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.     

嗜酸异养菌对自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans金属离子抗性和生物浸出的影响

【目的】了解嗜酸异养菌在诸如酸性矿坑水(AMD)和生物浸出体系等极端酸性环境中对浸矿微生物产生的影响。【方法】研究由嗜酸异养菌Acidiphilium acidophilum和自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans经长期驯化后形成的共培养体系分别在Cd2+、Cu2+、Ni2+和Mg2+胁迫下的稳定性;并将此共培养体系应用于黄铁矿和低品位黄铜矿的生物浸出实验。【结果】在上述4种金属离子分别存在的条件下,异养菌Aph.acidophilum均能促进At.ferrooxidans对亚铁的氧化,提高其对能源利用的效率。共培养体系中的异养菌Aph.acidophilum使At.ferrooxidans对Cu2+的最大耐受浓度(MTC)由2.0 g/L提高到5.0 g/L,而且共培养的细胞数量与2.0 g/L Cu2+条件下生长的At.ferrooxidans纯培养相似。另外,共培养中的At.ferrooxidans对Mg2+的MTC也由12.0 g/L提高到17.0 g/L。生物浸出实验中嗜酸异养菌Aph.acidophilum促进了At.ferrooxidans对黄铁矿样品的浸出,浸出率较其纯培养提高了22.7%;但在含铁量较低的低品位黄铜矿浸出体系中共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均低于33%。在加入2.0 g/L Fe2+的低品位黄铜矿浸出体系中,共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均得到提高,分别达到52.22%和41.27%。【结论】以上结果表明,Aph.acidophilum与At.ferrooxidans共培养在一定的环境胁迫下仍能保持其稳定性并完成各自的生态功能,并且嗜酸异养菌Aph.acidophilum适合在含铁量较高的浸出体系中与铁氧化细菌共同作用来提高生物浸出的效率。     

葡萄糖对嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Acidiphilium acidophilum共培养的影响

【目的】深入了解自养的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)与异养的Acidiphilium acidophilum之间的协同作用, 为嗜酸异养微生物在生物浸出体系和酸性矿坑水(AMD)等极端酸性环境中的生态功能研究提供基础, 并为AMD环境的修复提供参考。【方法】应用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)及特异性引物, 定量At. ferrooxidans与Aph. acidophilum在类似自然状态下的共培养物受葡萄糖抑制时的生物量变化, 同时检测其生长过程中Fe2+氧化和pH值的变化。【结果】无论是否加入葡萄糖, 共培养对Fe2+氧化的效率均较At. ferrooxidans纯培养高。当葡萄糖浓度为5 g/L时, At. ferrooxidans纯培养失去对Fe2+的氧化能力, 而共培养仍能在100 h内将所有的Fe2+氧化完, 且加入葡萄糖越多的培养体系氧化终点的pH值也越高。在不加入葡萄糖的条件下, At. ferrooxidans 与Aph. acidophilum 数量比在100:1的数量级, 表明以这两种菌为代表的自养菌和异养菌在自然条件下生物量的比例。无论纯培养还是共培养的At. ferrooxidans数量均随葡萄糖浓度的提高而减少, 且延滞期则变长; 而异养生长的Aph. acidophilum则相反。【结论】适合进行Fe2+氧化的At. ferrooxidans与Aph. acidophilum的数量比例范围应在100:1的数量级。由于Aph. acidophilum能促进At. ferrooxidans对亚铁的氧化, 并能缓解或消除葡萄糖对At. ferrooxidans的抑制, 所以不能以加入类似于葡萄糖的有机物作为AMD环境生物修复的手段。     

硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铁代谢基因表达的影响

目的:探讨硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长及铁代谢基因表达的影响.方法:用血细胞计数板和重铬酸钾滴定法研究了不同浓度硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长的影响,采用实时荧光定量PCR技术研究了硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铁代谢基因表达的影响.结果:硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长有抑制作用,随着培养基中硫酸铁浓度的增加,抑制作用也越来越明显.实时定量PCR结果表明,用0.15 M硫酸铁刺激细菌后,实验中所涉及的铁代谢相关基因表现出相似的表达趋势.刺激10 min后,基因均发生明显的的表达上调,且表现为最大值.刺激时间延长,上调幅度逐渐减小.不同的操纵子基因表现出不同的上调幅度.结论:硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长有明显的抑制作用,铁代谢相关基因对硫酸铁的刺激有积极的反应.     

