朱玲

摘 要：硬石膏是一种常见的硫酸盐矿物，其一般会呈现出厚板状或者柱状。在分解硬石膏时，可以通过还原菌来对硬石膏内部的多种元素开展的循环活动加以制约。对还原菌起到的多种作用进行制约可以帮助学者在地球化学、矿物学等相关学科研究之中取得突破性的成就。本文主要借助厌氧实验，对硬石膏以及SRB的激励以及基本作用过程进行分析。关键词：硫酸盐还原菌；粘附作用；硬石膏；分解；影响在众多可进行开采的矿物之中，硫酸盐的存在相对比较广泛，在土壤、沉积岩以及热液矿床之中均有存在的可能性。其内部种类繁多，可知的硫酸盐矿物已经有100多种，其占据地壳的含量可达到0.1%。在厌氧的化学条件之下，这种矿物比较容易别分解和还原，其中的S、C元素可以顺利地转入其他物相之中，借助地质流体进行迁移。本文对能够对硬石膏的分解活动产生影响的硫酸盐还原菌（以下简称为SRB）进行研究，重点分析其带来的分解性影响。1 分解硬石膏实验完成以下实验步骤来达到研究SRB的基本粘附作用的实验目的：采用250mL血清瓶开展实验，往其中加入0.544g硬石膏，在持续通入N2/CO2（V：V=80：20）混合气体的条件下加入180mL无硫酸盐培养基，使用无菌注射器抽取20mLSRB菌液，过0.22gm孔径有机滤膜，弃去滤液，用无菌镊子将滤膜快速转移至盐水瓶中，在37℃恒温摇床中进行为期15d的实验。实验中设立无菌对照组，有菌及无菌组均设3个重复。与SRB培养基相比，分解硬石膏培养基除不含Na2SO4与MgSO4外，其余成分保持不变。定期取样测定溶液pH、氧化还原电位（EoRP）、蛋白质、酸可挥发性硫（AVS）、Ca2+及SO42-。实验结束后将固体进行乙醇梯度脱水及戊二醛固定化处理后，采用场发射扫描电镜（FE.SEM）观察其表面形貌及成分特征。取样时将反应瓶摇匀，用无菌注射器取混合液5mL左右，采用MYRON LUltrameter II TM型多功能pH/Eh测定仪进行pH、El0RP的测定；取1H儿混合液加入至25mL血清瓶中，加入浓度为20%的HC1溶液2mL，密闭反应20min，使溶液中S2-及H2S。转化为气态H2S，从血清瓶顶部抽取1mL气体，采用气相分子吸收光谱仪测定c（AVS）。悬浮液中c（SO42-）使用离子色谱仪测定（测试前溶液过0.45p.m混合纤维素滤膜并适当稀释定容）。悬浮液中蛋白质）采用福林酚法测定，取0.9mL溶液加入到含有0.1mLNaOH溶液（浓度0.5mol/L）的离心管中，100℃水浴下加热30min，10000r/min离心3min后取上清液测定。使用原子吸收分光光度计测定溶液中的c（Ca2+）。用带能谱的FE-SEM观察固体微观形貌特征，处理后的固体经喷金后观测。2 基本实验现象结束SRB研究实验之后，发现了以下实验现象：无菌组的pH在360h內基本稳定，初始阶段平均pH约为7.05，实验结束时约为7.00。SRB组中溶液pH在0～170h内变化较小，在7.1左右波动，略高于此阶段无菌组溶液的pH，170h后稍有下降，360h时降至6.78左右。在无菌体系中，c（SO42-）及c（Ca2+）持续上升，实验结束时溶液中Ca2+和SO42-的浓度积为10-4.2，与硬石膏的溶度积（10-4.3）相当，表明实验结束时体系中硬石膏的溶解达到饱和。据计算，本研究所用培养基中c（PO43-）为2.6×10-3mmol/L，依据实验结束时无菌体系中的PH值（7.0）和c（Ca2+）（8mmol/L），按羟基磷灰石的化学式（Ca5（PO4）3（OH）），计算其浓度积为1.4×10-29，大于37℃条件下羟基磷灰石的溶度积（2.9×10-42），故此时体系中应有磷灰石的生成。