氧化亚铁硫杆菌LY01分离鉴定及提高其氧化活性机制研究

【摘要】硫杆菌多分布于酸性矿山废水环境中,广泛应用于生物湿法冶金、煤炭生物脱硫及污泥生物淋滤去除重金属等领域,筛选高效菌株并研究影响其氧化活性的因素及提高其氧化活性的机制具有重要的意义。从贵州省金沙县某煤矿废水中分离获得1株铁硫氧化细菌LY01,经过对该菌株的形态特征、理化特征检测及16SrRNA序列分析,初步鉴定菌株LY01为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)。在无机盐培养液中菌株LY01可以从氧化Fe2+、单质硫(s0)及黄铁矿(FeS2)获得能量生长,但难以氧化利用硫代硫酸钠(Na2S2O3).对Fe2+的氧化速率最快,反应30h即可将44.2g·L-1的FeS04·7H2O完全氧化,菌体细胞达到4.2×107个·mL-1；反应2·1d对溶液中10g·L-1含量的S0氧化率达6.7%,反应液中S042-浓度为2001mg·L1-,菌体细胞达到8.9×107个·mLq；反应20d对溶液中30g·L-1含量的FeS2氧化率达10%,反应液中SO42-浓度达4443mg-L-1,菌体细胞达到3.4×108个·mL-1。研究重金属离子(Zn2+、Ni2+、Cu2+)对菌株LY01氧化FeSO4活性的影响,结果发现LY0l对Zn2+和Ni2+有较强的耐受性,最大耐受浓度分别大于20g·L-1、16g·L-1;而对Cu2+的耐受能力较低,耐受浓度低于4g·L-1。菌株LY0l对重金属离子耐受性由大到小依次为Zn2+>Ni2+>Cu2+。研究重金属离子(Zn2+、Cu2+、Ni2+、pb2+、Ag+)对菌株LY01氧化Fe鸥能力的影响,结果发现,Ag+对菌株LY01氧化FeS2活性的影响随着浓度的升高而增大,10～100mg·L-1的Zn2+、Ni2+、Cu2+、Ag+对菌株LY01氧化FeS2活性有一定的影响,且Ag+对菌株LY01氧化FeS2活性的抑制作用随着Ag+浓度的升高而逐渐增强,而10～100mg·L-1Pb2+对菌株LY0l氧化FeS2的活性无影响。不同金属离子对菌株LY0l氧化FeS2抑制作用由大到小依次为Cu2+>Zn2+>Ni2+>Ag+>pb2+。菌株LY0l经不同底物(FeSO4、S0、FeS2)驯化后氧化FeS2的活性发生变化,经过FeS2驯化后菌株LY0l活性最强,S0驯化菌次之,FeSO4驯化菌最弱。为探究其氧化FeS2活性差异机制,对经不同底物驯化后菌体的形态特征、分泌EPS特性、细胞组分差异、次生矿物生成量差异以及在黄铁矿表面吸附差异进行了比较研究,结果发现,菌株LY01经不同底物驯化后菌体细胞形态发生了变化,菌体分泌EPS的产量存在差异,不同底物驯化下,EPS的分泌量从高到低顺序依次为FeS2>S0>FeS04。以FeS2及FeSO4为底物的菌体细胞产生的EPS中络合了较多的Fe3+,FeSO4驯化培养的LY01单位质量EPS(以(TOCmg)-1计)络合有1.02mgFe3+,FeS2驯化培养的LY01单位质量EPS((TOCmg)-1)络合达3.89mgFe3+,约为FeSO4驯化细菌的3.8倍。菌体细胞经红外扫描结果显示,菌株LY0l细胞中主要含有—OH、—NH2、C=O、C-O等活性基团,不同底物驯化后LY01细胞化学组成发生改变,FeS2和So驯化的细胞含有较多芳香醚类R-O、脂肪族C-X等基团疏水性基团。采用X射线衍射仪扫描分析菌株LY01氧化FeSO4和FeS2产生的沉淀物质,结果表明,两种沉淀物均是黄钾铁矾和黄铵铁矾的混合物,但前者以黄铵铁矾为主,后者以黄钾铁矾为主,并且菌株LY01经不同底物驯化后次生矿物产量不同,疏水性底物FeS2、So驯化LY0l矿物产量下降,且疏水性底物FeS2、S0驯化的菌体更易吸附到黄铁矿表面,加速对黄铁矿的氧化。
【作者】刘玉娇；
【导师】王世梅；
【作者基本信息】南京农业大学，环境工程，2013，硕士
【关键词】氧化亚铁硫杆菌；鉴定；氧化活性；重金属离子；胞外多聚物；

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