矿物微生物浸出资源加工学课件.ppt
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- 矿物 微生物 浸出 资源 加工 课件
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1、12.1微生物浸矿12 矿物微生物浸出12.1.1 浸矿微生物种类、来源及生理生态特性1)种类v 自养菌 在生长和繁殖过程中,不需要任何有机营养,而是完全靠各种无机盐而生存的这类微生物。v 异养菌 需要提供现成有机营养才能生存的一类微生物。结论:与矿物浸出有关的微生物大部分属于自养菌,某些异养菌也可以溶浸金属矿物,在生产中得到实际应用的主要是自养类微生物。v 常见的浸矿自养菌 排硫杆菌特征:特征:菌体呈杆状,在液体硫代硫酸盐培养基上可以生成小而圆的菌落,由于生成硫沉淀,菌落呈黄色。通常只存活一个星期左右,它可将硫代硫酸盐氧化成元素硫,又将元素硫氧化成硫酸。氧化硫硫杆菌特征:特征:为圆头短杆状,
2、通常以单个或成双、成短链状存在,在菌体两端各有一油滴,可将培养基中的硫溶入油滴之中再吸入体内进行氧化 其氧化元素硫的能力比氧化硫化合物的能力强,可以产生较多的酸,并有较强的耐酸性能,可耐5%的硫酸。蚀阴沟硫杆菌特征:特征:与氧化硫硫杆菌类似,但它可以利用硝酸盐和铵离子作为氮源,不能利用亚硝酸盐。氧化铁铁杆菌特征:特征:呈短杆状,可将亚铁离子氧化成高铁离子,在液体培养基中由于生成Fe3+使培养基由浅绿色变成红棕色,在固体培养基上长成红棕色菌落。氧化铁硫杆菌 特征:特征:菌体呈杆状,它可以氧化亚铁为高价铁,也可将硫代硫酸盐氧化为硫酸。含亚铁的液体培养基中,亚铁被氧化使培养基变成红棕色,Fe3+水解
3、成氢氧化物或铁矾沉淀。用不含铁的液体培养基,则由于硫代硫酸盐氧化生成硫酸,使培养基酸度提高。v 自养化能菌的特征 靠氧化培养基中的亚铁离子或硫化合物取得能量以空气中的CO2作为碳源,并吸收培养基中的氮、磷等无机盐营养,合成菌体细胞。菌的生活需要氧气,属于好氧菌,它们广泛生活于金属硫化矿和煤矿等矿山的酸性矿坑水中。除利用的能源有差异外,其他性质都十分相近。说明:氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌和氧化铁硫杆菌三种自养菌的性能十分相近,而且难以将它们分开,所以有人视它们为一种菌,定名为氧化铁硫杆菌。12.1.2 浸矿细菌的培养基v液体培养基 由水和溶在水中的各种无机盐组成的,液体培养基用于粗略地分离培养某
4、种微生物。v异养菌 平板分离用的固体培养基,是在液体培养基中加入1.5%琼脂(洋菜)或一定量硅胶制成的。方法:在加热条件下配成一定浓度的消毒琼脂溶液后,再加入无菌过滤的FeSO4等无机盐母液,用H2SO4调节好酸度,冷却至常温即制成固体培养基。进行微生物的纯种分离则要用固体培养基。12.1.3 细菌的采集、分离与培养1)采集v 地点 浸矿细菌可分布于土壤、水体及空气中,但较为集中的地方是金属硫化矿及煤矿的酸性矿坑水。所以采集这类菌的最佳取样点是煤矿、铜矿、铀矿等有酸性矿坑水的地方。如,矿坑水的pH值为1.53.5并呈棕色(说明有Fe3+存在),则很可能存在氧化铁硫杆菌。v方法 取50250mL
5、细口瓶、洗净并配好胶塞,用牛皮纸包扎好瓶口,置于120烘箱灭菌20min,冷却后可作为细菌取样瓶,带取样瓶到上述矿山取酸性坑水。2)培养v步骤配好的培养基用蒸汽灭菌15min后,在无菌操作下分装于数个已洗净并灭菌的100mL三角瓶中。每瓶装培养基20mL,用洗净干燥吸液管分别取15mL矿水样加到三角瓶中,塞好棉塞置于2035恒温下,静置培养(或振动培养)710天。细菌生长繁殖使三角瓶中培养基的颜色由浅绿变为红棕色,最后在瓶底出现高铁沉淀。选择变化最快,颜色最深的三角瓶,在瓶中取1mL培养液,接种到装有新培养基的三角瓶中,同样培养。培养液将比头一次更快的变红棕色。按同样办法反复转移培养10次以上
