銅離子濃度對(duì)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)特性和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響

葉茂友，嚴(yán)蘋方，孫水裕, 2，韓大建，莊圣煒，鄭 莉，黃紹松

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銅離子濃度對(duì)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)特性和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響

葉茂友1，嚴(yán)蘋方1，孫水裕1, 2，韓大建1，莊圣煒1，鄭 莉1，黃紹松1

(1. 廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510006；2. 廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，佛山 528216)

通過研究Cu2+濃度對(duì)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌()生長(zhǎng)特性的影響，得到在不同Cu2+濃度下菌的生長(zhǎng)曲線，探究不同Cu2+濃度對(duì)培養(yǎng)液中細(xì)菌濃度、pH、亞鐵濃度和氧化還原電位的影響。結(jié)果表明：菌對(duì)Cu2+具有一定的耐受能力；當(dāng)培養(yǎng)液中(Cu2+)≤0.5 g/L時(shí)，Cu2+對(duì)菌的生長(zhǎng)活性影響較??；當(dāng)(Cu2+)在1.0~2.0 g/L之間變化時(shí)，菌的生長(zhǎng)活性開始受到Cu2+的影響，出現(xiàn)明顯的延遲效應(yīng)，Cu2+開始抑制細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖；當(dāng)(Cu2+)≥3.5 g/L 時(shí)，菌生長(zhǎng)完全受到抑制，幾乎停止生長(zhǎng)。隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的增加，菌生長(zhǎng)活性受到的抑制作用也增大。依據(jù)Monod方程推導(dǎo)并建立了菌在不同Cu2+濃度下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，各動(dòng)力學(xué)曲線的相關(guān)性較好，表明動(dòng)力學(xué)方程能較好地描述不同Cu2+濃度對(duì)氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)的影響。

嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌；銅離子；生長(zhǎng)特性；生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)

隨著社會(huì)的發(fā)展，礦物資源日漸貧乏，在富礦、易處理礦資源日漸減少、環(huán)保要求不斷提高、現(xiàn)代工業(yè)和科技發(fā)展對(duì)金屬的需求與日俱增的條件下，低品位礦的開發(fā)利用，越來越受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視[1?4]。利用傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法來提取低品位的硫化礦中的金屬是比較困難和昂貴的[5]。生物浸出方法具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、環(huán)境友好等特點(diǎn)[6]，逐漸成為研究的熱點(diǎn)[7?9]。目前，生物浸出技術(shù)主要應(yīng)用于低品位的銅礦的開采[10?12]。

生物浸出是通過微生物從礦石上提取有用金屬的選礦方法，利用微生物在生命活動(dòng)中自身的氧化和還原特性，使資源中的有用成分氧化或還原，以水溶液中離子態(tài)或沉淀的形式與原物質(zhì)分離。在生物浸出過程中，礦石中金屬被細(xì)菌氧化浸出，溶解進(jìn)入溶液，一定量的金屬離子對(duì)于細(xì)菌生長(zhǎng)是必需的，但是當(dāng)溶液中的金屬濃度超過細(xì)菌生長(zhǎng)耐受范圍時(shí)，過高的滲透壓以及金屬離子與細(xì)菌的作用等因素會(huì)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。大量研究表明過量的金屬離子對(duì)浸礦細(xì)菌—氧化亞鐵硫桿菌(，)一般都具有一定的毒性，溶液中的重金屬離子會(huì)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)[13?14]，從而抑制生物浸出。金屬離子和其他影響因素對(duì)氧化亞鐵硫桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響已有報(bào)道[15?17]，但從動(dòng)力學(xué)方面考察Cu2+濃度對(duì)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響卻鮮見報(bào)道。

本文作者通過研究不同Cu2+濃度培養(yǎng)條件下的菌生長(zhǎng)過程，考察Cu2+對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)活性的影響；利用存在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的Monod模型，獲得不同Cu2+濃度培養(yǎng)條件下的菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，為生物浸出含銅硫化礦的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)菌種：實(shí)驗(yàn)所用的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(，)菌株來源于廣東省某礦山的酸性礦坑廢水，采用9K培養(yǎng)基進(jìn)行分離，利用9K固體培養(yǎng)基進(jìn)行純化，實(shí)驗(yàn)室保存，用于試驗(yàn)。經(jīng)檢測(cè)菌株與ATCC23270同源性為99%。

