混合菌诱变及浸出碲矿的研究.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年4 期 3 3 D O I 1 0 ．3 9 6 9 l ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 4 ．0 1 0 混合菌诱变及浸出碲矿的研究 谢鸿观，李凛，彭书明，童晋，雷泞菲 成都理工大学矿产资源化学四川省高校重点实验室，材料与化学化工学院，成都6 1 0 0 5 9 摘要利用紫外线 U V 、亚硝基胍 N T G 及其组合为诱变剂，对从四川石棉矿区的水土样中富集的混合 菌进行诱变，并用于浸出碲矿。结果表明，在U V 照射5r a i n 时 1 5W 、距离3 0c m ，混合菌活性提高 5 1 ．6 ％；用L0g ／LN T G 处理5 0m i n 后，混合菌有较高的活性，提高了5 7 ．4 ％；经复合诱变后，混合菌 的活性分别提高5 9 ．5 ％和6 3 ．3 ％。浸矿试验表明，诱变后混合菌浸矿2 5d 后，碲的浸出率最大可提高 2 6 ．7 ％。 关键词诱变；混合菌；碲矿；生物浸出 中图分类号T F 8 4 3 ．5 ；T N 3 0 4 ．1 文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 4 0 0 3 3 一0 3 S t u d yo nM u t a g e n e s i so fM i x e dB a c t e r i aa n d B i o l e a c h i n go fT e l l u r i u mO r e X I EH o n g g u a n ，L IL i n ，P E N GS h u - m i n g ，T O N GJ i n ，L E IN i n g f e i M i n e r a lR e s o u r c e sC h e m i s t r yK e yL a b o r a t o r yo fS i c h u a nH i g h e rE d u c a t i o nI n s t i t u t i o n s ， C o l l e g eo fM a t e r i a l sa n dC h e m i s t r y C h e m i c a lE n g i n e e r i n g 。C h e n g d uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，C h e n g d u6 1 0 0 5 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h em i x e db a c t e r i ae n r i c h e df r o mt h ea c i dm i n ew a t e ra n ds o i li nS h i m i a nm i n i n ga r e ao fS i c h u a n P r o v i n c ew a ss t u d i e db ym u t a g e n e s i sw i t hu l t r a v i o l e t U V ，n i t r o s o g u a n i d i n e N T G ，a n dt h e i rc o m b i n a - t i o n sa sm u t a g e nr e s p e c t i v e l y ，a n dt h e nu s e dt ob i o l e a c ht e l l u r i u mo r e ．T h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h ea c t i v i t yo ft h em i x e db a c t e r i ai n c r e a s e s5 1 ．6 ％w i t hU Vi r r a d i a t i o nt i m eb e i n g5m i n 1 5W ，d i s t a n c i n g3 0 c m ．