大柳塔长焰煤中灰分和无机矿物对生物产气的影响

【目的】以不同密度等级大柳塔长焰煤作为产气底物,前期驯化培养厌氧菌群进行生物模拟产气实验,研究不同密度等级煤中的灰分和无机矿物对生物产气的影响。【方法】利用小浮沉将大柳塔长焰煤分成不同密度等级的煤样,采用工业分析、XRD、XRF分析小浮沉处理得到煤样的理化性质,利用这些煤样进行生物产气模拟实验,以甲烷产量作为评价指标,分析不同密度等级煤样中灰分对产气的影响。最后,通过添加几种标准矿物方式比较了煤中无机矿物对生物产气的可能影响。【结果】不同密度等级煤样中灰分对产气量存在一般显著影响(P=0.035),且灰分与甲烷含量呈负相关关系,其灰分中的无机矿物如高岭土、菱铁矿、氧化亚铁镁等的积累对产气有抑制作用。不同矿物配比产气实验证实低含量的粘土矿物促进甲烷的生成,高含量的粘土矿物抑制产气。【结论】不同密度等级煤中的灰分对生物产气存在一般显著的影响,高灰分煤的产气量低,而低灰分煤的产气量高。     

粪便收集时间和饲料中肉骨粉含量对异育银鲫(Carassius auratus gibelio) 消化率的影响

本研究探讨了通过收集器不同粪便收集时间和饲料中肉骨粉(MBM)含量对异育银鲫干物质、蛋白、能量、磷的表观消化率 (ADC) 影响.不同梯度(0, 20, 40, 60, 80 ,100%)的肉骨粉替代鱼粉(FM) 蛋白配制成六种等氮 (粗蛋白: 410 g/kg) 等能 (总能: 18 kJ/g) 的饲料,通过11周的饲养实验,实验开始后2周开始收集粪便,收集时间分别是:排粪后 1 min, 投喂后4h和16h. 结果表明,干物质、蛋白、能量、磷的消化率明显随粪便收集时间增加而升高(p<0.05),但在高肉骨粉替代饲料中差异不显著(p>0.05). 干物质、蛋白、能量、磷的消化率随饲料中肉骨粉含量的增加呈线性或近线性下降.因此,在消化率测定中应该尽快收集排出的粪便以保证消化率的真实性.消化率是影响肉骨粉利用一个因素.     

运输密度和时间对黑尾近红鲌皮质醇、乳酸、糖元含量的影响

为了确定黑尾近红鲌仔稚鱼的适宜运输密度,实验选取平均体长为(27.08±3.09) mm、平均体质量为(0.11±0.04) g的黑尾近红鲌仔稚鱼作为实验对象,采用氧气袋运输,研究了不同运输密度(20、40和80 g/L)下2h、4h、6h、8h和10h后黑尾近红鲌全鱼皮质醇、乳酸、糖元含量及氧气袋内水质的变化。结果显示:运输后各组黑尾近红鲌的平均存活率均在99%以上,但不同密度之间差异显著(P<0.05);各组水体总氨氮浓度均随运输时间显著升高,而水体pH均随运输时间显著降低,且不同运输密度间差异显著(P<0.05);低密度组水体DO浓度(14.20—20.93 mg/L)在不同运输时间均显著高于高密度组(2.42—2.88 mg/L; P<0.05)。各组全鱼皮质醇含量均呈现出先升高后降低的趋势,运输4h和6h时显著高于其它运输时间(P<0.05),且不同运输密度间差异显著(P<0.05);各组全鱼乳酸含量均随着运输时间显著升高(P<0.05),但不同密度之间无显著差异(P>0.05);各组全鱼糖元含量在运输2h时显著降低(P<0.0...     