實(shí)驗(yàn)儀器：北京瑞利UV?2100 型紫外分光光度計(jì)；上海一恒?THZ?98C型恒溫振蕩器；島津(Shimadzu)AUY120型電子分析天平；梅特勒?托利多(Mettler Toledo)DELTA320型酸度(pH)計(jì)及雷磁PHS?25型氧化還原電位計(jì)；奧林巴斯(Olympus)CX41型相差顯微鏡。

實(shí)驗(yàn)藥品：硫酸(H2SO4)，硫酸銨[(NH4)2SO4]，氯化鉀(KCl)，磷酸氫二鉀(K2HPO4)，硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，硝酸鈣[Ca(NO3)2]，硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)，硫酸銅(CuSO4·5H2O)，所有的藥品都為分析純，購(gòu)買于廣州化學(xué)試劑廠。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

9K培養(yǎng)基[18?19]：3.0 g (NH4)2SO4、0.1 g KCl、0.5 g K2HPO4、0.5 g MgSO4·7H2O、0.01 g Ca(NO3)2溶于去離子水 700 mL中，pH 用 1:1 H2SO4調(diào)為 2.0，在 121 ℃滅菌處理2 0 min；取44.7 g FeSO4·7H2O溶于300 mL無菌水中，用1:1 H2SO4調(diào)節(jié) pH=2.0，用0.22 μm濾膜的針管過濾器過濾除菌，然后與上述培養(yǎng)基混合。

1.2 分析方法

利用酸度(pH)計(jì)進(jìn)行pH的測(cè)定；利用氧化還原電位計(jì)進(jìn)行氧化還原電位(Oxidation-reduction potential，ORP)的測(cè)定；采用UV?2100型紫外可見分光光度計(jì)，通過鄰菲啰啉分光光度法進(jìn)行Fe2+濃度的測(cè)定[20?21]。Fe2+與鄰菲啰啉發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，產(chǎn)生橙紅色的絡(luò)合物，在510nm處測(cè)量吸光度，計(jì)算Fe2+濃度。細(xì)菌活體數(shù)采用血球計(jì)數(shù)法進(jìn)行細(xì)菌濃度的測(cè)定[22]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

在250 mL錐形瓶中裝入100 mL 9K培養(yǎng)液中，加入適量Cu2+，將培養(yǎng)后的菌(菌種濃度達(dá)1×108mL?1)接入錐形瓶中，置于30℃、160 r/min的恒溫振蕩器內(nèi)培養(yǎng)。定時(shí)測(cè)定培養(yǎng)液中的pH、ORP、細(xì)菌濃度、Fe2+濃度。定期期補(bǔ)加蒸餾水彌補(bǔ)損耗的水分。同時(shí)設(shè)置不加Cu2+的空白實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

1.4 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型

綜合氧化亞鐵硫桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，選擇Monod方程[15, 23?24]作為菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，該方程表達(dá)形式如下：

表1 氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)條件

故式(1)可以寫成

2 結(jié)果與討論

2.1 Cu2+濃度對(duì)氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)活性的影響

通過改變培養(yǎng)基中Cu2+濃度，研究Cu2+濃度對(duì)菌生長(zhǎng)過程的影響，實(shí)驗(yàn)過程中細(xì)菌濃度及Fe2+濃度((Fe2+))隨時(shí)間的變化如圖 1和2 所示。

