1、基金项目：国家自然科学基金项目（NO：51064011）责任作者简介：肖国光（1978-） ，江西人，硕士，讲师，主要从事微生物技术在矿物加工领域中的应用研究。E-mail：, 联系电话:15170295286硅酸盐细菌代谢产物影响硅酸盐矿物风化作用的模拟试验肖国光 1,2） 孙德四 1,2） 曹飞 1，2）( 1.九江学院化学与环境工程学院，九江 332005；2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100008)摘要：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
2、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。关键词: 硅酸盐细菌；代谢产物；硅酸盐矿物；斜长石；风化作用中图分类号：Q939.1， TD952.5 文献标示码：A微生物对铝硅酸盐矿物的风化机理研究表明，微生物主
3、要是通过有机酸、生物膜、胞外聚合物和氧化还原作用的方式风化铝硅酸盐矿物 1。它们同时存在于微生物参与的矿物风化作用过程中，互相影响，协同作用 2。根据现有文献报道，硅酸盐细菌 3（B. circulans， B. mucilaginosus 与 B.edaphicun）或其它菌种如 Piloderma sp. 4、Aspergillus fumigatus 5、Aspergillus niger 6、Penicillium sp. 7、Mucor sp. 8、Trichoderma sp. 9、Botrytis sp. 10等菌种均对硅酸盐矿物具有一定的风化作用，利用这些菌种可以将矿物中不溶性
4、的硅、钾、铁等元素转变为可溶性元素。这一类菌种在与矿物的作用过程中可以产生一定量的氨基酸、有机酸与多糖，并在细菌繁殖过程中通过分解自身产生的多糖、有机酸而衍生出无机酸 11。而质子交换和配体络合是微生物分解硅酸盐的主要方式，前者指微生物代谢产生的有无机酸中的质子通过交代硅酸盐矿物中的正价态元素的方式促进的分解，后者指微生物及其代谢物通过络合作用促进的矿物分解 12。也有研究表明，硅酸盐细菌对硅酸盐矿物的分解过程中酸溶作用的效果很小，原因是该类菌种很少产生酸或产酸量非常小，矿物的降解作用主要依赖于菌种在代谢过程中产生的胞外多糖等聚合物。胞外聚合物具有络合功能，可与矿物颗粒相互作用并形成细菌-矿物
5、复合体，提高硅酸盐矿物的溶蚀能力13。另外，微生物- 矿物相互作用还可区分为直接作用和间接作用两种方式：直接作用指微生物与硅酸盐矿物直接接触时，在细胞-矿物界面形成特殊的微环境（如特殊的 pH 值、配合物浓度等） ，影响矿物的风化 14；间接作用是指微生物不与矿物接触时对矿物风化的影响 15。 目前制约铝硅酸盐矿物微生物脱硅的工业化应用的主要原因是难以筛选出性能稳定的硅酸盐细菌，并且该类菌种与矿物相互作用机理不明 16。根据对现有文献的查阅，很少有关硅酸盐细菌对铝硅酸盐矿物的风化作用的研究报道，虽然有一些学者从理论和宏观角度对硅酸盐矿物微生物风化作用进行过探讨 8-11，但有关风化作用的细微过
6、程和机理仍处于探索阶段，特别是有关细菌的单一与混合代谢产物对硅酸盐矿物的风化分解作用的研究报道很少。本文选用一株硅酸盐细菌，试验研究菌株在不同硅酸盐矿物培养环境中产生代谢产物的种类与含量，并利用这些代谢产物对斜长石进行风化分解，试图从细菌代谢产物对斜长石中硅、铝的溶出效果、代谢产物作用对矿物表面形貌及结构变化的影响来探讨硅酸盐细菌代谢产物对斜长石的风化作用过程及机制。1 材料与方法1.1 材料供试菌株为硅酸盐细菌。该菌株购自于北京北纳创联生物技术研究院，编号为 CGMCC1.0153。在硅酸盐盐细菌平板培养基上的菌落特征（28，培养 3 天）为：菌体呈杆状，两端钝圆，形成无色透明隆起菌落，菌落
7、表面光滑，菌落粘稠，富有弹性，挑起时能拉成很长的丝。革兰氏阴性。供试矿物：斜长石、石英与高岭土，均购买于中国地质博物馆。通过 XRD 分析，纯度均在 98%以上。培养基：1#培养基为硅酸盐细菌专性培养基 2，主要组成为：蔗糖 5.0g，Na 2HPO4 2.0g，MgSO 47H2O 0.5g， NaCl 0.1g， CaCO3 0.1g， pH7.2，去离子水 1000mL；2#、3#、4#培养基为分别在 1#培养基中加入-75 m 的斜长石、石英与高岭土矿粉各 1 g 构成。1.2 实验方法不同培养基对细菌代谢的影响试验：选取 100ml 锥型瓶分别装 50mL 培养基1#、2#、3#、4
