·1412 工程科学学报，第37卷，第11期 合，获得浸出率预测模型，通过分析模型找到改良菌株 34.23%.经驯化，细菌生长周期变短，进入对数期时间 最佳浸出条件.试验因素及水平设置如表2所示： 缩短约20h,说明其已能够较好适应矿浆环境.但驯化 表2试验因素及水平设计表 后最终浸出率未明显提高，说明对于该菌株单纯驯化无 Table 2 Experimental factors and levels for Box-Behnken design 法明显提高菌种活性，只能提高其对矿浆环境的适应 矿浆中固相质量浓度/(g·mL1)温度/℃初始接种量/% 力，因此要提高浸出率还要考虑其他途径 0.08 25 15 760 ·一州化前南株生长曲线 55 0.16 35 25 到化菌株生长曲线 ▲一别化前菌株浸出率 50 一别化南株浸出率 145 2.5改良效果验证试验 40 5 为了验证菌株改良效果，分别使用改良菌株与原 35 4 30 菌株在优化条件下进行对比浸出试验，获得二者生长 25 3 及浸出随时间变化曲线. 120 2 15 3试验结果及讨论 10 5 3.1浓度梯度驯化试验结果及讨论 20 40 6080100120140 各矿浆质量浓度下驯化细菌生长及浸出情况如图1. 培养时间h 由图1可知：当矿浆中固相质量浓度在0.14gmL 图2驯化前后菌株生长和浸出对比 以下时，细菌能够较好地适应矿浆环境，并达到较高 Fig.2 Comparison of growth and leaching rate before and after the 浸出率：固相质量浓度超过0.14g·mL后，细菌生 domestication experiment 长情况受到较大影响，浸出率大幅下降，连续多代培 3.2紫外诱变试验结果及讨论 养后，浸出率仍然没有提升.原因可能是因为浸出环 如图3所示为紫外诱变时间与细菌致死率的关 境中重金属离子浓度过高，超过菌株承受范围，导致 系.随时间变化，致死率变化明显.因此可以得知， 其蛋白变质结构发生破坏.因此，综合考虑浸矿成本 255nm紫外线对该菌株具有较强的诱变作用，该菌种 等因素，选择0.14g·mL的固相质量浓度为最终驯 适合紫外诱变选育.致死率在80%~90%之间时☒， 化质量浓度 。 较适合之后的筛选工作，因此该菌株的紫外诱变时间 60 ·一细有浓度 选定为170s. 一▲一浸出率 8 50 100 0D/ 40 6 80 30 4 60 3 2 10 40 0.05 0.080.110.140.17 0.20 204 矿浆中固相质量浓度g·ml 图1不同矿浆质量浓度条件下细菌生长及浸出结果 60 90120 150 180 Fig.I Growth and leaching results of each domestication gradient 诱变时向/s 图3诱变时间对细菌致死率的影响 驯化前后菌株生长和浸出对比变化情况及分析如 Fig.3 Effect of irradiation time on bacterial lethality rate 图2所示.由图2可知，在10~30h之间，驯化菌株细菌 浓度未明显下降，较驯化前未出现明显生长迟滞现象 3.3Box-Behnken试验结果及讨论 驯化前，细菌在25h左右进入对数期，30h左右开始进 Box-Behnken试验结果如表3所示，Box-Behnken 入对数期生长，80h进入平稳期，细菌浓度最高达到 等高线及曲面响应结果如图4~图9所示. 3.5×103mL:驯化后，细菌在20h左右开始进入对数 从响应结果整体来看，图4~图7红色区域面积 期，70h到达平稳期，细菌最大浓度达到5.0×103mL'. 较大及颜色较深，说明矿浆中固相质量浓度和温度对 甽化前，碱性细菌的最大浸出率为29.03%，驯化后达到 浸出率影响较大，这两个因素仍然是制约浸出率的重工程科学学报，第 37 卷，第 11 期 合，获得浸出率预测模型，通过分析模型找到改良菌株 最佳浸出条件． 试验因素及水平设置如表 2 所示: 表 2 试验因素及水平设计表 Table 2 Experimental factors and levels for Box--Behnken design 矿浆中固相质量浓度/( g·mL － 1 ) 温度/℃ 初始接种量/% 0. 08 25 15 0. 16 35 25 2. 5 改良效果验证试验 为了验证菌株改良效果，分别使用改良菌株与原 菌株在优化条件下进行对比浸出试验，获得二者生长 及浸出随时间变化曲线． 3 试验结果及讨论 3. 1 浓度梯度驯化试验结果及讨论 各矿浆质量浓度下驯化细菌生长及浸出情况如图 1． 由图 1 可知: 当矿浆中固相质量浓度在 0. 14 g·mL － 1 以下时，细菌能够较好地适应矿浆环境，并达到较高 浸出率; 固相质量浓度超过 0. 14 g·mL － 1 后，细菌生 长情况受到较大影响，浸出率大幅下降，连续多代培 养后，浸出率仍然没有提升． 原因可能是因为浸出环 境中重金属离子浓度过高，超过菌株承受范围，导致 其蛋白变质结构发生破坏． 因此，综合考虑浸矿成本 等因素，选择 0. 14 g·mL － 1的固相质量浓度为最终驯 化质量浓度． 图 1 不同矿浆质量浓度条件下细菌生长及浸出结果 Fig． 1 Growth and leaching results of each domestication gradient 驯化前后菌株生长和浸出对比变化情况及分析如 图 2 所示． 由图2 可知，在10 ～ 30 h 之间，驯化菌株细菌 浓度未明显下降，较驯化前未出现明显生长迟滞现象． 驯化前，细菌在 25 h 左右进入对数期，30 h 左右开始进 入对数期生长，80 h 进入平稳期，细菌浓度最高达到 3. 5 × 108 mL － 1 ; 驯化后，细菌在 20 h 左右开始进入对数 期，70 h 到达平稳期，细菌最大浓度达到5. 0 × 108 mL － 1 ． 驯化前，碱性细菌的最大浸出率为 29. 03% ，驯化后达到 34. 23% ． 经驯化，细菌生长周期变短，进入对数期时间 缩短约 20 h，说明其已能够较好适应矿浆环境． 但驯化 后最终浸出率未明显提高，说明对于该菌株单纯驯化无 法明显提高菌种活性，只能提高其对矿浆环境的适应 力，因此要提高浸出率还要考虑其他途径． 图 2 驯化前后菌株生长和浸出对比 Fig． 2 Comparison of growth and leaching rate before and after the domestication experiment 3. 2 紫外诱变试验结果及讨论 如图 3 所示为紫外诱变时间与细菌致死率的关 系． 随时间变化，致死率变化明显． 因此可以得知， 255 nm紫外线对该菌株具有较强的诱变作用，该菌种 适合紫外诱变选育． 致死率在 80% ～ 90% 之间时［12］， 较适合之后的筛选工作，因此该菌株的紫外诱变时间 选定为 170 s． 图 3 诱变时间对细菌致死率的影响 Fig． 3 Effect of irradiation time on bacterial lethality rate 3. 3 Box--Behnken 试验结果及讨论 Box--Behnken 试验结果如表 3 所示，Box--Behnken 等高线及曲面响应结果如图 4 ～ 图 9 所示． 从响应结果整体来看，图 4 ～ 图 7 红色区域面积 较大及颜色较深，说明矿浆中固相质量浓度和温度对 浸出率影响较大，这两个因素仍然是制约浸出率的重 · 2141 ·