研究結(jié)果表明，當(dāng)培養(yǎng)基中Cu2+濃度增加會(huì)抑制菌的生長(zhǎng)，濃度越大，抑制作用越明顯；當(dāng)培養(yǎng)液中Cu2+濃度上升時(shí)，開始產(chǎn)生延遲效應(yīng)，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。當(dāng)培養(yǎng)液中不存在Cu2+時(shí)，菌在12 h后開始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，48 h后開始進(jìn)入穩(wěn)定期，F(xiàn)e2+的氧化18 h后開始進(jìn)入快速氧化階段，到54 h時(shí)Fe2+基本氧化完全；當(dāng)(Cu2+)≤0.5g/L時(shí)，Cu2+對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)活性影響很小，Cu2+沒有對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖造成不良影響，菌出現(xiàn)約3 h的延遲效應(yīng)，培養(yǎng)液中Fe2+的氧化也相應(yīng)地出現(xiàn)了一些延遲效應(yīng)；當(dāng)(Cu2+)=1.0 g/L時(shí)，菌生長(zhǎng)受到抑制已經(jīng)比較明顯，停滯期明顯增加，培養(yǎng)30 h后細(xì)菌才開始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，F(xiàn)e2+的氧化也持續(xù)地明顯延遲；當(dāng)(Cu2+)=2.0g/L時(shí)，停滯期延長(zhǎng)至54 h，菌對(duì) Fe2+氧化活性顯著降低，細(xì)菌經(jīng)過60 h后，才進(jìn)入Fe2+快速氧化階段,當(dāng)(Cu2+)≥ 3.5g/L時(shí)，菌的生長(zhǎng)繁殖受到了極大抑制，細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖基本處于停止?fàn)顟B(tài)，部分菌體死亡，培養(yǎng)液中Fe2+的氧化率很低，Cu2+對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)活性影響很大，影響細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。Cu2+是細(xì)菌蛋白和酶的組成成分，是必需的微量元素，一般以輔基的形式參與細(xì)胞內(nèi)的代謝[25]，少量Cu2+對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)不會(huì)造成影響。但是隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的不斷上升，菌的停滯適應(yīng)期不斷增長(zhǎng)，微生物體內(nèi)ATP酶的活性不斷降 低[26]，Cu2+能夠與細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合，Cu2+進(jìn)入細(xì)胞后與酶上的—SH基結(jié)合而使其活性不斷降低或失去活性，或與代謝中間產(chǎn)物結(jié)合而使代謝受阻，或取代細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的主要元素，使正常的代謝物變?yōu)闊o效的化合物，細(xì)菌的生長(zhǎng)變得越來越緩慢，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致細(xì)菌死亡[27]。同時(shí)隨著 Cu2+質(zhì)量濃度的上升，培養(yǎng)液中的滲透壓也同時(shí)增大，進(jìn)而影響細(xì)菌正常的生理功能Cu2+濃度越大，對(duì)菌生長(zhǎng)的阻礙越大。當(dāng)細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境中存在較高濃度Cu2+時(shí)，細(xì)菌會(huì)經(jīng)過一定的改變和調(diào)整代謝途徑以適應(yīng)新環(huán)境。但是這種適應(yīng)性一般是有限度的、暫時(shí)的，也可能是永久性的。

圖1 不同 Cu2+濃度下細(xì)菌濃度的變化曲線

圖2 不同 Cu2+濃度下ρ(Fe2+)隨時(shí)間的變化曲線

2.2 Cu2+濃度對(duì)培養(yǎng)ORP和pH的影響

在不同Cu2+濃度范圍內(nèi)，考察培養(yǎng)液的pH和ORP的變化情況，菌培養(yǎng)液的pH值和ORP隨培養(yǎng)時(shí)間的變化如圖3和4所示。

由圖3可知，在不同 Cu2+濃度下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，pH值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。培養(yǎng)液中不含Cu2+時(shí)，培養(yǎng)液中的pH值在30h時(shí)達(dá)到最大值(pH=2.55)；當(dāng)培養(yǎng)液中(Cu2+)=0.5g/L時(shí)，pH值在36 h達(dá)到最高值(pH=2.56)，當(dāng)培養(yǎng)液中(Cu2+)為1.0 g/L和2.0 g/L時(shí)，pH值分別在48和78 h達(dá)到最高值(pH=2.55和2.60)；當(dāng)培養(yǎng)液中(Cu2+)≥3.5 g/L時(shí)，pH最高值的出現(xiàn)時(shí)間更加延后。隨著溶液中Cu2+濃度的增加，培養(yǎng)液pH達(dá)到最大值的時(shí)間出現(xiàn)了延遲。

菌生長(zhǎng)過程中的主要化學(xué)反應(yīng)如下[28?30]：

Fe2++H++1/4O2→Fe3++1/2H2O (4)

Fe3++H2O→FeOH2++H+(5)

