1998年--礦物加工外文翻譯--鈾礦廢棄堆中的細菌與u（ⅵ）的相互作用（譯文）

1、<p>　　中文3400字，2100單詞，1.3萬英文字符</p><p>　　出處：Panak P, Hard B C, Pietzsch K, et al. Bacteria from uranium mining waste pile: interactions with U(VI)[J]. Journal of Alloys & Compounds, 1998, 271(23):262–

2、266.</p><p>　　鈾礦廢棄堆中的細菌：與U（Ⅵ）的相互作用</p><p>　　P.Panak,B.C.Hard,K.Pietzsch,S.Kutschke,K.Roske,S.Selenska-Pobell,</p><p>　　G.Bernhard, H.Nitsche</p><p>　　摘要：這個研究是我們第一次去努力獲得

3、更多信息關于在地質環(huán)境中，微生物活動對放射性核素轉移/固化的影響。我們使用好氧和厭氧細菌菌株定量研究細菌與U(VI)的相互作用。單獨的從鈾礦中篩選獲得的兩株氧化亞鐵硫桿菌ferrooxidans ATCC 33020比從煤礦中發(fā)現(xiàn)的T.ferrooxidans ATCC 23270T,表現(xiàn)出較高的富集U的能力。當pH值從1.5增加到4.0，兩只菌株富集鈾的量也隨之增加。對于用EDTA萃取的研究表明,只有一小部分鈾富集吸附在細胞壁的表面，

4、而主要部分可能是由細胞富集。我們還研究了還原U(VI)的硫酸鹽還原細菌菌株(去磺弧菌DSM 642T)。此外,我們還研究了在鈾尾礦中培養(yǎng)硫酸鹽還原細菌(JG1)。對于D.desulfuricans動力學研究表明大多數(shù)U(VI)在最初的24小時內被還原。這種微生物還原的產量很大程度上取決于pH值，當pH值從3.1增加到6.2，產率從10.3增加到99.2%。在自然界中，生長D. desulfuricans菌株的地方附近的pH值是中性的。?

5、 </p><p>　　關鍵詞：鈾；硫酸鹽還原菌；鐵氧化細菌；生物富集</p><p><b>　　1.介紹</b></p><p>　　在自然界中，細菌在轉移放射性核素和其他重金屬的過程中起到了重要作用[1 - 6]。與只涉及無機成分過程相比,人們很少知道細菌和放射性核素的相互作用。在鈾礦廢棄堆中，微生物的活動會導致鈾溶解和轉移或固化。這些過

6、程可分為細菌直接或間接作用。直接作用導致氧化、還原、富集或通過細胞和生物聚合物吸附鈾。間接作用可以導致周圍化學體系中pH值或Eh的變化從而可能導致鈾體系的改變[7,8]。</p><p>　　在鈾礦堆中的特征細菌已經確定為嗜酸性鐵或硫氧化細菌,特別是T.f，</p><p>　　氧化亞鐵硫桿菌，T.t氧化硫硫桿菌，嗜酸硫桿菌和氧化亞鐵微螺菌[9–11]。礦石堆中微生物的最大濃度和活動范圍被

7、發(fā)現(xiàn)在礦堆表面以下0.25米,最深超過1米。鐵或硫氧化細菌在溶解礦石中的鈾的過程中起到了重要作用。鈾礦物常與金屬硫化物伴生。硫氧化Fe2+產生硫酸和Fe3+。Fe3+反過來氧化UO2成為UO22+。反應過程如下：</p><p>　　4FeS2+15O2+2H2O ?2Fe2(SO4)3+2H2SO4</p><p>　　UO2+2Fe3+ ?UO22++2Fe2+</p>

8、<p>　　間接過程主要在天然鈾礦石中發(fā)生，而且它是生物浸礦過程的基礎[1 - 3、9、11- 17]。已經有文獻描述了沒有使用Fe3+/Fe2+電對的四價鈾的直接生物氧化過程 [18、19],但礦石中存在的大量的鐵硫化物更傾向于間接機制。此外,T.ferrooxidans可以富集固化物質釋放的和游離的鈾[20]。第一個嘗試使用T.ferrooxidans修復鈾污染土壤的應用被提出[21、22]。</p><

9、;p>　　例如，除了自養(yǎng)嗜酸菌,在更深的地質層中還有豐富的有機異養(yǎng)厭氧細菌。硫酸鹽還原細菌可能要除外[12]。又如，我們從文獻中得知的[23、24],幾種Fe(Ⅲ)還原細菌。又如，海藻希瓦氏菌[25]，腐敗希瓦氏菌[26]和Geobacter metal-metal-lireducens[24,26]，和硫酸鹽還原細菌一樣。去磺弧菌[24、27、28]和脫硫弧菌 [24、29]能夠還原可溶性的U(VI)為不溶性的U(IV)。這些菌

