胞外聚合物在SRB分解硫酸盐矿物中的作用机理

硫酸盐还原菌（SRB）参与的硫酸盐矿物分解过程同厌氧沉积环境内碳酸盐、硫化物的形成、无机碳和重金属的原位固定等有密切的联系。为阐明SRB-硫酸盐矿物之间的界面作用机制，需要对SRB的胞外聚合物（EPS）进行研究。本课题利用响应曲面法设计实验结合统计学方法分析结果，查明不同环境生态因子对EPS产生的影响机制；利用FTIR、NMR、GCMS、3D-EEM等对EPS进行分析表征；利用接触角测定仪测定分析SRB的疏水性及表面自由能，利用SEM、TEM、AFM对硫酸盐矿物表面进行分析表征，阐明EPS对SRB和矿物表面特性的影响机制；利用FTIR、3D-EEM、X射线吸收精细结构光谱等对EPS-金属离子的作用机制进行分析，利用荧光探针技术等对SRB的生长和EPS的产生消耗进行成像分析，利用SEM、TEM、XRD等对矿物分解过程中形成的碳酸盐和硫化物进行分析表征，阐明EPS对生物矿化过程的影响机制。

本项目主要以脱硫弧菌属硫酸盐还原菌（Desulfovibrio desulfuricans）的EPS为对象开展研究工作，得到了如下结果：1）以EPS提取量及细胞破裂为评价指标，研究优化了提取方法，发现加热法和EDTA的效果较好。2）研究分析了单个生长周期内溶解性和结合型EPS的变化规律，结果表明两种EPS的主要成分菌是多糖、蛋白质及核酸，停滞期EPS产量较少，指数期时EPS产量达到最大；进入衰亡期后溶解性EPS产量开始减少，结合型EPS产量增多，可能是部分细胞发生自溶破胞形成EPS作为微生物利用碳源。3）研究分析了不同生态因子对EPS的产率及其结合金属阳离子（以Cu2+为例）作用的影响，获得了EPS产率和Cu2+的结合效率最高时的优化培养条件， FTIR光谱表征结果证明在EPS与Cu2+的结合过程中，Cu2+优先同蛋白质结合，其次是多糖。4）研究分析了不同金属离子对EPS生成的影响，EPS所含的官能团种类未反生改变，主要为羧基，磷酸集团/硫醇基，氨基/羟基等官能团，相对含量随着浓度升高（不产生毒性范围内）而升高，EPS能够结合加入金属离子可达加入量的10%，EPS对同金属离子的结合能力差异显著；EPS产量和官能团浓度及对金属离子的络合作用同加入的金属离密切相关，金属阳离子的存在会促进EPS中某类活性位点官能团的增多，光谱和色谱分析结果表明色氨酸类物质是主要组分；SEM-EDS表征发现金属硫化物沉淀形成于胞外EPS内。５）研究分析了不同硫酸盐矿物存在时EPS的形成，发现矿物的水溶性性质对EPS产率影响显著，如SRB+硬石膏体系内EPS的产率显著高于SRB+石膏体系，表明环境中SO42-不足时微生物将分解更多EPS，通过结合金属离子加速SO42-的释放；利用提取的EPS和SMP直接作用于四种硫酸盐矿物（石膏、硬石膏、硫酸钡、硫酸铅），结果表明EPS和SMP均能促进矿物的分解，石膏和硬石膏在EPS溶液中的分解效率较高，而硫酸钡和硫酸铅在SMP溶液中的分解效率较高；6）利用透析袋实验研究分析了EPS在石膏-SRB体系内的分解作用，发现分子量小大于100大于2000的蛋白质组分能够和Ca2+络合，从而促进SO42-的溶出，进而生成更多的H2S；该部分EPS能够加速无定型态碳酸钙的晶体化，生成的产物为片状以及蜂窝状，主要成分可能是次生碳酸盐（方解石）及磷酸盐。