A f t e rt r e a t e db y1 ．0g ／LN T Gf o r5 0m i n ，t h em i x e db a c t e r i as h o w e dh i g h e ra c t i v i t y ，i n c r e a s i n gb y 5 7 ．4 ％．T h ea c t i v i t i e so fm i x e db a c t e r i ai n c r e a s e db y5 9 ．5 ％a n d6 3 ．3 ％r e s p e c t i v e l yw i t hc o m p o s i t em u t a t i o n ．T h eb i o l e a c h i n ge x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h em a x i m u mt e l l u r i u me x t r a c t i o nr a t eb ym i x e db a c t e r i a a f t e rm u t a t i o nh a di m p r o v e db y2 6 ．7 ％a f t e r2 5do fl e a c h i n g ． K e yw o r d s M u t a g e n e s i s ；M i x e db a c t e r i a ；T e l l u r i u mo r e ；B i o l e a c h i n g 生物冶金具有流程短、工艺简单、易操作、投资 少、能耗少、成本低和对环境友好等优点n ] ，现已成 为矿冶工程研究和应用的重点之一。但在浸矿实践 中出现的菌种活性低、浸出周期长、浸出率低等问题 严重制约了生物冶金的广泛应用【2 ] ，高效浸矿菌种 的选育是解决此类问题的一个很好的途径。 微生物菌种选育的方法有驯化、诱变、细胞融合 育种及基因工程育种等。目前已有采用这些技术选 育耐高温、酸度适应范围宽的高效浸矿菌种[ 3 ．4 ] ，但 大多是针对纯培养物，单一菌种的遗传改良在应用 上存在局限性[ 5 ] 。有研究表明【6 ] 利用复合诱变处 理微生物混合菌群，可以选育出高效的微生物浸矿 菌群。本研究从四川石棉矿区的水土样中富集的一 种能够浸出碲矿的混合菌入手，采用紫外线 U V 、 亚硝基胍 N T G 及其组合对混合菌进行诱变，以期 获得高活性的浸矿混合菌应用于碲矿的生物冶金。 基金项目成都理工大学青年基金资助项目 2 0 0 9 Q J 0 3 ；校企合作横向项目 H W 0 0 2 7 作者简介谢鸿观 1 9 7 8 一 ，男，安徽巢湖人，讲师，博士． 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 1 材料与方法 1 ．1 菌种和培养基 试验所用菌种为四川石棉矿区不同地点采集的 水土样经富集培养及驯化处理获得的混合菌。该菌 在3 0 ℃、初始p H2 ．0 、矿浆浓度1 ％条件下浸矿 2 5d 后碲的浸出率为6 8 ．1 ％。 浸矿培养基采用9 K 基础培养基，配方 g ／L N H 。 2 S 0 43 ．0 、K C l0 ．1 、K 2 H P 0 40 ．5 、M g S 0 4 7 H 2 00 ．5 、C a N 0 3 20 ．0 1 。 1 ．2 碲矿样品 试验所用矿样为四川石棉原矿经浮选获得的以 辉碲铋矿为主的混合硫化矿，化学成分 ％ T e 1 ．0 3 、B i1 ．1 2 、S2 7 ．6 3 、C u0 ．4 7 、S bO ．1 7 、C a O 1 5 ．5 8 、M g O6 ．0 0 、S i 0 26 ．4 8 、C 0 21 8 ．0 5 、F e2 2 ．8 5 。 矿石的粒度为一0 ．1 4 7m m 占8 5 ％。 1 ．3 混合菌的培养和诱变 在2 5 0m L 三角瓶中加入9 0m Lp H2 ．0 的发 酵培养基，接入1 0m L 混合菌液，在3 0 ℃下，于1 5 0 r ／m i n 恒温摇床中振荡培养，按此操作连续培养3 次，收集菌体，用无菌生理盐水洗涤3 次，配制成细 菌浓度为1 ．0 1 0 8 ／m L 的菌悬液，供诱变处理时使 用。 