专利名称：一株嗜酸铁氧化钩端螺旋菌及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一株嗜酸铁氧化钩端螺旋菌及其应用。
背景技术：
微生物冶金技术常用于含硫化矿物的中低品位金属矿石中金属的提取与回收。化学法浸出中常人为加入氧化剂和硫酸，在较高酸度条件下将金属从难溶状态转化成可溶状态使其进入溶液，从而加以回收。但是，其氧化剂和硫酸用量较大，使工艺成本大大提高。而生物冶金技术可利用嗜酸性微生物的作用克服上述不利。嗜酸性化能自养菌主要有ThiobaciLLus ferrooxidans(氧化亚铁硫杆菌)，ThiobaciLLus thiooxidans(氧化硫硫杆菌)，FerrobaciLLus ferrooxidans(氧化铁铁杆菌)，LeptospiriLLum ferrooxidans(氧化亚铁钩端螺旋菌)等，它们的最适pH范围在2.0-3.0之间。在生物冶金过程中，pH值在2.0以上时就会有三价铁沉淀产生，且部分沉淀包裹在矿石颗粒表面(RaLph P.HackL et aL.，Bacteria for oxidizing muLtimetaLLic suLphide ores，US 5089412)；在pH值＞1.6的细菌浸出系统中总铁浓度为5～8g/L时便有黄钾铁钒类物质产生，因此造成氧化剂含量减少，影响金属的浸出率。目前大多细菌浸出过程都试图在较低pH环境下进行。筛选分离在极低pH环境条件下具有高氧化效率的冶金菌具有极大的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一株可在低pH、高温度和高矿化度环境中生长的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌。
本发明所提供的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03已于2005年1月12日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其简称为CGMCC，保藏编号为CGMCC No.1290。
该嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03CGMCC № 1290为革兰氏阴性菌，菌体呈螺旋状，幼龄期为弧形，短小；老龄期为3-5圈螺旋状，细长，形态与LeptospiriLLum ferrooxidans相似。
本发明的另一个目的是提供本发明嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLumferriphiLum)UBK03 CGMCC № 1290的用途。
本发明的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290具有良好的铁氧化活性，可以在Fe2+氧化中得到应用。
另外，本发明嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC№ 1290具有强的浸矿能力，这是其重要特性之一，可以用于含硫化物矿石生物浸出。
本发明通过富集、紫外照射、纯化等步骤筛选出一株具有强铁氧化能力的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC № 1290，该菌株可在低pH值、较高温度下和高矿化度环境条件下生长，并且，具有强的耐F-能力，最大氟离子耐受浓度可达到1.2-1.4g/L，在微生物冶金工业中可以得到广泛应用。
图1为不同pH条件下UBK03和BK02菌株培养19小时Fe2+氧化率比较(Fe2+氧化率指一定时间内Fe2+被氧化为Fe3+的百分率，余同)；图2为不同温度条件下UBK03和BK02菌株培养18小时Fe2+氧化率比较；图3为最适条件下UBK03和BK02菌株Fe2+氧化率随时间变化比较；图4为UBK03和BK02菌株在不同F-浓度时完全氧化Fe2+所需时间比较；图5为累计铀浸出率变化曲线。
具体实施例方式
实施例1、嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC№ 1290的筛选本发明的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290是自我国核工业“721铀矿”铀矿石微生物渗滤浸出余渣中分离纯化得到的。将矿渣样品用pH3.0-3.5的9K培养基，在30-35℃条件下振荡富集培养，多次转接后经紫外诱变在pH1.2-1.5的高矿化度矿石培养基中培养，待其氧化活性稳定后纯化，即得到嗜酸铁氧化钩端螺旋菌UBK03。
该UBK03菌株是典型的嗜酸性化能自养型菌，在pH1.2-1.5时既能高效氧化Fe2+，又能高效氧化矿石中的硫化物；能通过氧化Fe2+、黄铁矿(FeS2)而获得能量生长，其产物为Fe3+、硫酸和硫酸盐；利用CO2为碳源；其最适生长温度在35-40℃之间。UBK03菌株可在具高矿化度的铀浸出液中快速氧化Fe2+，对铀和氟离子具有强的耐受性。对该UBK03菌株的16SrRNA基因序列进行系统学分析表明，它与LeptospiriLLumferriphiLum菌同源性达90％以上，故可命名为嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)。
在下述各实施例中，均以氧化亚铁硫杆菌(AcidobaciLLus ferrooxidans)BK02菌株为对照。BK02菌株自国防科工委“721铀矿”沙洲矿区铀矿石分离得到，在30-35℃，pH2.0-2.5的条件下用改良9K培养基富集培养，多次转接培养并纯化所得。BK02菌株为专性自养菌，最适生长温度为30-35℃，最佳pH为2.0-2.5。
在下述各实施例中，所用矿石培养基以粒径1-10mm铀矿石各1000g，分别按液固比10∶1、5∶1、2∶1、1∶1(体积(L)/重量(kg))用5g/L-8g/L H2SO4水溶液酸化5-8d，使液体pH在1.3-1.4维持24h不变，此酸化液即为矿石培养基(用时补加FeSO4·7H2O至[Fe2+]＝5g/L)，其中固液比为1∶1的矿石培养基成份如表1所示；试验用矿石成份如表2所示。
表1矿石培养基(液固比为1∶1)成份及离子浓度 单位g/L
*该培养基中可溶性总铁通过人工补加FeSO4·7H2O维持在5g/L左右。
表2试验用矿石成份
