真菌誘導下的礦物溶解和礦化作用研究.pdf

1、真菌在自然界中作為地衣或菌根的共生體，廣泛分布于巖石圈各類地質(zhì)環(huán)境中，并通過一系列生長及代謝活動，與其周圍環(huán)境中的巖石或礦物基質(zhì)發(fā)生作用，進而影響地球化學過程與地球環(huán)境。真菌與巖石或礦物間的相互作用是地質(zhì)微生物學研究的一個重要方面，這些作用主要包括：真菌促進下巖石或礦物的風化，真菌誘導下次生礦物的形成，以及與上述過程相對應的營養(yǎng)元素或金屬離子的遷移及固定。這些作用在地球化學過程中具有深遠的影響，它們塑造著物質(zhì)世界的面貌，調(diào)節(jié)地球化學過程

2、中金屬離子在巖石圈的分配與轉(zhuǎn)移，影響營養(yǎng)元素的生物地球化學循環(huán)等等。同時由微生物—礦物相互作用研究所發(fā)展而來的生物浸提技術(shù)，近年來也已在生物探礦、選礦以及受污染土壤和工業(yè)垃圾的生物修復等多個方面得以應用。因此，無論是從地球化學過程的角度出發(fā)，或是考慮資源與環(huán)境效應，研究真菌與礦物間的相互作用都具有十分重要的意義。
　　 本文以一種常見的真菌——黑曲霉為例，通過研究其在液態(tài)培養(yǎng)基中的生長和代謝狀況，揭示出真菌形貌與代謝間的相互關系

3、。在此基礎上，使用黑曲霉作為發(fā)酵微生物，將其與富鎂硅酸鹽礦物一起進行發(fā)酵培養(yǎng)，以此來探討真菌作用下礦物的溶解以及礦化形成草酸鎂石的過程。現(xiàn)將主要研究成果歸納如下：
　　 1．液態(tài)培養(yǎng)體系中培養(yǎng)參數(shù)對黑曲霉形貌的影響
　　 為了清晰地認識液態(tài)培養(yǎng)體系中真菌的生長和代謝，本章首先系統(tǒng)地研究了接種水平、碳源、氮源以及微量元素(Fe2+)濃度等培養(yǎng)參數(shù)對于黑曲霉形貌的影響。實驗結(jié)果顯示，當接種水平從103個孢子/ml升高到108

4、個孢子/ml時，黑曲霉在發(fā)酵液中的形貌由分散的菌絲向聚集的菌絲球轉(zhuǎn)化，最大的菌絲球產(chǎn)率出現(xiàn)在1×107個孢子/ml時；蔗糖作為碳源時，顯示出比葡萄糖和淀粉更好的產(chǎn)菌絲球效果，同時發(fā)酵液中蔗糖濃度的升高，也被證明有助于提高菌絲球的產(chǎn)率；使用硝酸鹽作為氮源時，相比銨鹽具有更好的產(chǎn)菌絲球效果；鐵離子的供給可以有效促進發(fā)酵液中菌絲球的形成，但是當初始鐵離子濃度超出一定水平時，菌絲球產(chǎn)量變化不再明顯，具有更大球徑的菌絲球開始形成。實驗中真菌以不同

5、的形貌存在時，發(fā)酵液pH顯示出較大的差異，其中菌絲球產(chǎn)量與發(fā)酵液酸性的一致性，表明菌絲球很可能是真菌代謝生成某些酸性物質(zhì)所需的一種優(yōu)勢形貌。
　　 2．黑曲霉誘導下富鎂硅酸鹽礦物的溶解及草酸鎂石的形成
　　 在本部分研究中，分別選用兩種不同結(jié)構(gòu)的富鎂硅酸鹽礦物——鎂橄欖石和滑石作為鎂源，與黑曲霉一起在液態(tài)培養(yǎng)基中進行發(fā)酵培養(yǎng)。實驗結(jié)果顯示，黑曲霉對于橄欖石具有更好的溶解效果，并且在添加橄欖石的發(fā)酵液中我們得以觀察到草酸鎂

6、石的生成。除上述真菌誘導環(huán)境中礦物的溶解和次生礦物的礦化外，論文同時還突出了環(huán)境因素對于真菌形貌和代謝的影響。添加到發(fā)酵液中的橄欖石顆粒，能夠抑制真菌聚集形成菌絲球，使其傾向于以菌絲的形式存在。真菌形貌的改變會導致其代謝產(chǎn)物的種類和含量出現(xiàn)差異，并由此影響次生礦物的形成過程，從而最終使得礦化產(chǎn)物呈現(xiàn)出不同的晶體形貌。發(fā)酵液中礦物顆粒的這種影響與其顆粒尺寸有關，當所用的橄欖石顆粒尺寸在40—60目之間時，對于菌絲球的抑制作用較小，并最終獲