細(xì)菌促進(jìn)碳酸鹽礦物形成的機(jī)理研究.pdf

1、碳酸鹽礦物的形成有可能伴隨著大氣CO2的固定。因而，該過(guò)程被認(rèn)為是全球碳循環(huán)的重要過(guò)程之一。研究表明，很多細(xì)菌能夠在微觀尺度上改變?nèi)芤旱幕瘜W(xué)性質(zhì)，被動(dòng)或積極地創(chuàng)造出CaCO3的過(guò)飽和條件。研究細(xì)菌促進(jìn)碳酸鹽礦物形成的機(jī)理有助于豐富土壤的形成理論，有利于利用礦物捕獲技術(shù)固定大氣CO2的研究。同時(shí)，該領(lǐng)域的研究還有可能為尋找地外生命提供重要的線索，并且在運(yùn)用微生物誘導(dǎo)碳酸鹽礦物形成的功能對(duì)紀(jì)念碑等觀賞性石質(zhì)材料的風(fēng)化表面進(jìn)行環(huán)境友好的修復(fù)方

2、面已顯現(xiàn)出美好的前景。目前，對(duì)細(xì)菌促進(jìn)碳酸鹽礦物形成的機(jī)理等問(wèn)題尚有許多不清楚之處。
　　鑒于碳酸鹽的微生物礦化研究所具有的重要意義和目前研究中存在的不足，本文利用不同的培養(yǎng)基（B4和LV）和不同的培養(yǎng)方式（好氧和兼性厭氧）從土壤中篩選出五種細(xì)菌，分別進(jìn)行了碳酸鹽的細(xì)菌礦化實(shí)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)置了無(wú)菌及滅活菌對(duì)照實(shí)驗(yàn)。本文試圖通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，闡明細(xì)菌作用下碳酸鹽礦物的種類和形態(tài)隨時(shí)間的演化規(guī)律，并揭示礦物成核位點(diǎn)等方面的信息，為深刻理解細(xì)

3、菌作用下碳酸鹽礦物的形成過(guò)程及其機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)兩株兼性厭氧細(xì)菌MH18菌株和GW-M菌株都具有促進(jìn)碳酸鹽礦物形成的能力，在含Mg2+的體系中均形成高鎂方解石。在GW-M菌株的誘導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)后期還形成了少量文石。三株好氧細(xì)菌GW-1、GW-2和GW-3均有促進(jìn)礦物形成的能力。它們可以利用空氣中的CO2或在體系中不存在CO32-和HCO3-的條件下，利用細(xì)菌釋放的CO2形成礦物。三株好氧細(xì)菌

4、的成礦能力依次為:GW-2＞GW-1＞GW-3。
　　(2)在GW-2和GW-3菌株作用下形成的礦物種類和形態(tài)均有差異。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，在GW-2菌株作用下形成的沉淀物經(jīng)歷方解石→方解石+球霰石的演化，礦物形態(tài)基本無(wú)變化，均為三角形或片狀堆積物構(gòu)成的集合體;在GW-3菌株作用下形成的沉淀物經(jīng)歷非晶態(tài)碳酸鈣→球霰石的演化，形態(tài)從不規(guī)則狀→球形。
　　(3)Mg2+影響礦物種類。GW-2菌株在不合Mg2+的B4培養(yǎng)基中形成方

5、解石+球霰石;在含Mg2+的B4培養(yǎng)基中形成的礦物則全部為單水碳鈣石。
　　(4)培養(yǎng)方式（靜置和振蕩）對(duì)礦物種類無(wú)影響，但影響礦物形態(tài)（或大?。?。靜置和振蕩培養(yǎng)方式下，GW-1和GW-2菌株在B4培養(yǎng)基中均誘導(dǎo)形成了方解石，而在GW-3菌株作用下生成了球霰石。靜置培養(yǎng)方式下，在GW-1和GW-2菌株誘導(dǎo)下形成的礦物形態(tài)較為單一;振蕩培養(yǎng)方式下，形成的礦物形態(tài)較為多樣，包括啞鈴形、球形、花菜形和桿狀礦物。兩種培養(yǎng)方式下，在GW-3

6、菌株誘導(dǎo)下生成的均為球形礦物，但靜置培養(yǎng)中形成的礦物明顯較大。
　　(5)細(xì)菌與培養(yǎng)基的接觸方式影響礦物種類。X-射線衍射圖譜(XRD)和紅外光譜(FTIR)的測(cè)定結(jié)果均表明，無(wú)透析袋實(shí)驗(yàn)中有球霰石生成，透析袋外無(wú)球霰石生成，這說(shuō)明球霰石的生成可能與細(xì)菌體有某種成因上的聯(lián)系。此外，與細(xì)菌直接接觸能促進(jìn)礦物更快地結(jié)晶。透析袋外沉淀經(jīng)歷非晶態(tài)碳酸鈣→方解石的演化，無(wú)透析袋實(shí)驗(yàn)中生成的沉淀物一開(kāi)始便結(jié)晶良好。
　　(6)GW-M菌