Ni2+和Co2+对氧化亚铁硫杆菌活性的影响.pdf

第5 2 卷第1 期 2000 年2 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．1 F e b r u a r y2000 N i 2 和C 0 2 对氧化亚铁硫杆菌活性的影响 李洪枚，柯家骏 中国科学院化工冶金研究所，北京 1 0 0 0 8 0 摘要为配合细菌浸出金川低品位镍矿中镍和钴的生物冶金研究工作，分别研究了N i 2 和c 0 2 对试验用氧化亚铁硫 杆菌的活性影响。结果表明，在常用的细菌浸出条件 3 0 ℃，p H2 ．o 下，N i 2 和C 0 2 对该菌株的活性有较大影响。经过在 含一定浓度的N i “、伤2 培养基中驯化后，该菌株已基本上能适应耐呷2 】4 0 9 l ～、[ C 0 2 】3 0 9 l ～，具有较强的氧化F e 2 的 能力。 一 关键词N i 2 ；C 0 2 ；生物冶金；氧化亚铁硫杆菌 T ．D ；活性 中圈分类号T F l 8文献标识码A 文章编号1 0 0 1 一0 2 1 K 2 0 0 0 0 1 0 0 4 9 0 3 低品位硫化镍矿的细菌浸出，尚处于试验研究 阶段，还未见工业应用的报道。在细菌浸出矿石的 过程中，一些重金属离子随着浸出过程的进行而溶 解，必须考察这些重金属离子对细菌生长及活性的 影响。有关C u 2 对氧化亚铁硫杆菌生长及活性的 影响已有较多的研究“’3 ，而涉及N i 2 和C 0 2 对 氧化亚铁硫杆菌生长及活性影响的研究，则相对较 少。已有的一些研究结果表明n 一，镍离子、钴离 子对氧化亚铁硫杆菌生长有明显的抑制作用，需要 结合不同的菌株，选择合适的培养条件进行驯化， 以提高其耐N i 2 和C 0 2 的能力，才能用于具体矿 石的细菌浸出。本工作配合金川低品位镍矿细菌 浸出工艺试验，首先开展N i 2 和C 0 2 对试验所 用氧化亚铁硫杆菌的生长及活性影响的研究，着重 考察在常用的细菌浸出条件 3 0 ℃，p H 2 ．0 下原 始菌株与驯化菌株分别耐N i 2 和C 0 2 能力的比 较。 1实验 1 ．1实验方法 在恒温水浴摇床中进行细菌生长的摇瓶实验， 用测定培养基中F e 2 浓度变化的方法，即氧化亚 铁硫杆菌氧化F e 2 成为F e 3 ，来表示该菌株的生长 活性。分别考察N i 2 和C 0 2 对细菌生长的影响。 然后用1 0 m l 移液管移取已在含一定浓度的N i 2 和 C 0 2 培养基中经驯化 处于生长对数期 的菌液 进行接种，再考察其活性及耐N i 2 和C 0 2 的能 收稿日期1 9 9 9 0 6 0 2 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 9 8 3 4 1 5 0 作者简介李洪枚。男，3 3 岁。博士研究生 力。实验用氧化亚铁硫杆菌为云株一号，由中国科 学院微生物所提供。实验条件为3 0 ℃，p H 2 ， 接种量1 0 ％ 9 0 m l 培养基，1 0 m l 菌液 ，初始阶2 ] _ 1 0 9 ．1 _ 1 左右，水浴摇床转速l1 0 r ／m i n ，采用l e a t h e n 培养基∽ F e S 0 4 7 1 - 1 2 0 用量根据实际需要量加 入 ，培养基中N i 2 、C 0 2 分别用A R 级N S O 。 6 H 2 0 ，和C O S 0 4 7 H 2 0 经精确称量配置溶解于培养 基中。总铁和二价铁采用邻菲罗啉法测定‘聊。 1 ．2 实验仪器 S Z X - B 型恒温水浴振荡摇床，7 2 2 型光栅分 光光度计，p H S 一2 9 A 型酸度计，T N 型托盘式扭 力天平，2 5 0 m i 锥形瓶。 2实验结果与讨论 2 ．1N i2 对氧化亚铁硫杆菌 T f 生长活性的影响 2 ．1 ．1 原始菌株 T ‘f 的实验结果。用原始的氧 化亚铁硫杆菌的菌液分别在不含N i 2 、含N i 2 3 眶．1 ．1 和4 0 9 ．1 - 1 的培养液中进行摇瓶实验，结果见图l 和表l 。可以看出，N i 2 对该细菌的生长活性影响 较大，并随着N i 2 浓度增加而影响加大。在不含 N i 2 的培养基中，细菌生长的停滞期为2 4 h ，该停 滞期的F e 2 氧化速率为0 ．1 0 8 9 l 一．h 。1 较快地进 入细菌生长对数期为2 4 h ，该对数期的F e2 氧化速 率为O ．2 7 魄．1 ．。．h ～。在含N i 2 3 魄．1 一和4 0 9 ．1 叫的 培养基中，细菌生长停滞期则分别延长到7 2 h 和 9 6 h ，此时F e 2 氧化速率分别为0 ．0 1 2 9 ．1 _ 1 h 一和 0 ．0 1 5 9 ．1 ～h _ 1 ；然后才进入细菌生长对数期分别是 8 8 h 和1 0 0 h ，此时F d 氧化速率分别是0 ．1 0 9 9 ．1 一 h 1 1 和0 ．0 8 8 9 ．1 ～．h ～。