细菌-矿物接触方式对铝土矿降解的影响.pdf

第４２卷第１期中国矿业大学学报Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．１２０１３年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｎ．２０１３收稿日期２０１２－０５－２５基金项目国家自然科学基金项目（５１０６４０１１）通信作者孙德四（１９６７－），男，湖南省益阳市人，教授，工学博士，从事微生物技术在矿物加工领域应用方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌｓｓｄｄｓｓ１５＠１６３．ｃｏｍＴｅｌ１５１７０２９５２８６细菌－矿物接触方式对铝土矿降解的影响孙德四，陈晔，曹飞（九江学院化学与环境工程学院，江西九江３３２００５）摘要微生物可通过直接与间接作用方式影响铝硅酸盐矿物的降解，但这两种方式的贡献有所差异．利用微孔滤膜将细菌与矿粉隔离，通过静态与动态培养，研究硅酸盐细菌对铝土矿降解溶硅的影响．结果表明在细菌－矿物直接作用模式下，动态培养更有利于促进细菌生长与细菌－矿物复合体的形成，培养基中的生物量与细菌吸附的矿粉量分别是静态培养条件下的１．５５和２．１９倍；其浸矿培养基上清液中的ＳｉＯ２的含量分别是直接静态培养与间接动态培养的２．９６和２．２２倍．比较细菌－矿物直接作用与间接作用模式，直接接触模式比间接接触模式对铝土矿的降解脱硅作用更显著，硅酸盐细菌对铝土矿的降解作用包括机械破坏、代谢产物溶蚀、络合作用以及多种因素之间的协同作用．关键词硅酸盐细菌；铝土矿；降解作用；脱硅中图分类号Ｑ９３９．９７；ＴＤ９５２．５文献标志码Ａ文章编号１０００－１９６４（２０１３）０１－０１２２－０７Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｉｃｒｏｂｅ－ｍｉｎｅｒａｌｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｏｎｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｂａｕｘｉｔｅＳＵＮＤｅ－ｓｉ，ＣＨＥＮＹｅ，ＣＡＯＦｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｕｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３２００５，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＭｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｃａｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｏ－ｓｉｌｉｃａｔｅｓｂｙｄｉｒｅｃｔａｎｄｉｎｄｉ－ｒｅｃｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ．Ｂｕｔｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｏｔｈｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｏｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｓｓｔｉｌｌｉｎｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｙ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｅｇｒｅｇａｔｅｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｆｒｏｍｂａｃｔｅｒｉａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｌｉｃｏｎｏｆｂａｕｘｉｔｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｌｃｕｌｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｅ－ｍｉｎｅｒａｌｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｉｓｍｏｒｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｂａｃｔｅｒｉａｇｒｏｗｔｈａｎｄｆｏｒｍｔｈｅｍｙｃｅｌｉｕｍ－ｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｅｂｉｏｍａｓｓａｎｄｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｐｏｗｄｅｒｑｕａｎｔｉｔｙａｂｓｏｒｂｅｄｂｙｂａｃｔｅｒｉａｕｎｄｅｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｌｃｕｌｔｕｒｅａｒｅ１．５５ａｎｄ２．１９ｔｉｍｅｓｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｃｕｌｔｕｒｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅＳｉＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｂｉｏｌｅａｃｈｉｎｇｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔａｒｅ２．９６ａｎｄ２．２２ｔｉｍｅｓｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｃｏｎｔａｃｔａｎｄｄｙｎａｍｉｃｕｎ－ｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｂｅ－ｍｉｎｅｒａｌｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｉｓｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｔｏｔｈｅｄｅｇ－ｒａｄａｔｉｏｎｏｆｂａｕｘｉｔｅｔｈａｎｔｈｅｍｉｃｒｏｂｅ－ｍｉｎｅｒａｌｕｎｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｕｌｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａｃａｎｄｅｇｒａｄｅｂａｕｘｉｔｅｉｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｒｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｍｙｃｅｌｉｕｍ，ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎｏｆｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｍａｎｙｆａｃｔｏｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａ；ｂａｕｘｉｔｅ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｌｉｃｏｎ微生物对铝硅酸盐矿物的风化机理研究表明，微生物主要是通过有机酸、生物膜、胞外聚合物和氧化还原作用的方式风化铝硅酸盐矿物．它们同时存在于微生物参与的矿物风化作用过程中，互相影响，协同作用［１－２］．文献［３－１０］报道，硅酸盐细菌或其它菌种均对硅酸盐矿物具有一定的风化作第１期孙德四等细菌－矿物接触方式对铝土矿降解的影响用［３－１０］，利用这些菌种可将矿物中不溶性的硅、钾、铁等元素转变为可溶性元素．这类菌种在与矿物作用过程中可以产生一定量的有机酸，并在细菌繁殖过程中通过分解自身产生的多糖、有机酸而衍生出无机酸，而质子交换和配体络合是微生物分解硅酸盐的主要方式，前者指微生物代谢产生的有／无机酸中的质子通过交代硅酸盐矿物中的正价态元素的方式促进的分解，后者指微生物及其代谢物通过络合作用促进的矿物分解［２］．也有研究表明，硅酸盐细菌对硅酸盐矿物的分解过程中酸溶作用效果很小，原因是该类菌种很少产生酸或产酸量非常小，矿物降解作用主要依赖于菌种在代谢过程中产生的胞外多糖等聚合物．胞外聚合物具有络合功能，可与矿物颗粒相互作用并形成细菌－矿物复合体，提高硅酸盐矿物的溶蚀能力［２，１１］．