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嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)为革兰氏阴性菌,能够生长在极端酸性(pH1.5-1.8)环境中,只能通过氧化亚铁离子获得能量,是专性好氧微生物。在生物浸出研究中,嗜铁钩端螺旋菌被广泛报道,而且被认为是主要的铁氧化细菌。黄铁矿是分布最广的硫化矿,常与铜、钼、金、银、钴、镓等有色、稀贵金属元素伴生或共生。为了探讨细菌浸出黄铁矿的机理,提高工业实践中生物浸矿的效率,本文以不同能源培养的嗜铁钩端螺旋菌为研究对象,考察其生长特性的变化以及它们对黄铁矿的浸出效果;运用荧光实时定量PCR方法测定了它们在不同条件下在黄铁矿表面的吸附情况;通过吸附量、红外光谱、Zeta电位和接触角的测定以及原子力显微镜表面表征,考察黄铁矿与细菌作用后表面性质的变化,为揭示微生物与黄铁矿的作用机制奠定了基础。
通过绘制L.ferriphilum YSK在不同能源物质(FeSO4·7H2O和黄铁矿)中的生长曲线,得知以黄铁矿为能源生长的L.ferriphilum YSK比以亚铁为能源生长的细菌的生长周期长。亚铁培养的细菌很快就能进入对数生长期,代时为22.1h;而黄铁矿培养的细菌进入对数生长期的时间较长,为12h左右,代时为33.2h,比以亚铁为能源培养的细菌大约长11个小时。黄铁矿的摇瓶浸出实验研究表明,黄铁矿的浸出是一个产酸的过程,浸出过程中pH值呈下降趋势,而氧化还原电位在浸出初期持续上升,形成较高的氧化还原电位有利于黄铁矿的浸出。黄铁矿培养的L.ferriphilum YSK比以亚铁为能源生长的细菌能先适应浸出体系的环境,浸出效果也较之好很多。浸出后期,溶液中积累了较高浓度的Fe3+,生成黄钾铁矾阻碍了黄铁矿的溶解,矿浆电位呈下降趋势,导致浸出速率减缓。
应用实时荧光定量PCR研究不同能源培养的浸矿细菌L.Ferriphilum YSK在黄铁矿上的吸附行为被证明是可行的,研究结果表明不同能源培养的L.ferriphilum YSK在黄铁矿表面发生了明显的吸附现象,30分钟到40分钟之间两者都达到吸附平衡,但黄铁矿培养的L.ferrilum YSK在黄铁矿表面的吸附量比可溶性亚铁离子培养的高。在吸附过程中,细菌的表面性质起了至关重要的作用。溶液pH值的改变使得细菌的表面性质发生了变化,从而影响细菌在矿物表面的吸附行为,因此pH值被认为是影响浸矿细菌L.ferriphilumYSK在黄铁矿表面吸附的较为关键的因素,酸性条件下吸附量较高;而温度对浸矿细菌L.ferrphilum YSK在黄铁矿表面上的吸附行为有一定影响,在最佳生长温度时吸附量最高。
对细菌和矿物的表面性质的研究表明,不同基质生长的L.Ferriphilum YSK表面性质发生了一定的变化,黄铁矿培养的细菌比亚铁培养的细菌的接触角大,疏水性强,但是它们对黄铁矿表面性质的影响规律相似。透射电镜对浸矿细菌表面蛋白质的观察表明,固体基质(黄铁矿)中生长的细菌表面的蛋白质要比在可溶性亚铁离子中生长的细菌多,这也是导致固体基质培养的细菌疏水性更大的原因。细菌的吸附使黄铁矿的等电点朝细菌的等电点方向偏移。细菌在浸矿过程中的代谢使得黄铁矿中的铁元素在表面形成Fe2O3、FeOOH和Fe2(SO4)3等亲水物质导致黄铁矿表面亲水性增加。原子力显微镜测试表明L.ferriphilum YSK菌对黄铁矿有较强的腐蚀能力。