产多糖根瘤菌Q32对硅酸盐矿物的风化作用及其机制研究

• 作 者: 陈亮
• 出 处: 南京农业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 根瘤菌Q32 胞外多糖 硅酸盐矿物 生物膜 螯合作用

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。