CN102161977B - 脂环酸芽孢杆菌新菌种及其在生物浸矿中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脂环酸芽孢杆菌新菌种及其在生物浸矿中的应用。筛选出的脂环酸芽孢杆菌新菌种，其保藏编号为CGMCC 4500。该菌株的培养温度为25～35℃，生长的pH值范围为1.5～5.0。本发明的菌株可用于生物浸矿领域，例如用于黄铁矿的浸出。发明的脂环酸芽孢杆菌株具有嗜酸的特性，可以利用亚铁离子作为能源基质，固定CO2作为碳源进行生长，并且可以同时利用有机营养进行快速的生长，因此，可以进行大规模的扩大培养，从而应用到生物浸矿领域。研究表明本发明的菌株具有浸出率高、浸出时间短，金属离子耐受力高、不受体系中有机物的抑制等优点，且不会对环境造成污染。

Description

脂环酸芽孢杆菌新菌种及其在生物浸矿中的应用
技术领域
本发明属于微生物浸矿技术领域，具体涉及一种脂环酸芽孢杆菌新菌种及其在生物浸矿中的应用。 
背景技术
随着矿产资源的不断开发利用，富矿、优矿资源日益贫乏，而低含量的矿石比例则随之升高，致使常规的选治方法在技术和经济两方面都面临严峻的挑战。而生物冶金由于具有浸出效率高、能耗低、工艺简单和绿色环保的特点，特别是对一些低品位的珍稀矿藏，能够达到传统物理化学工艺无法企及的浸出效率，一直是研究者和各国政府关注的焦点。 
目前生物冶金所用的微生物浸矿菌株均为化能自养微生物，其生长缓慢，数量低，生长繁殖会被培养体系中的有机物抑制，因此无法利用添加有机物的方法提高菌株的生长速度和数量，一般多用于浸出金、铀等贵重金属或作为重金属淋滤、尾矿、废矿的处理所用。而无法推广运用于许多低价值、产量大而应用广泛的如铁、锰等金属的浸出。因此，寻找一种能够利用有机物作为营养来源，从而能够快速生长并具备浸矿功能的新型菌株是解决微生物浸矿现有问题的途径之一。 
发明内容
本发明的目的是提供一种脂环酸芽孢杆菌新菌种及其在生物浸矿中的应用，即将筛选的可利用有机物进行生长脂环酸芽孢杆菌BM菌株用于生物浸矿，从而弥补现有技术的不足。 
本发明的技术方案如下： 
一株脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus ferriphillum)的BM菌株，已于2010年12月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏号为：CGMCC NO.4500。 
脂环酸芽孢杆菌BM菌株的生长温度范围为25～35℃，最佳生长温度为30℃；生长的pH值范围为1.5～5.0，最适pH值为3.0，使用的培养基为细菌完全培养基或BAM培养基。 
本发明的菌株可用来制成菌液制剂。 
本发明的菌株可用于生物浸矿的应用。 
所述的菌株用于对黄铁矿的浸矿，浸出工艺为：使用BAM培养基，添加质量 比为10％的黄铁矿，在30℃，180rpm摇床上进行生物浸出。 
本发明的脂环酸芽孢杆菌BM菌株具有嗜酸的特性，可以利用亚铁离子作为能源基质，固定CO2作为碳源进行生长，并且可以同时利用有机营养进行快速的生长，因此，可以进行大规模的扩大培养，从而应用到生物浸矿领域。研究表明本发明的菌株具有浸出率高、浸出时间短，金属离子耐受力高、不受体系中有机物的抑制等优点，且不会对环境造成污染。因此，开发脂环酸芽孢杆菌BM的浸矿功能具有广阔的经济前景。 
具体实施方式
一、脂环酸芽孢杆菌BM菌株的筛选 