10、株可以利用U(VI)作為一個終端電子受體來獲取能量的增長。沉淀的特性已經表明,在還原狀態(tài)下，形成瀝青鈾礦(UO2)[27]。</p><p>　　在地球化學循環(huán)鈾的過程中，細菌氧化和還原鈾以及其富集和生物吸附發(fā)揮了重要作用而且必須注重修復措施的發(fā)展。因此,我們研究了還原U(VI)硫酸鹽還原菌和富集U(VI)的嗜酸性化能自養(yǎng)型鐵氧化細菌。對量化的富集過程,我們使用兩種不同的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的氧化亞鐵硫桿菌。其中，T.fe

11、rrooxidans ATCC 23270T菌株在一個煤礦被發(fā)現(xiàn)[30],另一用于這項研究的菌株(T.ferrooxidans ATCC33020)是從一個孤立的鈾礦發(fā)現(xiàn)的[31]。為了區(qū)分起主要富集作用的部分是吸附鈾能力弱的細胞壁表面還是細胞,我們用一種非常復雜的試劑EDTA提取了生物質。為了研究還原鈾的機理,我們使用硫酸鹽還原菌株,從煤氣輸送管道附近的土壤中發(fā)現(xiàn)的去磺弧菌DSM642T和從鈾尾礦(Haberlandhalde，Joh

12、anngeorgenstadt、薩克森、德國)中發(fā)現(xiàn)的濃縮培養(yǎng)的硫酸鹽還原菌(JG1)。這些研究包括在不同條件下定量以及動態(tài)調查產生關于可能導致形成鈾礦的細菌還原的更多的信息和可以作為一個生物降解應用流程的基礎。</p><p><b>　　2.材料和方法</b></p><p>　　在通風室溫條件下，六百毫升的ATCC23270T和ATCC33020氧化亞鐵硫桿菌菌

13、株以2:2的比例培養(yǎng)在培養(yǎng)基中[32]。為了溶解在菌株生長過程中產生的Fe(Ⅲ)沉淀,我們用硫酸酸化懸浮液至pH值1.3。這些細菌通過離心獲取(12 761×g),而且用0.1 mol的 H2SO4洗了三次以消除生長培養(yǎng)基中會與U(VI) 形成不溶性沉淀的磷酸鹽。使用兩個不同的pH值(1.5和4.0),我們得到了從1.7到26.1 mg/l濃度的U(VI)。這些樣本中包含220到470㎎(干重)/ml的生物量。就初步動力學研究

14、而言[20],我們在旋轉攪拌器中培養(yǎng)它們2天。然后，用ICP-MS測量上清液中U(VI)濃度。在解吸研究中,我們用0.01M EDTA/0.01M TRIS溶液(pH值7.2)提取了生物質。</p><p>　　硫酸鹽還原菌株(去磺弧菌Essex6 DSM642T)生長在一種用2×10﹣2 mol/l乳酸、1×10﹣2mol/l硫酸和刃天青作為氧化還原指示劑的碳酸氫鹽緩沖礦物介質中[33]。只

15、從鈾尾礦(Haberlandhalde, Johanngeorgenstadt、薩克森、德國) 中培養(yǎng)的JG1,生長在一個如前面描述的[34]在UFZ Leipzig-Halle用20mM乳酸作為唯一碳源和能源的Postgates改進培養(yǎng)基中。細菌是通過離心收集的(11 498×g,10分鐘), 用氯化鈉溶液(0.9%)洗了三次而且懸浮在0.9%氯化鈉溶液中。為了量化還原細菌,我們調整樣品的pH值到5.0，同時在旋轉攪拌器中用

16、U(VI)培養(yǎng)樣品3天。U(VI)初始濃度從2.5×10﹣5變?yōu)?.7×10－4 mol/l。</p><p>　　關于D.desulfuricans在pH值為3.2,4.2,5.0和6.1動力學研究,我們使用的U(VI)濃度為1.2×10﹣3 mol/l。生物質離心分離，上清液中剩余的U(VI)濃度通過ICP - MS測量。除了樣品，空白解決方案沒有準備生物質,并像處理樣品一樣來量

17、化通過水解或吸附損失在試管壁的U(VI)。</p><p><b>　　3.結果和討論</b></p><p>　　3.1.氧化亞鐵硫桿菌富集U(VI)</p><p>　　圖1a顯示了兩個不同品種的氧化亞鐵硫桿菌(ATCC23270T和ATCC33020) 在pH值為1.5和4.0富集鈾的濃度和初始鈾濃度的函數(shù)關系。測量誤差在允許范圍之內。為