1 紫外线 U V 诱变。操作在红光下或避光 进行。打开1 5W 紫外灯预热2 0r a i n 。取1 0m L 菌 悬液于带无菌搅拌子的平皿中，盖上皿盖，将平皿置 于磁力搅拌器上，在距离3 0c m 的紫外灯下开启磁 力搅拌器，打开皿盖，边照射边搅拌，分别照射0 ．5 、 1 、2 、5 、1 0 、3 0r a i n 。诱变后菌悬液在4 ℃避光保藏 1 2h ，然后置于3 0 ℃避光培养。 2 亚硝基胍 N T G 诱变。取1 0m L 菌悬液， 加入配制好的丙酮助溶的终浓度1 ．0g ／L 的N T G 母液，充分混匀后，在3 0 ℃、1 5 0r ／m i n 振荡处理， 分别于1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0r a i n 用T r i s 缓冲液终 止反应。 3 复合诱变。菌悬液在U V 照射适宜时间后 经N T G 处理1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0r a i n 或在N T G 诱变适宜时间后经U V 照射0 ．5 、1 、2 、5 、1 0 、3 0 r a i n ，诱变及终止方法同上。 诱变后将混合菌液接种至以碲矿 1 ％ 为能源 的9 K 基础培养基中，在3 0 ℃振荡培养5d ，以该混 合菌液进行活性测定和浸矿试验。 1 ．4 混合菌活性测定 混合菌活性采用F e 2 氧化速率法测定。将混 合菌液接种于p H2 ．0 的发酵培养基中3 0 ℃振荡 培养5h ，测定F e 2 浓度变化，计算混合菌活性。 1 ．5 浸矿试验 在2 5 0m L 三角瓶中加入1g 矿样，用9 0m L p H2 ．0 浸矿培养基预浸。将三角瓶置于3 0 ℃摇床 中，以1 5 0r ／m i n 速度振荡培养，稀硫酸调节体系 p H ，待p H 恒定时，分别接种诱变前后的混合菌液 1 0m L 。采用称重法用无菌水补充蒸发的水分，定 期测定碲的浓度并计算浸m 率。 1 ．6 分析方法 细菌计数通过连续稀释培养基，在适宜菌体浓 度下采用血细胞计数板进行镜检计数。F e 抖浓度 采用重铬酸钾滴定法测定；浸出液中碲的浓度通过 原子荧光法【7o 测定。 混合菌活性的计算公式为 混合菌活性 F e 2 十初始浓度一F e 2 最终浓度 碲浸出率的计算公式为 浸出率 浸出液中碲的总量 g ／浸出前矿物中 碲的总量 g 1 0 0 ％ 2结果与讨论 2 ．1 紫外线照射时间对混合菌活性的影晌 紫外线是一种最常用的、简便有效的物理诱变 剂[ 8 ] ，本试验以U V 照射时间作为诱变剂量，以诱 变后混合菌活性为指标进行适宜剂量的选择。不同 U V 照射时间下混合菌的活性如图1 所示。 ， ■ ● 竺 、 趔 赡 霞．匿蓁震羹藿霞 01 1 ．5 l 25l O“J 时间／m i n 图1紫外线照射时间对混合菌活性的影响 F i g ．1 E f f e c to fU Vi r r a d i a t i o nt i m eo nm i x e d b a c t e r i a la c t i v i t y 从图1 可看出，随着照射时间的延长，混合菌的 活性逐渐升高，在照射时间5r a i n 时，活性达到最 大，相比原始菌 即照射时间为0 的活性提高了 5 1 ．6 ％，而后活性逐渐降低，所以U V 照射5r a i n 为较适宜的诱变剂量，选择U V 照射5r a i n 的混合 菌进行浸矿试验。 3 2 l O 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 3 5 2 ．2 亚硝基胍处理时间对混合茵活性的影响 亚硝基胍是一种化学超诱变剂，诱变的机理为 通过烷化作用使菌体的碱基直接发生变化，改变菌 体的性状，使其活性增强。不同的N T G 处理时间 下，混合菌的活性变化如图2 。从图2 可知，在 N T G 浓度为1 ．0g ／L 时，诱变5 0m i n 后混合菌的 活性最大。相对没有处理的原始菌，活性提高了 5 7 ．4 ％。因此，本试验选定1 ．0g ／LN T G 处理5 0 r a i n 作为适宜诱变剂量，以N T G 处理5 0r a i n 这组 菌进行浸矿试验。 