8、#，120灭菌 2 小时，冷却后，将硅酸盐细菌种子液（种子液制备参照文献 1进行）按 5%接种量（1.710 8cfu/mL）接入锥型瓶中，28振荡培养（200 rmin-1） ，培养时间为0、1、2、4、7、9、10、12、15 天。测定发酵液各时间段中的 pH 值、有机酸、多糖的含量。氨基酸种类与含量只测定发酵 7、12 d 后的情况。代谢产物及细菌对硅酸盐矿物风化作用试验：选取 250mL 锥型瓶，每瓶加入 2#培养基 90mL 和粒径-75m 的斜长石矿粉 5g，然后分别加入一定量的不同类型的代谢产物或接入活细菌。为了能更明确的验证细菌浸出过程中各代谢产物对矿物的溶蚀作用，代谢产物的加
9、入量根据细菌发酵产量确定。为此，设计了如下 7 组浸出试验：CK）不接菌且不加任何代谢产物；A）加入混合氨基酸，浓度为 12gL -1（根据发酵液中单氨基酸浓度配制得到） ；B) 加入混合有机酸，浓度为 931 mgL-1（根据 2#培养基中发酵液中单酸浓度配制） ；C）加入多糖，浓度为 7.5 gL-1（多糖从发酵液中提取） ；D）加入混有机酸酸+多糖，浓度为 8.62 gL-1；E) 加入混合有机酸多糖混合氨基酸，浓度约为 8.621 gL-1；F）接入活细菌，初始浓度为 4.7107个mL -1。以上每组试验均设三个平行样。将 250 mL 锥型瓶置于培养摇床中，在 28，200 rmi
10、n-1 的条件下连续浸出 15d。浸出结束后，测定浸出液中 SiO2 的含量，采用 SEM 与 XRD 分析 15 天后各矿物的表面形貌及结构变化。1.3 主要测定方法氨基酸的测定 3：取不同时期的发酵液 10 毫升，加新鲜配制的 5%的三氯醋酸 60 毫升充分混合，离心（2500g，15min） ，将上清液倒入 500ml 圆底烧瓶中，在 400C 小减压蒸干，再加蒸馏水 10ml，重复此操作三次，以除去三氯醋酸，用 0.04M 盐酸稀释至适当的浓度，用 HPLC 做定性与定量分析。有机酸的测定 3：取不同时期的发酵液 20 毫升加 12M/L 的硫酸 10 毫升，搅拌后静置 1 小时，然后
11、加入 1mol/L 硫酸 100 毫升，低温搅拌 30 分钟，离心，上清夜 50真空浓缩至 10 毫升，浓缩液用阳离子交换树脂柱以除去氨基酸。用 0.03% H3PO4洗脱样品，洗脱液真空浓缩至 5 毫升，用 HPLC 法测定四种有机酸（草酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸）的含量。 多糖的测定 3：对不同时期的发酵液静置沉淀至固液分离，过滤除出发酵液中的矿粉，然后对上清液用 95%乙醇沉淀荚膜多糖，离心（ 3900g，15min） ，收集多糖，50烘干，称重，得粗荚膜多糖。浸出液中硅与铝的测定 17：硅钼蓝分光光度法与铬青天 S 分光光度法。斜长石被细菌代谢产物作用前后的表面形貌及结构变化分析: 采
12、用 XRD(Japan Rigaku D/MAX-RB)分析矿物被细菌及代谢产物作用前后的结构变化；用 SEM（仪器型号：TESCAN- VEGAIIRSU）观察细菌及代谢产物浸出前后矿物表面微观形态变化。2 结果与讨论2.1 菌种发酵液中代谢产物测定结果在不同的培养基中，由于矿物不同，发酵液中代谢产物的含量与类别均有一定的差别。在四种发酵培养基中有机酸的含量测定结果见图 1 （AD ） ；不同发酵培养液中多糖含量与 pH 值测定结果见图 2 A 与图 2 B；发酵培养液中氨基酸种类与含量的测定结果见表 1。010203040506070800 2 4 6 8 10 12 14 16t(培 养
13、 ) / d（草酸）/(mg.L-1)1#培 养 基2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基 010020030040050060070080090010000 2 4 6 8 10 12 14 16t（ 培 养 ） / d（酒石酸）/（mg.L-1)1#培 养 基2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基0204060801001200 2 4 6 8 10 12 14 16t（ 培 养 ） /d(苹果酸）/（mg.L-1)1#培 养 基2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基0102030405060700 2 4 6 8 10 12 14 16t（ 培 养 ) /d（柠檬酸）/（mg
