硅酸盐细菌对矿物的风化作用及其初步应用

硅酸盐细菌对矿物的风化作用及其初步应用凌云【摘要】：开展了硅酸盐细菌对矿物和土壤的风化作用模拟试验，并对硅酸盐细菌在土壤物理性质等方面的作用进行初步研究。从甘肃西峰黄土中筛选到一株硅酸盐细菌(silicatebacteria)HTK01，用常规方法及分子生物学方法对其进行鉴定，采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)检测该菌对三种矿物的解钾效果，用比色法测定该菌对无机磷和有机磷的解磷能力；试验模拟该菌对三种矿物及黄土的风化作用，利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)观察该菌与矿物作用过程中细菌与矿物界面的特征、检测了细菌对矿物化学成分变化的影响，探讨了该菌对矿物风化作用的机理；通过测定该菌对土壤团聚体及水分性质变化的影响，初步探讨该菌对土壤物理性质的作用，并进行初步的应用。硅酸盐细菌HTK01的常规方法鉴定及16SrDNA分子鉴定结果表明，该菌为长杆状，G~-，产椭圆至圆形芽孢，菌体大小为0.9-1.3μm×3.0-7.5μm，胞外覆盖大于菌体几倍的肥厚荚膜，菌落呈半玻璃珠状，粘稠难挑起，最适pH值为7.0-8.0，耐盐浓度较低(0.1％-0.5％NaCl)，30℃为其较为适宜的生长温度，通过生理生化及其16SrDNA序列鉴定，确定HTK01为胶质芽孢杆菌(Bacillusmuscilaginosus)。由于荚膜物质是硅酸盐细菌的典型特征，其对该菌一系列生理特征意义重大，作者对硅酸盐细菌的荚膜染色方法进行了比较研究，获得了一种改进的荚膜染色方法。分别以钾长石、黑云母和磷矿粉为矿源，研究了硅酸盐细菌HTK01在液体培养基中的解K实验，结果表明接种组比对照组分别增加30.94％(钾长石为矿源)、39.49％(黑云母为矿源)和15.72％(磷矿粉为矿源)，此外，HTK01还释放出矿物试样中的部分Si和Al。作者对硅酸盐细菌在液体培养基中释放钾的检测方法也进行了改进。检测了硅酸盐细菌HTK01分解无机磷和有机磷的能力，结果表明接种组比对照组分别增加3.835μg/mL和0.628μg/mL。模拟该菌对三种矿物及黄土的风化作用，分别静置培养5、10、20、40和80d，通过电镜观察表明细菌对矿物试样表面发生了一定溶蚀作用，被细菌作用后的矿粉，颗粒浑圆，边缘模糊不清，矿物颗粒被大量的菌体物质所覆盖。随培养时间增加，水溶性K、Si和P等元素都得到一定程度地增加。细菌对不同矿物及不同培养时间的作用效果不同，认为该菌产生的胞外多糖对矿物风化起重要作用，并由此分析了硅酸盐细菌对硅酸盐矿物风化的作用机理。对土壤物理性质研究表明，大粒级数量有所增加，加菌的土壤水分的蒸发速度要低于两种对照样，饱和渗透速率的结果也相似，但只发生在接菌液初期，随培养时间增加，表现出的差异不大。通过盆栽试验和田间试验检测硅酸盐细菌HTK01对黄花苜蓿生长的影响，结果表明该菌剂对苜蓿的株高、根长、根瘤数及鲜干重均优于对照，其对苜蓿的生长具有一定促进作用。通过研究硅酸盐细菌对几种矿物和黄土的风化作用，以及对土壤物理性质及苜蓿生长影响的初步研究，加深对硅酸盐细菌与矿物相互作用过程和机理的理解，并为进一步研究硅酸盐细菌的功能和拓展硅酸盐细菌的应用范围提供基础资料。