氧化亞鐵硫桿菌EPS調控孔道結構鐵礦物的形成.pdf

1、氧化亞鐵硫桿菌（Acidicthiobacillus ferrooxidans，簡稱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。細胞代謝在生物礦化過程中發(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控作用的功能蛋白都是由相應的細胞合成并分泌的;而且細胞活動對于礦化組織分級結構的形成也有著重要的影響。有機基質在有機/無機界面的分子識別、晶體的成核和生長及微結構有序組裝

2、等方面起著關鍵作用。因此，調控鐵的礦化過程的生物細胞分泌的有機基質多糖和蛋白質已被認為是極為重要的生物礦化“活性劑”。
　　A.ferrooxidans易對培養(yǎng)介質中存在的無機離子、有機化合物、重金屬等產(chǎn)生反應，如SO42-被證實為該細菌生長必需的離子;而Cl-對細菌的生長和氧化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細菌能夠完全氧化培養(yǎng)液中的Fe2+，而且能夠達到最大細胞密

3、度。然而在富含Cl-和SO42-離子的A.ferrooxidans細菌生長介質中，當細菌培養(yǎng)液去除細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的關系尚不清楚，仍值得我們深入研究。
　　故本論文的工作首先對A.ferrooxidans細菌培養(yǎng)液中所含EPS的組分進行了測定和分析;同時利用EPS溶液，在不同反應溫度和介質所含Cl/SO4條件下，研

4、究了體系中鐵礦物的形成;進而探討了外源含Cl/SO4的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)鹽對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，探討了它們對僅含有Cl-反應體系中鐵礦物形成的調控作用。上述研究工作的主要結果如下:
　　培養(yǎng)過程中A.ferrooxidans生長代謝過程中產(chǎn)生胞外多聚物(EPS)的組分鑒定研究結果證實脫脂后EPS的主要成分是多糖，約占總量的87％，是蛋白質的13.5倍。并進一步

5、對EPS中提取多糖進行衍生化產(chǎn)物測定分析，與NIST庫中譜圖對照，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溶液反應體系研究結果發(fā)現(xiàn)25℃-60℃溫度范圍內，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，有第三礦相形成。反應體系溫度為40℃時，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溶液反應體系中鐵礦

6、物的形成結果證實Cl-對黃鉀鐵礬的形成有一定的抑制作用。當加入含Cl-/SO42-(為1，3，6和10)的外源Fe(Ⅱ)或Fe(Ⅲ)時，亦證明了富含Cl-的反應體系中Cl-存在不利于黃鉀鐵礬的轉化形成;與CK反應體系比較，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反應體系中的初始存在的SO42-極易抑

7、制結構類似于施威特曼石的四方纖鐵礦的形成，故進一步選擇EPS含的糖類即海藻糖和葡萄糖等分別作用下，對只含有Cl-的Fe(Ⅲ)溶液中鐵礦物的形成展開研究，結果發(fā)現(xiàn)其主要產(chǎn)物均為孔道結構含有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細菌代謝產(chǎn)物EPS催化氧化亞鐵、調控鐵礦物的形成、反應介質組分等間的相互關系。細菌胞外多聚物對環(huán)境礦物材料形成的