（微生物学专业论文）蜡样芽孢杆菌芽孢与金矿藏关系初探.pdf

摘要 利用第四纪土壤微生物蜡样芽孢杆菌助c 力坩p 盯p 坩芽孢计数法可以指示下 伏基岩的金矿化。本文详细叙述了湖北省嘉鱼县蛇屋山金矿区壤中蜡样芽孢杆菌 的菌落计数方法，对甘露醇一卵黄一多粘菌素琼脂培养基( m y p ) 上菌落的特征和 耐p 培养基上反应呈阳性的细菌种类、土样处理过程( 离心和稀释) 、计数方法等影 响土壤中蜡样芽孢杆菌的菌落计数的因素进行了详细的分析，从方法学方面做了改 进。通过重金属离子a u ”、a f 、c u “、z n “、m n 2 + 与最鲫伽相互作用的实验，探 讨重金属离子与丑c p 阳淞芽孢计数的本质联系，从而为解决该找矿法的理论基础提 供依据。结果表明：低浓度的重金属离子不能促进蜡样芽孢杆菌转化成芽孢；当离子 的浓度升高到一定范围时，则对蜡样芽孢杆菌的生长产生抑制作用，促使其由营养 体向芽孢转化，使矿化区土壤芽孢计数值很高，从而具有找矿指示意义。 研究了金矿区蜡样芽孢杆菌踟c f l h 5c e r 嘶5 对重金属离子a u 3 + 、a r 、c u 2 + 、z n “ 的耐受性，并探讨蜡样芽孢杆菌芽孢对a m 3 + 的吸附能力。结果表明：蜡样芽孢杆菌 对4 种金属离子a u “、a g + 、c u 2 、z n n 均有不同程度的耐受性，4 8 小时e c 5 0 分别 为0 0 9 pg m l - 1 、0 6 ug 。m l 1 、0 0 8 m g m l 1 和0 0 2 m g m l - 1 ；不同生长阶段 的菌体对重金属离子的敏感性也不同。4 种金属对蜡样芽孢杆菌的毒性大小顺序为 a u ” a g + z n “ c u “。蜡样芽孢杆菌芽孢对a u “的吸附作用是一种快速吸附的过 程，而不受温度变化的影响，最适p h 值为5 。6 。在pi ( a n 3 + ) = 1pg m l - 1 ，pb ( 芽 孢) = 2 m g l 1 ，t = 3 0 ，p h = 5 o ，吸附时间t - 3 0 m i 时，吸附率可达9 2 3 ，吸附 量为2 4 0 m g g 一。 关键词：蜡样芽孢杆菌：微生物找矿；菌落计数；芽孢计数；金矿化；重金 属离子；耐受性：生物吸附 a b s t r a c t t h eq u a t e m a r ys o i lm i c r o o r g a n i s m ，上k d 朋h 5c e 陀“j ，i sr e p o r t e da sa ne f ：f e c t i v e i n d i c a t o r0 ft h eu n d e r l y i n gg o l dm i n e r a 】i z a t i o n t h i sp a p c rp r e s e n t e dp a n i c u l a r l yt h e c o l o n y - c o u n t i n gm e t l l o do f 肋c f 池5c 已陀h si n9 0 l dd 印o s i to fs h e w um 0 u n t “ni nj i a y l l u n t y ， h u b e jp r o v i n c e m a n yf a c t o r sa f f e c t i n gc o u n t i n gr e s u l t s ，s u c ha sc o l d n y m 0 i p h o l o g ya 1 1 dp o s i t i v eb a c t e 矗ac a t e g o r yo nm a l l i l j t o l y e l k p o l y m o x i na g a rm e d i 啪 ( m y p ) ，c e n t r j f i l g a t j d na n dd i l u t i o nj ns a m p l ed e a 】i n gp r o c c s sw e r ca 1 1 a l y s e di nd e t a i l ， a n da ni m p r o v e de n 帆e r a t i v em e t h o dw a sa c q u i r c d t h ee x p e r i m e n t s0 fi n t e r a c t i o n b e 柳e e na u 3 + 、a g + 、c i l 2 + 、z n 2 + 、m n 2 + a ds o i l 且c 伽“ji s o l a t e df r o m9 0 l dm i l l i n gr e 西o n s a n db a c 基孕o u n dr e 西o n sw e r ec 痂c do u tt ov a l i d a t em er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng o l d c o n t e m sa n dt l l es p o r cn u m b e r so f 且即h 占a i i dt os o l i d i 句t h et h e o r c t i c a lb a s i so ft h i s b i o - e x p l o r 撕o nm e 也0 d r e s u l t ss h o w e d ：t h eh e a v ym e “i o n sw 髓as p e c j f i ch i g h c d n c c n t r a t i o ni nc u i t u r es o l u t i o n si sc a p a b i eo fp r o h i b i t i n gt h eg m 叭ho f 丑c e 阳船a i l d p m m o t i n gt h es p o r i l l a t i o n ，w h i c hw i l lr e s u l ti nt h eo c c u r r 伽【c eo fa na b n o r m a le n r i c h m e n t o f 丑c 8 理“ss p o r ec o u n t si ns o i i so v e rt h em i n e r d i z e dr c 百0 n s 豇l e r e f o r e ，t h ec l u s t e ro f h 蟾hs p o r ec o u n t s ，i nt u m ，c a ns e r v ea sa ne x p l o r a 曲nt o o lt ot h es u b s u d a c em i n e t a l d e p o s i t s b i 0 一s o r 撕o na n dt o l e r a i l c eo f 嚣吐c f f ! 琊c e 坨“5t o 吐圮h e a v ym e t a l ss u c ha sa 矿+ 、 a g + 、c l l 抖、z n 。