14、.L-1)2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基图 1 不同发酵培养液中各种有机酸含量随时间的变化Fig.1 Change of contents of organic acids in different media with time0123456789100 2 4 6 8 10 12 14 16t（ 培 养 ） / d（多糖）/（g.L-1)1#培 养 基2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基55.566.577.50 2 4 6 8 10 12 14 16t（ 培 养 ） /dpH1#培 养 基2#培 养 基3#培 养 基4#培 养 基A BACBADBAA BA图 2 发酵
15、培养液中多糖含量与 pH 值随培养时间的变化Fig.2 Change of contents of polysaccharide and pH values in different media with time表 1 不同发酵培养基中氨基酸种类与含量（“”表示未检测到数据）Table 1 Types and contents of amino acids in different fermentation media培养基培养时间 / d氨基酸含量 /（gL -1）1#培养基 2#培养基 3#培养基 4#培养基氨基酸类型7 12 7 12 7 12 7 12甘氨酸 0.650 0.451
16、0.746 0.651 1.474 0.975 1.564 1.111丙氨酸 0.523 2.911 1.020 0.356 0.361 0.685 0.581缬氨酸 0.778 0.778 0.588 0.456 0.401 0.123 亮氨酸 0.966 0.652 1.423 1.023 0.300 0.254 0.221 异亮氨酸 0.263 1.423 0.422 0.250 0.806 脯氨酸 0.365 0.451 0.321 0.111 非极性氨基酸苯丙氨酸 0.311 0.374 0.332 0.541 0.124 0.245酪氨酸 0.396 0.457 0.455 0.3
17、32 0.215蛋氨酸 0.098 0.177 0.111 0.044 0.218 0.018丝氨酸 0.236 0.190 0.225 0.024半光氨酸 2.456 极性氨基酸 天冬酰胺 0.075 0.089 赖氨酸 0.856 0.105 1.011 0.508 0.442 0.412碱性氨基酸 精氨酸 0.844 0.112 1.050 0.378 0.235 0.236天冬氨酸 1.150 1.456 1.561 1.157 酸性氨基酸 谷氨酸 0.256 1.251 1.755 1.123 图 1 结果表明，在含硅酸盐矿物培养基中，试验菌种均能产生草酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸等四
18、种有机酸，而菌株在不含矿物培养基（1#）中不产生柠檬酸，且菌种在矿物培养基中产酸能力明显要高于不含矿物培养基（1#）中的产酸能力。随著菌株发酵时间的延长，菌株产酸量增加迅速，发酵液中酒石酸、柠檬酸、苹果酸在 10 天左右达到最大值（图 1 B、C 、D） ，草酸在 7 天达到最大值（图 1 A） 。之后，各种有机酸的含量随着发酵时间的延长而降低，这说明细菌在生长繁殖过程中，由于发酵液中营养物质的不断消耗，细胞合成并分泌到发酵液中的有机酸又作为营养物质被细菌利用。对比图 1 AD 还可以看出，不同硅酸盐矿物促进与刺激试验菌株产生有机酸的量存在明显差异。试验菌株在含高岭石的培养基（4#）中代谢产生
19、草酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸等四种有机酸的量最大，最大值分别为75、945、118、59 mgL-1左右；其次为在含石英的培养基（3#）中，分别为 68、890、97、40 mgL-1左右；在含斜长石的培养基（2#）中，试验菌株的产酸量最低，分别为 50、745、90、46 mgL -1左右。菌株在不同的培养基中产多糖的能力及变化趋势与产有机酸酸基本一致（图 2 A ） 。试验菌株在含硅酸盐矿物培养基中产多糖量明显要高于不含矿物培养基中的产多糖量，表明硅酸盐矿物可以刺激与促进细菌代谢产胞外多糖的能力，且不同类型硅酸盐矿物对其促进程度存在一定的差异。在 4#培养基中试验菌株产多糖量最大，发酵培养
