寡营养嗜酸菌定向分离及其协同浸矿机制研究

酸性环境中存在大量的寡营养嗜酸菌，在生物冶金过程中发挥重要的协同作用。由于寡营养菌分离培养困难，现有的菌种分离方法无法定向分离寡营养嗜酸菌，而基于分子生态学的研究方法，则无法对寡营养嗜酸菌协同浸矿机制进行深入研究。本课题采用荧光定量PCR技术，在16S rRNA基因克隆文库分析微生物群落的基础上，定量跟踪特定寡营养嗜酸菌分离培养过程中的富集情况，优化培养条件（温度、pH、硫源、碳源等），以期建立寡营养嗜酸菌定向分离新方法。同时，针对分离获得的寡营养嗜酸菌资源，将深入研究其生理生化特性，揭示其在浸矿过程中的协同作用机制。本课题的实施对于阐明寡营养嗜酸菌在生物圈铁硫循环方面与铁氧化菌和硫酸盐还原菌协同作用的认识具有重要意义，将增强我国在国际生物冶金菌种资源争夺的话语权，并丰富我国的嗜酸菌菌种资源。为针对不同类型矿石优化和调控浸矿菌群提供思路。

酸性环境中存在大量的寡营养嗜酸菌，在生物冶金过程中发挥重要的协同作用。本研究在建立荧光定量PCR对于特定菌种定量方法的基础上，整合16S rRNA基因克隆文库技术，构建了浸矿微生物种群结构快速分析系统；通过对紫金山铜生物堆浸场及吉林白山堆场的考察，查清寡营养嗜酸微生物在不同酸性环境中分布状态；建立了基于荧光定量PCR的寡营养嗜酸菌定向分离新方法，分离获取了10株Alicyclobacillus 属、Brevunimonas属、Phyllobacterium属和Bosea属寡营养嗜酸菌，通过分子生物学鉴定，发现新种3个。寡营养菌协同浸出辉铜矿的研究表明，寡营养嗜酸菌可促进辉铜矿溶解，并抑制黄铁矿溶解。寡营养菌协同浸出黄铜矿研究表明，在常温(33oC)和中温(45oC)下，加入寡营养菌Alicyclobacillus抑制了黄铜矿溶解，而高温(65oC)下有助于黄铜矿溶解。微生物生态学研究表明，寡营养菌Alicyclobacillus属在常温(33oC)下可抑制Leptosprillum属、Acidithiobacillus属等铁氧化细菌生长，有助于兼养Sulfobacillus属细菌生长，因此在低温浸出过程中抑制铁浸出。在中温(45oC)浸出过程中同样抑制Leptosprillum属、Acidithiobacillus属和Ferropplasma属等铁氧化菌生长，有助于兼养Sulfobacillus、Acidiplasma属生长。在高温(65oC)下，寡营养菌的加入使得细菌种群结构变得丰富，有助于铁氧化菌Metallosphaera属生长，抑制了铁氧化菌Ferropplasma属以及硫氧化菌Sulfolobus属生长，有助于黄铜矿浸出。所分离的寡营养嗜酸菌可望在抑制黄铁矿浸出的酸性矿山废水源头治理方面发挥重要作用，同时对于高温黄铜矿浸出的优化具备应用潜力。