朱玲

摘 要：硬石膏是一種常見的硫酸鹽礦物，其一般會呈現(xiàn)出厚板狀或者柱狀。在分解硬石膏時，可以通過還原菌來對硬石膏內(nèi)部的多種元素開展的循環(huán)活動加以制約。對還原菌起到的多種作用進行制約可以幫助學(xué)者在地球化學(xué)、礦物學(xué)等相關(guān)學(xué)科研究之中取得突破性的成就。本文主要借助厭氧實驗，對硬石膏以及SRB的激勵以及基本作用過程進行分析。關(guān)鍵詞：硫酸鹽還原菌；粘附作用；硬石膏；分解；影響在眾多可進行開采的礦物之中，硫酸鹽的存在相對比較廣泛，在土壤、沉積巖以及熱液礦床之中均有存在的可能性。其內(nèi)部種類繁多，可知的硫酸鹽礦物已經(jīng)有100多種，其占據(jù)地殼的含量可達到0.1%。在厭氧的化學(xué)條件之下，這種礦物比較容易別分解和還原，其中的S、C元素可以順利地轉(zhuǎn)入其他物相之中，借助地質(zhì)流體進行遷移。本文對能夠?qū)τ彩嗟姆纸饣顒赢a(chǎn)生影響的硫酸鹽還原菌（以下簡稱為SRB）進行研究，重點分析其帶來的分解性影響。1 分解硬石膏實驗完成以下實驗步驟來達到研究SRB的基本粘附作用的實驗?zāi)康模翰捎?50mL血清瓶開展實驗，往其中加入0.544g硬石膏，在持續(xù)通入N2/CO2（V：V=80：20）混合氣體的條件下加入180mL無硫酸鹽培養(yǎng)基，使用無菌注射器抽取20mLSRB菌液，過0.22gm孔徑有機濾膜，棄去濾液，用無菌鑷子將濾膜快速轉(zhuǎn)移至鹽水瓶中，在37℃恒溫搖床中進行為期15d的實驗。實驗中設(shè)立無菌對照組，有菌及無菌組均設(shè)3個重復(fù)。與SRB培養(yǎng)基相比，分解硬石膏培養(yǎng)基除不含Na2SO4與MgSO4外，其余成分保持不變。定期取樣測定溶液pH、氧化還原電位（EoRP）、蛋白質(zhì)、酸可揮發(fā)性硫（AVS）、Ca2+及SO42-。實驗結(jié)束后將固體進行乙醇梯度脫水及戊二醛固定化處理后，采用場發(fā)射掃描電鏡（FE.SEM）觀察其表面形貌及成分特征。取樣時將反應(yīng)瓶搖勻，用無菌注射器取混合液5mL左右，采用MYRON LUltrameter II TM型多功能pH/Eh測定儀進行pH、El0RP的測定；取1H兒混合液加入至25mL血清瓶中，加入濃度為20%的HC1溶液2mL，密閉反應(yīng)20min，使溶液中S2-及H2S。轉(zhuǎn)化為氣態(tài)H2S，從血清瓶頂部抽取1mL氣體，采用氣相分子吸收光譜儀測定c（AVS）。懸浮液中c（SO42-）使用離子色譜儀測定（測試前溶液過0.45p.m混合纖維素濾膜并適當(dāng)稀釋定容）。懸浮液中蛋白質(zhì)）采用福林酚法測定，取0.9mL溶液加入到含有0.1mLNaOH溶液（濃度0.5mol/L）的離心管中，100℃水浴下加熱30min，10000r/min離心3min后取上清液測定。使用原子吸收分光光度計測定溶液中的c（Ca2+）。用帶能譜的FE-SEM觀察固體微觀形貌特征，處理后的固體經(jīng)噴金后觀測。2 基本實驗現(xiàn)象結(jié)束SRB研究實驗之后，發(fā)現(xiàn)了以下實驗現(xiàn)象：無菌組的pH在360h內(nèi)基本穩(wěn)定，初始階段平均pH約為7.05，實驗結(jié)束時約為7.00。SRB組中溶液pH在0～170h內(nèi)變化較小，在7.1左右波動，略高于此階段無菌組溶液的pH，170h后稍有下降，360h時降至6.78左右。在無菌體系中，c（SO42-）及c（Ca2+）持續(xù)上升，實驗結(jié)束時溶液中Ca2+和SO42-的濃度積為10-4.2，與硬石膏的溶度積（10-4.3）相當(dāng)，表明實驗結(jié)束時體系中硬石膏的溶解達到飽和。據(jù)計算，本研究所用培養(yǎng)基中c（PO43-）為2.6×10-3mmol/L，依據(jù)實驗結(jié)束時無菌體系中的PH值（7.0）和c（Ca2+）（8mmol/L），按羥基磷灰石的化學(xué)式（Ca5（PO4）3（OH）），計算其濃度積為1.4×10-29，大于37℃條件下羥基磷灰石的溶度積（2.9×10-42），故此時體系中應(yīng)有磷灰石的生成。