实验中观察到的实验现象是， 含N i 2 的培养基颜色最初为绿色。溶液透明清晰， 万方数据 有色金属第5 2 卷 然后逐渐变成暗绿色，溶液粘稠，并有黄色沉淀生 成，显微镜下可以观察到细菌大量繁殖。 表1原始菌株生长停滞期和对数期的F e P 氧化速率 T a b l e1T h eo x i d a t i o nr a t eo fF e 2 b yw 埘 T ．fi nt a ga n dl o g a d t h n 1 i cp h a s e 图1N i 2 对原始菌株 T f 生长活性的影响 f N i 2 地．1 - Z l ，o ；2 ，3 0 ；3 ，4 0 F i g ．1 E f f e c to fN i 2 O I “ 1g r o w t ha n da c c i v i t yo fw 配T ．fs t ．r a i n 2 ．1 ．2 驯化菌 T ．f 实验结果。用驯化的氧化亚 铁硫杆菌在含N i 2 3 0 9 l _ 和4 0 9 ．1 叫的培养液中分 别进行摇瓶实验，结果见图2 和表2 。可以看出， 驯化菌与原始菌氧化F e 2 的速率还有差距，但与 未驯化前比较 图1 和表1 ，差距已、大大缩小。 驯化后的氧化亚铁硫杆菌在含N i 2 3 0 9 l _ 1 和 4 0 9 ．1 叫的培养液中，其停滞期均已分别缩短为 2 4 h ，停滞期的F 分 氧化速率分别上升到0 ．0 7 5 9 ．r l h ．1 和0 ．0 4 5 9 ．1 ～．h 。1 ；对数期的时间也缩短到3 6 h 和 4 8 h ，对数期F e 2 氧化速率分别上升到0 2 3 6 9 1 一．h 一 和0 ．1 9 1 9 ．r 1h ～。 表2驯化菌株生长停滞期和对数期的E 孑 氧化速率 T a b l e2T h eo x i d a t i o nr a t eo fF d b ya d a p t e dT ．f i nl a ga n dl o g a r i t h m i cp h a s e t ／h 、 图2N i 2 对驯化菌株 T ．f 生长活性的影响 [ N i 2 】幢1 “ 1 ，o ；2 ，3 0 ；3 ，4 0 F i g ．2E f f e c to fN i 2 o ng r o w t ha n da c t i v i t y o fa d a p t e dT ．fs t v a i n 2 ．2 耐C 0 2 实验 2 ．2 ．1 原始菌株 T ．f 耐C 0 2 实验。用原始菌在 含C 0 2 分别为0 、2 0 9 J - 1 和3 0 9 ．1 _ 1 的培养基中进 行摇床实验，结果见图3 和表3 ，C 0 2 对氧化亚铁 硫杆菌的生长活性有明显影响，表现在停滞期和对 数期随着C o ”浓度的增加而延长，分别为7 2 h 、9 6 h 和4 8 h ；F e 2 氧化速率随着C 0 2 浓度增加而减慢， 停滞期分别为O ．0 2 4 9 1 1 h 叫和O ．0 1 耗1 ～h ～，对 数期分别为0 ．1 7 1 9 l ～h 。1 和0 ．1 7 2 9 ．1 ～．h ～。实 验现象是，含C 0 2 的培养基开始呈透明综红色， 进入对数期后变暗红色，溶液变粘稠，并有黄色沉 淀生成，显微镜下观察有大量细菌繁殖。 2 ．2 ．2 驯化菌株 T ．f 耐C 0 2 实验。用驯化后的 氧化亚铁硫杆菌在含C 0 2 2 0 9 ．1 叫和3 0 9 ．1 - 1 的培 养液中分别进行摇瓶实验，结果见图4 和表4 ，可 以看出。驯化菌与原始菌相比氧化F e 2 的氧化速 率已比较接近，停滞期已分别上升到0 ．0 8 3 9 ．1 一．h 叫 和0 , 0 8 1 9 ．1 ～．h ～，蝴已分别上升到0 ．2 4 2 9 ．1 ～．h 叫 和0 ．2 0 1 9 l - 。h 一，表明氧化亚铁硫杆菌经驯化后已 基本适应含较高浓度C 0 2 的培养基 表3原始菌株生长停滞期和对数期的F 矿氧化速率 T a b l e3T h eo x i d a t i o nr a t eo fF e 2 b yw i l dT ．f i nL a ga n dl o g a r i t h m i cp h a s e 万方数据 第1 期李洪枚等N i 2 和C 0 2 对氧化亚铁硫杆菌活性的影响5 l 表4驯化菌株生长停滞期和对数期的F e 2 氧化速率 T a b l e4 T h eo x i d a t i o nr a t eo fF d b ya d a p t e dT ．f i nL a ga n dl o g a r i t h m i cp h a s e f _ ． 3 ； 爸 ￡／l l 图3C 0 2 对原始菌株 T ．f 生长活性的影响 [ c 0 2 】乜1 。 1 ，0 ；2 ，2 0 ；3 ，3 0 F i g ．3 E f f e c to fC 0 2 o ng r o w t ha n da c t i v i t yo fw i l dT ．