SRB实验中，实验结束时溶液中的c（Ca2+）和c（SO42-）均低于无菌实验，二者的浓度积为10-4.7，小于硬石膏的溶度积，因此相对于硬石膏的溶解度二者的浓度并未达到饱和，还会继续溶解。SRB体系中添加的PO43-可以有两种去处，一是被SRB生长利用，二是与Ca2+反应生成磷灰石等钙磷酸盐冗淀，图6b中球状颗粒的形成即是明证。由此可见，与采用SO42-相比，无论是采用石膏还是硬石膏作为电子受体培养SRB时，降低P的生物可利用性和SRB的增殖能力。3 SRB存在的粘附作用给硬石膏带来的主要影响在本次SRB应用实验之中，这种复制会紧紧地粘附在硬石膏的表面部位，在其粘附过程中，菌体的周边位置会形成溶蚀坑以及溶蚀微孔。在出现了这一类的特殊结构之后，SRB会出现更为明显的粘附作用，而粘附作用会直接影响到硬石膏材料的分解活动，根据当前已有的研究活动，基本可以确定SRB物质存在的分解机制，其具体的分解机制包括以下这几类：由于SRB属于还原菌，引起提其代谢物以及菌体本身都会具有负电基团，包括氨基、羧基等。硬石膏材料之中的Ca2+可以与这些基团有效结合，对硬石膏材料分解产生影响。SRB在实验过程中会逐渐形成一种菌体矿化的现象，形成新的有机物质CO2，在这种物质溶于水之后，其局部位置的CO32-物质的含量也会升高，形成CaCO3，这种新物质生成的过程也会给硬石膏的溶解活动带去影响。SRB这种还原菌本身就存在电子传递体，其中的细胞色素就是极为常见的电子传递体。对物质的形貌进行研究时发现。SRB粘附的部分并没有出现相对清晰可见的沉淀情况，因此上文分析的第二种机制并没有出现自爱实验之中。SRB周边存在溶蚀坑与溶蚀孔，即使硬石膏的体积比较大，其仍旧会出现相对明显的溶解特征。这种溶解情况主要是在第一种作用机制的影响之下出现的。根据已有的关于SRB的实验研究活动可以了解到，具有难溶特点的硫酸盐物质的分解活动比较容易受到SRB的影响，虽然这种促进溶解的作用是比较确定的，但是其作用的基本机制却却不能确定。本次关于SRB物质的粘附作用的测定实验，已经初步证实了其产生的粘附作用可以影响到硬石膏材料的分解活动，及时被应用到具有难溶性特点的硫酸盐矿物之中，其产生的促进分解的作用仍旧比较明显。其出现这种作用机制主要是受到了阳离子的影响，如果原有材料之中存在较高的碱度，CO32-带来的溶解促进作用基本可以忽略不计，而其他类型的矿物，如重晶石、天青石与硬石膏相似，同样具有溶解度比较低的化学特点，将SRB应用到这类矿物物质之中时，可以更好地将电子传递到矿物之中，使矿物具有更强的分解能力。4 结束语借助本文的分析可以比较清晰地了解到SRB物质给硬石膏这类硫酸盐物质带来的影响。在应用SRB时，硬石膏会出现溶出现象，其会充分地将SO42-，这种内部元素溶出，促进电子受体进一步生长，再借助络合作用来增加Ca2+沉淀的速度，使这两种内部无毒的浓度积可以被降低，使硬石膏具有更强的溶解能力。SRB可以直接粘附在硬石膏表面，推动硬石膏快速分解。其粘附作用对于硬石膏分解具有极为关键的影响。参考文献[1]孔殿超，徐亦寒，王进，谢巧勤，周跃飞，陈天虎.硫酸盐还原菌粘附作用对硬石膏分解的影响[J].矿物学报，2017，37（4），411-416.[2]张鑫.硫酸盐还原菌还原分解硫酸盐矿物的机制及环境意义[D].合肥工业大学，2015[3]徐亦寒.微生物还原分解硫酸盐矿物和铁氧化物：矿物溶解性的制约[J].合肥工业大学，2017[4]赵健，谢飞，宫克，王丹，王兴发，张鸣伦等.X70管线钢在硫酸盐还原菌作用下的应力腐蚀开裂行为[J].表面技术，2017（10），108-114.