18、了更好的比較,結果歸一化到細菌的干重。富集的鈾濃度與溶液中鈾濃度成正比。這與DiSpirito觀察到的結果一致 [20]。隨著pH值從1.5增加到4.0，兩菌株富集鈾的生物量稍有增加。這種菌株(氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270T)和氧化亞鐵硫桿菌ATCC33020比較的結果是,只從鈾礦中獲得的菌株在兩種ph值下都表現(xiàn)出了更高的富集鈾的能力。為了弄清楚是否是該菌株的起源影響它們富集鈾的能力, 我們的實驗室正在準備進一步做關于從不同環(huán)境獲得

19、的其他氧化亞鐵硫桿菌菌株以及從鈾礦發(fā)現(xiàn)的其他品種的硫桿菌的實驗。</p><p>　　圖1是總富集鈾量(a)與吸附到氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270T和氧化亞鐵硫桿菌ATCC33030表面(b)的鈾濃度在pH值為1.5和4.0與初始鈾濃度的關系曲線。結果歸一化到細菌的干重。</p><p>　　用像EDTA這種強大的復雜成形劑去除吸附在細胞壁表面的鈾的解吸的研究表明細胞起富集鈾主要作用。圖

20、1b顯示了由EDTA處理的細胞釋放了大量的U(VI)。因此術語“吸收”還包括部分固化在細胞壁或細胞膜上不能被重新提取的鈾。據報道[20]，氧化亞鐵硫桿菌富集鈾的主要細胞成分是細胞壁和細胞膜,在脂多糖層,細胞周質和細胞質不同的成分中檢測到少量的鈾。我們檢測的第一個富集到細菌中的U(VI)在時間分辨激光熒光光譜顯示了一個U(VI)譜中熒光壽命顯著衰減的深色基團的改變,說明可能有一個固化的U(VI)。吸附表面上的鈾是富集總量的10至37%而且

21、百分比隨初始鈾濃度的增加而減少。這是因為鈾濃度的提高,表面吸附量達到了飽和。圖Fig.1b就顯示了這種吸附過程的特點。</p><p>　　3.2.硫酸鹽還原菌還原U(VI)</p><p>　　圖2顯示了依靠初始U(VI)濃度中去磺弧菌和從鈾尾礦培養(yǎng)的JG1菌株還原清除反應溶液中大量的U(VI)。培養(yǎng)JG1的樣品中含有較高的生物量。因此,可以觀察到初始濃度為220㎎/lU(VI) 定量減

22、少。這些結果證明,這種培養(yǎng)基主要包含能夠還原和沉淀鈾的細菌。與Lovley et al.[27] 的結果相反，在沒有添加一個電子供體的情況下，我們的實驗中鈾也發(fā)生了還原。三天后，通過ICP–MS檢測空白組與最初添加濃度相比沒有顯著不同。這表明沒有發(fā)生形成不溶性水解物和可能吸附在試管壁上干擾實驗的情況。 </p><p>　　圖2.在3天后減少在Desulfovibriode sulfuricans DSM642T

23、和鈾尾礦中培養(yǎng)的(JG1),無細菌(空白)溶液中的U(VI)濃度。</p><p>　　有氧條件下, 在氯化鈉溶液(0.9%)中進行D.desulfuricans的動力學研究中沒有增加一個電子的供體。圖3給出了大量的U(VI)轉化為不溶性U(IV)關于時間和不同pH值的曲線。結果歸一化到細菌的干重。由于細菌還原需要時間, U(VI)主要轉化發(fā)生在第一個24小時內 [35]。從24到100小時只有少量增加的U(IV

24、)被檢測到。100小時后，達到了飽和。當pH值是由3.2調整到6.1時，檢測到U（Ⅳ）從10.3增加到99.2%。在中性pH值范圍內，速率和產量隨著pH值對應的微生物最佳生長條件的完善而增加。硫酸鹽還原菌產生的沉淀的第一個特性通過X射線吸收譜(XANES)靠近邊緣證明形成U(IV)。關于D. desulfuricans和JG1的進一步研究正在準備。 </p><p>　　圖3. 在pH值為3.2,4.2,5.0和

25、6.1的條件下，隨著時間的增加，通過去磺弧菌的作用大量的U(VI)轉化為不溶性U(IV)。結果歸一化到細菌的干重。</p><p>　　在天然鈾礦廢棄堆，細菌和U(VI)相互作用的信息可能有助于描述微生物的生物富集,生物膜吸附或生物膠體的形成以及細菌降解過程(包括金屬的氧化和還原反應)。這些信息也是進一步調查在其他幾個國家是主要環(huán)境污染物的Np,Am和Pu等放射性核素的良好基礎。這些相互作用的主要機制的詳細內容,

26、將更好的表征自然界中污染物的遷移行為和擴展模型的數(shù)據基礎。此外,其中一些影響重金屬和放射性核素吸附和遷移的過程可以用來固化污染物或將其轉化為低毒的形式(如通過氧化還原反應)。因此，他們可以成為開發(fā)利用細菌修復固化了超鈾元素的廢棄沉積物的新方法的基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]A.Bruynesteyn,J.Biotech

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