FeOH2++H2O→Fe(OH)2++H+(6)

Fe3++H2O→1/2Fe2(OH)42++H+(7)

1/2Fe2(OH)42++2H2O→Fe(OH)3+2H+(8)

Fe(OH)3+4/3SO24?+Fe3++H2O+2/3NH4+→

2/3NH4Fe3(SO4)2(OH)6+H+(9)

3Fe3++2SO42?+6H2O→KFe3(SO4)2(OH)6+6H+(10)

在細(xì)菌培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)液的 pH開始呈上升趨勢(shì)，由于Fe2+氧化成Fe3+過程中會(huì)消耗H+(見式(4))，從而在培養(yǎng)開始階段出現(xiàn)pH上升的現(xiàn)象；當(dāng)培養(yǎng)一段時(shí)間后，細(xì)菌進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)期后，F(xiàn)e3+發(fā)生連續(xù)的水解反應(yīng)，培養(yǎng)液中開始出現(xiàn)黃銨鐵礬[NH4Fe3- (SO4)2(OH)6]或者黃鉀鐵礬[KFe3(SO4)2(OH)6]沉淀，釋放出H+(見式(5)~(10))，使pH開始下降，在細(xì)菌生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期后，pH下降到2.20左右。細(xì)菌生長(zhǎng)活性越強(qiáng)，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+的速率越快，pH上升得越快，隨后pH值下降也越快。Cu2+濃度越大，對(duì)菌生長(zhǎng)的抑制越大，細(xì)菌生長(zhǎng)活性受到抑制，pH的變化就會(huì)出現(xiàn)明顯的延遲現(xiàn)象。

培養(yǎng)液中的ORP值變化規(guī)律如圖4所示。由圖4可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，ORP值呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，菌將培養(yǎng)液中的 Fe2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+濃度增加，(Fe3+)/(Fe2+)比值增加，導(dǎo)致溶液氧化還原電位上升[15]。隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的升高，ORP值上升出現(xiàn)延滯現(xiàn)象，培養(yǎng)液中Cu2+濃度越低，ORP上升的越快。經(jīng)過一段時(shí)間后，ORP值也開始趨于比較穩(wěn)定，穩(wěn)定在540~550 mV左右。當(dāng)(Cu2+)≥3.5g/L，菌的生長(zhǎng)受到很大抑制，ORP值上升的很緩慢，基本處于停滯狀態(tài)。隨著Cu2+濃度增加，Cu2+抑制了菌的生長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)Fe2+的氧化能力降低，培養(yǎng)液中(Fe3+)/(Fe2+)比值隨Cu2+濃度的增加而降低。

圖3 不同 Cu2+濃度下pH隨時(shí)間的變化曲線

圖4 不同Cu2+濃度下ORP隨時(shí)間的變化曲線

2.3 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定

參考相關(guān)的方法求解動(dòng)力學(xué)方程，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，確定不同Cu2+濃度下細(xì)菌的最大比生長(zhǎng)速率m、Monod飽和常數(shù)M、Cu2+抑制常數(shù)I。

細(xì)菌比生長(zhǎng)速率利用兩點(diǎn)法求解，其滿足如下方程：

實(shí)驗(yàn)采用等間隔時(shí)間取點(diǎn)分析[15?16]，綜合上面的公式可以簡(jiǎn)化為

式中：為培養(yǎng)液中的細(xì)菌濃度(L?1)，為培養(yǎng)時(shí)間(h)。

對(duì)于動(dòng)力學(xué)模型，可以變形為

不同 Cu2+濃度下菌動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解曲線如圖 5 所示。對(duì)1/?1/(Fe2+)作圖，曲線的截距為1/′m，的截距為?1/M，從而求出′m和M的值?？梢詮那€求解得到的細(xì)菌生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)′m和M?？瞻讓?shí)驗(yàn)培養(yǎng)液中不含有Cu2+，因此，可認(rèn)為空白實(shí)驗(yàn)的′m=m=0.2204 h?1。