*BSZ为三矿区矿石混合样。(nnn为烧失量，即矿石在950℃下加热时所减少的量)所用培养方法为实例2、3、4中均使用固液比为5∶1的矿石培养基；实例5分别使用液固比为1∶1矿石培养基的不同倍数稀释液，氟浓度为零的对照样使用9K培养基；接种量为20％；UBK03菌株置于35-40℃、pH1.4条件下培养，对照BK02菌株置于30-35℃、pH2.0条件下培养；菌株生长特性试验使用可调温式气浴振荡器(中国江苏，BS-IE型)摇瓶振荡培养，转速140rpm-160rpm；铀矿石浸出试验使用充气泵充气，通气量为5.47L/min。
所用的分析测试方法为培养细菌过程中可溶性铁(Fe2+和Fe3+)采用EDTA滴定法(指示剂为甲基紫，磺基水杨酸显色剂，过硫酸铵为氧化剂)；细菌生长过程中pH值以及氧化还原电位采用pH计(Mettler Toledo，320-S型精密酸度计，瑞士)测定；[F-]用氟离子电极和pHS-3C电位仪测定；矿石培养基溶液中离子浓度利用DX-600型离子色谱仪(美国)测定；铀浓度用NH4VO3滴定法测定。
实施例2、UBK03菌株生长pH范围的研究使用矿石培养基，以Fe2+为能源，温度为40℃(对照样BK02温度为35℃)，在pH0.6-2.5范围分别同时振荡培养，Fe2+氧化率表示细菌的生长情况，以pH值对细菌培养19h时Fe2+氧化率作图，结果如图1所示。
由图1可见，UBK03菌株在pH0.6-2.5内均能生长，最适pH为1.2-1.8，为避免铁矾沉淀的生成，建议其应用时最适pH为1.2-1.5。在pH0.6条件下延长培养时间至44小时，UBK03菌株即可将5g/L Fe2+完全氧化，表明该菌尚能适应更低pH条件。与UBK03相比，对照菌株BK02则具有较窄的pH生长范围(pH1.4-2.5)，其在极低pH条件下生长的能力远不如菌株UBK03，在pH2.5条件下均有明显沉淀。
实施例3、UBK03菌株生长温度范围的研究使用矿石培养基，以Fe2+为能源，pH为1.4(对照样BK02pH为2.0)，在温度为10-50℃范围内分别同时振荡培养，Fe2+氧化率表示细菌的生长情况，以温度对细菌培养18h时Fe2+氧化率作图，结果如图2所示。
由图2可见，UBK03菌株的最适生长温度为35-40℃；延长培养时间，可在低于10℃条件下缓慢生长，高于50℃则不生长；对照菌株BK02则在高于45℃时不生长。
实施例4、UBK03菌株Fe2+氧化能力研究使用矿石培养基，以Fe2+为能源，在温度40℃、pH1.4(对照样BK02在温度35℃，pH2.0)条件下振荡培养，以培养时间对Fe2+氧化率作图，结果如图3所示。
由图3可见，UBK03菌株在最适生长条件下培养时，其在19小时内即可将5g/LFe2+完全氧化，与氧化活性较强的对照菌株BK02相比，其Fe2+完全氧化的时间提前了7个多小时。表明，该菌株具有强的铁氧化能力。
实施例5、UBK03菌株对F-耐受能力研究使用不同F-浓度的矿石培养基，以Fe2+为能源，在温度40℃、pH1.4(对照样BK02在温度35℃，pH1.8)条件下振荡培养，以不同F-浓度对Fe2+完全氧化所需时间作图，结果如图4所示。
由图4可见，F-对两菌株的生长均有影响(F-浓度很低时，两菌株完全氧化Fe2+所需时间均在24小时左右)，随着F-浓度增加，UBK03菌株完全氧化Fe2+所需时间不断增加，但增幅不大，在F-浓度为1480mg/L时所需时间为3.5天，而BK02菌株则在15天之内未见生长。Suzuki等研究表明，在pH2.3时，培养液中氟化物浓度为1.9mg/L时嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)的生物活性完全被抑制(Suzuki，I.，Lee.D.，MacKay B.etc.，Appl.Environ.Microbiol.，65(1999)，5163-5168.)。表明，该菌株对F-具有较强的耐受能力，可应用于含氟矿石的生物浸出。
实施例6、UBK03菌株浸矿能力研究取液固比按1∶1(v/m)的已酸化铀矿石两份各1000g，分别置入2L具充气装置的塑料桶中，并分别加入[Fe3+]＞75％的UBK03(pH 1.2-1.4)和BK02(pH 1.6-2.0)培养液800ml，分别在35-40℃和30-35℃条件下充气浸泡，每24h换液一次。以浸出天数对累计铀浸出率作图，结果如图5所示。
由图5可见，经过7天，菌株UBK03累计铀浸出率高达87.0％，而对照菌株BK02累计铀浸出率仅为64.7％。由此可见，UBK03菌株具有强的浸矿能力，可应用于含硫化物矿石生物浸出中。
权利要求
1.嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290。
2.嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290在氧化二价铁化合物中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于是将二价铁化合物氧化为可溶性三价铁。
4.嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290在含硫化物矿石生物浸出中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述生物浸出是提取含硫化物矿石中的铀。
6.嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03 CGMCC №1290在含氟矿石生物浸出中的应用。
全文摘要
本发明公开了一株嗜酸铁氧化钩端螺旋菌及其应用。本发明所提供的嗜酸铁氧化钩端螺旋菌(LeptospiriLLum ferriphiLum)UBK03已于2005年1月12日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其简称为CGMCC，保藏编号为CGMCC No.1290。该菌株可在低pH值、较高温度下和高矿化度环境条件下生长，并且，具有强的耐F－能力，最大氟离子耐受浓度可达到1.2－1.4g/L，在微生物冶金工业中可以得到广泛应用。
文档编号C22B3/18GK1800362SQ20051012774
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年12月5日
发明者刘亚洁, 李江, 李学礼, 史维浚 申请人:东华理工学院