一株耐铅、锌、铬菌株的分离鉴定及其吸附能力

【背景】采矿带来的土壤重金属污染问题对生态环境和人类健康产生了极大的危害,因此矿区重金属污染问题亟待解决。生物修复法成本低、资源广、没有二次污染,是修复土壤重金属污染的有效途径。【目的】以山东省曲阜市某煤矸石山周围土壤为材料,采用平板划线法分离筛选一株同时对铅、锌、铬有高耐性且吸附能力强的菌株。【方法】通过形态学特征、生理生化鉴定、分子生物学方法鉴定菌种;采用原子吸收分光光度计测量各重金属的浓度。【结果】鉴定菌株为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus),命名为Bacillus cereus MZ-11。菌株MZ-11在pH为5.5?8.5、温度为15?45 °C、NaCl质量分数为2%?8%时可正常生长。菌株MZ-11最高耐铅、锌、铬浓度高达1 000、1 200、1 600 mg/L。在培养基中铅、锌、铬3种重金属浓度分别为初始浓度(含Pb2+、Zn2+、Cr6+浓度分别为50、60、80 mg/L)、初始浓度的5倍、10倍、20倍的条件下,MZ-11对Cr6+和Zn2+的吸附比例则随浓度的提高逐渐增大,吸附百分比均在98%?99%以上。对Pb2+的吸附比例有一个最高值,并且Pb2+的浓度为初始浓度的5倍时,MZ-11对Pb2+的吸附比例达最大值97.01%。【结论】菌株MZ-11对铅、锌、铬有高耐性和较好的吸附能力,为生物法修复矿区复合重金属污染和矿区生态环境提供了有力的理论支持。     

铜蓝精矿的生物浸出

采用两种嗜酸硫杆菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌)对铜蓝进行生物浸出,实验在有或没有4 g/L硫酸亚铁pH 2．0、150转/分、35℃的三角瓶中进行。实验结果表明:用两种菌混合浸出的铜几乎等于嗜酸氧化亚铁硫杆菌单独浸出的铜;另外,亚铁的加入能提高铜的浸出。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学研究进展

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan,A.ferrooxidans)广泛存在于酸性矿物废水中,与生物冶金和环境净化紧密相关。不同来源嗜酸氧化亚铁硫杆菌全基因组的测序,为我们利用比较基因组学和功能基因组学的方法去洞察嗜酸氧化亚铁硫杆菌功能基因,提供了坚实的研究基础和丰富的科研信息。简述了嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学的基本特征;从比较基因组学和功能基因组学发现了嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株基因组水平的差异;通过生物信息学概述了该菌的铁和硫代谢机制,并从细菌的功能基因组学对其在生物冶金与环境治理等应用进行了展望。     

T2-2菌株对多菌灵的降解特性及生物修复试验

摘要：【目的】为获得降解多菌灵的微生物菌株,并用其制备生物修复剂,修复被污染的土壤。【方法】从耐药性木霉菌株诱变选育过程中,得到一株能降解多菌灵的变异菌株T2-2。该菌株在多菌灵浓度100 mg/L无机盐培养基中, 于25℃、200 r/min振荡培养取样,用HPLC-MS检测代谢产物;以玉米秸秆粉为原料经固体发酵制成T2-2生物修复剂;采用土壤人工接种,在T2-2菌剂接种量为107cfu/g干土、多菌灵含量为0.1 mg/g干土时进行灭菌土和自然土壤的修复试验;另外,还做了T2-2菌剂对黄瓜枯萎病的活体防效试验。【结果】处理2 d的培养液,HPLC-MS检测出代谢产物为：2-氨基苯并咪唑,苯并咪唑和2-氨基苯腈,处理5 d的培养液经检测未发现多菌灵和代谢产物;土壤修复试验中,灭菌土壤中的多菌灵接种6 d被完全降解,而自然土壤中的多菌灵被完全降解缩短到4 d。说明秸秆粉作为共代谢底物,促进了T2-2和土著微生物的共代谢降解作用;另外,T2-2菌剂对黄瓜枯萎病的活体防治效果达到81.7%,优于化学农药。【结论】木霉T2-2菌株即可降解土壤中的多菌灵,又可防治植物病害。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌ISC铁硫簇系统的合成

