生物浸出過程中胞外多聚物關鍵組分作用及其機理研究

《生物浸出過程中胞外多聚物關鍵組分作用及其機理研究》是依託中南大學，由曾偉民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物浸出過程中胞外多聚物關鍵組分作用及其機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曾偉民
• 依託單位：中南大學

項目摘要

胞外多聚物（EPS）在生物冶金過程中具有重要意義，目前關於EPS關鍵組分的作用及機理研究較少，一定程度上阻礙了生物冶金理論的發展。本項目圍繞EPS關鍵組分生成及含量、EPS關鍵組分功能和礦物氧化溶解途徑三個方面展開研究，首先採用雷射共聚焦顯微鏡和特異性螢光探針技術原位檢測已知EPS關鍵組分的含量以及在礦物表面生物膜上的分布情況，同時採用離子交換柱等傳統方法提取和分析EPS組分，驗證原位檢測結果和探尋其他可能的EPS關鍵組分；其次通過特異性酶裂解法和基因表達分析法探討EPS關鍵組分對微生物浸礦行為如微生物吸附、金屬離子Fe3+富集等方面的影響；最後考察生物浸出過程中銅硫中間產物的生成及含量情況，探討礦物氧化溶解反應及限速步驟。旨在闡明EPS關鍵組分及含量-吸附微生物生長及活性-礦物氧化溶解效率三者之間的關在線上制，為分析微生物的浸礦行為奠定基礎。

結題摘要

本項目圍繞EPS 關鍵組分生成及含量、EPS 關鍵組分功能和礦物氧化溶解途徑三個方面展開研究，首先採用玻璃珠振盪法提取了礦物表面的胞外多聚物，並通過GC-MS分析發現胞外多聚物主要由糖類和脂類組成，而蛋白質較少，且不同浸出時間提取的胞外多聚物的成分和含量也不同。通過特異性螢光染料分別標記了胞外多糖（ConA）、胞外蛋白（FITC）和胞外DNA（PI），並採用雷射共聚焦顯微鏡觀察到黃銅礦表明細菌生物膜呈單層分布，細菌主要吸附在礦物表面有裂縫的地方，胞外多糖藻酸鹽一般平均分布在生物膜中。隨著浸出時間的增加，胞外DNA的螢光強度逐漸增強，且對應各時期的胞外DNA的提取量也在增加。 通過特異性裂解酶法探討了EPS關鍵組分缺失對生物浸出的影響。研究發現胞外DNA特異性裂解酶DNase I加入後，細菌在礦物表面達到吸附平衡的時間延長，同時胞外多聚物其他各組分含量都有所減少，且在各個時期浸出液中Cu2+，Fe2+等的浸出率降低。通過實時定量PCR確定了胞外多糖及胞外蛋白合成過程中關鍵基因的表達情況，結果表明algD基因是藻酸鹽合成的關鍵基因，而與胞外蛋白具有較高同源性的DNA-結合蛋白基因S.t-1與細菌的分裂有關，調控整個群體感應系統中的菌體濃度，S.t-3基因編碼一種砷抗性蛋白，在浸礦過程中的表達量與砷的濃度變化趨勢像似，具有一定的耐砷性。 採用同步輻射XRD等技術探明了黃銅礦的氧化溶解過程主要分為三步：脫鐵階段，脫銅階段和單質硫氧化階段。脫鐵步驟中黃銅礦變成Cu1-xFe1-yS2-z (y＞x)是黃銅礦浸出前期的限速步驟，單質硫的氧化是黃銅礦浸出後期的限速步驟。黃鉀鐵礬、單質硫結合胞外多聚物形成的鈍化膜造成黃銅礦的生物浸出速率將大大降低，此時解鈍化步驟將成為整個黃銅礦生物浸出的限速步驟。本項目闡明了EPS關鍵組分及含量—吸附微生物生長及活性—礦物氧化溶解效率三者之間的關在線上制，為分析微生物的浸礦行為奠定了基礎。