2 ．3 复合诱变结果 本试验采用将混合菌在紫外灯照射5m i n 1 5 W 、距离3 0c m 后用N T G 处理一定时间或经1 ．0 g ／LN T G 处理5 0r a i n 后用紫外线照射一定时间来 进行复合诱变，适宜方式以诱变后混合菌活性为指 标进行确定。结果发现，诱变后有2 组菌活性较好， 分别是U V 照射5m i n 后N T G 处理5 0m i n 以及 N T G 处理5 0r a i n 后U V 照射2r a i n ，它们的活性相 对原始菌分别提高了5 9 ．5 ％和6 3 ．3 ％，选择这两组 菌进行浸矿试验。 ， ■ ● 3 、 魈 蜒 蓁藿霾雾蓁蓁蓁 Jl I l2 1 l，04 05 06 0 时J ’丑】／r a i n 图2 亚硝基胍处理时间对混合菌活性的影响 F i g ．2 E f f e c to fN T Gm u t a g e n e s i st i m eo n m i x e db a c t e r i a la c t i v i t y 2 ．4 浸矿试验 分别以活性较好的4 组菌U V 照射5r a i n 、 N T G 处理5 0m i n 、U V 照射5m i n 后N T G 处理5 0 m i n 及N T G 处理5 0m i n 后U V 照射2r a i n ，加上原 始菌对照组 C K 共5 组菌进行浸矿试验，结果见图 3 。从图3 可看出，相比原始菌对照组浸矿2 5d 后 的浸出率6 8 ．1 ％，诱变后4 组混合菌对碲矿的浸出 率分别达到7 6 ．8 ％、8 2 ．3 ％、8 4 ．1 ％和8 6 ．3 ％，最大 提高幅度达到2 6 ．7 ％。 3结论 利用U V 、N T G 及其组合对混合菌诱变，获得 术 、 锝 壬 型 惶 时问，d 图3 诱变前后混合菌对碲矿的浸出结果 F i g ．3L e a c h i n gr e s u l t so fm i x e db a c t e r i a o nt e l l u r i u mo r eb e f o r ea n da f t e rm u t a g e n e s i s 活性较好的4 组菌U V 照射5r a i n ；N T G 处理5 0 m i n ；U V 照射5m i n 后N T G 处理5 0m i n 及N T G 处理5 0m i n 后U V 照射2m i n ，活性分别提高了 5 1 ．6 ％、5 7 ．4 ％、5 9 ．5 ％和6 3 ．3 ％；用上述4 组菌浸 矿2 5d 后，碲浸出率分别达到7 6 ．8 ％、8 2 ．3 ％、 8 4 ．1 ％和8 6 ．3 ％，而原始菌对照组浸出率只有 6 8 ．1 ％；通过对浸矿混合菌进行复合诱变来提高碲 矿的生物浸出效率是完全可行的。 参考文献 [ 1 3 周吉奎，钮凼健．硫化矿生物冶金研究进展E J ] ．金属矿 山，2 0 0 5 4 2 4 3 0 ． E 2 - 1 陈顺方，桑正林．生物技术在矿业上的应用E J - I ．湿法冶 金，1 9 9 9 ，7 0 2 1 4 ． i - 3 - 1 姚围成，阮仁满，温建康．生物冶金常用浸矿菌种及改 良育种的基本方法[ J ] ．金属矿山，2 0 0 2 1 1 2 6 2 9 ． [ 4 ] 张在海，王淀佐，胡岳华，等．硫化矿细菌浸出的选育研 究进展I - J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 1 5 3 5 4 0 ． [ 5 ] 康健，高健，吴学玲，等．混合菌群诱变及诱变菌群对闪 锌矿浸出的影响[ J ] ．中南大学学报，2 0 0 7 ，3 8 3 4 3 9 4 4 4 ． [ 6 ] 康健，丁建南，高健，等．诱变后混合菌在锌矿中生长的 研究E J ] ．现代生物医学进展，2 0 0 7 ，7 4 4 8 9 4 9 3 ． [ 7 ] 柴昌信，陈世焱。陈月源．氢化物发生一原子荧光光谱 法直接测定多金属矿中的硒和碲E J ] ．岩矿测试，2 0 0 9 ， 2 8 2 1 4 3 1 4 6 ． [ 8 ] 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