氧化亞鐵硫桿菌EPS調(diào)控孔道結(jié)構(gòu)鐵礦物的形成.pdf

1、氧化亞鐵硫桿菌（Acidicthiobacillus ferrooxidans，簡(jiǎn)稱A.ferrooxidans）為嗜酸性化能自養(yǎng)菌，能夠利用亞鐵、還原性硫和金屬硫化物作為能源物質(zhì)。細(xì)胞代謝在生物礦化過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用，在生物礦化系統(tǒng)中，起模板作用的框架蛋白和調(diào)控作用的功能蛋白都是由相應(yīng)的細(xì)胞合成并分泌的;而且細(xì)胞活動(dòng)對(duì)于礦化組織分級(jí)結(jié)構(gòu)的形成也有著重要的影響。有機(jī)基質(zhì)在有機(jī)/無(wú)機(jī)界面的分子識(shí)別、晶體的成核和生長(zhǎng)及微結(jié)構(gòu)有序組裝

2、等方面起著關(guān)鍵作用。因此，調(diào)控鐵的礦化過(guò)程的生物細(xì)胞分泌的有機(jī)基質(zhì)多糖和蛋白質(zhì)已被認(rèn)為是極為重要的生物礦化“活性劑”。
　　A.ferrooxidans易對(duì)培養(yǎng)介質(zhì)中存在的無(wú)機(jī)離子、有機(jī)化合物、重金屬等產(chǎn)生反應(yīng)，如SO42-被證實(shí)為該細(xì)菌生長(zhǎng)必需的離子;而Cl-對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)和氧化Fe2+的能力有抑制作用。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)0.2 M的Cl-不僅使A.ferrooxidans細(xì)菌能夠完全氧化培養(yǎng)液中的Fe2+，而且能夠達(dá)到最大細(xì)胞密

3、度。然而在富含Cl-和SO42-離子的A.ferrooxidans細(xì)菌生長(zhǎng)介質(zhì)中，當(dāng)細(xì)菌培養(yǎng)液去除細(xì)胞后的含胞外多聚物的(Extracellular Ploymeric Substances，EPS)溶液中鐵礦物沉淀的形成及其與介質(zhì)的關(guān)系尚不清楚，仍值得我們深入研究。
　　故本論文的工作首先對(duì)A.ferrooxidans細(xì)菌培養(yǎng)液中所含EPS的組分進(jìn)行了測(cè)定和分析;同時(shí)利用EPS溶液，在不同反應(yīng)溫度和介質(zhì)所含Cl/SO4條件下，研

4、究了體系中鐵礦物的形成;進(jìn)而探討了外源含Cl/SO4的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)鹽對(duì)EPS作用下礦化鐵礦物形成的影響;最后選擇EPS中含有的糖類如海藻糖、葡萄糖和鼠李糖等，探討了它們對(duì)僅含有Cl-反應(yīng)體系中鐵礦物形成的調(diào)控作用。上述研究工作的主要結(jié)果如下:
　　培養(yǎng)過(guò)程中A.ferrooxidans生長(zhǎng)代謝過(guò)程中產(chǎn)生胞外多聚物(EPS)的組分鑒定研究結(jié)果證實(shí)脫脂后EPS的主要成分是多糖，約占總量的87％，是蛋白質(zhì)的13.5倍。并進(jìn)一步

5、對(duì)EPS中提取多糖進(jìn)行衍生化產(chǎn)物測(cè)定分析，與NIST庫(kù)中譜圖對(duì)照，可確定EPS所含多糖主要成分依次是海藻糖、葡萄糖和果膠糖等。
　　不同溫度(25℃-80℃)條件下EPS溶液反應(yīng)體系研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)25℃-60℃溫度范圍內(nèi)，鐵礦物的沉淀產(chǎn)物為施威特曼石和黃鉀鐵礬的混合相;80℃時(shí)，有第三礦相形成。反應(yīng)體系溫度為40℃時(shí)，含不同比例Cl-/SO42-（EPS溶液初始富含SO42-，外源加入FeCl3以提供Cl-）EPS溶液反應(yīng)體系中鐵礦

6、物的形成結(jié)果證實(shí)Cl-對(duì)黃鉀鐵礬的形成有一定的抑制作用。當(dāng)加入含Cl-/SO42-(為1，3，6和10)的外源Fe(Ⅱ)或Fe(Ⅲ)時(shí)，亦證明了富含Cl-的反應(yīng)體系中Cl-存在不利于黃鉀鐵礬的轉(zhuǎn)化形成;與CK反應(yīng)體系比較，EPS利于鐵礦物的形成，其可起到礦化模板的作用;另外EPS還具有氧化Fe(Ⅱ)的作用。EPS溶液反應(yīng)體系中均有大量黃鉀鐵礬礦相形成，其主要顆粒形貌為“菱形”。
　　因在EPS反應(yīng)體系中的初始存在的SO42-極易抑

7、制結(jié)構(gòu)類似于施威特曼石的四方纖鐵礦的形成，故進(jìn)一步選擇EPS含的糖類即海藻糖和葡萄糖等分別作用下，對(duì)只含有Cl-的Fe(Ⅲ)溶液中鐵礦物的形成展開(kāi)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其主要產(chǎn)物均為孔道結(jié)構(gòu)含有Cl-的四方纖鐵礦，其顆粒形貌為均勻短棒狀。
　　上述研究結(jié)果，有利于揭示自然環(huán)境中羥基氧化鐵的形成、歸宿與A.ferrooxidans細(xì)菌代謝產(chǎn)物EPS催化氧化亞鐵、調(diào)控鐵礦物的形成、反應(yīng)介質(zhì)組分等間的相互關(guān)系。細(xì)菌胞外多聚物對(duì)環(huán)境礦物材料形成的