【目的】铁硫簇是最古老的一种氧化还原中心,它普遍存在于所有生命体内,在光合作用、呼吸作用和固氮作用这三个地球生命最基本的代谢途径中扮演着重要的角色。【方法】以嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans ATCC 23270)基因组为模板,克隆表达其ISC铁硫簇组装的3个核心蛋白,IscS(半胱氨酸脱硫酶蛋白)、IscU(支架蛋白)和IscA(铁供体蛋白)。【结果】研究发现IscS能催化半胱氨酸脱硫,为铁硫簇的组装提供硫,支架蛋白IscU不具备结合铁的能力,IscA具有较强的铁结合能力。【结论】铁硫簇体外组装证明Fe-IscA在体外能将结合的铁传递给IscS,并在IscU上进行铁硫簇的组装。     

除草剂氟磺胺草醚降解菌FB8的分离鉴定与土壤修复

【目的】从氟磺胺草醚污染土壤分离高效降解菌株,进行分类学鉴定、降解特性及土壤修复能力初步研究,为氟磺胺草醚污染土壤微生物修复提供新的菌株。【方法】通过形态特征、生理生化特征和16S rRNA序列分析方法进行菌株鉴定;通过农药初始浓度、pH值、温度等环境因素的研究得到菌株的最适生长条件;通过敏感作物和靶标杂草的盆栽生测试验,验证菌株对氟磺胺草醚污染土壤的修复能力。【结果】本试验从黑龙江省长期施用氟磺胺草醚的大豆田地中分离出一株能以氟磺胺草醚为唯一碳源生长的细菌FB8,初步鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas),该菌株在96 h内对500 mg/L氟磺胺草醚的降解率高达86.75%,其最适生长条件为500 mg/L农药初始浓度、初始pH6.0-8.0、35-37℃,该菌株处理30 d能够显著恢复敏感作物玉米和高粱的各项生物量指标,对氟磺胺草醚浓度为5 mg/kg的土壤修复效果明显。【结论】从黑龙江省污染土壤中筛选得到的高效降解氟磺胺草醚的门多萨假单胞菌Pseudomonas mendocina FB8,盆栽生测试验表明该菌株具有很好的土壤修复作用,可为氟磺胺草醚的生物修复研究提供适宜的菌种资源。     

污泥中重金属的生物淋滤

生物淋滤法(Bioleaching)是指利用自然界中一些微生物(硫细菌)的直接作用或其代谢产物的间接作用,产生氧化、还原、络合、吸附或溶解反应,将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其他金属)分离浸提出来的技术.在生物淋滤中,嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)和嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.f)被用作有效的淋滤载体[1].这种嗜酸性的化能自养型细菌以大气中的CO2为碳源,以无机物铁或硫为能源来维持生长,不需要提供外来的碳源和电子供体.另外,由于pH值很低,抑制了其他细菌的生长,所以在实际的操作过程中不需要严格的无菌条件.氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌去除重金属适宜于污水处理厂的开放系统,采用土著嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)和氧化硫硫杆菌(A.f)进行重金属去除.也就是说,处理什么地方的污泥,就在什么地方分离A.f和A.t,这样分离的微生物在生物淋滤过程中能发挥较好的作用.这也是微生物在自然界生长繁殖的特点之一. 本期介绍了王聪、宋存江等[2]从剩余活性污泥中分离得到两株土著硫杆菌,对两株菌进行了分类鉴定,确定二者分别为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌杆(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)和嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.t),将二者的单菌和混合菌分别接种于剩余活性污泥中,进行了为期9 d的生物淋滤,对淋滤过程中的pH变化、氧化还原电位(ORP)以及重金属含量进行了检测.结果表明,生物淋滤9 d的混合菌对于As、Cr、Cu、Ni和Zn的去除效果最好,去除率分别达到了96.09%、93.47%、98.32%、97.88%和98.60%.混合菌生物淋滤对于Cd和Pb的去除率在第6天之后迅速下降,但是A.t单菌淋滤保持较高的去除率,此结果为进一步的应用打下了良好的基础.     

氧化亚铁硫杆菌亚铁氧化活性与其对低品位铜矿浸矿速率关系的研究

氧化亚铁硫杆菌是一个具有很强生物浸矿能力的细菌,本文对3株分离得到的氧化亚铁硫杆菌及一株来自菌种中心(Acidithiobacillus ferrooxidans A．f)的铁氧化活性及其这些菌株对低品位黄铜矿浸出速率进行了研究。结果显示,在所有的4株A．f菌中,菌株CMS—F1和F10—ATCCC23270的铁氧化活性较高,其对黄铜矿生物浸出速率也高。进一步分析亚铁氧化活性对生物浸矿效率的影响时发现,在A．f菌中,氧化活性高的菌株,其对低品位黄铜矿的生物浸出效果也高。     