圖 5 中各動(dòng)力學(xué)曲線的相關(guān)性較好，2都大于0.978，證明所得動(dòng)力學(xué)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較的吻合。由表2可知，M值基本不變，抑制劑對(duì)酶催化反應(yīng)速率的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中M值是保持恒定的，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中抑制劑的濃度只影響m的值，而不影響M值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制結(jié)論相符。I和m均發(fā)生不同程度的變化，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)選擇的培養(yǎng)液中Cu2+濃度條件有關(guān)。表2中I的數(shù)值大小表示菌對(duì)Cu2+的親和力的大小，隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的增加，菌對(duì)Cu2+的親和力也相應(yīng)增大，導(dǎo)致培養(yǎng)液中Cu2+的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用也相應(yīng)增加，I值減小，I值的下降表明其抑制程度增加[15, 23]。隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的增加，Cu2+抑制作用隨之增加。Cu2+通常能與酶的控制部位中的—SH作用，改變酶的空間結(jié)構(gòu)，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。抑制劑Cu2+濃度越大，形成不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的EI(酶—抑制劑復(fù)合物)或IES(底物?酶?抑制劑三元復(fù)合物)越多，m降低的程度越顯著。由于m降低，酶的反應(yīng)速率也相應(yīng)減小。抑制劑Cu2+的結(jié)合可導(dǎo)致酶活性中心的構(gòu)型發(fā)生改變，削弱了底物(Fe2+)和酶活性中心的結(jié)合，即減小了最大反應(yīng)速率m。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的強(qiáng)弱取決于抑制劑的絕對(duì)濃度，因而不能用增大底物濃度的辦法來消除非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用[23]。

圖5 不同Cu2+濃度下A. f菌的動(dòng)力學(xué)曲線

表2 A.f菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)值

3 結(jié)論

1) 不同 Cu2+濃度下嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌的細(xì)菌濃度和(Fe2+)隨時(shí)間的變化結(jié)果表明：菌對(duì)Cu2+具有一定的耐受能力，隨著培養(yǎng)液中的Cu2+濃度的增加，菌生長(zhǎng)繁殖的受到的阻礙越大，Cu2+濃度越大，菌受到的抑制作用越明顯。Cu2+進(jìn)入細(xì)胞后與酶上的—SH基結(jié)合，造成微生物體內(nèi)ATP酶的活性不斷降低，細(xì)菌的生長(zhǎng)變得越來越緩慢，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致細(xì)菌死亡。隨著Cu2+質(zhì)量濃度的上升，培養(yǎng)液中的滲透壓也同時(shí)增大，進(jìn)而影響細(xì)菌正常的生理功能。

2) 不同Cu2+濃度下嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌的pH和 ORP隨時(shí)間的變化結(jié)果表明：pH值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+過程中消耗H+使pH上升，然后Fe3+發(fā)生水解反應(yīng)，并釋放出H+使pH開始下降；ORP呈現(xiàn)逐步上升，最后達(dá)到平穩(wěn)，F(xiàn)e2+氧化為Fe3+，培養(yǎng)液中(Fe3+)/(Fe2+)比值增加，導(dǎo)致ORP上升。隨著Cu2+濃度的增加，細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制，pH和ORP的變化出現(xiàn)了明顯的延遲現(xiàn)象。

3) 考察了不同Cu2+濃度下，嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌的細(xì)菌濃度和(Fe2+)隨時(shí)間的變化，利用基于存在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的Monod方程，建立了菌在不同Cu2+濃度下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程模型，得到4個(gè)Cu2+濃度下菌生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值。結(jié)果表明：隨著 Cu2+濃度的增加，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用增加，削弱了底物(Fe2+)與酶活性中心的結(jié)合，I和m逐漸減小，表明在一定Cu2+濃度下(低于2.0 g/L時(shí))，菌才能正常生長(zhǎng)。

REFERENCES：

[1] LI Shu-zhen, ZHONG Hui, HU Yue-hua, ZHAO Jian-cun, HE Zhi-guo, GU Guo-hua. Bioleaching of a low-grade nickel–copper sulfide by mixture of four thermophiles[J]. Bioresource Technology, 2014, 153: 300?306.

[2] 劉欣偉, 胡文韜, 李浩然, 馮雅麗. 高鎂型低品位硫化鎳礦浸出工藝及機(jī)理[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2014, 24(6): 1599?1606. LIU Xin-wei, HU Wen-tao, LI Hao-ran, FENG Ya-li. Leaching process and mechanism of high magnesium low-grade nickel sulfide ore[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(6): 1599?1606.

