三种不同浸矿体系中细菌种群结构的DGGE分析

论文摘要

DGGE（变性梯度凝胶电泳）技术目前被广泛应用于分析微生物的种群组成。本文利用该技术对硫化镍矿摇瓶培养,硫化铜矿搅拌浸出和柱浸三种浸矿体系进行了细菌种群结构的分析,并探索了浸矿体系中细菌种群结构与浸出率之间的关系。为了初步了解浸矿体系中浸矿细菌的种群组成,本研究利用可培养方法对浸矿体系进行了探索,分离到四十株浸矿细菌,并对其中十四株进行了Fe2+氧化率的测定。此后,挑选其中Fe2+氧化率较高的三株菌株YK12,YK9,YK14,进行了硫化铜矿浸出率的测定,其中YK12菌株铜浸出率最高为58.82%。对8株不同Fe2+氧化率菌株进行16S rRNA基因序列分析表明,它们均属于嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株。为了探索浸矿体系中细菌的组成及演替,本文对基因组DNA提取,PCR扩增和DGGE等方法进行了优化。在提取基因组方面,通过分级分离浓缩获得菌体,再提取基因组DNA；在PCR扩增方面,采用热启动降落PCR扩增16S rRNA基因高可变区片段；在DGGE方面,所获得的电泳条件为：聚丙烯酰胺凝胶浓度为6%,变性胶梯度为30%-50%,电压为100V,电泳时间为9小时。利用以上优化的方法,对硫化铜矿和硫化镍矿的摇瓶培养、搅拌浸出和柱浸三个浸矿体系进行了细菌种群结构的DGGE分析。硫化铜矿柱浸样品DGGE图谱得到六个不同的条带,而摇瓶培养和搅拌浸出分别仅获得一个和三个条带。对所有条带进行克隆测序及系统进化分析表明,它们均与A. ferrooxidans菌株的16S rRNA基因序列有最高的同源性。结合DGGE分析及浸出率结果表明,三种浸矿体系中,浸矿细菌的种群均为嗜酸氧化亚铁硫杆菌。在柱浸体系中,嗜酸氧化亚铁硫杆菌种群组成相对复杂,有比较明显的菌群演替现象,但浸出率较低。搅拌浸出和摇瓶培养浸矿体系中的嗜酸氧化亚铁硫杆菌种群组成简单,浸出率高,浸矿体系中浸出率增长的变化与细菌生长量具有的较明显的相关性。本文主要利用DGGE技术对人工环境的三种浸矿体系中浸矿细菌的群落组成进行了探索,有助于进一步了解浸矿体系中浸矿细菌的组成及演替,为监控及优化浸矿条件,提高浸出率奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图和附表清单
• 第一章 前言
• 1.1 微生物湿法冶金的现状及类型
• 1.1.1 微生物湿法冶金技术应用的现状
• 1.1.2 微生物浸矿的实验室研究方法
• 1.2 浸矿微生物的种类
• 1.2.1 嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）
• 1.2.2 嗜酸氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）
• 1.2.3 嗜热嗜酸硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）
• 1.2.4 铁氧化钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）
• 1.2.5 铁氧化酸微菌（Acidimicrobium ferooxidans）
• 1.2.6 嗜热硫氧化芽孢杆菌（Sulfobacillus thermosufidooxidans）
• 1.2.7 嗜酸硫化芽孢杆菌（Sulfobacillus acidophilus）
• 1.2.8 嗜酸铁原体菌（Ferroplasma acidiphilum）
• 1.2.9 勤奋生金球菌（Metallosphaera sedula）
• 1.2.10 金属硫化叶菌（Sulfolobus metallicus）
• 1.3 微生物浸矿机理的研究
• 1.3.1 直接和间接浸出机理
• 1.3.2 微生物浸出过程的电化学行为
• 1.4 浸矿微生物多样性的研究方法及国内外研究现状
• 1.4.1 传统的培养方法
• 1.4.2 分子生物学方法
• 1.4.3 国内外研究现状
• 1.5 立题依据
• 第二章 低品位黄铜矿搅拌浸出和柱浸浸矿体系中细菌的分离鉴定及其特性研究
• 2.1 菌株的分离和保藏
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 分离培养基
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 实验结果
• 2.2 菌株的16SRRNA基因序列分析
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 实验结果
• 2.2.5 讨论
• 2+氧化活性及浸矿效果比较'>2.3 菌株FE²⁺氧化活性及浸矿效果比较
• 2.3.1 材料
• 2.3.2 培养基
• 2.3.3 实验方法
• 2.3.4 实验结果
• 2.3.5 讨论
• 第三章 PCR-DGGE技术应用于人工环境浸矿体系中条件的优化
• 3.1 材料
• 3.2 方法
• 3.2.1 低丰度基因组DNA提取方法的优化
• 3.2.2 PCR扩增条件的优化
• 3.2.3 变性梯度凝胶电泳条件的优化
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 低丰度DNA提取方法的优化
• 3.3.2 PCR扩增条件的优化
• 3.3.3 变性梯度凝胶电泳条件的优化
• 3.4 讨论
• 3.4.1 基因组DNA的提取条件的优化
• 3.4.2 PCR扩增条件的优化
• 3.4.3 DGGE条件的优化
• 第四章 人工环境不同浸矿体系菌群结构的DGGE分析及其与浸出率的相关性
• 4.1 材料
• 4.2 方法
• 4.2.1 基因组DNA的提取
• 4.2.2 16S rRNA基因序列的特异性PCR扩增
• 4.2.3 DGGE电泳
• 4.2.4 DGGE回收条带的PCR扩增
• 4.2.5 克隆测序及进化树的构建
• 4.2.6 浸出率的测定
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 硫化铜矿搅拌浸出浸矿体系
• 4.3.2 硫化铜矿柱浸浸矿体系
• 4.3.3 摇瓶培养硫化镍矿样品
• 4.4 讨论
• 4.4.1 硫化铜矿搅拌浸出浸矿体系
• 4.4.2 硫化铜矿柱浸浸矿体系
• 4.4.3 硫化镍矿摇瓶培养浸矿体系
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录
• 附录B 主要试剂及其设备