另外，微生物－矿物相互作用还可区分为直接作用和间接作用两种方式直接作用指微生物与硅酸盐矿物直接接触时，在细胞－矿物界面形成特殊的微环境（如特殊的ｐＨ值、配合物浓度等），影响矿物的风化；间接作用是指微生物不与矿物接触时对矿物风化的影响［１２－１４］．我国铝土矿中的主要杂质矿物为高岭石、伊利石等硅酸盐矿物，而影响其品质的主要有害元素为包含在这些矿物中的硅［１５－１６］．随着人们对环境保护意识的日益增强，近几年来，利用微生物技术脱除铝土矿中的硅等杂质元素已成为资源利用领域中的研究热点［１７］．目前，有关真菌等对硅酸盐矿物的溶硅、溶钾效果及机理方面已有不少研究报道，只是由于硅、钾的生物转化率低而并没有实际应用于工业生产．而硅酸盐细菌可以脱除铝硅酸盐矿物中５０％左右的硅［２］，效果明显高于其它菌种，但关于硅酸盐细菌降解硅酸盐矿物的机理研究报道甚少，特别是鲜见有关铝土矿微生物脱硅过程及机理的研究报道．为此，本文选用一株硅酸盐细菌，采用微孔滤膜阻止细菌和矿物的直接接触，以接触与非接触２种方式试验研究了该细菌对铝土矿的降解脱硅作用，通过分析不同培养条件下细菌－矿物复合体形成差异、细菌吸附包裹矿物颗粒的能力、培养液中可溶性硅的含量以及细菌－矿物相互作用过程中的表面微观形态，尝试说明硅酸盐细菌对铝硅酸盐矿物的降解机制．１材料与方法１．１材料供试菌株硅酸盐细菌，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（ＣＧＭＣＣ），编号为ＣＧＭＣＣ１．２４１１，用硅酸盐细菌专性培养基活化后用牛肉蛋白培养基（牛肉膏０．３％，蛋白胨１％，ＮａＣｌ０．５％）进行多次培养后分离待用．浸矿培养基蔗糖５．０ｇ，Ｎａ２ＨＰＯ４２．０ｇ，ＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏ０．５ｇ，ＮａＣｌ０．１ｇ，ＣａＣＯ３０．１ｇ，ｐＨ７．２，去离子水１０００ｍＬ，适量铝土矿粉（份量根据以下实验要求确定）．供试矿物矿物样品采自河南中州铝厂（焦作）选矿铝土矿原矿样，为沉积型一水硬铝石铝土矿，脉石矿物主要为硅酸盐矿物，通过ＸＲＤ分析，其主要矿物组成为，水铝石６４．６％，高岭石１６．５０％，伊利石９．１％，石英１．６３％，铁矿物５．４０％，方解石２．５０％．１．２实验方法种子液制备在２５０ｍＬ锥型瓶中加入１００ｍＬ硅酸盐细菌发酵培养基，于２８℃振荡培养３～５ｄ备用．细菌与矿粉颗粒的直接接触实验取２５０ｍＬ锥型瓶，分别加入１００ｍＬ无氮硅酸盐细菌培养基和一定质量的矿粉，于１２１ ℃灭菌３０ｍｉｎ，冷却后接入种子液，使培养液中的初始细菌浓度为１．０１０７个／ｍＬ左右．然后以动态（５０～２２０ｒ／ｍｉｎ）与静态２种培养形式作为对照，在２８～３０ ℃条件下连续培养３～７ｄ，观察细菌与矿粉颗粒直接接触作用过程中细菌－矿物复合体的形成．直接接触条件下细菌对矿粉的吸附能力实验取容量为２５０ｍＬ的锥型瓶，加入１００ｍＬ基本液体培养基和６ｇ矿粉，其它条件同上，以动态（１５０ｒ／ｍｉｎ）与静态方式对照培养１，３，５，７，９，１１，１３和１５ｄ，然后分别收集锥型瓶底部的游离矿粉，去离子水清洗２次，于５０℃烘干后称量，计算菌丝体吸附的矿粉量，计算方法为起始加入的矿粉量减去剩余矿粉量即为被菌丝体吸附的矿粉量．相应生物量的测定按照上述方法，在不加矿粉的条件下，置相同条件培养，分别收集菌丝体并用去离子水冲洗数次，４０℃干燥后称重，得生物量．铝土矿细菌脱硅实验采用细菌－矿物直接接触与间接接触２种方式进行生物脱硅实验．前者是先将４ｇ铝土矿粉用微孔滤膜（微孔滤膜的材质为聚偏氟乙烯，微孔的孔径ｄ＝０．２２μｍ）包裹并密封，然后投入浸矿培养基中，其它条件同上，动态培养１，３，５，７，９，１１，１３和１５ｄ；后者是直接将矿粉加入浸矿培养基中，其它条件不变．然后分别测定上清液中ＳｉＯ２的含量与ｐＨ值．ＳｉＯ２的含量采用硅钼蓝分光光度法测定．细菌－矿物复合体表面微观形态及被细菌作用后矿物表面微观形态的观察矿物被细菌作用１５ｄ３２１中国矿业大学学报第４２卷后从发酵液中过滤取出，用去离子水清洗并在无菌恒温箱（４０℃）干燥，目的是保留矿物表面可能存在的吸附菌株与菌丝，用ＴｅｓｃａｎＶＥＧＡＩＩＬＳＵ型电镜观察矿物与细菌吸附形态；被细菌作用后的矿粉颗粒用烧碱溶液进行清洗，然后用去离子水清洗，目的是清除矿物表面吸附的细菌与菌丝体及代谢产物，再在电镜下观察矿物颗粒表面形态的变化．２结果与讨论２．