砷胁迫下浸矿细菌胞外聚合层(EPS)中多糖抗砷行为的研究

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细菌氧化含砷金矿是发生在矿物界面上的生物催化过程,细菌作为该过程的催化剂,通过氧化硫化矿、破坏硫化物晶体结构,使得包裹金变成暴露金,把包裹金释放出来,方便后续的提金工艺。细菌氧化含砷金矿工艺中,矿石中的砷对浸矿细菌的毒害很大,浸矿细菌的胞外聚合层(EPS)作为菌体的保护层,同时也携带着细菌氧化硫化物的本质信息,对硫化物的吸附和氧化反应的调节起到关键的枢纽作用。因而细菌受矿浆中的“砷害”是阻碍生物冶金工业化发展的重要问题。论文以浸矿细菌HQ0211的胞外多糖为研究对象,联合浸矿细菌的抗砷特性,研究HQ0211菌胞外多糖的提取方法、影响因素、化学结构、与砷离子和含砷矿物的相互作用等;探讨浸矿细菌胞外多糖的抗砷机理,从而开发浸矿细菌的抗砷性能,拓宽浸矿细菌对矿石原料的适应范围;同时也为进一步探索浸矿细菌氧化含砷金矿的机制提供基础依据,为抗砷浸矿细菌的开发提供技术支持。研究取得主要结果如下:  首次提取了浸矿细菌的胞外多糖,最佳提取流程为:离心收集菌体,菌体中加入3.0mL3%EDTA溶液,11500 r·min-1离心10 min;上清液用孔径为0.45μm微孔滤膜过滤,滤液为提取的多糖样品。采用苯酚-硫酸法测定提取的胞外多糖含量,最大吸收波长490nm,最佳浓硫酸用量5.0 mL,最适苯酚质量浓度5%。  浸矿细菌胞外多糖的影响因素中,初始Fe2+浓度越大,胞外多糖含量越高,6、9、12、15 g·L-1菌液体系的胞外多糖最高含量均超过3 g·L-1菌液体系的1.15倍;温度44℃为胞外多糖的最适产出温度,初始pH1.8为胞外多糖的最适产出酸度。  不同菌种胞外多糖的差异中,HQ、TM、HJ、BZ四种浸矿细菌浸矿生长时,驯化菌HQ胞外多糖含量始终高于三种筛选菌,单菌HQ混入TM后,提升了HQTM混菌的自我繁殖能力和浸矿功能。  砷对浸矿细菌胞外多糖的影响中,As(Ⅲ)胁迫时胞外多糖含量增长超过34.14%,As(Ⅴ)胁迫时胞外多糖含量增长超过28.84%;毒砂矿浆浓度为1.5%体系的胞外多糖含量最高可达1.0%、0.5%体系的1.39倍、1.61倍;HQ0211菌通过增加胞外多糖产量抵抗砷离子胁迫;砷胁迫状态下,胞外多糖的C=C键、C-H键和=C-H键与砷甲基化、解除砷害,其红外吸收峰发生偏移。  砷离子与浸矿细菌胞外多糖的相互作用中,As(Ⅲ)的胁迫作用强于As(Ⅴ),其胁迫使菌体胞外多糖含量的变异中有63.36%与Eh线性相关、有61.62%与Fe2+浓度线性相关、有71.40%与菌数线性相关。  单矿物与浸矿细菌胞外多糖的相互作用中,黄铁矿矿浆浓度0.5%、1.0%、1.5%体系的胞外多糖含量增长幅度均大于初始含量的1.85倍,胞外多糖含量与Eh的线性相关度为50.98%;毒砂矿浆浓度0.5%和1.0%体系的胞外多糖含量升高幅度均超出1.55倍,胞外多糖含量与Eh的线性相关度为28.41%;浸矿细菌通过提升胞外多糖的产量来适应环境的变化、抵御砷离子侵害。  含砷金精矿与浸矿细菌胞外多糖的相互作用中,当矿浆中As(Ⅲ)向As(Ⅴ)快速转化时,菌体可通过消耗胞外多糖来抵御砷离子的毒害;当砷离子价态转化减缓时,胞外多糖可参与矿物的氧化反应;不同矿浆浓度体系中的胞外多糖含量有显著差别,胞外多糖含量与各测定指标的线性相关度为菌数53.88%、As(Ⅲ)浓度42.38%、As(Ⅴ)浓度40.45%、Eh9.30%;工业生产中,可调控相关工艺参数,提高胞外多糖产量,增强浸矿细菌抗砷能力,提高浸出效率。
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