Cr(VI)污染细粒土壤化学淋洗修复效果与经济成本分析

土壤淋洗技术具有修复效率高、修复彻底、污染土壤减量化等特点,但目前土壤淋洗的药剂成本相对较高,且淋洗后的细粒土壤仍需固化、稳定化处理,限制了淋洗技术大规模的推广应用。本研究以重庆市某Cr(VI)污染场地细粒土壤为对象,探究了Cr(VI)污染细粒土壤化学淋洗修复的效果与经济可行性。结果表明:除EDTA外,随着草酸、柠檬酸、醋酸和盐酸浓度的增加,土壤中Cr(VI)的去除率均逐渐增加,且草酸和柠檬酸复配淋洗效果最佳;液固比5∶1～10∶1时淋洗效果和稳定性最佳,液固比大于10∶1或低于5∶1淋洗效果和稳定性降低。淋洗时间越长,土壤中Cr(VI)的去除效果越好,土壤中Cr(VI)的浸出浓度越低;以草酸和柠檬酸作为复配淋洗剂,在液固比5∶1,淋洗45 min情况下,土壤中Cr(VI)去除率为62.73%,Cr(VI)的浸出浓度为0.64 mg·L~(-1),低于垃圾填埋场Cr(VI)浸出标准1.5 mg·L~(-1),且Cr(VI)污染细粒土壤淋洗药剂成本为300元·t~(-1)土,具备工程应用的经济可行性。     

重金属污染土壤修复技术中有关淋洗剂的研究进展

淋洗法是修复污染土壤的一种很有效的方法 ,是对污染土壤生物修复的一种补充 ,使污染土壤修复的系统化成为可能。淋洗法就是使用淋洗剂来清洗土壤 ,使土壤中污染物随淋洗液流出 ,然后对淋洗液及土壤进行后续处理 ,从而达到修复污染土壤的目的。而淋洗剂的选择是影响这一技术效率高低的主要因素之一。本文对目前淋洗剂的应用情况 ,作用机制进行了总结和评价。探讨了天然有机酸、生物表面活性剂等对环境影响小的淋洗液的应用前景。并根据“以废治污”的指导思想提出并分析了以柠檬酸废水和味精废水作为淋洗剂修复重金属污染土壤的可行性。     

Bioleaching of chalcopyrite by pure and mixed cultures of Acidithiobacillus spp. and Leptospirillum ferriphilum

Bioleaching is an economical method for the recovery of metals that requires low investment and operation costs. Furthermore, it is generally more environmentally friendly than many physicochemical metal extraction processes. The bioleaching of chalcopyrite in shake flasks was investigated with pure and mixed cultures of Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus caldus, and Leptospirillum ferriphilum. The mixed cultures containing both iron- and sulfur-oxidizing bacteria were more efficient than the pure culture alone. The presence of sulfur-oxidizing bacteria positively increased the dissolution rate and the percentage recovery of copper from chalcopyrite. Mixed cultures consisting of moderately thermophilic L. ferriphilum and A. caldus leached chalcopyrite more effectively than mesophilic A. ferrooxidans pure and mixed cultures. The decrease of the chalcopyrite dissolution rate in leaching systems containing A. ferrooxidans after 12–16 days coincided with the formation of jarosite precipitation as a passivation layer on the mineral surface during bioleaching. Low pH significantly reduces jarosite formation in pure and mixed cultures of L. ferriphilum and A. caldus.     

Bioleaching of chalcopyrite concentrate using Leptospirillum ferriphilum, Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans in a continuous bubble column reactor

To estimate the bioleaching performance of chalcopyrite for various hydraulic residence times (HRTs), laboratory-scale bioleaching of chalcopyrite concentrate was carried out in a continuous bubble column reactor with three different HRTs of 120, 80 and 40 h, respectively. An extraction rate and ratio of 0.578 g Cu l⁻¹ h⁻¹ and 39.7%, respectively, were achieved for an HRT of 80 h at a solids concentration of 10% (w/v). Lower bioleaching performances than this were obtained for a longer HRT of 120 h and a shorter HRT of 40 h. In addition, there was obvious competition between Leptospirillum ferriphilum and Acidithiobacillus ferrooxidans to oxidize ferrous iron, causing large compositional differences between the microbial communitys obtained for the different HRTs. Leptospirillum ferriphilum and Acidithiobacillus thiooxidans were found to be the dominant microbes for the longer HRT (120 h). Acidithiobacillus ferrooxidans became the dominant species when the HRT was decreased. The proportion of Acidithiobacillus thiooxidans was comparatively constant in the microbial community throughout the three process stages.     