20、 10 d 后，发酵液中多糖量达到 8.75 gL-1；而在 1#、2#、3#培养基中的多糖量分别为 6.40、8.0、8.10 gL-1。对比图 2 A 与图 2 B 还可以看出，菌株在发酵培养前 10 d，发酵液中 pH 值逐步下降，产多糖量呈非线性增加并达到最大值，之后，发酵液中 pH 值上升，多糖含量迅速降低。表 1 结果表明，在四种不同的培养基中，菌株代谢产生氨基酸的种类与含量存在明显的差异。菌株在斜长石培养基中能代谢产生 15 种氨基酸，且整体上含量也要高于菌株在其它三种培养基中氨基酸的量。在硅酸盐细菌专性培养基（1#）中，菌株代谢产生氨基酸的种类与含量的能力最低。由表 1 还可以
21、看出，在发酵前阶段，菌株在四种培养基中均能代谢合成天冬氨酸与谷氨酸两种酸性氨基酸，在发酵后阶段，能合成赖氨酸与精氨酸两种碱性氨基酸，且在第 12 d，发酵培养液中均不能检测到酸性氨基酸。同时，结果表明，发酵 12 天菌株代谢产生氨基酸量要明显低于第 7 d 测定的量。以上分析结果表明，在发酵培养初期，硅酸盐细菌可以利用培养基中的各种养分进行繁殖生长，并代谢产生各种氨基酸、有机酸与胞外多糖，且矿物可以刺激与促进细菌产酸与产多糖的量及特定有机酸等代谢产物；在发酵培养后期，环境（培养基）的贫营养性导致微生物不得不利用自身代谢产生的各种有机物及硅酸盐矿物中的无机元素来维持其生长，这是导致培养后期细菌发
22、酵液中各种代谢产物含量降低的主要原因。2.2 细菌及代谢产物对斜长石的分解效果有关微生物对长石等硅酸盐矿物的风化作用机理已有大量探索性研究工作, 研究者先后提出了有机酸酸解、大分子有机物络解、酶解、碱解，以及夹膜吸收、胞外多糖形成和氧化还原作用等多种观点 ，但还不能完全解释硅酸盐矿物的微生物风化过程，且少有相关实验验证报道。有关有机酸和多糖对矿物的分解作用是大多数学者都认同的 13-17，为了验证这一观点，本实验研究了细菌代谢产物对斜长石的溶解作用，如果能够分解矿物，将是细菌分解硅酸盐矿物机理的一个十分重要的证据。试验菌株在发酵过程中产生的各代谢产物对斜长石中的硅、铝溶出结果见图 3。斜长石被
23、代谢产物溶浸15天后的表面形貌及结构变化见图 4图 6。图 3 结果表明，活细菌对斜长石中硅、铝溶出效果最好，浸出 15 d 后，浸出液中 SiO2 与 Al2O3 的浓度分别达到 51.26 mgL-1和 28.79 mgL-1。但硅酸盐细菌产生的各种代谢产物都对斜长石均有一定的分解作用，与去离子水对照（CK）比较差异显著。浸出 15 d 后，混合氨基酸（A ）浸出液中 SiO2 与 Al2O3的浓度分别为 8.69、7.54 mgL-1；混合有机酸（B）浸出液中 SiO2 与 Al2O3 的浓度分别为 15.67、10.15 mgL-1；多糖（C）浸出液中 SiO2 与 Al2O3 的浓度
24、分别为 31.25、15.23 mgL-1；混合有机酸+多糖（D）浸出液中 SiO2 与 Al2O3 的浓度分别为 35.61、20.11 mgL-1；混合氨基酸+混合有机酸+多糖（E）浸出液中 SiO2 与 Al2O3 的浓度达到 39.74、25.33 mgL-1。对比上述结果可以看出，多糖的释硅效果比混合氨基酸与混合有机酸明显要好，说明多糖在细菌分解斜长石过程中起主要作用；混合氨基酸、混合有机酸与多糖的复合物的释硅能力要略高于多糖，这表明各种代谢产物在分解硅酸盐矿物的过程中具有一定的协同作用。图 4（CK）为经去离子水溶浸 15 d 后的斜长石表面形貌，矿物颗粒表面光滑，棱角分明，凹凸不
25、平状明显，晶体结构完整；图 4（B）为经混合有机酸溶蚀 15 d 后的斜长石表面形貌，与对照（CK）样相比，矿物颗粒表面变得粗糙不平，大的棱角与凸起部分被分裂成更多细小棱角与小颗粒，且表面出现了大量的裂缝，但原有的晶体结构仍保持完整；而经多糖溶蚀后的斜长石表面及棱角变得模糊不清，凸起与裂缝处出现了大量的细小颗粒，并在多糖的粘连作用下呈糊状（图 4 C） ；图 4（D）表明，混合有机酸与多糖在对斜长石的溶蚀过程中具有明显的协同效果，溶蚀 15 d 后，斜长石表面结构基本被破坏，细小颗粒与裂缝显著增加，棱角与凸起部分变得更加模糊不清；从图 4 (E) 可以看出，混合氨基酸+混合有机酸+ 多糖的浸出