１细菌与矿粉直接作用下的细菌－矿物复合体在静态与动态培养条件下，细菌与矿物直接作用产生的细菌－矿物聚集体形态存在显著差异（见图１）．图１摇床转速对矿粉颗粒与细菌形成复合体的影响Ｆｉｇ．１Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｓｏｎｂａｃｔｅｒｉａ－ｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｌｅｘｅｓ在静态培养条件下，细菌生长繁殖生成一层较厚的菌丝体膜浮在培养液的表面（图１ｄ），菌丝体与矿粉颗粒的接触面很小，仅有下层菌丝体与矿粉颗粒接触，而沉积在锥型瓶底部的矿粉与细菌或菌丝接触不是十分明显，表明这部分矿粉可能受细菌所产生的机械破坏作用很弱．图１ａ，１ｂ，１ｃ分别表示不同摇床转速对细菌与矿物形成复合体的影响．结果表明，当摇床转速在５０～１００ｒ／ｍｉｎ时，培养液中有大量细小且形状规整的菌丝球产生（图１ｃ）；当摇床转速在１００～１８０ｒ／ｍｉｎ时，培养液中形成的菌丝球直径明显增大，且培养液更加清晰透明（图１ｂ），说明较大直径的菌丝球吸附与包裹了更多的矿粉颗粒；而当摇床转速到达１８０～２２０ｒ／ｍｉｎ，培养液中的菌丝球急剧减少，并有大量的菌丝碎片出现，细菌－矿物复合体形状模糊且不规整（图１ａ）．由此可以看出一方面菌丝与矿粉颗粒间借助外力旋转作用而发生碰撞和摩擦等机械作用，且摇床的旋转速度对机械作用产生重要影响，随着旋转速度的增大，机械作用加强；另一方面，虽然二者间相互的机械作用是借助于外力的作用而发生，但这恰恰证明在振荡条件下，菌丝和矿粉颗粒间机械作用是存在的，而且这种作用可能也起到了对矿物的物理降解作用．试验过程中发现，当培养液中矿粉加入量适当时，培养５～７ｄ后，培养液中的矿粉颗粒几乎全部被细菌菌丝所吸附与包裹，培养液清澈透明；但当矿粉量过大时，培养液中的菌丝球会明显变细并且形状变得不规整，培养液浑浊且游离矿粉增多．为此，试验在摇床转速一定（１５０ｒ／ｍｉｎ）的情况下，改变矿粉的添加量，考察它们对菌丝与矿粉颗粒间形成复合体的影响，确定培养液中细菌与矿物相互作用过程中最适宜的矿粉加入量，结果见图２．图２矿粉量对细菌与矿物颗粒形成复合体的影响Ｆｉｇ．２Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｍｉｎｅｒａｌｐｏｗｄｅｒｏｎｂａｃｔｅｒｉａ－ｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｌｅｘｅｓ试验结果表明，随着培养液中矿粉加入量的增加，细菌－矿物复合体在数量和形状上出现明显的变化．当矿粉添加量为４ｇ／１００ｍＬ时，培养７ｄ，有大量的菌丝球产生，且形状规则完整（图２ａ）；当矿粉添加量为６ｇ／１００ｍＬ时，培养相同时间，菌丝球数量有所减少，菌丝球被部分破坏，培养液中出现菌丝碎片与游离矿粉颗粒（图２ｂ）；而当矿粉添加量达到８ｇ／１００ｍＬ，１０ｇ／１００ｍＬ时，培养液中菌丝球的数量大幅度减少，菌丝碎片急剧增加，并有大量的游离矿粉颗粒，培养液也变得浑浊（见图２ｃ，２ｄ）．由此可以看出，随着矿粉量的增加，菌丝和矿粉颗粒间的机械作用明显加强，其原因可能是４２１第１期孙德四等细菌－矿物接触方式对铝土矿降解的影响随着矿粉量的增加，菌丝球不能吸附与包裹溶液中的全部矿粉颗粒而导致培养液中的游离矿粉颗粒增多，必然增大了矿粉颗粒和菌丝球之间接触机会和相互摩擦作用，从而使得机械作用加强．２．２直接作用下细菌对矿粉的吸附作用以上结果表明，不管是静态培养还是动态培养，菌丝体吸附矿粉的能力与生物量之间均存在一定的相关性，在菌丝生长期间，随生物量的增大，菌丝体所吸附矿粉的量也增加，当菌丝开始自溶后，其吸附矿粉的能力大大降低，不再吸附矿粉．在考察菌丝与矿粉颗粒间形成复合体过程中同时发现，菌丝球可以将矿粉吸附与包裹，且当培养液中的矿粉量适当时，可使培养液呈现透明．为了进一步证明菌丝球对矿粉的吸附与包裹作用，试验测定了在静态与动态培养条件下细菌对矿粉颗粒的吸附与包裹能力，结果见图３．由图３可知，在静态与动态２种培养条件下，细菌吸附的矿粉量与产生的生物量存在显著的差异．在动态培养条件下，生物量在第１～９ｄ前呈增大趋势，并在第９ｄ时生物量达到最大值，为８．１４ｇ／Ｌ，随后菌丝进入生长后期，开始自溶，生物量也减少；被吸附的矿粉量在１～９ｄ也呈现增大趋势，第９ｄ时被吸附的矿粉量达到最大值，为５．３２ｇ／１００ｍＬ，随后开始下降（图３ａ）．