发明人是从辽宁丹东五龙矿区的酸性废水中分离到一株嗜酸嗜铁的革兰氏阳性杆菌，是将酸性废水稀释后涂布到添加了0.5％葡萄糖的9K培养基上，培养基的pH值为2.0，在30℃下进行培养获得了本发明的菌株。经系统鉴定16s rRNA基因序列分析鉴定为脂环酸芽孢杆菌，但该菌与文献已报道的脂环酸芽孢杆菌菌种的某些特性方面有明显的差异，是一株新型的脂环酸芽孢杆菌菌种，鉴定标准参照文献如下：《Alicyclobacillus spoilage and isolation-A review》，发表在《Food Microbiology》2010年第30期1-19页。 
二、脂环酸芽孢杆菌BM菌株的形态、理化参数 
1、脂环酸芽孢杆菌BM菌株的形态特征 
脂环酸芽孢杆菌Alicyclobacillus  BM菌株为杆状，其菌体长约0.9-1.5μm，菌体宽度为0.3-0.5μm。染色结果显示为革兰氏阳性菌，其芽孢端生，为椭圆形，不膨大。菌体不具有荚膜，具有端生的鞭毛。 
2、培养条件 
脂环酸芽孢杆菌BM菌在普通培养基上即可生长，当在细菌完全琼脂培养基上30℃培养24小时，菌落呈光滑型，表面光泽，浅黄色不透明，边缘整齐，直径1-2mm。在BAM+4％七水硫酸亚铁液体培养基上培养时会混浊生长，形成菌膜，无沉淀现象。脂环酸芽孢杆菌BM菌的生长温度范围为25～35℃，通过细胞计数检测，发现在30℃下，细胞传代繁殖时间最短，是该菌的最佳生长温度。 
另外，脂环酸芽孢杆菌BM菌培养是在好氧条件下进行培养基的pH范围为1.5-5，即该菌在酸性条件下生长繁殖，pH为3.0是其最适的生长条件。 
在细菌完全培养基上培养能产生黄色色素；在含铁培养基中产生红色色素。 
3、生化反应参数 
脂环酸芽孢杆菌BM菌对碳源的利用情况统计如下表1 
表1：脂环酸芽孢杆菌BM菌对碳源的利用 
  碳源   利用情况
  纤维二糖   +
  海藻糖   +
  果糖   +
  甘露糖   +
  *可溶性淀粉   +
  蔗糖   +
  *乳糖   -
  *麦芽糖   -
  鼠李糖   +
  *山梨糖   +
  D-半乳糖   +
  *D-木糖   +
  *D-阿拉伯糖   +
其中，+表示脂环酸芽孢杆菌BM菌能够利用，-表示不能利用。*表示与已知脂环酸芽孢杆菌有显著差异的指标。 
当在培养基中添加可溶性淀粉、乳糖、麦芽糖、山梨糖、木糖或D-阿拉伯糖中的一种或几种时，本发明筛选的菌株都可以利用。 
脂环酸芽孢杆菌BM菌氧化酶反应呈阴性，接触酶反应为阳性，细胞色素氧化酶反应的检测结果为阴性。 
三、脂环酸芽孢杆菌BM菌在微生物浸矿中的应用 
培养中发现脂环酸芽孢杆菌BM菌具有嗜酸的特性，可以利用亚铁离子作为能源基质，固定CO2作为碳源进行生长，或者利用有机营养进行快速的生长，因此将脂环酸芽孢杆菌BM用于生物浸矿或生物淋滤。 
实施例1：利用脂环酸芽孢杆菌对黄铁矿进行浸出(小规模实验) 
1)制备种子液： 
选用BAM培养基，调节pH为1.5，在25℃，150rpm对细菌进行扩大培养，至OD600的值为0.5-1.0时停止培养，制得种子液。 
BAM培养基含有如下的组分：硫酸铵0.1-0.5g/L，磷酸二氢钾1-3g/L，硫酸镁0.1-0.5g/L，氯化钙0.1-0.5g/L，硫酸亚铁40-200g/L 
2)种子液中菌株的驯化 
取50ml种子液在5000转速下离心5min，弃去上清，沉淀用5ml BAM液体培养基重悬，再加入到95ml含有质量比为1％黄铁矿，而不含硫酸亚铁的BAM培养基中，在25℃，150rpm条件下进行驯化，当培养液OD600达到0.5-1.0之后， 以1∶10的比例转接到下一个黄铁矿浓度梯度的BAM培养基中，按黄铁矿浓度递升的顺序进行驯化，至少接种5次后(1％、3％、5％、7％和10％)使菌株适应黄铁矿，在含10％黄铁矿的培养体系中，至少传代30代，完成菌株的驯化，获得驯化好的菌液。 
