基于pH刺激的浸矿微生物协同作用机制

The development of the basic theory of biohydrometallurgy is relatively slow. Many scientific problems are not resolved, such as the synergistic mechanism of bioleaching microorganism under the stress of various environmental factors is not clear, which hindered the rapid development of biohydrometallurgy. ..This project is with several types of microorganisms (including the different growth site, different nutritional types and different domain microorganisms) as the research object during bioleaching of copper sulphide ore, and to analyze the microbial growth, oxidizing activity and the copper leaching under the stress of pH value changing. The main research contents include: study the variation of microbial population structure and community dynamics by ARDRA and Real-time PCR; analyze the relatively important function gene expression using function gene chip; research the effect of pH changing on the dissolution of copper sulphide by XRD, XPS and SEM-EDX; reveal the importance of microorganism synergistic mechanism to the bioleaching. These researches will lay a foundation for analyzing the bioleaching behavior of microorganism and the bioleaching mechanism.

生物冶金基础理论发展较慢，许多科学问题亟待解决，如各种环境因子胁迫下浸矿微生物的协同作用机制不明确，较大程度上阻碍了生物冶金的长足发展。本项目以生物浸出过程中多种类型微生物（包括不同生长位点、不同营养类型、不同域类微生物）为研究对象，系统探讨基于pH刺激的微生物生长、活性变化以及铜浸出速率的影响。主要研究内容包括：采用ARDRA和Real-time PCR的方法研究pH刺激对微生物种群结构和群落动态的影响；采用功能基因芯片技术分析浸矿微生物重要功能基因表达情况；采用XRD, XPS以及SEM-EDX等方法探讨pH刺激对矿物生物溶解的影响；最后分析pH刺激下微生物的协同作用机制。旨在揭示浸矿微生物单个种群和微生物群落基于pH刺激的应激及相互协调作用，阐明微生物协同作用机制及其在生物浸出过程中的作用地位，为分析微生物的浸矿行为和生物浸出机理奠定基础。

pH是影响生物浸出速率和浸出率的重要因子，研究pH刺激下微生物的协同作用机制具有较强的理论和实践意义。本项目以生物浸出过程中多种类型微生物（包括不同生长位点、不同营养类型、不同域类微生物）为研究对象，系统探讨了基于 pH 刺激的微生物生长、活性变化以及铜浸出速率的影响。.首先研究了不同初始pH（1.0，2.0和3.0）和过程pH刺激（调整至1.0和3.0）下黄铜矿的生物浸出行为，结果表明在初始pH 2.0时铜的浸出率最好，可以达到88%。黄铜矿生物浸出过程中当溶液pH值由1.4分别调整到1.0和3.0时，生物浸出周期明显延长（尤其是3.0条件下），浸出率也明显下降。采用DGGE技术考察pH刺激对黄铜矿生物浸出过程中微生物种群结构的影响。结果表明，该浸矿微生物群落结构为S. thermosulfidooxidans、A. caldus、L. ferriphilum 和F. thermophilum。在过程pH调节下，L. ferriphilum 最为敏感，尤其是pH 3.0刺激下基本检测不到。一般而言，过程pH刺激后，微生物群落能够逐渐恢复到原来状态；但当刺激较为严重时，微生物群落结构较难恢复。.研究了中度嗜热冶金微生物的硫代谢（sulfate adenylyltransferase）、铁代谢（4Fe-4S ferredoxin）以及抗逆性（cysteine synthase）的关键功能基因差异表达情况，结果表明：S. thermosulfidooxdans主要负责硫的氧化，F. thermophilum负责铁的氧化，而cysteine synthase 基因在专性自养菌中表达高于兼性自养菌。pH 1.0 和 3.0 刺激后，浸出体系中A. caldus和S. thermosulfidooxdans的硫氧化基因表达量下调。S. thermosulfidooxdans 的 4Fe-4Sferredoxin 基因表达量也下调，而L. ferriphilum的铁氧化基因有所上调。 .通过三年的科学研究，查明了基于pH刺激下浸矿微生物群落结构及种群动态，探明了pH刺激对浸矿微生物关键功能基因差异表达的影响，揭示了基于pH刺激的浸矿微生物协同作用机制。发表学术论文12篇，其中SCI收录6篇，获得湖南省自然科学二等奖1项。