硅酸盐细菌代谢产物影响斜长石风化作用的模拟试验

实验选用一株硅酸盐细菌,研究了实验条件下该菌株所产生的代谢产物对斜长石的分解与脱硅、铝的作用。通过检测不同风化培养基中代谢产物的种类与浓度、代谢产物与矿物相互作用过程中释放矿物中硅、铝的含量以及矿物晶体结构的变化,研究该菌株代谢产物对斜长石的风化过程和作用机制。结果表明:该菌株在不同的培养基中均会分泌氨基酸、有机酸与多糖等代谢产物,其中,在矿物风化培养基中菌株的代谢能力明显要高于无矿物培养基;各种代谢产物均对斜长石有一定的风化作用,多糖对矿物的分解作用最为明显,各代谢产物的混合物对斜长石的分解能力要高于各自代谢产物对矿物的分解能力。分析认为三种代谢产物的混合物在风化矿物的过程中具有一定的协同作用。     

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.     

一株胶质芽胞杆菌对磷矿石风化作用的实验研究

以一株质芽孢杆菌为例研究实验条件下微生物对磷矿石的风化作用.以直接作用和间接作用的方式研究培养基中胶质芽孢杆菌对磷矿粉的风化作用,即在装有100目磷矿石粉的液体培养基中接种,研究该菌对磷矿石粉的直接风化作用;同时,将装有100目磷矿石粉的透析袋放入液体培养基中再接入该菌,研究其对磷矿石粉的间接风化作用.按不同时间取培养液上清液,过滤,用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定滤液中Ca2 、Mg2 、Na 、Mn2 、Al3 、Fe3 和K 等浓度,比色法测定水溶性P(Pws)和水溶性Si (Siws) 的含量;滤膜上的固体物称重并消解后,同上方法测定Ca2 、Mg2 、Na 、Mn2 、Al3 、Fe3 和K 等浓度以及Pws和Siws含量.此外,细菌风化作用后的矿物残渣用电子探针作表面微观形态分析和XRD矿物物相分析.结果表明:胶质芽孢杆菌对磷矿石粉风化的直接作用强度大于间接作用;对不同矿物的风化强度不同,对粘土矿物的风化作用较明显.提出细菌对磷矿石的风化作用源自细菌生长导致的机械破坏作用、胞外分泌物的生化降解作用以及多种因素之间的协同作用.     

细菌与真菌对黑云母的风化作用比较:以胶质芽孢杆菌和黑曲霉为例

以胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)与黑曲霉(Aspergillus niger)为例,比较了细菌与真菌对黑云母风化作用的异同点,为研究微生物风化矿物的作用机制提供了实验依据。分别采用有氮培养基和察氏培养基作为胶质芽孢杆菌和黑曲霉的实验培养基,并以黑云母矿粉为钾源,培养5天后利用ICP-OES、SEM及酶活测定等方法,对发酵液中各种离子浓度、矿物表面形貌以及发酵液中碳酸酐酶(CA)活性进行检测。胶质芽孢杆菌与矿物通过多糖等黏性物质紧紧黏附在一起形成细菌-矿物复合体,而黑曲霉与矿物相互作用则形成了真菌-矿物聚集体。黑曲霉培养液中离子溶出量总体高于胶质芽孢杆菌培养液,其中Al 3+、Fe3+和K+含量分别高出约17、30和3mg/L;分泌的酸性物质的量和CA活性都明显高于胶质芽孢杆菌,表明黑曲霉拥有对矿物更强的风化能力。     

烟曲霉对蛇纹石和橄榄石风化作用的试验研究

含镁硅酸盐矿物是重要自然资源,国内外大都采用传统的化学方法进行开发利用,而微生物法释放含镁硅酸盐矿物中镁和硅的研究还未见报道。试验采用摇瓶培养与对照结合的方法研究烟曲霉(Aspergillusfumigatus)对含镁硅酸盐矿物——蛇纹石和橄榄石的风化作用。试验采用ICP-OES测定第5、10、20、30 d培养液滤液中Mg2+和Si的含量,同时对相应试样的pH值和代谢产物进行分析测定,采用SEM和TEM观察作用后的微生物-矿物聚集体。结果表明,烟曲霉作用蛇纹石和橄榄石试样滤液中的Mg2+和Si含量变化不仅与烟曲霉生长状况有关,而且与矿物的晶体结构相关,蛇纹石较橄榄石更易被烟曲霉风化;另外烟曲霉在生长过程中产生的酸性代谢产物有助于对矿物的风化;SEM和TEM观察结果直观地显示出烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用痕迹。综合分析认为,烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用应该是酸溶作用、菌丝对矿物的穿插包裹和菌丝体对养分的吸收等方式协同作用的综合效果。研究结果为探讨真菌与矿物相互作用的过程与机理以及为微生物法开发蛇纹石和橄榄石矿产资源提供了基础资料。     

原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例

研究云母和长石等原生硅酸盐矿物的风化速率和风化产物对于深入理解土壤发生过程、营养元素循环以及全球气候变化具有重要的理论意义。本文从自然风化、人工化学风化和生物风化3方面总结了原生硅酸盐矿物风化作用及其产物的特点，重点阐述了微生物参与下的生物风化作用和生物矿化作用及其意义。野外观察和室内实验研究结果表明，微生物可以加速矿物的分解，而且其细胞表面及其产生的胞外多聚糖可以作为次生矿物成核的模板。     