+ w e r es t u d j e di nt l l i sp 印e le m p h a s i sw a s1 a i do nt h ej n t e r a c t i o nb e 懈e e n a u 3 + a d 丑c e 陀“s r e s u l t ss h o w e dt l l a tt h em e t a l l j cs e n s i t i v i t yo f 且c e 陀“sv a r i e d 啪o n gd i 疏r e n t m e t a l s n e4 8 h e c 5 0 w c r e o 0 9 ug 姐l 1 、0 6 ug 强l - 1 、o 0 8 m g 也l - 1 a n do 0 2m g l 1 ，r c s p e c t i v e l yf o r a u 3 + 、a g + 、c u 2 + a n dz n “r e s p e c t i v e l yt 1 l em e t a l l i c s e n s i t i v i t yo fb a c t e r i a ls 妇i n sa l s oc h 锄g e dw i t hb a c t e r i a l 擎o w i n gp h a s e s 。砷et o x i c o r d e ro f t h e4h e a v ym e t a l st o 且c e 旭淞w a sa u 3 + a 矿 z n 2 + c u “1 1 l eb i o s o r p t i o o fb c e 旭“s 妒o r 船o na l l w a sar 印i dp i o c e s s ， m d e p 髓d e mo n 把鼠p e f a 吣i ew m la n o p t 主m u mp hb e 柳e e n5 6 n eb j o - a b s o r p t i v er a t ea l l db i o - a b s 0 i p t i v ec a p a c i t yw o u l d r e a c l l9 2 3 a n d2 4 0m g 菩1 r e s p e 酣v e l yu d e r t h ec o n d i t i 伽so fpi ( a u 3 + k 1 m g 。m l - ， pb ( s p o r c ) = 2m g 。l 1 ，t = 3 0 ，p ha t5 0 ，a n da b s o r p t j v et i m e = 3 0 m i n 1 【e yw o r d s ：肋c f 妇sc e 旭“s ；m i c r o b i a lm i n e r a le x p l o r a l i 0 ；c o l o n yc o u n t i n g ；s p o r e c o u n t ；g o l dd e p o s i t ；h e a v ym e t a li o n ；t o l e r a c e ；b i o s o f p t i o n ； 华中师范大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：g 岳茄耄日期：弘“年 月巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名：氟唬甓 指导教师签名：羡l 剁 日期：嘶岁月印日 日期：沙年一j 1f ( j 日l | 本人已经认真阅读“c a u s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人 的学位论文提交“c a j j s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程” 硕士学位论文 必s t e r st h e s i s 第一章文献综述 由于世界人口增长和对矿产资源需求的增加，找矿难度的日益加大，较为容易 发现的矿产资源早已被开采，世界经济的发展又急需寻找更多的矿产资源作为保 障，于是人们不得不向那些覆盖较深、无地表露头的隐伏矿床进军。 为了寻找那些隐伏矿床，科学家们想方设法。从航空地球物理，空气地球化学、 水地球化学，水系沉积物地球化学、土壤地球化学、岩石地球化学、植物地球化学、 动物地球化学以及混炭地球化学等方面做了许多研究。