D01:10.13374j.isml00103x2006.卫.25 第28卷第12期 北京科技大学学报 Vol.28 No.12 2006年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2006 异养微生物异化还原大洋多金属结核 冯雅丽)李浩然) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室.北京100080 摘要从太平洋海底沉积物中分离到的四株异养微生物，进行耐酸和耐金属的驯化.在好氧和 厌氧条件下进行异养微生物异化还原大洋多金属结核的实验，并分析了浸出机理.结果表明：厌氧 浸出优于好氧浸出.pH控制在2.5~3.浸出时间为3d.浸出率可达98%.利用异养微生物还原浸 出大洋多金属矿浸出速率高，矿体无需通气，投资低，易于操作，且环境友好，可在回收有价金属的 同时进行固体废弃物和有机废弃物综合治理. 关键词大洋多金属结核：异养微生物：异化还原：浸出 分类号TF111.311:TF80321:Q939.99 微生物异化还原金属氧化物是一种最新发现 12实验条件 的代谢方式：微生物利用有机底物异化还原金属 反应温度30℃，转速170r°min1,定期取上 氧化物进行生长代谢.异化金属还原菌(dissimi- 清液测定pH及Mn+浓度，取样前补充去离子水 latory meta-reducing microorganisms,DM RM) 以补偿水分蒸发.原子吸收光谱检测Mn+浓度. 金属氧化物作为其呼吸作用的最终电子受体，形 2 实验结果与讨论 成完整的电子传递链，为细胞提供各项生理活动 所需的能量).因其可以利用不可溶的固体作最 2.1铁锰异化还原微生物的筛选分离 终电子受体，为一些重要的生命科学问题提供了 铁锰氧化物还原细菌分布十分广泛，但许多 可能的解决线索，例如原始生命的存在形态、 菌的分离纯化却很困难.本研究主要从深海沉积 外星球可能存在的生命形态、生物生存的上限 物中分离培养，然后进行金属抗性的驯化.表1 温度4等.本研究工作在菌种筛选的基础上进行 为铁锰还原菌培养基， 了微生物异化还原试验，为进一步的浸矿试验提 筛选菌种用含有多种重金属离子的有机废水 供了基础 选择，经过多代培养和分离，共获得10种异养微 生物，通过初步筛选鉴定，并通过形状和生理生化 1 实验材料与方法 分析，选择图I所示的四种菌：K1(enterobacter 11实验材料 spp.)红色细菌，菌落表面光滑；K2(penicillium 大洋多金属结核由中国“大洋一号” simplicissimus)绿色真菌，菌落表面粗糙，粉末状； DY105一13航次在东太平洋采得，成分（质量分 K3(aspergillus niger)黑色真菌，白色菌丝，底部为 数，%)为：C0026,Ni084,Cu0.89, 黄色放射状褶皱；K4(achromobacter spp.)白色细 Mn21.24.Fe10.4. 菌，菌落表面光滑. 菌种为利用平板划线法由海底沉积物（由中 22异养型铁锰还原菌金属耐性和耐酸性的 国大洋一号”DY105一11航次在东太平洋采得) 驯化 中分离的混合异养菌株，分别命名为K1,K2,K3 金属耐性主要是通过提高浸出体系的矿浆浓 和K4 度，或采用含大量重金属的废旧电池粉末进行驯 化，使其金属耐性达到与自养嗜酸菌相当的水平. 收稿日期：2005-09-28修回日期.2005-10-31 待菌适应并能正常生长后，即可将其转移到含有 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na20476009.No. 更高矿浆浓度的培养基中培养.由于电池粉末中 20576137):国家长远发展专项(NaDY105-040-08):国家 “973"计划资助项目(No.2003CB716001) 既有氧化性二氧化锰，又有Zn,Hg,Cd等高毒性 作者简介：冯雅丽(1967一)，女，副教授 金属离子，通过提高矿浆浓度得到满足还原二氧异养微生物异化还原大洋多金属结核 冯雅丽1) 李浩然2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2) 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室, 北京 100080 摘 要 从太平洋海底沉积物中分离到的四株异养微生物, 进行耐酸和耐金属的驯化, 在好氧和 厌氧条件下进行异养微生物异化还原大洋多金属结核的实验, 并分析了浸出机理.