3)浸矿处理 
将驯化好的菌液，以1∶10的比例接种到含有10％黄铁矿的BAM培养液中，在25℃，150rpm的培养条件下，进行浸出，用重铬酸钾滴定法测定溶液中的总铁含量，结果显示，在浸矿24h后的溶液中的总铁离子数达到2.514克，浸出率达83.8％。 
实施例2：利用脂环酸芽孢杆菌对黄铁矿进行浸出(小规模实验) 
同实施例1相比，是将培养、驯化脂环酸芽孢杆菌BM菌株的温度提高到35℃，转速变为200rpm，将培养基的pH值调为5.0，浸矿时的条件同培养的条件，在浸矿24h后，浸矿液中的总铁离子数达到2.558g，浸出效率为85.2％。 
实施例3：利用脂环酸芽孢杆菌对黄铁矿进行浸出(小规模实验) 
同实施例2相比，就是在培养、驯化的温度设定为脂环酸芽孢杆菌BM菌株的最适生长温度30℃，培养基的pH调整为3.0，在浸矿24h后，浸矿液中的总铁离子数达到2.630g，浸出效率为87.6％。这是因为培养基的酸性条件和培养温度是最适合脂环酸芽孢杆菌BM菌株生长的，这样在菌液中菌的数量最多，浸矿的能力也最大。 
实施例4：利用脂环酸芽孢杆菌对黄铁矿进行浸出(大规模现场操作) 
将2吨黄铁矿粉碎后堆积在发酵池或发酵罐中，然后加入BAM培养基，使黄铁矿在培养基中的质量浓度为10％，用浓酸调节pH值为3.0，然后将驯化好的菌液按1∶10的比例加入到发酵池或发酵罐中，然后用循环水管或蒸汽加温到30℃，搅拌发酵48-72h。在浸出过程中，以每分钟1到10ml的速度向体系中通入空气。浸出操作期间以及结束后，用重铬酸钾滴定法测定浸出液中的总铁含量，结果显示，在浸出48h后，浸出率为60％，而在72h后，浸出率为75％。表明本发明的菌株完全可以应到黄铁矿的浸出操作。 
本发明的脂环酸芽孢杆菌BM菌株也能用于其他稀有金属，或低品质金属的浸出操作。 
四、脂环酸芽孢杆菌BM菌株用于制成菌液制品 
本发明的脂环酸芽孢杆菌BM菌株可以制成菌液产品，制作方法就是将脂环 酸芽孢杆菌BM菌株接种到普通培养基或BAM培养基中后，进行扩大培养，调节培养基的pH为1.5～5，在25～35℃，150rpm～3200rpm对细菌进行扩大培养，至OD600的值为0.5～1.0时停止培养，制得种子液，将种子液离心浓缩后，再加入甘油，即制得含有脂环酸芽孢杆菌BM菌株的菌液。菌液中脂环酸芽孢杆菌BM菌株的浓度为107～109CFU/mL。 
含有脂环酸芽孢杆菌BM菌株的菌液制品能够用来进行生物浸矿，具体的操作就是将菌液直接接种到浸矿发酵液中，然后在发酵液pH1.5～5，在25～35℃进行浸矿。 
本发明的菌株具有浸出率高、浸出时间短，金属离子耐受力高、不受体系中有机物的抑制等优点，且不会对环境造成污染。因此，开发脂环酸芽孢杆菌BM的浸矿功能具有广阔的经济前景。 

Claims (4)

1.一种脂环酸芽孢杆菌，其保藏编号为CGMCC NO.4500。
2.权利要求1所述的脂环酸芽孢杆菌在黄铁矿浸出中的应用。
3.如权利要求2所述的脂环酸芽孢杆菌在黄铁矿浸出中的应用，包括种子液的制备、种子液中菌株的驯化和浸矿步骤，其特征在于，所用的培养基均为BAM培养基。
4.权利要求1所述的脂环酸芽孢杆菌在制备用于黄铁矿浸出的菌液制品中的应用。
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