6、。每转移一次只需12滴,接种量逐渐减少而所培养的细菌却越来越活跃,只需培养35天就可把培养基中的Fe2+氧化为Fe3+。v培养的机制 在转移培养中,借助培养基的高酸度,可杀死淘汰掉一些不嗜酸的杂菌,同时由于培养基中的高浓度亚铁离子,只有氧化亚铁的细菌才能生长繁殖,其他菌则被杀死淘汰掉,而氧化铁硫杆菌则得到充分繁殖,活性越来越大。v氧化铁硫杆菌的检查和鉴定方法肉眼观察 如有该菌生长,则培养基中的亚铁将被氧化变成高铁,培养基的颜色由浅绿变成红棕色,最后产生高铁沉淀。重铬酸钾容量法测定 测定培养液中亚铁变成高铁的数量。变化快的,说明细菌生长旺盛。显微镜观察 观察细菌的形成,是否具有氧化铁硫杆菌的形状
7、特征。说明:上述方法得到的菌种是不纯的,如要分离纯种,上述分离过程要无菌操作,并且要作平板分离。v平板分离方法 把配制好的固体培养基倒入培养皿制成平板。在无菌操作下,用接种环取上述培养菌液在平板上划线分离,使所取菌液中的菌体细胞尽量沿划线分散开。将划好的线培养皿在2530条件下恒温培养。经10天左右,借解剖镜挑选适当菌落并用取样针转移到装有数毫升培养基的小试管中恒温培养,一般7天左右培养液就可变成红棕色。将此培养液重新在固体培养基上划线分离,如此反复进行数次分离和培养,就可获得纯菌株。12.1.4 细菌生长曲线分成四个时期w 生长缓慢期w 对数生长期w 稳定生长期w 衰亡期 说明:以上是所有微
8、生物生长繁殖所必须经历的四个时期,每个时期的长短和细菌的活跃程度受环境因素制约。v 生长缓慢期 当细菌由一个环境转移到一个新环境时,会出现一个逐步适应的缓慢生长期,细菌生长繁殖速度很慢,细菌也不活跃。根据被培养细菌对环境的适应性,这个时期可能很短,也可能较长。比较正常的情况是24周 如果在含硫化铜培养基中培养,一般要24周 如果细菌的养料不变,则转移当中的的缓慢期就很短,甚至没有缓慢期。v 对数生长期 随着细菌适应环境后,生长非常活跃,以对数增长的速度繁殖,此时细胞数目大量增加,对数生长期的曲线斜率就是细菌生长率:这个时期新增加的细菌数目远超过死亡的细菌数。dtnddtdnn)(log1v 稳
9、定生长期 细菌死亡数目和新生数目大致相等,总的细菌数维持恒定。这个时期培养器内细菌的绝对数是最多的。但此时培养基中营养大量消耗,细菌已变得不太活跃,当进入大量培养或用于生产接种时,应当使用稳定期内尽量靠近对数期的细菌。v 衰亡期 细菌开始大量死亡,培养器内总的细菌数目急剧减少。此时培养基中的营养物质已基本消耗完。12.1.5 浸矿细菌的驯化1)影响细菌生长的因素浸矿细菌的细胞膜类似于半透膜,可透过水分而对其他物质有选择性。细菌较其他生物细胞对渗透压的变化有较强的适应能力,但外界盐分浓度过高,会抑制细菌生长,甚至因渗透压变化过大,造成细菌死亡。重金属离子可使细胞蛋白质凝固,大部分重金属离子对细菌
10、有毒性作用,超过一定限度,细菌会因细胞脱水而死亡。非金属离子对细菌影响小些,但浓度过高也不行。如F-,细菌对它很敏感,浓度超过几个ppm就会严重抑制细菌生长。2)细菌的驯化v 驯化机制 对细菌进行转移培养过程中逐渐变化外界条件,使对新环境不适应的细菌死亡,而某些活力较强的细菌会发生变异,演变成耐受性更强的细菌而活下来,形成新在耐性菌株。v驯化方法 在装有一定体积培养基的三角瓶中加入较低浓度的金属离子后,接种入要驯化的细菌进行恒温培养,待细菌适应能正常生长后,将它再转移到含有更高浓度金属离子的培养基中继续培养。依此类推,每转移一次都提高金属离子浓度,最终可获得对该金属离子具有较强耐性的菌株。12
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