[3] 謝紅艷, 王吉坤, 路 輝, 嵇曉滄, 楊世誠(chéng). 加壓浸出低品位錳礦的工藝[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2013, 23(6): 1701?1711. XIE Hong-yan, WANG Ji-kun, LU Hui, JI Xiao-cang, YANG Shi-cheng. Technique of pressure leaching low grade manganese ore[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(6): 1701?1711.

[4] LI Chang-xin, ZHONG Hong, WANG Shuai, XUE Jian-rong, WU Fang-fang, ZHANG Zhen-yu. Manganese extraction by reduction-acid leaching from low-grade manganese oxide ores using CaS as reductant[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(4): 1677?1684.

[5] ZHU Jian-yu, LI Qian, JIAO Wei-feng, JIANG Hao, SAND Wolfgang , XIA Jin-lan, LIU Xue-duan, QIN Wen-qing, QIU Guan-zhou, HU Yue-hua, CHAI Li-yuan. Adhesion forces between cells oforand chalcopyrite[J]. Colloids and Surfaces B, 2012, 94: 95?100.

[6] CHEN Shen-yi, LIN Jih-gaw. Enhancement of metal bioleaching from contaminated sediment using silver ion[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 161: 893?899.

[7] MOGHADDAM M Y, SHAFAEI S Z, NOAPARAST M, ARDEJANI F D, ABDOLLAHI H, RANJBAR M, SCHAFFIE M, MANAFI Z. Empirical model for bio-extraction of copper from low grade ore using response surface methodology[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(12): 4126?4143.

[8] 郝曉東, 曾偉民, 彭堂見, 胡 琪, 梁伊麗, 尹華群, 邱冠周, 劉學(xué)端. 高通量測(cè)序技術(shù)分析不同溫度下贊比亞低品位銅礦生物浸出過程中的微生物多樣性[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(9): 2558?2564. HAO Xiao-dong, ZENG Wei-min, PENG Tang-jian, HU Qi, LIANG Yi-li, YIN Hua-qun, QIU Guan-zhou, LIU Xue-duan. Analysis of microbial diversity during bioleaching of low grade copper ore from Zambia using high-throughput sequencing technology at different temperatures[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(9): 2558?2564.

[9] 顧幗華, 陳明蓮, 蘇麗君, 李建華, 胡岳華, 邱冠周. 氧化亞鐵硫桿菌對(duì)黃銅礦表面性質(zhì)及其浸出的影響[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 41(3): 807?812. GU Guo-hua, CHEN Ming-lian, SU Li-jun, LI Jian-hua, HU Yue-hua, QIU Guan-zhou. Effects ofon surface properties of chalcopyrite and bioleaching[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2010, 41(3): 807?812.

[10] 王進(jìn)龍, 王 軍. 國(guó)內(nèi)某露天剝離低品位銅礦石的生物柱浸研究[J]. 礦產(chǎn)保護(hù)與利用, 2015, 6: 27?30. WANG Jin-long, WANG Jun. Experimental research on column bioleaching of a low grade copper ore of an open pit in China[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2015, 6: 27?30.

[11] PRADHAN N, NATHSARMA K C, RAO K S, SUKLA L B, MISHRA B K. Heap bioleaching of chalcopyrite: A review[J]. Minerals Engineering, 2008, 21: 355?365.

[12] 喻連香, 周 丹, 石麗娟, 王玉光, 曾偉民, 邱冠周. 國(guó)內(nèi)某低品位難選銅礦的生物浸出研究[J]. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2014, 14(10): 1861?1864. YU Lian-xiang, ZHOU Dan, SHI Li-juan, WANG Yu-guang, ZENG Wei-min, QIU Guan-zhou. Bioleaching of some low grade refractory copper ore[J]. Progress in Modern Biomedicine, 2014, 14(10): 1861?1864.

