【毕业学位论文】几种高温浸矿菌的分离鉴定及其应用基础与浸矿潜力研究-资源加工与生物工程博士论文

博士学位论文 几种高温浸矿菌的分离鉴定及其 应用基础与浸矿潜力研究 作 者 姓 名： 丁建南 学 科 专 业： 微生物学 院（系、所）： 资源加工与生物工程学院 指 导 教 师： 王淀佐 院士 邱冠周 教授 刘学端 教授 中 南 大 学 2007 年 10 月 分类号 密级 博士学位论文 几种高温浸矿菌的分离鉴定及其 应用基础与浸矿潜力研究 of on 作 者 姓 名： 丁建南 学 科 专 业： 微生物学 院（系、所）： 资源加工与生物工程学院 指 导 教 师： 王淀佐 院士 邱冠周 教授 刘学端 教授 论文答辩日期 答辩委员会主席 中 南 大 学 2007 年 10 月 博士学位论文 摘 要 本论文根据不同高温环境样品的 理化性质和目标菌株的生理生化特性， 对不同温度级的高温浸矿菌进行了系统的富集、 分离和鉴定，并对所分离的高温浸矿菌株进行了应用基础和浸矿潜力研究， 以期为我国高温浸矿菌种资源库的建立提供菌种资源， 为高温浸矿菌的基础和应用研究提供优良出发菌株。 作者从我国不同地域采集到各种环境样品 14份， 共从中分离鉴定出各类高温菌 6属 6种 30余株，包括喜温嗜酸硫杆菌（ 21株（最适生长温度 35、嗜热硫氧化硫化杆菌（ 1株（最适生长温度 53）、仙台脂环酸芽孢杆菌（ 1株（最适生长温度55）、万座酸菌（ 2株（最适生长温度 65）、金属硫叶菌（ 2株（最适生长温度 67）和勤奋金属球菌（ 3株（最适生长温度 。在所有分离鉴定的高温菌中，除仙台脂环酸芽孢杆菌外，其它菌株均具有浸矿功能。由于篇幅所限， 本论文只涉及到其中的前四属四种，即喜温嗜酸硫杆菌、嗜热硫氧化硫化杆菌、 仙台脂环酸芽孢杆菌和万座酸菌。 本论文对上述四种高温菌的研究主要包括如下内容。 1) 喜温嗜酸硫杆菌的分离鉴定 使用多种培养基， 采用琼脂平板固体分离法从样品中分离到喜温嗜酸菌 21株。经形态特征、生理生化特性研究及 16S 定这 21个菌株为喜温嗜酸硫杆菌。根据样品来源，将这些菌株分为 5个系列， 即 “列 （来自云南腾冲、 新华、 瑞甸酸性热泉） ，“列（来自云南安宁酸性温泉）， “列 (来自台湾阳明山酸性热泉 )， “和 “列（分别来自江西德兴、广东大宝山酸性矿山废水）。 2) 喜温嗜酸硫杆菌菌株随机扩增1株喜温嗜酸硫杆菌来自多个地理位置相互隔离， 物理化学性质各异的环境样品，虽然同属一种，但 有些菌株在生理生化特性上表现出较大的差异。 为揭示这些菌株之间的亲缘关系以及菌株差异性和环境条件之间的关联，从而为高效浸矿 菌株的选育提供理论依据，作者博士学位论文 摘 要 术对这些菌株进行了多态性分析。结果表明这 21个菌株可以分成三组，菌株分异主要与栖息环境的化学特性有关。硫、铁、铜、铝、钨、锌、镁、锰是影响菌群分异的主要因素，其中硫是关键元素。 3) 喜温嗜酸硫杆菌菌株的重金属抗性研究 国内外有关喜温嗜酸硫杆菌对有毒离 子的抗性研究多集中于砷。有关喜温嗜酸硫杆菌对其它有毒离子， 特别是重金属离子抗性的研究报道较少。研究喜温嗜酸硫杆菌对重 金属离子的抗性，对于提高其浸矿效率具有十分重要的意义。作者根据喜温嗜酸硫杆菌菌株的来源，选择了 10个菌株和 5种重金属硫酸盐，对所选菌株进行了重金属抗性研究。结果显示， 初始耐受浓度最高，对 力进行进一步的驯化增强后， 其最终 受浓度达到罕见的 210 g相当于 31.5 g，是目前所报道的抗 力最强的菌株； 初始耐受浓度最高；而 初始耐受能力最强。 4) 嗜热硫氧化硫化杆菌的分离鉴定 根据嗜热硫氧化硫化杆菌能产生内生孢子， 以抵抗不利环境的特点，本文作者采用前期以该菌的最适 生长条件促进其营养生长，后期以该菌的临界生长条件促进其孢子生 成的方式对该菌进行富集， 最后采用促进营养生长的方式对该菌进行稀释分离，成功地从取自云南，温度约 60的酸性热泉水样中分离到一株最适生长温度 53，最适生长 养基 )或 杆状细菌 形态学、生理生化、分子生物学等方面的详细研究，确认 是国内首次 分离，并经多种方法鉴定、确认的嗜热硫氧化硫化杆菌。 5) 嗜热硫氧化硫化杆菌了解嗜热硫氧化硫化杆菌作用 下铁矾沉淀形成的规律以及铁矾沉淀对该菌生长的影响，从而为该菌浸矿参数的优化提供理论依据，作者在该菌最适生长条件下， 在加或不加玻璃珠的培养基中，得到铁矾沉淀。加玻璃珠和不加玻璃珠两组间在 化速率、沉淀产量和菌群密度上有显著差异，加玻璃珠一组 化速率快 6h，沉淀出现时间早 6h，沉淀产量高 78%。 