这些方法虽已日趋完善，然 而，单独使用任何一种方法，都难以对矿床进行全面的刻画。在实际运用中，人们 往往将两、三种找矿方法结合起来实行多面出击、立体定位，这样所收到的效果远 比单个方法强得多。这也许是生物找矿( 包括地植物学，生物地球化学、地动物学 以及微生物找矿学) 重新被人们所重视的原因之一。 利用微生物来寻找地壳中有经济价值的矿床资源，这一想法最早由前苏联地质 学家m o g i l c v s l 【i i 【l 】提出。三十年以后，这种简单、经济的方法被前苏联地质学家成 功的用于石油勘探。同时美国的几家公司也都对这种方法进行了尝试，然而把微生 物作为寻找隐伏金属矿床的重要工具直到1 9 8 5 年才由美国学者w a t t e r s o n 弘1 提出。 之后，微生物找矿受到了国内外许多学者的重视，这方面的研究逐渐增多。 八十年代以来，国外许多学者对蜡样芽孢杆菌芽孢技术找矿法进行了卓有成效 的研究。研究表明，隐伏金矿床上覆土壤中存在明显的蜡样芽孢杆菌( 励c f f 沁 c e m “s ) 或其芽孢计数异常，这种异常可达背景区的3 5 0 0 4 0 0 0 0 倍。他们还利用这 种方法在未知区进行找矿试验，效果十分理想。但在我国，这种方法的研究还刚刚 起步，是找矿方法中的薄弱环节。到目前为止，仅有核工业部( 李珍福等，1 9 9 4 ) 【3 】地质大学( 武汉) 两家单位对该方法进行了零碎的工作。 目前，我国近地表矿产已筛选了一遍又一遍，隐伏矿床的寻找难度也日益加大， 急需寻找一种快速、有效、灵敏、价廉的找矿方法，蜡样芽孢杆菌芽孢计数找矿法 不仅具有上述特点，而且还具有不污染环境，重现性好的优点。因此在已知金矿区 系统进行该方法的研究，不仅可以寻找该方法对金矿化的指示作用及拓宽传统找矿 法的思路，而且能促进生物学与地学的进步结合，及微生物找矿学这一边缘学科 的产生，具有重大的理论价值和现实意义。 1 蜡样芽孢杆菌一般特征 研究表明【4 。】，含多种金属的土壤被大量蜡样芽孢杆菌或能产青霉素的青霉菌所 占领，这些特殊的青霉菌能够使许多有毒的重金属转变成对它们无害的金属螯合 物，因此它们可以在高含量的重金属土壤中繁延。蜡样芽孢杆菌做为适合找矿的物 种，能在富含重金属的土壤中存活的原因有二：( 1 ) 该菌是b 矗c f ，m j 属中抗青霉素 能力最强的种，因此它不会被青霉菌所产生的青霉素杀死：( 2 ) 该菌能够以青霉菌 作为营养，从而保障自己在相对较为恶劣的富含重金属的土壤中有充足的食物来 源。因此丑c e 理“s 在富含重金属的壤微生物群落中具有生态优势，在探矿中具有 重要的应用价值。 b c 仃p “s 在自然界分布广泛，常存在于空气、尘埃、土壤、水及植物中，有时 正常人的粪便中也有且c p 陀淞存在。研究显示，丑c 删淞般无致病性，但有的菌 株对人可引起食物中毒。在遇到恶劣条件时，它能形成芽孢处于休眠状态，以度过 不利于生活的困难时期。其芽孢对热及其它致死因子有较强的抵抗能力。环境条件 适宜时，芽孢萌发，芽孢壳迅速溶解，随即形成营养体细胞。芽孢在自然界中分布 广泛。 1 1 蜡样芽孢杆菌一般生物学特性 1 1 1 形态与染色 蜡样芽孢杆菌是一种好氧的大杆菌，革兰氏染色阳性。菌体粗大( 图1 1 ) ，长 4 - 5 微米，宽1 o 1 2 微米，两端较平整。芽孢椭圆形，位于菌体中间或略偏一端， 不突出菌体。无荚膜，有鞭毛能运动。 图l - l ，蜡样芽孢杆菌部分分离株的电镜照片图 1 2 蜡样芽孢杆菌菌落的形态 h 9 1 - l勘c l 掘行c 删s 缸d5 p o 咒；u n d e fc k d f o & - m i 呻s p e f 培l - 2如c m o 辱h o b 吕y 缱b 口c 豇n 吐c # 腭心 1 ，1 2 培养特性 需氧，也能在厌氧环境中生长。