Comparison of bioleaching behaviors of different compositional sphalerite using <Emphasis Type="Italic">Leptospirillum ferriphilum</Emphasis>, <Emphasis Type="Italic">Acidithiobacillus ferrooxidans</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">Acidithiobacillus caldus</Emphasis>

Two sphalerite samples with different iron/sulphur (Fe/S) ratios, Shuikousan ore (Fe/S 0.2) and Dachang ore (Fe/S 0.52), were processed using three microbial species, Leptospirillum ferriphilum, Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus. Following 20 days of bioleaching in shake flask cultures, a higher zinc (Zn) extraction (96%) was achieved with Shuikousan ore than with Dachange ore (72%). The extraction efficiency increased when elemental S was added to Dachang ore to attain the same Fe/S ratio as that for Shuikousan ore. Following the addition of S, the redox potential, pH and total dissolved Fe for Dachang ore demonstrated similar behaviors to those of Shuikousan ore. Acidithiobacillus caldus and L. ferriphilum became the dominant species during the bioleaching of sphalerite with a high Fe/S ratio. In contrast, the dominant species were A. ferrooxidans and A. caldus during the bioleaching of sphalerite with a low Fe/S ratio. These results show that the Fe/S ratio has a significant influence on the bioleaching behavior of sphalerite and the composition of the microbial community.     

一株耐碱高效长链烷烃降解菌C24MT1的筛选及其降解特性

【背景】石油被称为“液体黄金”,人类的工业生产活动在利用其创造巨大社会价值的同时,也对自然环境造成了严重的污染。微生物修复技术是现阶段治理石油类污染有效的手段之一,具有经济、高效、无二次污染等优点。【目的】从受石油污染的土壤中分离高效降解长链烷烃正二十四烷的菌株,探究其降解特性及在微生物修复中的应用前景。【方法】通过形态学及16S rRNA基因测序进行菌株鉴定,采用气相色谱法检测菌株对正二十四烷的降解效果,并结合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)分析降解中间产物以推测其潜在代谢途径。【结果】筛选到一株可高效降解正二十四烷的菌株C24MT1,经鉴定为不动杆菌属(Acinetobacter)。该菌株最适降解条件为30 °C、pH 9.0、盐度2 g/L,该条件下生长7 d对9 g/L正二十四烷的降解率高达86.63%;与此同时,菌株在强碱性环境(pH 11.0)中生长良好(OD₆₀₀为0.39)并保持较高烷烃降解率(75.38%),对极端环境具备较强的耐受能力;对降解中间产物进行分析,推断菌株代谢长链烷烃正二十四烷的途径可能包括末端氧化及次末端氧化。【结论】不动杆菌C24MT1具有良好的环境适应能力及烷烃降解能力,在后续微生物菌剂开发和石油类污染土壤的环境修复领域具有巨大的应用前景。本研究可为盐碱地区高浓度石油类污染土壤的修复提供优良菌种,并进一步丰富石油烃类生物降解的菌种资源库。     

响应面法优化黑曲霉固定化条件及其对土壤中溴氰菊酯的降解特性研究

【目的】通过研究吸附包埋法固定黑曲霉(Aspergillus niger)的最佳制备工艺,初步探讨固定化黑曲霉对溴氰菊酯(deltamethrin, DM)及其中间产物3-苯氧基苯甲酸(3-phenoxybenzoic acid,3-PBA)的降解机制,并将其应用于农业种植中以评价固定化黑曲霉的实际应用效果。【方法】以生物炭、海藻酸钠为固定化载体,通过单因素和响应面试验对固定化黑曲霉(immobilized Aspergillusniger)的制备工艺进行优化。同时,利用高效液相色谱法分析DM和3-PBA的含量变化。【结果】海藻酸钠浓度、生物炭浓度和菌液接种量为DM去除率的显著影响因子,当三者分别为25.27、1.28和125.28 g/L时,是黑曲霉固定化的最佳制备条件;在施加固定化黑曲霉后,土壤中DM半衰期由7.6d缩短至5.2d,黑曲霉对3-PBA也具有降解作用,在21h达到最低浓度1.45mg/kg;修复后的土壤可显著提高番茄种子发芽率,株高、根长等6个生长指标较DM单独处理组也有不同程度的恢复;在经固定化黑曲霉修复28 d后,污染土壤根系酶活和微生物数量均得到不同程度改善。【...     

