芽孢杆菌溶解黄铁矿和磷矿浸出磷研究

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摘要：本文以巨大芽孢杆菌为实验菌种，研究了不同磷矿粉用量、培养时间、培养温度以及转速对细菌培养液中的磷浸出率的影响。结果表明：巨大芽孢菌显著地提高了细菌培养液中磷的浸出率，最高达到4.5%，随着磷矿粉用量增加，磷的浸出率显著降低，pH值逐渐升高；培养时间越长，磷的浸出率越高，培养第10d达到最高值，此后不再明显升高；此外，随着培养温度的升高，磷的浸出率逐渐提高，但超过了28℃则降低，表明28℃时磷的浸出率较高。

关键词：巨大芽孢杆菌；磷矿粉；磷；浸出

中图分类号：Q939.1 文献标识码：A

1 引言

磷大量存在于岩石和矿物中，其主要的矿质形式为磷灰石、羟磷灰石和氧磷灰石，它们构成了磷矿石的主要成分，这些物质为磷肥的生产提供了廉价的原料[1]，但磷作为岩石的一部分，主要特征是不溶性，难以将其中的磷以可溶性磷的形式浸出。因此，了解溶磷细菌对磷矿粉的溶解及对其中磷的浸出作用对开发利用我国丰富的低品位磷矿资源具有极其重要的意义。微生物在自然界磷的循环中起着中心作用，这个循环是通过循环氧化和磷化合物的降解发生的，有报道表明有许多细菌都具有溶解难溶性磷矿粉的能力[2]，其中芽孢杆菌属（Bacillus）是溶解能力较强的细菌种类之一[3]。本文是以巨大芽孢杆菌为研究对象，通过研究其对磷矿粉中磷的浸出能力，为开发利用低品位和边界品位磷矿，实现磷的细菌浸出并转化为磷肥做基础性的工作。近年来，利用微生物技术处理矿产资源的研究非常活跃，其中铜、铀、金的细菌浸出已实现工业应用[4]，目前，微生物在磷矿方面的应用研究也取得了较大进展，已经发现多种细菌、真菌、放线菌等都具有溶磷作用[5-8]，但这些研究的一个共同的问题在于微生物浸矿速度缓慢，浸出率低，这在很大程度上限制了微生物在磷矿中的应用。本文是以巨大芽孢杆菌为研究对象，通过研究其对磷矿粉中磷的浸出能力。具体化学反应式为：

其浸磷的反应：

2 材料与方法

2.1 菌株和磷矿粉

巨大芽孢杆菌（编号：AB97012.Bacillus megaterium ）购自武汉大学菌种保藏中心（CCTCC）。磷矿粉末200－300目，武汉工程大学楚天学者池汝安教授惠赠。牛肉蛋白胨培养基：葡萄糖：10g，KCl：0.3g，（NH4）2SO4：0.5 g，加水定容至1000mL，pH 7.0，琼脂。

2.2 实验方法

取100ml三角瓶，每瓶加如细菌培养液30mL，并分别向每瓶加入磷矿粉0.06g、0.15g、0.30g、0.75g、1.2g，用量分别达到2g/L、5g/L、10g/L、25g/L、40g/L，灭菌待用。将巨大芽孢杆菌接种到牛肉蛋白胨培养基于15℃、20℃、28℃、35℃、40℃下培养一段时间后刮下制成孢子悬浮液。取1mL，分别接种到三角瓶中，所有处理重复三次。接种后于指定温度，一定的转速下恒温摇床培养，不同时间内取样，采用磷钼黄比色法 （UV-2102 紫外分光光度计 ，波长 420 nm）测定上清液中磷的含量。磷的浸出率以100g磷矿粉所溶解出的水溶性磷量表示。培养液酸度的测定采用酸度计（DELTA-320 pH计）直接测定培养液中的pH值。

3 实验结果

3.1 磷矿粉用量对细菌培养液中磷的浸出率的影响

磷矿粉用量对细菌培养液中磷的浸出率的影响实验结果见图1：

Fig.1 Effect of leaching rate of ground phosporite amount used to bacterium nutrient fluid inphosphorus