结果表明:厌氧 浸出优于好氧浸出, pH 控制在 2.5 ～ 3, 浸出时间为 3 d, 浸出率可达 98%.利用异养微生物还原浸 出大洋多金属矿浸出速率高, 矿体无需通气, 投资低, 易于操作, 且环境友好, 可在回收有价金属的 同时进行固体废弃物和有机废弃物综合治理. 关键词 大洋多金属结核;异养微生物;异化还原;浸出 分类号 TF111.311 ;TF 803.21 ;Q 939.99 收稿日期:2005 09 28 修回日期:2005 10 31 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No.20476009, No . 20576137) ;国家长远发展专项( No.DY105-04-01-08 ) ;国家 “973”计划资助项目( No .2003CB716001) 作者简介:冯雅丽( 1967—) , 女, 副教授 微生物异化还原金属氧化物是一种最新发现 的代谢方式 :微生物利用有机底物异化还原金属 氧化物进行生长代谢.异化金属还原菌( dissimi￾latory metal-reducing microorganisms, DM RM ) 以 金属氧化物作为其呼吸作用的最终电子受体, 形 成完整的电子传递链, 为细胞提供各项生理活动 所需的能量[ 1] .因其可以利用不可溶的固体作最 终电子受体, 为一些重要的生命科学问题提供了 可能的解决线索, 例如原始生命的存在形态[ 2] 、 外星球可能存在的生命形态 [ 3] 、生物生存的上限 温度 [ 4] 等 .本研究工作在菌种筛选的基础上进行 了微生物异化还原试验, 为进一步的浸矿试验提 供了基础 . 1 实验材料与方法 1.1 实验材料 大洋 多 金 属 结 核 由 中 国 “ 大 洋 一 号” DY105-13航次在东太平洋采得, 成分( 质量分 数, %) 为:Co 0.26, Ni 0.84, Cu 0.89, M n 21.24, Fe 10.4 . 菌种为利用平板划线法由海底沉积物( 由中 国“大洋一号” DY105-11 航次在东太平洋采得) 中分离的混合异养菌株, 分别命名为 K1, K2, K3 和 K4 . 1.2 实验条件 反应温度 30 ℃, 转速 170 r·min -1 , 定期取上 清液测定 pH 及 Mn 2+浓度, 取样前补充去离子水 以补偿水分蒸发.原子吸收光谱检测 Mn 2+浓度. 2 实验结果与讨论 2.1 铁锰异化还原微生物的筛选分离 铁锰氧化物还原细菌分布十分广泛, 但许多 菌的分离纯化却很困难.本研究主要从深海沉积 物中分离培养, 然后进行金属抗性的驯化.表 1 为铁锰还原菌培养基 . 筛选菌种用含有多种重金属离子的有机废水 选择, 经过多代培养和分离, 共获得 10 种异养微 生物, 通过初步筛选鉴定, 并通过形状和生理生化 分析, 选择图 1 所示的四种菌 :K1 ( enterobacter spp .) 红色细菌, 菌落表面光滑 ;K2 ( penicillium simplicissimus) 绿色真菌, 菌落表面粗糙, 粉末状; K3( aspergillus niger) 黑色真菌, 白色菌丝, 底部为 黄色放射状褶皱;K4( achromobacter spp .) 白色细 菌, 菌落表面光滑. 2.2 异养型铁锰还原菌金属耐性和耐酸性的 驯化 金属耐性主要是通过提高浸出体系的矿浆浓 度, 或采用含大量重金属的废旧电池粉末进行驯 化, 使其金属耐性达到与自养嗜酸菌相当的水平. 待菌适应并能正常生长后, 即可将其转移到含有 更高矿浆浓度的培养基中培养.由于电池粉末中 既有氧化性二氧化锰, 又有 Zn, Hg, Cd 等高毒性 金属离子, 通过提高矿浆浓度得到满足还原二氧 第 28 卷 第 12 期 2006 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.12 Dec.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.12.025