一株黑曲霉对磷矿石的风化作用

以一株分离于植物根际土壤且有较强溶磷能力的真菌研究其对磷矿石的风化作用。对该菌株的ITS序列进行PCR扩增及序列测定后,再结合该菌株的形态特征对其进行鉴定,结果为黑曲霉(Aspergillus niger)。用ICP-OES测定培养液中的Ca2+浓度,磷钼比色法测定可溶性磷的含量,电子探针、透射电镜和能谱仪分析菌株作用后的残留物。培养液中的Ca2+浓度由第3天的10.02mg/L增加到第30天的217.61mg/L,可溶性磷的浓度由第3天的5.37mg/L增加到第30天的921.37mg/L;风化过程中形成了大量的次生矿物草酸钙,大分子有机物形成的生物膜以及菌丝体穿插破坏矿物颗粒促进磷矿石的风化。表明该菌株对磷矿石有较强的风化能力,黑曲霉生长产生的生物物理破坏作用和胞外分泌物的生化降解作用是引起磷矿石风化的主要因素。     

真菌-玄武岩相互作用过程中真菌属种差异对元素释放行为的影响

真菌在矿物、岩石风化和元素溶解过程中发挥着重要作用。土壤中分布和生长着多种真菌,这些不同真菌在矿物和岩石风化,以及元素溶解过程中发挥的作用可能存在显著差异。为限定此差异,本研究从玄武岩风化土壤中分离获取了4种真菌(Aspergillus pesudofelis、Aspergillus viridinutans、Aspergillus undagawae和Aspergillus clavatus),设计批式溶解实验,探究了实验室条件下(28℃、30天内)4种真菌对玄武岩的风化作用,主要通过分析元素(包括Mg、Al、Si、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni和Sr)的溶解速率和机制揭示不同属种真菌造成的玄武岩风化差异,并选取其中两种典型真菌所在的体系进行分析。实验结果显示不同属种真菌对玄武岩的风化和元素溶解的作用确实存在显著差异:1)与无机对照组相比,真菌A.pseudofelis的生长使得溶液pH值发生显著变化,元素的线性释放速率(Ril)显著升高;2)不同种真菌对体系pH值和Ril的影响差别巨大,且并非所有真菌均能加快玄武岩风化,如经过30天反应,含真菌A.pseudofelis体系溶液pH值上升了2.1,元素Mg的线性释放速率是无机对照组的22.5倍;而含真菌A.viridinutans体系溶液pH值仅上升了0.1,Mg的线性释放速率与无机对照组近似相等;3)Mg、Al、Ca、Ti元素的线性释放速率Ril最大值均出现在溶液最低pH值条件下,表明这4种元素的释放行为很大程度上受控于质子交换作用,而Fe和Ni的释放则由真菌代谢的草酸主导。由此可知,不同种真菌对有机酸代谢水平的差异影响了玄武岩中元素的释放行为。这也可能表明,在岩石早期风化过程中,具有较强有机酸(如草酸)代谢能力的真菌在Fe和Mg等生命必需元素的释放过程中起着重要作用。     

碳酸钙微生物风化试验研究

利用采自贵州金阳三叠纪石灰岩和白云岩样品分离得到的 3种细菌、 3种真菌以及 1种放线菌 ,并据此进行微生物对碳酸钙风化的实验研究。 结果表明 ,微生物风化碳酸钙的能力大小为: 真菌> 放线菌> 细菌> 空白> 去离子水 ;接入微生物的实验组对碳酸钙的风化作用远比对照实验组的大;微生物风化溶解碳酸钙能力的大小与培养液的pH值关系不大。 7种微生物中 ,风化作用最强的 FeM001菌株风化碳酸钙并释放钙离子的能力是培养基对照组的 7. 89倍和去离子水对照组的 34. 13倍 ;其它 5种微生物对碳酸钙的风化效率均明显高出培养基对照组的风化效率。 分析认为产生上述结果的原因是微生物的生长繁殖对碳酸钙风化具有促进作用 ,即微生物能通过直接接触或分泌酶等活性物质来加速碳酸钙的风化。      

黑曲霉对含钾矿物的解钾作用与机理分析

通过测定黑曲霉(Aspergillus niger)对含钾矿粉的解钾量、黑曲霉作用含钾矿粉后的代谢产物(多糖、蛋白质、小分子分泌物)以及微环境中的pH值等,比较静置培养和震荡培养条件下黑曲霉对含钾矿粉的作用效果,并分析震荡培养下黑曲霉对含钾矿粉的风化作用机理。结果显示,震荡培养下黑曲霉对含钾矿粉的转化作用显著大于静置培养,震荡培养下黑曲霉作用含钾矿粉与否导致培养液中的代谢产物以及真菌-矿物聚集体微环境中pH值有显著改变。分析表明,黑曲霉生长形成的真菌-矿物聚集体、黑曲霉菌丝生长及其代谢产物、酸性微环境在含钾矿粉转化过程中发挥重要作用;黑曲霉对含钾矿粉的解钾作用应该是多种因素协同作用导致的综合效果。研究结果对完善真菌风化含钾矿物的作用机理,有效利用微生物转化低品位矿物钾技术提供了参考。