fs t r a i n f - 3 ～ F 爸 t m 图4C 0 2 对驯化菌株 T ．f 生长活性的影响 [ c 0 2 №1 1 1 ，0 ；2 2 0 ；3 ，3 0 F i g ．4 E f f e c to fC 0 2 o ng r o w t ha n da c t i v i t yo fa d a p t e dT ．fs t r a i n 3讨论 细菌处于停滞期阶段其细胞特点是分裂迟缓、 代谢活跃，表现为体积增长较快 细菌数没有增 加 。这个时期细菌主要是适应新环境，出现代谢 调整；如果是在不良环境里，例如含重金属离子的 溶液中，那么细菌可能会产生各种诱导酶以适应不 良环境。氧化亚铁硫杆菌在含较高浓度N i 2 、 C 0 2 培养基中的停滞期随着重金属离子浓度的增 加而延长、F e 2 的氧化速率减慢的原因可能有二 一是细菌进入这种不良的环境需要较长时间调整与 适应；二是在这种不良环境中一部分细菌因不能适 应新环境而死亡，导致活细菌数减少，加之停滞期 内细菌活性弱，因此F e 2 的氧化速率慢。适应了 高浓度N i 2 、C 0 2 培养基的氧化亚铁硫杆菌开始 进入对数期，并大量繁殖 指细菌数增加 ，但新 生细菌还需要继续调整与适应这种不良环境，因此 与在不含N i 2 、C 0 2 培养基中比较，对数期会延 长，阼 的氧化速率较慢。经过一段时间地驯化后 本菌种使用时已驯化二个多月 ，细菌能适应含 较高浓度的N i 2 、C 0 2 培养基，表现出较强活 性，F 分 氧化速率加快。 关于氧化亚铁硫杆菌耐重金属离子机理的看法 尚不一致。但从实验结果可以看出，随重金属离子 浓度增大细菌的活性变弱，可能原因之一是，体系 的离子浓度加大时细菌体内与溶液之间的渗透压增 大，这就会影响细菌正常的生理功能。细菌能调节 体内的离子浓度，以适应各种不同的渗透压，但这 种调节作用是需要时间的、有限度的。驯化后的细 菌能适应一定环境的渗透压，如果重金属离子浓度 超过细菌的调节能力，那么细菌就会死亡。所以需 要通过不断驯化培育过程，以提高细菌耐不同重金 属离子的能力。 4结论 在常用的细菌浸出条件 3 0 ℃，p H 2 ．0 下，N i 2 和C 0 2 对试验用氧化亚铁硫杆菌的生长 活性有较大影响。经过在含一定浓度的N i 2 和C 0 2 的培养基中驯化后，已驯化出能分别耐N i 2 和C 0 2 达4 0 9 ．1 - 1 和3 0 9 ．1 - 1 的菌株，该菌株对F e 2 有较强 的氧化能力。 参考文献 T 1 】o v i r m aOHe ta 1 ．B i o t e c h n o lL e t t ．1 9 8 5 ．7 3 8 9 D a v eSRe ta 1 ．T r a n sl m tM i nM e t a l l ，1 9 8 5 ．7 3 8 9 K a r a v a i k oGI ．I 烈E P ．M o s c o w ．1 9 8 5 L e a t h e nW We t ．a 1 ．S c i e n c e ．1 9 5 1 ．1 1 4 2 8 0 株洲冶炼厂等．有色冶金中元素的分离与测定．北京冶金工业出版社，1 9 7 9 ．2 0 0 H e r r e r aLe ta 1 ．JC h e mT e c hB i o t e c h n o l 。1 9 8 9 ．4 4 1 7 1 S e eD ．5 4f o r t h ea b s t r a c t 万方数据 5 4有色金属 第5 2 卷 端电子受主即氧化剂。 物浸矿过程中的作用及其深层次机理。 2 应该重视研究和开发其它氧化剂对微生 参考文献 童雄，钱鑫．有色金属 季刊 ，1 9 9 6 ， 3 7 5 L i uMS ，B r a n i o n ，RMR ，D u n c a n ，DW ．C a nJ ‰E n g ，1 9 8 8 ，6 6 3 4 4 5 P u g hCE ，h o a r i e rIR ，D i x o nJBe ta 1 ．S o i lS c i ，1 9 8 4 , 1 3 7 5 3 0 9 K ．A ．兰特拉金．国外金属矿选矿，1 9 9 7 ， 2 4 4 微生物湿法冶金 内部资料 ．北京中国选矿科技情报网，1 9 9 8 S u g i oT ，D o m a t s uC ，M u n a k a t aOc ta 1 ．A p p lE n v i r o nM i c r o b i a l ，1 9 8 5 ，4 9 1 4 0 l P r o n kJT ，M e i j e e rW M ，H 2 e uWe ta 1 ．A p p lE n v i r o nM i c r o b i a l ，1 9 9 l ，5 7 2 0 5 7 o X 田I A N T S ’A C T I O ND iB K Ⅱ脚H D i Go Fo R E S T O N G a o n 9 1 ．