与动态培养相比，在静态培养条件下，细菌吸附的矿粉量与产生的生物量随培养时间的延长也表现出同样的规律，但达到最大生物量与最大矿粉吸附量的时间延长了２ｄ，即第１１ｄ，且最大生物量与最大吸附矿粉量分别只有５．２６ｇ／Ｌ与２．１９ｇ／１００ｍＬ（图３ｂ）．图３细菌吸附矿粉量与生物量随培养时间的变化特征Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｂｉｏｍａｓｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｍｉｎｅｒａｌｐｏｗｄｅｒａｄｓｏｒｂｅｄｂｙｂａｃｔｅｒｉａｗｉｔｈｔｉｍｅ以上结果表明，不管是静态培养还是动态培养，菌丝体吸附矿粉的能力与生物量之间均存在一定的相关性，在菌丝生长期间，随生物量的增大，菌丝体所吸附矿粉的量也增加，当菌丝开始自溶后，其吸附矿粉的能力大大降低，不再吸附矿粉．２．３不同培养条件下培养基上清液中ＳｉＯ２含量的变化试验分析了细菌与矿物直接作用及间接作用条件下浸矿培养基上清液中的ＳｉＯ２含量随培养时间的变化规律，结果见图４．图４不同培养条件下上清液中ＳｉＯ２的含量随时间变化规律Ｆｉｇ．４ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＳｉＯ２ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔｓｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｕｌｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ由图４ａ可以看出，在直接静态培养条件下，尽管细菌与矿物直接接触，但对矿粉中的ＳｉＯ２的溶解效果不显著，上清液中的ＳｉＯ２含量最大值为２１．６７ｍｇ／Ｌ，而直接动态培养条件下ＳｉＯ２的含量最大值为４８．１１ｍｇ／Ｌ．由图４ａ还可以看出，在直接动态与静态培养条件下，在１～７ｄ，培养液中的ＳｉＯ２含量增加迅速，而后缓慢上升，并在第１１～１３ｄ出现ＳｉＯ２含量增加停滞期，随后又缓慢增加．这一规律表明，在细菌大量生长繁殖时期，为了从矿物营养缺乏的环境中获得必要的矿物营养，细菌对矿物产生溶蚀作用，当细菌生长由稳定逐渐进入衰亡后，细菌自身对矿物的溶蚀作用能力减弱甚至不５２１中国矿业大学学报第４２卷再作用，而此时细菌进入生长后期所产生的大量次级代谢产物如有机酸、多糖等对矿粉产生化学溶蚀作用阶段．这一推断可以从间接动态培养条件下培养液中ＳｉＯ２的含量变化规律得到进一步的证实．间接培养条件下，细菌与矿物不发生直接接触，细菌对矿物的降解主要依赖细菌在生长繁殖过程中产生的有机酸等酸性物质的化学腐蚀作用．从图４ｂ可知，间接动态培养过程中，培养液中的ｐＨ值在１～９ｄ出现明显下降，在第９ｄ达到最低值ｐＨ５．６，随后又开始上升；同时，上清液中的ＳｉＯ２的含量变化表现出与ｐＨ值近似相反的规律．这一试验结果无疑证明了硅酸盐细菌在浸矿过程中可以产生一定量的有机酸，同时上清液中ＳｉＯ２的含量变化也说明了细菌对矿物的间接转化作用，培养液中ＳｉＯ２的含量最高为１６．２６ｍｇ／Ｌ．２．４细菌－矿物直接与间接作用过程中的矿物表面微观形态分析对活菌发酵处理后的硅酸盐细菌和矿粉进行电镜扫描观察，结果见图５．图５细菌与菌丝在矿粉颗粒表面的吸附Ｆｉｇ．５ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｍｉｎｅｒａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓａｆｔｅｒｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ图５ａ表示细菌与矿物间接作用情况下矿物表面的微观形态，由于矿粉颗粒与细菌处于隔离状态，所以矿物颗粒表面没有吸附细菌与菌丝；图５ｂ为直接动态培养条件下细菌与矿物相互作后的表面微观形态，结果表明，细菌与矿物相互作用过程中产生了大量的菌丝体与代谢分泌物，矿物颗粒大部分被细菌菌丝包裹，形成了菌体－矿物复合体；而在直接静态培养条件下，矿物颗粒表面只吸附了少量的细菌与菌丝体，大量的菌丝球体漂浮在矿物颗粒的周围，并没有与矿物颗粒发生紧密接触（图５ｃ）．图６为矿粉颗粒被细菌直接与间接作用后的颗粒形态变化的电镜扫描图．