SRB實驗中，實驗結(jié)束時溶液中的c（Ca2+）和c（SO42-）均低于無菌實驗，二者的濃度積為10-4.7，小于硬石膏的溶度積，因此相對于硬石膏的溶解度二者的濃度并未達到飽和，還會繼續(xù)溶解。SRB體系中添加的PO43-可以有兩種去處，一是被SRB生長利用，二是與Ca2+反應(yīng)生成磷灰石等鈣磷酸鹽冗淀，圖6b中球狀顆粒的形成即是明證。由此可見，與采用SO42-相比，無論是采用石膏還是硬石膏作為電子受體培養(yǎng)SRB時，降低P的生物可利用性和SRB的增殖能力。3 SRB存在的粘附作用給硬石膏帶來的主要影響在本次SRB應(yīng)用實驗之中，這種復(fù)制會緊緊地粘附在硬石膏的表面部位，在其粘附過程中，菌體的周邊位置會形成溶蝕坑以及溶蝕微孔。在出現(xiàn)了這一類的特殊結(jié)構(gòu)之后，SRB會出現(xiàn)更為明顯的粘附作用，而粘附作用會直接影響到硬石膏材料的分解活動，根據(jù)當(dāng)前已有的研究活動，基本可以確定SRB物質(zhì)存在的分解機制，其具體的分解機制包括以下這幾類：由于SRB屬于還原菌，引起提其代謝物以及菌體本身都會具有負電基團，包括氨基、羧基等。硬石膏材料之中的Ca2+可以與這些基團有效結(jié)合，對硬石膏材料分解產(chǎn)生影響。SRB在實驗過程中會逐漸形成一種菌體礦化的現(xiàn)象，形成新的有機物質(zhì)CO2，在這種物質(zhì)溶于水之后，其局部位置的CO32-物質(zhì)的含量也會升高，形成CaCO3，這種新物質(zhì)生成的過程也會給硬石膏的溶解活動帶去影響。SRB這種還原菌本身就存在電子傳遞體，其中的細胞色素就是極為常見的電子傳遞體。對物質(zhì)的形貌進行研究時發(fā)現(xiàn)。SRB粘附的部分并沒有出現(xiàn)相對清晰可見的沉淀情況，因此上文分析的第二種機制并沒有出現(xiàn)自愛實驗之中。SRB周邊存在溶蝕坑與溶蝕孔，即使硬石膏的體積比較大，其仍舊會出現(xiàn)相對明顯的溶解特征。這種溶解情況主要是在第一種作用機制的影響之下出現(xiàn)的。根據(jù)已有的關(guān)于SRB的實驗研究活動可以了解到，具有難溶特點的硫酸鹽物質(zhì)的分解活動比較容易受到SRB的影響，雖然這種促進溶解的作用是比較確定的，但是其作用的基本機制卻卻不能確定。本次關(guān)于SRB物質(zhì)的粘附作用的測定實驗，已經(jīng)初步證實了其產(chǎn)生的粘附作用可以影響到硬石膏材料的分解活動，及時被應(yīng)用到具有難溶性特點的硫酸鹽礦物之中，其產(chǎn)生的促進分解的作用仍舊比較明顯。其出現(xiàn)這種作用機制主要是受到了陽離子的影響，如果原有材料之中存在較高的堿度，CO32-帶來的溶解促進作用基本可以忽略不計，而其他類型的礦物，如重晶石、天青石與硬石膏相似，同樣具有溶解度比較低的化學(xué)特點，將SRB應(yīng)用到這類礦物物質(zhì)之中時，可以更好地將電子傳遞到礦物之中，使礦物具有更強的分解能力。4 結(jié)束語借助本文的分析可以比較清晰地了解到SRB物質(zhì)給硬石膏這類硫酸鹽物質(zhì)帶來的影響。在應(yīng)用SRB時，硬石膏會出現(xiàn)溶出現(xiàn)象，其會充分地將SO42-，這種內(nèi)部元素溶出，促進電子受體進一步生長，再借助絡(luò)合作用來增加Ca2+沉淀的速度，使這兩種內(nèi)部無毒的濃度積可以被降低，使硬石膏具有更強的溶解能力。SRB可以直接粘附在硬石膏表面，推動硬石膏快速分解。其粘附作用對于硬石膏分解具有極為關(guān)鍵的影響。參考文獻[1]孔殿超，徐亦寒，王進，謝巧勤，周躍飛，陳天虎.硫酸鹽還原菌粘附作用對硬石膏分解的影響[J].礦物學(xué)報，2017，37（4），411-416.[2]張鑫.硫酸鹽還原菌還原分解硫酸鹽礦物的機制及環(huán)境意義[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015[3]徐亦寒.微生物還原分解硫酸鹽礦物和鐵氧化物：礦物溶解性的制約[J].合肥工業(yè)大學(xué)，2017[4]趙健，謝飛，宮克，王丹，王興發(fā)，張鳴倫等.X70管線鋼在硫酸鹽還原菌作用下的應(yīng)力腐蝕開裂行為[J].表面技術(shù)，2017（10），108-114.