外吸收光谱、能谱博士学位论文 摘 要 态上与后者相似。在未接种的加玻 璃珠和不加玻璃珠对照组中，实验期间均无沉淀生成。产自不加玻璃珠组的沉淀对 化能力没有明显影响，而产自加玻璃珠组的沉淀在浓度达到4g化能力造成明显的抑制作用。实验结果提示， 别是用于搅拌式槽浸时，为防止铁矾沉淀的过早出现和过度累积， 在其它参数较难调控的情况下，应将浸矿体系的 6) 嗜热硫氧化硫化杆菌目前为止，国内尚未见嗜热硫 氧化硫化杆菌浸出黄铜矿的报道。为评估其浸矿潜力，作者研究了 株纯菌以及和喜温嗜酸硫杆菌混合对黄铜矿和黄铁矿的浸出。结果显示， 株单独浸出黄铜矿的效率较低， 25d 铜的浸出率为 当 株与适度嗜热硫氧化菌 株混合，浸矿效率大大改善，同期铜的浸出率提高到 株对黄铁矿的浸出效果较好，经过 25d 的浸出，纯菌浸出液中总铁浓度达到 5292 无菌浸出液的 。研究结果提示，用 株浸出黄铜矿一类的原生硫化矿时，最好与适度嗜热硫氧化菌混合。 7) 异养菌了解共栖异养菌对嗜热硫氧化 硫化杆菌浸矿的影响，从分离利用该菌与 行了黄铜矿和黄铁矿的浸矿试验。基于表型、基因型 和系统发育分析结果， 行的浸矿实验表明， 8) 万座酸菌的分离鉴定 运用原位富集法对云南腾冲的酸性热泉水样进行富集后， 在实验室成功分离纯化了 2株嗜热喜酸菌 多种方法详细鉴定，确认两个菌株属于嗜热古菌 座酸菌是新近发现的酸菌属新种，目前全世界仅有 3个菌株，即模式菌株 摘 要 研究成果对于推动我国浸矿菌种，特别是高温浸矿菌种的基础和应用研究具有重要意义。 9) 万座酸菌座酸菌 株对黄铜矿和黄铁矿的浸出实验表明， 该菌株是目前已报道的浸矿菌中浸矿能力最强的菌株之一。 黄铜矿的摇瓶实验结果显示， 24d 铜的浸出率达到 对黄铜矿的继代浸出实验进一步表明，通过 向驯化， 株对 耐受浓度可以在首次浸矿的基础上提高 80%以上。 株对黄铁矿的浸出能力也远远高于 株，经过 28d， 出液中 。这是目前国内外首次进行的万座酸菌浸矿实验，是该菌的重要应用基础研究，对于评价其应用 前景具有重要的指导意义。 关键词 高温浸矿菌，分离鉴定，应用基础，浸矿潜力 博士学位论文 o of a of by be to in 1) of of at -, by to at 5 . 6S of 6S 9% t. On of 1 be t. 2) NA NA CR NA 0CR A 64 in 602 an 14 士学位论文 by NA as or a s of by a s a t. .6 of t. in is a t. if 3) en t. 3 a of to 12.0 N2 to 0 20 gan 1.5 gby a in 10 g1.5 g of to an of a in 4) 士学位论文 an of to m in 0 0 3 . pH 3 .0 .0 an of e2+e3+in (w/v) to or as 16s 9% +C NA b. 7.5 7.3 on is as a b. It is to be 5) on o a on of b. of b. of on a b. in a e2+as 53, 30g70r or in of of a 6 h e2+6 h 78% EM a of to of to of 士学位论文 no e2+a on of e2+a g6) of of by b. of a b. 3 % （ w/v） 5 be by . in as in a 25 d of is an 7) of on by of an b. on as a . be to be a . to be by of b. no on of 8) 士学位论文 an in Up to . an in of 9) of . . is of a 4 d u2+0% of to .4 8 d. It is to be in be to of of 博士学位论文 目 录 录 摘 要 .一章 前 言 .温浸矿菌的定义与种类 . 高温浸矿菌的定义 . 高温浸矿菌的种类 .温浸矿菌在微生物冶金中的作用与地位 . 高温浸矿菌的高效性 . 高温浸矿菌的工业应用 .温浸矿菌分布的局限性 .论文的研究目的与意义 .论文的主要研究内容 .论文的课题来源 .二章 喜温嗜酸硫杆菌 （ 分离鉴定 .料与方法 . 样品采集 . 菌株富集 . 菌株分离 . 16S 因分析 . 菌株形态特征研究 . 菌株生理生化特性研究 .果与讨论 . 菌株的形态特征 . 菌株生理生化特性 . 菌株 16S 列的同源性比较 .士学位论文 目 录 定结论