运输时间和密度对翘嘴鲌皮质醇、耗氧率及氧气袋内水质的影响

{{@ convertAbstractHtml(article.abstractinfoCn, "cn")}}       

碳源和淹水时间对水稻土微生物Fe(Ⅲ)还原能力的影响

以我国6个省的水稻土为供试样品,采用厌氧恒温培养方法,研究了分别以葡萄糖、丙酮酸盐、乳酸盐和乙酸盐为惟一碳源时不同淹水时间土壤微生物群落对Fe(Ⅲ)的还原能力.结果表明：不同淹水时间对Fe(Ⅲ)还原特征值V_max的影响显著,表现为淹水20 d > 30 d > 12 d > 1 d > 5 d,不同淹水时间下水稻土微生物群落结构不同是导致Fe(Ⅲ)还原能力不同的主要原因.不同碳源对微生物铁还原过程有显著影响,葡萄糖和丙酮酸盐在不同淹水时间中始终为优势碳源,其Fe(Ⅲ)还原率分别为88.1%～99.9%和58.0%～97.9%;不同土壤铁还原微生物群落对乳酸盐的利用差距较大,湖南和浙江水稻土在整个淹水周期中Fe(Ⅲ)还原率达到87.1%～100%,而其他土壤则表现为淹水前5 d为5.0%～49.4%,12 d后增加到52.2%～99.9%;乙酸盐处理在不同淹水时间中都表现为随时间推移Fe(Ⅲ)还原率逐渐增大的趋势,其中浙江水稻土的变化最大,在5.3%～75.8%.     

生物浸出系统中Acidithiobacillus ferrooxidans对雄黄表面改性研究

【目的】研究Acidithiobacillus ferrooxidans BY-3对雄黄表面改性作用,为进一步研究雄黄的生物炮制技术提供实验基础与理论依据。【方法】在4组生物浸出体系中(每组包含100 mL无亚铁离子的9K培养基和0.500 g雄黄):第1组无添加;第2组添加4.469 g硫酸亚铁;第3组添加0.100 g硫粉;第4组加入4.469 g硫酸亚铁和0.100 g硫粉。在上述4组中使用A.ferrooxidans BY-3对雄黄进行生物浸出。浸出前后雄黄表面形貌及元素变化,使用扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)进行分析。【结果】4组浸出体系均发现A.ferrooxidans BY-3粘附于雄黄表面以此来产生直接作用。含Fe2+的浸出体系中雄黄表面产生非常明显的变化,含硫的浸出体系中雄黄表面变化不明显;只有Fe2+存在的浸出体系中As/S比率增高,而其余3组浸出体系中As/S比率均明显下降;另外,改性雄黄的表面存在黄钾铁矾、硫、赤铁矿、针铁矿和磁铁矿等,但未检测到砷华(As2O3)与副雄黄(Pararealgar)。【结论】A.ferrooxidans对雄黄改性具有重要作用。Fe2+对雄黄的改性具有促进作用,而硫对雄黄的改性具有抑制作用。雄黄改性前后的物化分析结果证实了生物浸出技术可有效解决传统方法制备雄黄及贮存过程中氧化和光化问题。     

固定化Acidithiobacillus ferrooxidans对Fe2+氧化及其生物反应器研究进展

Acidithiobacillus ferrooxidans 对Fe2+的生物氧化是一个非常重要的反应过程, 在生物浸矿、H2S等废气的脱硫、含重金属污泥和酸性矿坑废水的处理等领域有着重要的应用。近些年来,大量的研究主要集中A. ferrooxidans及其反应过程等方面,然而,A. ferrooxidans对Fe2+的催化氧化速率缓慢和稳定性欠佳等问题仍然限制了其商业应用。因此,对A. ferrooxidans的固定化及其生物反应器研究是该技术进一步发展的关键。本文评述了A. ferrooxidans最新应用、存在的问题和解决办法,重点比较了目前文献中报道的各种A. ferrooxidans固定材料、方法,并对目前采用的各种固定化A. ferrooxidans生物反应系统的效率和结构等方面进行了讨论和分析。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌的高效培养及浸出黄铜矿初探

采用向硫化矿培养基中补加FeSO4的方式以维持Fe2+ 浓度为4～8 g/L,可使嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌浓在培养39 h时达到6.25×108 cells/mL,并在比生长速率几乎不降低的前提下提高了转化率和生产强度.然后对低氧化还原电位下低品位黄铜矿的浸出进行初步研究,结果表明经过30 d浸出,铜的浸出率可达28.5%...     