最适生长温度为1 0 3 7 ，适宜的p h 值为 7 o 一& o e 经3 0 2 4 小时培养后，在普通琼脂平板上的茵落( 如图1 2 ) 直径可这 4 - 6 m m ，呈乳白色，不透明，边缘不整齐，迎光呈自蜡样。液体培养基中呈均匀混 硕士学位论文 融s t e rs 蟠i s 浊，并有膜，振荡时均匀分散。 杆状菌有成链的趋势，链的稳定性决定了茵落的形态，在不同的菌株中菌落 形态变化很大。由于卵黄反应呈阳性，该菌在卵黄琼脂培养基中易于与其他细菌 相区别。 1 2 生化特性 衰l 一1 芽孢杆菌属种鉴别特征( 据伯杰氏细菌鉴定手册修改) 嘲 蜡样芽孢杆菌 炭疽芽孢杆菌苏云金鞠杆菌e 太芽孢杆菌 菌体( 微米) 1 ，o 1 2 1 。0 1 i 0 f r i i 丁 宽度( 微米) 3 - 5 3 53 52 5 细胞内蛋白晶体 一 + 芽孢 椭圆 + + 圆 一 中央或近中央 + + 细菌涨大 。 从阿拉伯糖、木 糖、和甘露醇产酸 一 一 d n 0 一，n 0 2 一 + + + d 卵黄反映 + + 厌氧洋菜生长 + + + o 0 0 1 溶菌酶 生长 + + + 柠檬酸盐洋菜上 产碱 + d + + 生长温度 最高 3 5 4 54 0 4 0 - 4 s 3 5 4 5 最低 1 0 - 2 0 1 5 2 0 1 5 - 2 0 3 2 0 分解酪氮酸 + d d d 运动性d dd + ：9 0 - 1 0 0 的菌株阳性；。：9 0 - 1 0 0 的菌株阴性：d ：反应不同1 1 8 9 的菌株阳性。 能分解葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、水杨素、蕈糖，不分解乳糖、甘露醇、鼠李糖、 木糖、阿拉伯糖、肌醇、侧金盏花醇。i m c 实验：、+ 、+ 、+ 。不产生硫化 氢，不分解尿素，牛乳，牛乳产酸凝固后渐胨化，明胶液化，卵凝脂阳性。不要求 维生素。在复杂的培养基中能呈厌氧生长，葡萄糖和硝酸盐可促进厌氧生长。与其 它芽孢杆菌的区别如表1 1 所示。 2 利用微生物找矿的基本原理 2 1 微生物找矿的生物学依据 众所周知，微生物在自然界中的作用十分活跃。土壤中的微生物生活在土壤颗 粒的液膜上，由于土壤是基岩经过风化及成土作用后的产物，因此土壤微生物的变 化可以反映土壤的化学组成，甚至在一定程度上还可以反映下伏基岩的特征。实验 研究证实，酶对生物经常可以接触蓟的元素( 如钙等) 缺乏活性；相反，生物平常 较少接触到的那些元素如汞，则对酶有很强的刺激性。自然界某一个离子对细菌的 毒性大小与细菌接触到这个元素的机率大小有关，而细菌接触到某个元素的机率又 与该元素在地壳中的丰度成正比i 。生物的主要结构和作用强烈地受生活环境中 所接触到元素的地壳丰度的限制，即所谓的化学毒性。通常，地壳丰度较低的金属 元素如h g ( 微生物接触到它们的机率就小。微生物对它们的适应性就弱，其对微 生物和其他生物的危害性远比地壳丰度较高的金属元素如c a 要大1 9 】。d u x b u r y ( 1 9 8 1 ) 【1 3 l ，r o s e 等( 1 9 7 9 ) 【1 4 l 早就发现h 叠、q 、c i l 、n i 、z n 对生活在菲矿化 土壤中的微生物的毒害性，同这些元素在地壳中的丰度成反比。一般情况下，微生 物会被土壤中含量较高的重金属离子杀死。但是，生活于重金属含量较高环境中的 微生物对重金属会逐渐产生一定的抵抗能力，从而慢慢适应环境而存活下来。由于 微生物对重金属的这种抵抗力会随生物种类的不同而变化，因此只有对金属抵抗力 很强的微生物才能在重金属含量较高的这些极端环境( 如矿区等) 占据主导地位。 这是微生物找矿法的生物学依据，它与当前倍受人们关注的极端环境的微生物研究 密切相关。 