C U Iz J 跏矿，L U OZ h a o j u n l ，Y A NS e d 仃．K w a m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , K u n m i n g5 5 0 0 9 3 2 ．H a m a nP r o v i n c eG o l dI n d u s t r yC o m p a n y , K u n m i n g6 5 0 0 5 1 O x i d a n t s 麟p e c i a n yo x y g e n ，F e 3 a n di t sc o m p l e xc o m p o u n d si nt h ec o u l s eo fb i o l e a c h i n go r e sa r er e ． s e a r c h e d ．W eh o p ei th e l p f u lt oy o u ． K E YW O R D S o x i d a n t ；m i c r o o r g a n i s m ；l e a c h ；s u l p h i d e C o mf r o mP ．5 1 E F F F _ L TO FN i 2 A N DC 0 2 O NA C T I V I T YO FT H I O B A C I L L U SF E R R O O X I D A N S L IH o n 卯m e i ，K EH u n I n s t i t u t eo fC h e m i c a lM e t a l l u n j y , C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e ．B e i j i n g1 0 0 0 8 0 T h ee f f e c to fN i 2 a n dC 0 2 o nt h ea c t i v i t yo fT h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n sr r ．0u s e di ne x p e r i m e n t sw a s s t u d i e dr e s p e c t i v e l y ，w h i c hw a sc o o r d i n a t e dw i t hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t a lw o r ko fb i o l e a c h i n go fn i c k e la n d c o b a l tf r o mJ i n g c h u a nl o wg r a d en i c k e lo r e ．E x p e r i m e n m lr e s u l t ss h o wt h a tN i 2 a n dC 0 2 h a v eg r e a t e ri n f l u ． a 嬲o nt h ea c t i v i t yo fT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n su n d e rt h ec o m m o nb i o l e a c h i n gc o n d i t i o no ft e m p e r a t u r e 3 0 ℃a n dp H2 ．0 ．T h e t o l e r a n c eo fT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n st ot h ec o n c e n t r a t i o n so fN i 2 4 0 9 ．1 1a n d C 0 2 3 0g ‘1 1c a nb ea c h i e v e da f t e rl o n gt i m ea d a p t a t i o n b yr e p e a t e d l ys u b c u l t u r i n gi nL e a t h e nm e d i u m c o n t a i n i n gc e r t a i nc o n ∞n t m t i o n so fN i 2 a n dC o “．T h eT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sp o s s e s s e ds t r o n g e ra b i l i t y o fo x i d i z i n gF e 2 ． K E YW O R D SN i 2 ；C 0 2 ；b i o - m e t a l l u r g y ；T h i o b a c i l l u s ．白r r o o x i d a n s ；a c t i v i t y 万方数据