嗜热冶金微生物的分离鉴定及其在矿物浸出中的应用

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生物湿法冶金(Biohydrometallugy)又称微生物浸矿(bioleachingorbiomining),其主要原理是应用微生物将金属硫化矿物氧化、还原或络合分解,使金属以离子或单质形式进入溶液,再通过进一步分离、富集、纯化而提取金属。相比中温菌,中度嗜热菌和极端嗜热菌具有动力学上的优势,且耐受有机物的能力较强,具有更高的浸出速率,因而越来越受到关注。本研究通过培养条件选择及优化对哥斯达黎加热泉泥水样品中的中度嗜热菌和极端嗜热菌进行分离筛选,选取代表菌株进行了分类鉴定及浸矿功能研究。  中高温条件(45℃)下,分别采用自养和异养培养基,从哥斯达黎加热泉样品中分离得到19株菌,经16SrRNA基因比对,它们与硫化杆菌属(Sulfobacillus)的菌种或菌株最高相似性达到99%以上,从中选取两株菌进行形态学、生理生化和系统发育分析,结果表明:这两株菌革兰氏染色反应为阳性,细胞大小分别为0.4-0.6μm×2.5-4.0μm和0.4-0.7μm×2.4-4.9μm,端生芽孢,生长温度范围均为30℃-55℃,最适生长温度分别为50℃和40℃,生长pH范围分别为1.2-5.0和1.4-5.0,最适生长pH均为2.8。两株菌兼性异养,既可以利用Fe(Ⅱ)、S、K2S4O6等为能源进行自养生长,也可利用酵母浸粉等有机物异养生长,将菌株分别定名为Sulfobacillussp.strainCostaC和Sulfobacillussp.strainCostaE。浸矿实验表明,两株菌在45℃时可以氧化黄铁矿,对铁的浸出率分别达到30.4%和31.2%,氧化速率分别为63.0mg/L·day与56.8mg/L·day。  高温条件下(70℃)下,对高温固体培养基进行优化,研究发现在凝胶浓度为0.7%,添加0.25%MgCl2/Ca(NO3)2混合溶液(MgCl2和Ca(NO3)2初始浓度分别为1mol/L和0.3mol/L),pH3.0时,固体平板最适宜菌落生长。分别以自养和异养培养基富集驯化后,以优化后的平板分离哥斯达黎加热泉中的高温菌,共得到10株菌,经16SrRNA基因比对,与生金球菌属和硫化叶菌属已鉴定的菌相似性在97%以下,可能为这两个属的新种。对菌株Ric-A,TJ-2进行了形态学、生理生化及系统发育和浸矿功能分析:菌株Ric-A革兰氏染色反应阴性;菌体为不规则球状,无鞭毛,不产芽孢,生长温度范围为50℃-75℃、最适生长温度为70℃,生长pH范围为1.5-6.5,最适生长pH为3.5,最高NaCl耐受浓度为1%。Ric-A和TJ-2可以利用酵母浸膏等有机物为碳源和能源生长,也可利用硫磺、连四硫酸钾等无机能源生长,浓度为0.2g/L的酵母提取物可以促进Ric-A对硫的氧化。Ric-A和TJ-2的(G+C)%含量分别为(41.8±0.8)mol%和(41.6±0.9)mol%,极性脂组成为CGTE(Calditoglycerocaldarchaeol)和DGTE(Caldarchaeol)。  形态学、生理生化特点及系统发育分析表明,菌株Rie-A和TJ-2为Metallosphaera属的新种,其中Ric-A定为标准菌株,命名为Metallosphaerasp.nov.Ric-AT。黄铁矿和铜原矿混合浸出试验表明,Ric-A具有硫化矿浸出能力,对混合矿物中铁的浸出率达到52.2%,铁氧化速率为70.2mg/L·day。对铜原矿的浸出也有一定促进作用。
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