2 2 微生物找矿的地球化学依据 金属矿床附近( 如上覆土壤) 出现某些元素的强烈富集是不足为奇的。g o t ta i l d m c c a n i l y ( 1 9 6 6 ) 【1 5 j 发现，在e l y ，n c v a d a 铜矿床附近碲、银、砷、铜出现强烈富 集，w a t t e r s o nc ta 1 ( 1 9 7 7 ) 0 1 6 j 也发现土壤中碲含量达到几个ug m l 一，便可以成为附 近矿化最重要的标志。hw l 破i n ( 1 9 7 9 ) f 1 7 】也指出些极稀有的元素会在金属矿 床附近强烈富集。尽管它们的绝对含量不是很高，但这种元素在矿体附近相对富集 的程度正是地球化学勘探的核心所在。矿床附近由于稀有元素的这种楣对宫集又会 使微生物所生存的土壤环境与周围产生显著差异，从而导致土壤中的微生物类别也 不同于周围环境中的微生物。这是微生物找矿法的地球化学依据。 元素对微生物的危害性及元素在矿床附近的富集程度是利用微生物找矿最基 本的理论基础( w a l t e r s o n ，1 9 8 5 ) 1 2 1 ，即微生物找矿的生物学和地球化学依据。稀 有的又可以被生物吸收的元素对细菌及其他生物的毒害性最大。因此元素对细菌的 毒害性大致与这些元素在矿床附近的富集程度成比例。在矿床附近只有那些对重金 属具有抵抗力的微生物才能成活。对特定的矿种来讲，成矿元素富集的程度最大， 该元素对微生物的影响或选择作用也应最强，因此在特定矿种的矿床上方的土壤中 势必有其特定的微生物组成和优势种属，丽其优势种属韵数量便可以指示矿化区或 矿化异常区( 这些对微生物来说是一种极端环境) 的存在。 通常情况下，细菌都有是微生物找矿的首选生物，因为它们是所有生物中最原 始、对环境最有适应力的。它们在生物圈的任何地方都可以生长、繁殖。从南极洲 冰冻区到美国黄石国家公署的近1 0 0 的温泉和东太平洋中脊3 0 0 的黑烟囱附近 ( b a r o s s 越dd e m i n g ，1 9 8 3 ) 【，从土壤表层到深海底都有有它们的存在。它们能 通过其它生物所有已知的各种途径获得能量，也能通过细菌本身所特有的机制获取 能量。因此它们就成为微生物找矿的研究焦点。 3 金矿区最船，- 8 船的区域异常分布与金异常的关系 士壤微生物生活在土壤颗粒表面的液膜中，微生物组成可以反映土壤化学组成 的微小变化。芽孢杆菌能形成坚硬的长寿命芽孢，在干燥条件下它们可保留在土壤 中，而且，地表土壤芽孢杆菌计数的异常与地下矿床( a u 、u 、c i i 等) 有关。例如 科罗拉多州e m p i r e 地区含金石英脉矿床上的土壤中，蜡样芽孢杆菌的数量至少要 比非矿化区高一个数量级；加利福尼亚州r e i d 矿山的含金石英脉上的土壤中。蜡样 芽孢杆菌的数量比非矿化区高3 5 0 0 倍之多；内华达州h 0 9r a l l c h 浸染型金矿床土 壤中的蜡样芽孢杆菌数量比非矿化区高4 万倍之多。加拿大c b r 国际生物技术公 司发明了野外用的细菌探金工作箱，在野外就可直接测出蜡样芽孢杆菌芽孢数量， 从而圈出异常区，找出隐伏矿床。该工作箱是利用一种专门结合蜡样芽孢杆菌芽孢 的多细胞株抗体血请。利用蜡样芽孢杆菌找矿的深度可达几公里。 汤显春等人利用芽孢计数法对我国广西金芽金矿床和四川阿西金矿床【1 9 ) ( 如图 1 3 、图1 4 ) 2 个金矿床区的土壤样品进行了分离鉴定，从5 5 份样品中分离到阳性 菌7 3 9 株，从7 3 9 株中挑取1 1 株进行了生理生化特性鉴定，结果证明，该分离株 均为典型的蜡样芽孢杆菌，分析矿区每克土壤中蜡样芽孢杆菌数量最裹可达1 9 0 0 0 余个，与背景矿区比较要高达几百倍至几千倍【2 0 l 。