The Effects of Bacterial Leaching on Metal Partitioning in Sewage Sludge

The partitioning of Mn, Al, Zn, Cu and Ti ions in municipal sewage sludge was investigated before and after bioleaching processes effectuated by Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans. Oxidation–reduction potential increase and pH decrease were obtained as a result of bacterial activity. A less pronounced and constant decrease was obtained with A. ferrooxidans, whereas A. thiooxidans presented a lag phase before a steep pH decrease. Metal solubilization was accomplished in experimental systems supplemented with energy source, Fe²⁺ for A. ferrooxidans and S⁰ for A. thiooxidans. Solubilization efficiency differed for each metal except for Al, and was relatively similar for either organism. Metal partitioning was conducted using a five-step sequential extraction procedure before and after the bioleaching. The results indicated that Zn and Mn ions were mostly associated with the organic fraction, whereas Cu, Al and Ti ions with the sulphide/residue fraction. The bioleaching process caused prompt solubilization of metals mostly associated with the more labile fractions (exchangeable, adsorbed and organically bound metals), whereas those associated to the less labile ones (EDTA and sulphide/residue fractions) were exchanged towards more labile fractions.     

Bioleaching of arsenic from medicinal realgar by pure and mixed cultures

The aim of this paper is to determine the efficiency of bioleaching of arsenic in realgar, a Chinese mineral drug, using pure cultures of Acidithiobacillus ferrooxidans or Acidithiobacillus thiooxidans and a mixed culture of A. ferrooxidans and A. thiooxidans. The experiments were carried out in shaker flasks, at 150 rpm, 30 °C at a culture pH of 1.80. To investigate the mechanism of the bioleaching in realgar, media with and without ferrous iron were chosen for the experiments. The results showed that the leaching rate of arsenic in realgar after 20 days was higher (43%) in A. ferrooxidans cultures with ferrous iron compared to cultures without ferrous iron (10%), and the leaching rate of A. thiooxidans cultures only increased from 21% to 23% in the presence of ferrous iron. The leaching rate of arsenic in mixed culture with ferrous iron was greatly enhanced from 16% to 56%, indicating that bioleaching in mixed culture is preferable for the dissolution of realgar.     

23株不同地理来源嗜酸硫杆菌的系统发育及其遗传差异

【目的】研究不同地理来源嗜酸硫杆菌的系统发育及其遗传差异,以及基因指纹图谱技术聚类与嗜酸硫杆菌地理来源的相关性。【方法】采用16S-23S r RNA间隔区(ITS)序列建立系统发育树,并结合ERIC和BOXAIR两种引物进行rep-PCR,以及rus基因扩增,对不同地理来源嗜酸硫杆菌进行分析。【结果】分离自不同样点的23株嗜酸硫杆菌遗传差异显著,依据ITS序列系统发育树被划分为5个大类群,与rep-PCR指纹图谱的分类结果较为接近,其中Acidithiobacillus ferrooxidans在ITS系统发育和BOXAIR-PCR指纹聚类分析中被划分为2个类群,但在ERIC-PCR中归为1个类群,rus基因分组中,在系统发育和聚类分析中处于同一类群的菌株拥有不同类型的rus基因,说明嗜酸硫杆菌的亚铁氧化途径与系统发育类群无明显相关性;ITS基因拥有区分近缘种或亚种的能力,且BOXAIR-PCR的分辨能力较强,非常适于嗜酸硫杆菌的遗传差异分析。     

采用SELDI蛋白质芯片技术研究氧化亚铁硫杆菌对磷酸盐缺失的反应

氧化亚铁硫杆菌(At.f)是能够利用Fe2 和硫化矿来获取能量的一种化能自养菌.这种细菌在金属硫化矿的生物浸出中起着重要的作用.在硫化矿的生物浸出过程中,浸矿细菌通常会遇到多种胁迫条件,如温度的变化、营养成分的缺失和pH值的变化等,这些因素会影响到细菌的活性.因此对在胁迫条件下这类细菌的应急反应生理机制的研究具有重要的意义.SELDI蛋白质芯片技术是近年一种高通量的蛋白质组学研究技术.测定了以Fe2 为能源正常条件培养的At.f和磷酸盐缺失培养At.f的生长情况,绘制了相应的生长曲线;采用NP20蛋白质芯片,对At.f总蛋白的蛋白质芯片上样量进行了优化.在此基础上,采用IMAC-Cu、SAX2、WCX2三种特异性SELDI蛋白质芯片技术,获取了磷酸盐缺失培养At.f与正常条件培养的At.f的比较蛋白质图谱,采用软件对比较蛋白质图谱进行分析,发现了磷酸盐缺失培养At.f的13个明显差异表达的蛋白质分子,为进一步分离鉴定这些差异表达蛋白质奠定了基础.