由图1可知，磷矿粉用量对细菌培养液中磷的浸出率和PH的影响见图2。从图2可知：磷矿粉用量越大，磷的浸出率越低（见图1），这表明在细菌培养液中，虽然磷矿粉用量增加在一定程度上提高了细菌培养液中磷的总量，但是却使细菌的溶磷活性大幅度降低，从而使细菌的产酸能力下降，磷的浸出率降低。

磷矿粉用量对细菌培养液pH的影响见图2：

图2 磷矿粉用量对细菌培养液pH的影响

Fig.2 Effect of ground phosporite amount used to bacterium nutrient fluid pH

3.2 培养温度对细菌培养液中磷的浸出率的影响

培养温度对细菌培养液中磷的浸出率的影影响见图3：

Fig.3 Effect of leaching rate of raise temperature to bacterium nutrient fluid in phosphorus

图3表明：在15℃～28℃之间，细菌培养液中磷的浸出率随温度的升高而增大；在28℃～40℃之间，细菌培养液中磷的浸出率随温度的升高而减小。当温度为28℃，细菌培养液中磷的浸出率较高。

3.3 培养时间对细菌培养液中磷的浸出率的影响

培养时间对细菌培养液中磷的浸出率的影响见图4：

Fig.4 Effect of leaching rate of different raise time to bacterium nutrient fluid in phosphorus

由图4可知：不同的培养时间磷的浸出率也不同。从第2天开始，随着培养时间的增加，磷的浸出率直线升高；到第10天，磷的浸出率达到最大值，此后磷的浸出率不再明显升高，并持续在一个相对平稳的水平。这说明细菌的溶磷活性主要表现在2～10d的培养期间，由于碳源物质耗竭，培养时间过长菌体不再生长繁殖。

3.4 转速对细菌培养液中磷的浸出率的影响

转速对细菌培养液中磷的浸出率的影响见图5：

Fig.5 Effect of leaching rate of rotate speed to bacterium nutrient fluid in phosphorus

图5表明：当转速小于180 r/min 时，细菌培养液中磷的浸出率随转速的升高而增大；当转速超过180 r/min 时，细菌培养液中磷的浸出率随温度的升高而减小。

3.5 确定较佳实验

对于以上4个实验的每个最佳值，做一确定实验，实验平行3组，求出磷的浸出率，再与前4个实验的数据进行比较。磷的浸出浓度分别为4.5%、3.8%、3.9%，数据较高。

4 结语

巨大芽孢杆菌能明显促进细菌培养液中磷的浸出，具有一定的溶解磷矿粉浸出磷的能力。磷矿粉用量、培养时间、培养温度等不同，磷的浸出率也不相同。通过实验表明，磷的浸出较优的工艺条件为：磷矿粉的用量为2 g/L，培养温度为28 ℃，培养时间为10 d，振荡器转速为180 r/min，磷的浸出率最高可达到4.5%。其它工艺参数有待于进一步研究。

参考文献

[1]Halder A K，Mishra A K，Bhattachryya P，Chakrabartty P K.Solubilization of rock phosphate by Rhizobium and Bradyrhizbium[J].J Gen Appl Microbiol，1990，36：81-92.

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[3]Hilda Rodriguez，Reynaldo Fraga.Phosphate solubilizing bacteria and sheir role in plant growth promotion[J].Biotechnology Advances，1999，17：319-339.

[4]唐云，桂斌旺，刘全军.细菌浸出的试验研究[J].有色矿冶， 2000，16（6）：23-28.

[5]林启美，赵海英，赵小蓉.4株溶磷细菌和真菌溶解磷矿粉的特性[J].微生物学通报， 2002，29（6）：24-28.[6]Roychoudhury， P.， Kaushik， B.D.Solubilization of Mussoorie rock phosphate by cyanobacteria [J]. Curr. Sci， 1989， 58： 569-570.

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