同时对5 5 份土壤也进行了金含 量的分析，结果发现，该菌芽孢异常与金异常有一定空间上的分离，最高峰不在矿 体的正上方是在它的附近，依据这些研究，认为蜡样芽孢杆菌芽孢数是指示金矿床 区金含量多少的一项重要指标。 在广西金牙金矿床和四川阿西金矿床上覆土壤中最卯阳“s 芽孢分布及其金异常 研究结果中，图1 3 显示在金矿体及破碎带上方显示出清晰的蜡样芽孢杆菌芽孢异 常，土壤中芽孢的最高异常值可达1 9 0 0 0 个g ，比外围背景区高几百至几千倍与之 形成对比的是，土壤中的金异常仅是背景区的6 1 0 倍值得研究的是，尽管蜡样芽 孢杆菌芽孢异常区覆盖金矿体，但是该菌的芽孢最高峰并不在矿体的正上方，而在 其附近，并且该异常区土壤中的金异常区有一空间上的分离。m e l c h i o 的工作也发 1 o ；毳 疆爿笋 m o i jf 小* ；o ! ji 1 1 l o ” o 、 p 、i “ o l f ：二= j 一，4u q w i 图1 3 广西金芽金矿床上覆壤中的蜡样芽孢杆菌芽孢的分布及其金异常 f i 9 1 - 3b 孔n l u s c e 咒u s s p o r e 蠲dg o l da 聃m a l y d i s 廿；b u t i i ns o i l sa b o v cj l 皿y a 窑o l dd 叩o s i l o f g u a n g ) 【i ( 1 蜡样芽孢杆菌芽孢；2 金；图中x 为蜡样芽孢杆菌芽孢在土壤中的含量，单位为个g 土壤) 图1 一四川阿西金矿床上覆土壤中的蜡样芽孢杆菌芽孢的分布及其金异常 f i 9 1 4b a d l l u s 嘲删s 印o n 柚d g o l d 柚。脚a l y d i s i 曲u t i o n i ns o j l sa b o v c a x i g o l dd c p o 出o f s i c h u 粕 现过这种现象，认为是局部中毒效应矿床中蜡样芽孢杆菌芽孢异常的形态呈不对称 峰其倾斜方向正好与矿体的倾斜方向一致：图1 4 显示，在矿体顶、底板都检测到 了异常高的蜡样芽孢杆菌芽孢，每克土壤最高值可达1 3 0 0 0 个芽孢，非矿化地段一 般为每克土壤几十个芽孢。值得注意的是。蜡样芽孢杆菌芽孢异常区在矿体的顶板 和底板，而在矿体的正上方其芽孢数较低。土壤中的金与之有相同的趋势，即在矿 体顶板和底板出现异常，而在矿体正上方无明显的异常现象，这点与广西金牙金矿 床的不同。蜡样芽孢杆菌芽孢异常区与土壤中金的异常区也有空间上的分离蜡样芽 孢杆菌芽孢的异常强度比土壤中金的异常强度要大得多。 两个矿区的试验结果均显示，蜡样芽孢杆菌芽孢异常区与土壤中的金异常区存 在空间上的分离，即它们之间有联系，但非简单线性关系因此利用传统的多变量分 析方法，如线性相关、主成分分析法来分析金异常与蜡样芽孢杆菌芽孢异常的关系 存在问题，异常波动也较大，有待进一步深入研究。 土壤中的蜡样芽孢杆菌芽孢异常只出现在矿区( 矿体上方及其附近) ，雨在非矿 区则没有异常，这表明该菌的芽孢异常与下伏基岩金矿化有密切的关系，而且该异 常明显，异常区与背景区可相差几百至几千倍，比土壤中的金异常强度大得多，可 以对金的异常起到放大作用，使我们更清晰地对金异常进行分析。因此蜡样芽孢杆 菌法很适合于远景区内的找矿。许多学者都研究过金属矿区微生物分布与金属的关 系，主要有金、铜、铀、等等，一致认为在矿区微生物与金属的分布具有一定的联 系，但不是单纯的线性关系，矿区微生物对金属的分布具有一定的指示作用。 4 最船，e w 及其芽孢聚集金的作用方式 牛桂兰，汤显毒【2 1 j 等人对5 株各地金矿床区蜡样芽孢车于菌进行了孢壁蛋白 s d s p a g e 图谱及聚类分析，发现具有聚金作用的蜡样芽孢杆菌，虽然来源于不同 的金矿床区，但它们之间在分类学上关系相近，与同一属具有杀虫活性的苏云金芽 孢杆菌在分类学上相差较远。