的培养基为leathen培养基(Karavaiko G I，Rossi G，Agate A D，et al.Biogeotechnology of Metals.Moscow：Centre for International Projects GKNT，1988，59-61.)，Fe²⁺5-10g/L(FeSO₄7H₂O)；研究利用元素硫(S⁰)生长的培养基为Allen的改良培养基(Karavaiko G I，RossiG，Agate A D，et al.Biogeotechnology of Metals.Moscow：Centre for InternationalProjects GKNT，1988，59-61.)，S⁰10g/L；研究混合营养或异养营养生长时，添加0.1-0.2g/L酵母粉。

下述各实施例中的培养方法为，除了研究利用元素硫生长时静置培养，其它都是摇瓶振荡培养，160r/min；MLY菌株的培养温度设置在45-50℃，对照的氧化亚铁硫杆菌的培养温度设置在30-35℃。

下述各实施例中所用的分析测定方法为，细菌生长氧化Fe²⁺过程中，溶液中可溶性铁(Fe²⁺和Fe³⁺)浓度用重铬酸钾容量法分析。细菌生长pH以及氧化元素硫过程中产生的硫酸用pH计(美国，Beckman，Φ72 pH Meter)测定。

实施例1、硫化杆菌MLY菌株生长温度的研究

使用Leathen培养基，以Fe²⁺为能源，混合营养，pH1.4，在温度10-70℃范围内培养，实验在温度梯度摇床上进行(日本，TN-3F)。MLY菌株通过氧化Fe²⁺生成Fe³⁺获得能量生长，以Fe²⁺的氧化率表示细菌生长情况，培养18小时的生长结果如表1所示。

        表1  MLY菌株在不同温度下的生长情况培养温度(℃)  34     37    39     41     43     47    50   54     59    62Fe氧化率(％)  13.7   17.1  31.3   60.4   79.5   90.6  100  98.7   44.1  6.9

由表1的数据可见，MLY菌株生长的最佳温度为50-54℃。延长培养时间时，低于25℃仍能生长，而高于62℃不生长。

实施例2、硫化杆菌MLY菌株生长pH值的研究

使用Leathen培养基，以Fe²⁺为能源，混合营养，温度50℃，在pH0.5-2.5范围内培养，以Fe²⁺的氧化率表示细菌生长情况，培养16小时的生长结果如表2所示。

        表2  MLY菌株在不同pH下的生长情况培养基pH      0.5  0.8   1.0   1.2   1.4  1.6   1.8   2.0   2.5Fe氧化率(％)  3.9  21.5  74.6  98.4  100  74.7  43.4  31.4  9.8

由表2的数据可见，MLY菌株在pH0.5-2.5均能生长，最适的pH为1.2-1.4，pH2.5以上会产生明显沉淀。

实施例3、硫化杆菌MLY菌株对Fe²⁺的氧化

MLY菌株在自养营养和混合营养条件下都能氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，以Fe²⁺氧化率表示氧化效果，如图1所示，横坐标为时间，纵坐标为Fe²⁺氧化率，曲线1为MLY菌株混合营养条件下Fe²⁺氧化率，曲线2为MLY菌株自养营养条件下Fe²⁺氧化率，曲线3为A10菌株自养营养条件下Fe²⁺氧化率，由图1可见，MLY菌株混合营养比自养营养条件氧化Fe²⁺快得多：16小时时，混合营养条件下，Fe²⁺完全氧化，而自养营养条件下，只氧化26.5％。

由图1可见，混合营养条件下的MLY菌株比A10菌株氧化速度快1倍：MLY菌株氧化Fe²⁺时，延滞期为6小时，16小时时氧化率达100％；A10菌株氧化Fe²⁺时，延滞期为12小时，氧化率达100％需要32小时。

实施例4、硫化杆菌MLY菌株对黄铁矿(FeS₂)的氧化

以黄铁矿(FeS₂)作能源，在自养和混合营养条件下，研究MLY菌株对FeS₂的氧化，并与A10菌株对比。如图2所示，横坐标为时间，纵坐标为净增加的可溶性Fe，曲线4为MLY菌株混合营养条件下净增加的可溶性Fe，曲线5为MLY菌株自养营养条件下净增加的可溶性Fe，曲线6为A10菌株自养营养条件下净增加的可溶性Fe，由图2可见，在120小时里，MLY菌株在混合营养条件下产生的可溶性铁浓度为6.22g/L，在自养营养条件下为1.11g/L，A10菌株在自养营养条件下为3.05g/L。可见，MLY菌株在混合营养条件下比A10菌株和MLY菌株在自养条件下氧化速度分别快1倍和4倍多。

由图1和图2可见，MLY菌株和A10菌株氧化Fe²⁺和FeS₂的速度顺序一样，即MLY菌株混合营养最快，A10菌株自养营养居中，MLY菌株自养营养最慢。这提示我们，在工业应用中，应该为MLY菌株创造一种氧化速度最快的条件，即混合营养条件。