[13] 謝鑫源, 孫培德, 樓菊青, 郭茂新, 馬王鋼. 模擬電鍍污泥重金屬浸出液對(duì)氧化亞鐵硫桿菌活性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(1): 209?216. XIE Xin-yuan, SUN Pei-de, LOU Ju-qing, GUO Mao-xin, MA Wang-gang.Effect of simulated heavy metal leaching solution of electroplating sludge on the bioactivity of[J]. Environmental Science, 2013, 34(1): 209?216.

[14] 趙雪淞, 石倩倩, 李彩霞, 張孝松. 鎳離子對(duì)氧化亞鐵微螺菌和喜溫嗜酸硫桿菌活性的影響[J]. 硅酸鹽通報(bào), 2016, 35(1): 306?309. ZHAO Xue-song, SHI Qian-qian, LI Cai-xia, ZHANG Xiao-song. Effect of nickel ions on activity ofand[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2016, 35(1): 306?309.

[15] 劉欣偉, 馮雅麗, 李浩然, 蔡震雷, 楊志超. 鎂離子濃度對(duì)氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(8): 2353?2359. LIU Xin-wei, FENG Ya-li, LI Hao-ran, CAI Zhen-lei, YANG Zhi-chao. Effect of magnesium ion concentration on growth kinetics of[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(8): 2353?2359.

[16] 汪智姝, 陳 曉, 李萬全, 徐紹霞, 張永奎. 高鐵濃度下氧化亞鐵硫桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)[J]. 化工進(jìn)展, 2007, 26(10): 1475?1478. WANG Zhi-shu, CHEN Xiao, LI Wan-quan, XU Shao-xia, ZHANG Yong-kui. Growth kinetics ofat high iron concentration[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2007, 26(10): 1475?1478.

[17] CABRERA G, GOMEZ J M, CANTERO D. Kinetic study of ferrous sulphate oxidation offerrooxidans in the presence of heavy metal ions[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2005, 36: 301?306.

[18] 馬 駿, 汪菊香, 武 彪, 溫建康, 尚 鶴, 武名麟. 晶體結(jié)構(gòu)對(duì)黃銅礦、黃鐵礦生物浸出差異性影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(10): 2898?2904. MA Jun, WANG Ju-xiang, WU Biao, WEN Jian-kang, SHANG He, WU Ming-lin. Effects of crystal structure on differences of chalcopyrite and pyrite bioleaching[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2898?2904.

[19] 聶紅燕, 朱能武, 楊婷婷, 張嘉妮. 嗜酸性細(xì)菌對(duì)廢舊線路板浸出的吸附行為及動(dòng)力學(xué)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(5): 1471?1476. NIE Hong-yan, ZHU Neng-wu, YANG Ting-ting, ZHANG Jia-ni.Adsorption behavior and kinetics of adcidophilic bacteria on the leaching of waste printed circuit boards[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2015, 35(5): 1471?1476.

[20] NGUYEN V K, LEE M H, PARK H J, LEE J U. Bioleaching of arsenic and heavy metals from mine tailings by pure and mixed cultures of.[J]. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2015, 21: 451?458.

[21] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局, 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì). 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M]. 4版.北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002: 368?370. State Environmental Protection Administration, Editorial Committee of Analysis in Water and Wastewater. Analysis in water and wastewater[M]. 4th ed. Beijing: China Environmental Science Press, 2002: 368?370.

[22] 鄭 莉, 黃紹松. 環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 2012: 47?49. ZHENG Li, HUANG Shao-song. Environmental microbiology experiment[M]. Guangzhou: South China University of Technology Press, 2012: 47?49.

[23] 李再資, 黃肖容, 謝逢春. 生物化學(xué)工程基礎(chǔ)[M]. 3版.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011: 110?111. LI Zai-zi, HUANG Xiao-rong, XIE Feng-chun. Biochemical engineering fundamentals[M]. 3rd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2011: 110?111.

[24] 戚以政, 夏 杰, 王炳武. 生物反應(yīng)工程[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009: 19?21. QI Yi-zheng, XIA Jie, WANG Bing-wu. Biological response engineering[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009: 19?21.