图６不同培养条件下矿粉颗粒的形态变化Ｆｉｇ．６ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｍｉｎｅｒａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓａｆｔｅｒｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｕｌｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ图６ａ为未被细菌作用的矿物颗粒，矿物颗粒表面形状不规则，棱角分明，边缘清晰；图６ｂ为被细菌间接作用后矿物颗粒表面形态，矿粉颗粒表面棱角明显减少，边缘变得模糊不清，说明在细菌与矿粉颗粒有效隔离的情况下，细菌在发酵代谢过程中产生的有机酸、多糖等代谢产物对矿粉颗粒有一６２１第１期孙德四等细菌－矿物接触方式对铝土矿降解的影响定的化学降解作用，但由于细菌与矿粉的隔离，细菌没有对矿粉颗粒实施有效的机械破坏作用，因此矿物颗粒表面腐蚀程度不是十分明显；图６ｃ为矿粉颗粒在直接静态培养条件下矿物颗粒表面形态，与间接作用相比，矿物颗粒表面变得更加模糊，矿物颗粒变得更加圆滑；而在直接动态培养条件下，矿物颗粒表面又出现了大量的细微圆滑颗粒，且产生了明显的腐蚀坑（图６ｄ）．这一现象表明，在直接作用下，细菌对矿物颗粒的机械破坏作用也是细菌风化矿物的一个重要途径．细菌所产生的菌丝可以通过矿物的解理面伸入矿物的内部获取营养，细菌菌丝体生长所产生的伸长压力可以使矿物颗粒破碎，变得更细小，增大风化面积，使风化反应更容易进行．另一方面，菌体－矿物聚集体或复合体可以使细菌及其代谢产物与矿物颗粒充分接触，增大反应面积，这在一定程度上促进了细菌对矿物的化学风化［１８］．３结论１）在细菌－矿物直接接触模式下，动态培养较静态培养更有利于促进细菌－矿物复合体的形成，动态培养发酵液中细菌代谢产生的最大生物量与细菌吸附的矿粉量分别是静态培养的１．５５和２．１９倍．这一结果表明在动态培养条件下细菌菌丝与矿粉颗粒由于外力的作用其接触机会比静态培养条件下大．２）硅酸盐细菌在直接动态培养、直接静态培养与间接培养条件下均对铝土矿中的硅有一定的溶出作用，但溶硅能力存在显著的差异．直接动态培养上清液中ＳｉＯ２的含量分别是直接静态培养与间接动态培养的２．９６和２．２２倍．３）在细菌－矿物直接接触模式下，菌丝对矿物颗粒的直接降解作用既有菌丝对矿物的蚀刻和崩解作用，也有菌丝代谢产物对矿物的化学降解作用．而在细菌－矿物间接接触模式下只有化学降解作用．参考文献［１］吴涛，陈骏，连宾．微生物对硅酸盐矿物风化作用研究进展［Ｊ］．矿物岩石地球化学通报，２００７，２６（３）２６３－２７５．ＷＵＴａｏ，ＣＨＥＮＪｕｎ，ＬＩＡＮＢｉｎ．Ａｄｖａｎｃｅｉｎｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｂｅｓｔｏｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｍｉｎｅｒａｌｓ［Ｊ］．ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＭｉｎｅｒａｌｏｇｙ，ＰｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００７，２６（３）２６３－２７５．［２］ＬＩＡＮＢ，ＤＯＮＡＬＤＬＳ，ＦＵＰＱ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄｉｎ－ｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．ＧｕＺｈｏｕＳｃｉｅｎｃｅ，２０００，１８（１／２）４４－５３．［３］赵艳，张晓波，郭伟．不同土壤胶质芽孢杆菌生理生化特征及其解钾活性［Ｊ］．生态环境学报，２００９，１８（６）２２８４－２２８９．ＺＨＡＯＹａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｂｏ，ＧＵＯＷｅｉ．Ｐｈｙｓｉｏ－ｌｏｇｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃａｐａｃｉｔｉｅｓｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍ－ｒｅｌｅａｓｉｎｇｏｆＢａｃｉｌｌｕｓｍｕｃｉｌａｇｉｎｏｓｕｓｓｃｒｅｅｎｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｓ［Ｊ］．ＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００９，１８（６）２２８４－２２８９．［４］唐亮，张进忠，于萍萍，等．硅酸盐细菌的分离、纯化、鉴定及生物学特性研究［Ｊ］．山东农业科学，２００８（１）７６－７８．ＴＡＮＧＬｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉｎ－ｚｈｏｎｇ，ＹＵＰｉｎｇ－ｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｔｅ－ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｌｓｔｒａｉｎｓａｎｄｓｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅｉｒｂｉｏｌｏｇ－ｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉ－ｅｎｃｅｓ，２００８（１）７６－７８．［５］ＨＵＪ，ＹＵＪＰ，ＬＩＡＮＢ．Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍｒｅｌｅａｓｉｎｇｆｒｏｍｐｏｔａｓｓｉｕｍ－ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒ－ａｌｓｂｙａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒ［Ｊ］．ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＭｉｎｅｒａｌｏｇｙ，ＰｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１１，３０（３）２７７－２８４．［６］ＬＩＡＮＢ，ＷＡＮＧＢ，ＰＡＮＭ，ｅｔａｌ．ＭｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｌｅａｓｅｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍｆｒｏｍＫ－ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓｂｙｔｈｅｍｏｐｈｉｌｉｃｆｕｎｇｕｓａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ［Ｊ］．ＧｅｏｃｈｉｍｉｃａｅｔＣｏｓ－ｍｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２００８，７２８７－９８．［７］李海龙，谷洁，张宏斌．秦岭山区硅酸盐细菌的分离、筛选以及初步鉴定［Ｊ］．西北农业学报，２０１１，２０（４）１９４－１９９．ＬＩＨａｉ－ｌｏｎｇ，ＧＵＪｉｅ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇ－ｂｉｎ．ＳｃｒｅｅｎｉｎｇａｎｄｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａｆｒｏｍＱｉｎｌｉｎｇｍｏｕｎｔａｉｎｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｅＢｏｒｅａｌｉ－ｏｃ－ｃｉｄｅｎｔａｌｉｓＳｉｎｉｃａ，２０１１，２０（４）１９４－１９９．［８］韩梅，王东，林荣峰．具有拮抗作用的硅酸盐细菌的分离与筛选［Ｊ］．土壤通报，２０１１，４２（１）７８－８１．ＨＡＮＭｅｉ，ＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＬＩＮＲｏｎｇ－ｆｅｎｇ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎｄｓｃｒｅｅｎｉｎｇｏｆａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓ

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