The extremophile Acidithiobacillus ferrooxidans possesses a c-di-GMP signalling pathway that could play a significant role during bioleaching of minerals

Aims: The primary goal of this study was to characterize the existence of a functional c‐di‐GMP pathway in the bioleaching bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans. Methods and Results: A bioinformatic search revealed that the genome sequence of At. ferrooxidans ATCC 23270 codes for several proteins involved in the c‐di‐GMP pathway, including diguanylate cyclases (DGC), phosphodiesterases and PilZ effector proteins. Overexpression in Escherichia coli demonstrated that four At. ferrooxidans genes code for proteins containing GGDEF/EAL domains with functional DGC activity. MS/MS analysis allowed the identification of c‐di‐GMP in nucleotide preparations obtained from At. ferrooxidans cells. In addition, c‐di‐GMP levels in cells grown on the surface of solid energetic substrates such as sulfur prills or pyrite were higher than those measured in ferrous iron planktonic cells. Conclusions: At. ferrooxidans possesses a functional c‐di‐GMP pathway that could play a key role in At. ferrooxidans biofilm formation during bioleaching processes. Significance and Impact of the Study: This is the first global study about the c‐di‐GMP pathway in an acidophilic bacterium of great interest for the biomining industry. It opens a new way to explore the regulation of biofilm formation by biomining micro‐organisms during the bioleaching process.     

Sulfur Species Investigation in Extra- and Intracellular Sulfur Globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus

The sulfur chemical speciation in extracellular and intracellular sulfur globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus were investigated with an integrated approach including scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and sulfur K-edge X-ray absorption near edge structure spectroscopy (XANES). The results indicated that both strains can accumulate extracellular sulfur globules when grown on thiosulfate, and the major sulfur chemical speciation of which were S₈ for A. ferrooxidans and mixture of ring sulfur and polythionate for A. caldus, respectively. In contrast, A. ferrooxidans can accumulate both linear sulfur and S₈ internally when grown with sulfur powder and thiosulfate, whereas A. caldus did not accumulate intracellular sulfur globules. In addition, the fitted results of sulfur K-edge XANES spectra indicated that the reduced glutathione (containing thiols groups) were involved in sulfur bio-oxidation of both strains and the tetrathionate were the intermediate products during thiosulfate metabolism by two strains.     

氧化亚铁硫杆菌中铜代谢相关两个基因的差异

目的:氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobocllius ferrooxidans)在微生物冶金中发挥着重要的作用,研究其铜代谢机理有着十分典型的意义.在A.ferrooxidans全基因组序列数据库中,4个基因被注释与铜代谢相关.其中两个基因,Afe0454和Afe1073目前为止未发现有实验报道.本文旨在研究Afe0454和Afe1073与铜代谢的相关性.方法:通过一系列的方法如实时定量PER、反转录PER、序列分析,将基因导入抗铜基因缺陷的大肠杆菌(Escherichia coli)菌株中等,研究了Afe0454和Afe1073.结果:与Afe0454相比,Afe1073的表达对铜压力更敏感;Afe1073作为一个转录子单独转录,而Afe0454与Afe0453一起转录;序列分析显示Afe1073表达一种典型的重金属离子泵P1b1型ATP酶,而Afe0454表达一种未知功能的跨膜蛋白;不像Afe0454,Afe1073能使P1b型ATP酶敲除的大肠杆菌菌株铜抗性提高.结论:单独转录的Afe1073比Afe0454在铜代谢中发挥的作用更加明显.     

Inter- and intraspecific genomic variability of the 16S-23S intergenic spacer regions (ISR) in representatives of Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans

The complete sequences of 32 intergenic spacer regions (ISR) from Acidithiobacillus strains, including 29 field strains isolated from coal, copper, molybdenum mine wastes or sediment of different geoclimatic regions in China, reference strain ATCC19859 and the type strains of the two species were determined. These data, together with other sequences available in the GenBank database, were used to carry out the first detailed assessment of the inter- and intraspecific genomic variability of the ISR sequences and to infer phylogenetic relationships within the genus. The total length of the 16S-23S rRNA intergenic spacer regions of the Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans strains ranged from 451 to 490 bp, and from 434 to 456 bp, respectively. The degree of intrageneric ISR sequence similarity was higher than the degree of intergeneric similarity, and the overall similarity values of the ISRs varied from 60.49% to 84.71% between representatives of different species of the genus Acidithiobacillus. Sequences from the spacer of the A. thiooxidans and A. ferrooxidans strains ranged from 86.71% to 99.56% and 92.36% to 100% similarity, respectively. All Acidithiobacillus strains were separated into three phylogenetic major clusters and seven phylogenetic groups. ISR may be a potential target for the development of in situ hybridization probe aimed at accurately detecting acidithiobacilli in the various acidic environments.