26、方式对斜长石的溶蚀效果更加显著，斜长石表面凸起与棱角部分被完全分裂成大量的细小颗粒；图 4（F ）为经活细菌溶蚀后的斜长石表面形貌，与各代谢产物浸出方式相比，被细菌作用后的斜长石溶蚀现象最为明显，表面原始结构被整体破坏，凸起的棱角完全被溶蚀，细小颗粒及非晶态物质显著增多，且在细菌分泌的胞外大分子物质的交联作用下，颗粒相互粘连在一起而成絮状。 SiO2 Al2O30102030405060CK A B C D E F浸 矿 方 式/（mgL-1）CK：不接菌处理；A：混合氨基酸；B：混合有机酸；C：多糖；D：BC；E： ABC；F：硅酸盐细菌图 3 不同浸出方式下培养基上清液中 SiO2与 Al
27、2O3浓度随时间的变化Fig.3 Concentrations of SiO2 and Al2O3 of supernatants in different media图 4 斜长石被代谢产物及细菌作用前后表面形貌的变化（图中 CK、B、C、D、E 、F 的含义同图 3）Fig.4 SEM micrographs of anorthose powder after incubation by metabolites and bacteria由图 5（A）可以看出，混合氨基酸对斜长石的溶蚀效果最弱，与图 5（CK）相比，其 XRD 图谱中反映斜长石的特征主峰下降不明显；图 5（B）为被混合有机酸
28、溶蚀后的斜长石 XRD 图谱，斜长石的特征主峰较图 5（CK）的有明显下降，且反映针铁矿的特征锐锋有较大幅度的降低或消失，表明有机酸对斜长石矿物中的杂质矿物针铁矿有很好的分解作用；经多糖作用后的斜长石 XRD 图谱（图 5 C）表明，多糖对斜长石的分解能力明显较混合氨基酸与混合有机酸的强，其特征主峰下降幅度显著，且图谱中出现了反映水铝石的特征锐锋，表明在多糖溶蚀作用下，斜长石的晶体结构受到了明显破坏，矿物形态向水铝石转化，但图谱中反映针铁矿的特征峰没有明显变化，说明多糖对针铁矿的溶蚀效果较弱；与图 5 C 相比，图 5 D 中反映斜长石的特征峰略有下降，而反映针铁矿的特征峰基本消失，说明多糖与
29、混合有机酸对斜长石与针铁矿的溶蚀有一定的协同效用；图 5 (E) 表明，三种代谢产物的复合物对斜长石的溶蚀过程中有明显的协同作用，与其它代谢产物浸出方式相比，XRD 图谱中反映斜长石的特征主峰下降幅度最大，被分解的斜长石部分转化成了水铝石。图 6 结果表明，与各代谢产物的浸出方式相比，细菌对斜长石的分解作用更加显著，XRD 图谱中反映斜长石的各特征峰均有明显下降，且出现了很强的水铝石与石英的特征锐峰，表明被细菌分解的斜长石转化成了水铝石与石英。 斜 长 石 针 铁 矿10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0） 斜 长 石 针 铁 矿10 20 30 40 50 60 7
30、0 80 902 /（ 0） 斜 长 石 针 铁 矿10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0） 斜 长 石 针 铁 矿 水 铝 石10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0） 斜 长 石 针 铁 矿 水 铝 石10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0） 斜 长 石 针 铁 矿 水 铝 石10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0）图 5 斜长石分别被各代谢产物溶蚀 15 天后的 XRD 图(图中 A、B、C、D、E 的含义同图 3)Fig.5 XRD patterns of anorthose afte
31、r a 15 d corrosion by metabolites 斜 长 石 针 铁 矿 水 铝 石石 英10 20 30 40 50 60 70 80 902 /（ 0）图 6 斜长石被细菌溶蚀 15 d 后的 XRD 图Fig.6 XRD pattern of anorthose after a 15 d corrosion by silicate bacteria以上分析结果表明，硅酸盐细菌产生的氨基酸、有机酸与胞外聚合物（主要由蛋白质与多糖组成）均对斜长石有一定的溶蚀作用，其中胞外聚合物对矿物的溶解能力最强。三种代谢产物的混合物在对斜CK A BC D E长石的溶蚀过程中具有协同作用
