关键词:
黄铁矿浸出
驯化
浸矿菌群
氧化硫硫杆菌
耐热硫化芽胞杆菌
协同作用
摘要:
【背景】生物浸矿效果与浸矿过程中微生物群落的结构变化密切相关,解析浸矿过程中的微生物群落结构和功能对于进一步认识微生物在浸矿过程中的作用、构建高效菌群具有重要意义。【目的】通过驯化获得稳定高效浸出黄铁矿的微生物菌群,并解析其菌群结构和功能。【方法】以黄铁矿为能源来源将微生物菌群在9K培养基中长期传代转接,对比驯化前后菌群的铁硫氧化能力,利用宏基因组测序结合16S rDNA克隆文库对驯化后的菌群进行群落结构解析,通过分化培养实验,探究驯化后菌群中优势微生物在浸出黄铁矿过程中的功能,结合宏基因组功能注释结果分析驯化前后菌群功能基因的变化。【结果】通过为期10代的转接驯化,获得了组成稳定、浸矿功能提升,更加适应黄铁矿浸出环境的微生物菌群。基于宏基因组的结果,驯化后的菌群相对于驯化前,嗜酸硫杆状菌属(Acidithiobacillus)和硫化杆菌属(Sulfobacillus)的比例均上升;16S rDNA克隆文库的检测结果显示,驯化后菌群主要由氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)和耐热硫化芽胞杆菌(Sulfobacillus thermotolerans)两种微生物组成。驯化后菌群的铁氧化能力提升15.15%,硫氧化能力提升70.86%。对菌群的浸矿效果和组成它的优势种属单独的浸矿效果进行比较,以浸出黄铁矿中总铁的含量计算,驯化后5Biol菌群16 d的浸出率可达81.18%,氧化硫硫杆菌(A. thiooxidans)和耐热硫化芽胞杆菌(S. thermotolerans)单独的浸出率分别为51.86%和37.65%,5Bio菌群的浸矿能力优于组成它的优势种属的单独浸矿能力,说明菌群内优势种属之间可能存在协同作用,使得其浸矿效果达到了单物种不能达到的效果。通过分化培养后菌群组成的变化,判断氧化硫硫杆菌(A. thiooxidans)的主要作用是硫的氧化,而耐热硫化芽胞杆菌(S. thermotolerans)的主要作用是铁的氧化,耐热硫化芽胞杆菌(S. thermotolerans)需要依赖氧化硫硫杆菌(A. thiooxidans)的存在才能发挥铁氧化能力,说明菌群中不同物种可能通过协同合作共同提高了浸出黄铁矿的能力,这与5Biol菌群驯化后嗜酸硫杆状菌属(Acidithiobacillus)和硫化杆菌属(Sulfobacillus)的比例提高,浸矿能力得到增强是一致的。对驯化前后与铁硫代谢相关的功能基因进行分析,发现驯化后菌群铁的氧化主要通过sulfocyanin-like蛋白实现,硫的氧化主要通过sox系统、sor系统和非sox子系统实现。【结论】通过长期驯化传代的方法,可以获得组成稳定、功能强化的高效浸矿菌群。由于长期驯化菌群更加稳定,更容易解析其中不同菌种在执行浸矿功能中的作用。这对高效浸矿菌群的构建具有重要的指导意义。