[25] 何云曉, 嚴(yán)萬里, 陳曉明, 楚士晉. Cu2+、Fe3+對(duì)微生物生長(zhǎng)及去除溶液中Cr(Ⅵ) 的影響研究[J].安全和環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 13(8): 37?41. HE Yun-xiao, YAN Wan-li, CHEN Xiao-ming, CHU Shi-jin. Influence of Cu2+, Fe3+on the growth of microbes and removal of Cr(Ⅵ) in the solution[J]. Journal of Safety and Environment, 2013, 13(8): 37?41.

[26] 鄧 蓉, 張小云, 張夢(mèng)雪, 廖美霞, 曾子寧. 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)及其影響因素[J]. 湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(4): 67?71. DENG Rong, ZHANG Xiao-yun, ZHANG Meng-xue, LIAO Mei-xia, ZENG Zi-ning. The cultivation ofand the investigation of influencing factors[J]. Natural Science Journal of Xiangtan University, 2014, 36(4): 67?71.

[27] 李洪枚, 柯家駿. Cu2+對(duì)氧化亞鐵硫桿菌()生長(zhǎng)活性的影響[J]. 黃金, 2000, 21(27): 27?29. LI Hong-mei, KE Jia-jun. Effect of Cu2+on the growth and activity of[J]. Gold, 2000, 21(27): 27?29.

[28] 邱冠周, 柳建設(shè), 王淀佐, 徐 競(jìng). 氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)過程鐵的行為[J]. 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 29(3): 226?228. QIU Guan-zhou, LIU Jian-she, WANG Dian-zuo, XU Jing. Iron behavior in growth of[J]. Journal of Central South University of Technology, 1998, 29(3): 226?228.

[29] 鄭 宇, 邸進(jìn)申, 劉艷華, 李英杰, 胡 濱. 氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)過程中沉淀的研究[J]. 生物技術(shù), 2005, 15(2): 66?69. ZHENG Yu, DI Jin-shen, LIU Yan-hua, LI Ying-jie, HU Bin. Study of precipitation produced during culture of[J]. Biotechnology, 2005, 15(2): 66?69.

[30] OJUMU T V, PETERSEN J. The kinetics of ferrous ion oxidation byin continuous culture: The effect of pH[J]. Hydrometallurgy, 2011, 106: 5?11.

(編輯 龍懷中)

Effect of copper ion concentration on growth activity and kinetics of

YE Mao-you1, YAN Ping-fang1, SUN Shui-yu1, 2, HAN Da-jian1, ZHUANG Sheng-wei1, ZHENG Li1, HUANG Shao-song1

(1. School of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China; 2. Guangdong Polytechnic of Environmental Protection Engineering, Foshan 528216, China)

The effect of initial copper ion concentration on the growth activity ofwas investigated, and the bacterial growth curves, bacteria concentration, pH, ferrous concentration and oxidation-reduction potential in the culture solution were obtained at different Cu2+concentrations. The results show that to some extentis tolerant to copper ion. When cultured in 9K medium containing(Cu2+)≤0.5 g/L, little effect on the growth and activity ofis brought to copper ion. When(Cu2+) is 1.0?2.0 g/L, the growth and activity ofare obviously influenced by copper ion and appear delayed effects, and then copper iron begins to inhibit the bacterial growth. When the concentration of copper ion is over 3.5 g/L, the inhibiting effect on activity ofis completely inhibited, bacteria almost stops growing. With the increase of Cu2+concentration in the culture medium, the inhibiting effect on growth activity ofincreases.Based on the model of Monod function, the growth kinetics equation ofat different copper iron concentration is built up. The correlation of kinetic curve is better, which shows that the kinetics equation can well describe the growth ofat different initial copper iron concentrations.

; copper ion; growth activity; growth kinetics

Projects(2015A030308008, 2015A030310143) supported by the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China; Project(2016A040403068) supported by the Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, China; Project(2016AG100482) supported by the Science and Technology Innovation Project of Foshan, China

2015-11-10; Accepted date:2016-04-18

SUN Shui-yu; Tel: +86-20-39322037; E-mail: sysun@gdut.edu.cn

1004-0609(2016)-10-2238-08

Q935

A

廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015A030308008，2015A030310143)；廣東省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016A040403068)；佛山市科技創(chuàng)新項(xiàng)目資助(2016AG100482)

2015-11-10；

2016-04-18

孫水裕，教授，博士；電話：020-39322037；E-mail: sysun@gdut.edu.cn