32、，对矿物晶体结构具有显著的破坏作用，但远不如硅酸盐细菌对矿物的溶蚀效果。代谢产物主要通过酸解、络解的纯化学方式风化分解硅酸盐矿物，矿物风化速率主要受矿物本身晶体结构的稳定性、环境溶液中的pH 值、压力、离子浓度等的影响。在纯化学风化模式下，不稳定的硅酸盐矿物可首先分解，根据矿物晶体结构的稳定性，由易至难依次为岛状结构链状结构层状结构架状结构。而微生物参与下的硅酸盐矿物风化却不一定遵循这一规律，原因是微生物对硅酸盐矿物风化的主要目的是获取其中的营养元素来维持其自身的生命活动，风化过程包括一系列复杂的生物化学与生物物理等生命活动过程，当环境中的营养元素（如K, Fe, Ca等）含量不足以满足微生物
33、生存之需，微生物就会加速风化硅酸盐矿物以获取其中的营养元素。在天然样品和实验条件下都发现细菌倾向于附着在矿物表面的现象，这可能是矿物中含有可供细菌代谢所需的营养物质，并随着反应时间的延长，在矿物的表面会形成一层由细菌分泌的体外聚合物相互堆积混合的厚凝胶层，即生物膜。这些聚合物可在微生物周围形成适合其生长的微环境，并利用其吸附性，为细菌获取矿物中的营养元素，这是影响硅酸盐矿物风化的重要因素之一。同时，细菌产生的 EPS 可将大量的细胞结合在一起形成一种聚合结构，并通过其络合功能与矿物颗粒相互作用形成细菌-矿物复合体，这种复合体对环境中的有机酸和一些无机离子具有明显的吸附作用，从而导致复合体微环境
34、发生变化，这些变化无疑对复合体中矿物的破坏和交代作用产生重要的影响 9-11。 3 结论综上所述，硅酸盐细菌与矿物的作用过程包括一系列的生物化学和生物物理过程，其中菌株在风化硅酸盐矿物过程中，菌株代谢产生的各种代谢产物是造成矿物风化的重要原因之一，从本文的研究结果和分析可以得出如下结论：（1）硅酸盐细菌在不同的发酵培养基中均有一定的代谢合成氨基酸、有机酸与多糖的能力。其中，在矿物培养基中，菌株合成代谢产物的能力与产量均要高于菌株在硅酸盐细菌专性培养基中的能力与产量。（2）随发酵培养时间的延长，发酵液中各种代谢产物浓度逐渐下降，说明菌种又充分利用它们作为自身生长繁殖的营养物质。（3）菌株代谢产物
35、与斜长石相互作用研究结果表明，各种代谢产物均对斜长石有一定的分解并释放其中的硅、铝的能力。与混合氨基酸、混合有机酸相比，多糖对斜长石的风化作用最明显，且三种代谢产物的混合物在分解矿物的过程中具有一定的协同作用。参考文献：1 惠 明，侯银臣，田 青. 硅酸盐细菌GSY-1胞外多糖的性质及其对铝土矿的脱硅效果J.河南师范大学学报，2010，38(1)：142-147.2 盛下放，冯阳. 不同条件下硅酸盐细菌对含钾矿物分解作用研究J. 土壤，2005，37（5）：572-5743 孙德四，张贤珍，张强. 硅酸盐细菌代谢产物对硅酸盐矿物的浸溶作用研究J. 矿冶工程，2006，26（3）：39-424
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37、 fungus Aspergillus fumigatusJGeochimicaet Cosmochimica Acta，2008，(72)：87-986 LIN Qi-mei, RAO Zheng-hua, etal. Identification and practical application of silicate-dissolving bacteriaJ. Agriculture Sciences in China, 2002, 1(1): 81-857 Lian Bin, Donald L. Smith, FU Ping-Qiu. Application and mechanis
38、m of silicate bacteria in agriculture and industryJ. Guizhou Science, 2000, 18(1-2): 44-538 周跃飞, 王汝成 , 陆现彩.玄武岩微生物分解过程中矿物表面效应 J. 岩石矿物学杂志, 2008，27(1): 59-66.9 吴 涛，陈 骏，连 宾. 微生物对硅酸盐矿物风化作用研究进展J. 矿物岩石地球化学通报，2007，1，26（3）：263.10 陆现彩，屠博文，朱婷婷. 风化过程中矿物表面微生物附着现象及意义J. 高校地质学报，2011，3，17（1）：21-26.11 陈良娟，李福春，李莎. 硅酸盐
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40、6) ：100-106.16 李军旗，张煜 . 含铝硅矿物预脱硅工艺研究进展J. 湿法冶金，2010，10，29（4）：229-231.17 徐靖，张一敏，王娟.一种微生物脱除铝土矿中二氧化硅的方法研究J. 中国矿业，2010，19(3)：72-75.WEARTHERING OF SILICATE MINERALS BY METABOLITES PRODUCED BY SILICCATE BACTERIA IN CULTURE EXPERIMENTSXIAO Guoguang 1,2）, SUN Desi 1,2）, CAO Fei 1,2）(1.School of Chemistry Env
41、ironmental Engineering, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China； 2. School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)Abstract: A strain of silicate bacteria was chosen to carry out a study on the microbial weathering of anorthose
42、by metabolites produced by the strain. The weathering progress and mechanism of microbial metabolite-mineral interaction was studied by measuring types and concentrations of microbial metabolites, and analyzed densities of SiO2 and Al2O3 and mineral crystal structures in the process of metabolite-an
43、orthose interaction. The results show that the strain can secrete amino acids, organic acids and polysaccharide in different media. In comparison with free mineral medium, the strain produced much more kinds and higher concentrations of metabolites in mineral weathering media. Each type of of metabo
44、lites can decompose anorthose. But polysaccharide is higher effective on weathering anorthose and releasing silicon and aluminum from anorthose , respectively as compared with the compounds of amino acids and the compounds of organic acids. The compounds of all kinds of metabolites has higher weathe
45、ring ability than that of each metabolite . Weathering experiments show that the three kinds of metabolites have a certain synergistic effect on weathering anorthose.Key words: silicate bacterium; metabolites; weathering Synopsis of the first author: Xiao Guoguang, male, 31 years old, a M D of mineralogy and mineral processing specialty. Now he is engaged in the research of mineral processing, mineral microbial weathering and comprehensive utilization of natural resources.