进一步说明了具有聚金作用的蜡样芽孢杆菌拥有共同 的生物学特征。 4 1 矗c 肿s 主动聚集金的作用方式 4 1 1 沉积作用 蜡样芽孢杆菌形成芽孢时产生某些特殊物质，该物质能和溶液中的金发生化学 反应，沉积作用是该物质反应形成不溶的金属化合物的过程。 4 1 2 在& c 肿s 芽孢的细胞内和细胞表面的累积作用 在细胞内聚集金的过程首先是由于物理化学作用金被吸附到细胞表面【2 2 】，接着 依赖能量转运系统运送金进入细胞内。这种能量转运系统是运输代谢需要的钾、镁 等金属进入细胞内的。然而细胞的这种能量运送系统不能区别电荷相同的是否为 代谢需要的金属，所以在细胞内可能累积有毒的重金属。如s t ra l l d b e r g 【2 3 】报道，铀、 镭和铯累积到假单孢菌的胞内。用电子显微镜观察到这些金属在细胞内形成稠密的 沉淀。又如p 0 0 l e y 试验证明银在化能自养的硫杆菌细胞表面的累积，形成金属硫化 物，其重量为细胞干重的2 5 。 4 1 3 氧化还原作用 氧化还原分别是金属价态的增加或减少。常规下氧化还原反应需要有代谢作用 的细胞参加怛有些金属离子还原也不定由活细胞完成，也可能是被动发生的) 。 氧化还原作用对金聚集起举足轻重的作用。 4 1 4 甲基化和脱甲基化作用 由特定的细菌用以转运其生活环境中金属的一种方式。使溶液和土壤中的某些 金属变成气态。 4 2 被动发生的聚金作用 4 2 1 胞外络合作用 当细菌细胞产生某些物质并分泌到胞外时，有些物质具有络合金属的能力。它 们可以是鳌合剂。鳌合剂的产生需要活性代谢的细胞或产生聚合物有关酶的存在， 一经形成后，这些物质聚金是被动发生的。 4 2 2 金键合到细胞壁上 金连接到细胞壁上可有3 种作用机制：即离子交换反应、沉淀作用和络合作用。 蜡样芽孢杆菌芽孢具有键合金的细胞壁结构。细胞壁聚集金的性质和能力与细胞壁 的化学成分和结构有关。其细胞壁有一层很厚的网状的肽聚糖结构，是细胞壁表面 存在的磷壁酸质和糖醛酸磷壁酸质在接到网状的肽聚糖上。磷壁酸质的磷酸二脂和 糖醛酸磷壁酸质的羧基使细胞壁带负电荷，具有离子交换的性质，能够与溶液中带 正电荷的金离子进行交换反应。这就是细胞壁聚集金的主要作用机制。 5 可能影响量c e ，_ e “s 芽孢计数找矿法的因素 5 1 矿床外部因素与芽孢计数间的关系 5 1 1 气候与土壤类型 。土壤类型与气候关系密切。研究区的气候条件( 如温度、降水量等) 相对不利 于微生物繁殖的地区，芽孢的数量相对要多。研究显示( 李珍福等，1 9 9 4 ) 【3 1 ，在 相对潮湿的土壤环境中，芽孢的数量要比干旱环境的少。需要指出的是，气候因素 的变化都是区域隆的而非局部的，因此，它对芽孢计数的影响也是区域性的，仅对 芽孢计数的背景值有明显的影响，而对其异常分布的影响不大。 土壤的p h 值是影响且c e ”“5 生长的一个相当重要的因素。微生物学研究表明 b c e r e h 5 能够生存的p h 值范围为5 7 7 2 ，即从弱酸性到弱中性范围。弱碱性有利 于丑c e 圮“s 芽孢的萌发，对最c g r 淞芽孢的保存不利。中性最有利于且陀“s 芽孢 的萌发，也有利于8 c e 地“5 生长。弱酸性环境不适于8 能r 淞芽孢萌发。 5 1 2 地形 从各个矿区所有剖面的芽孢计数益线与实测剖面的分析中，发现丑c e 陀h s 芽孢 计数异常出现在矿体顶板的这种异常分布类型，均出现在矿体倾向与坡向相反的地 形条件下，即这种异常分布类型仅出现在矿体的上游方向。如果芽孢计数异常分布 与地形有关，那么由于地形导致土壤中金及其矿化元素向矿体下游方向( 即地形坡 向的下游) 迁移，芽孢计数异常也应出现在矿体的下游，而不是出现在矿体的上游。 矿体附近壤中较高含量的金可向坡下迁移，从而使尽髭坨“s 芽孢计数异常也会向 下游迁移，芽孢计数异常就应出现在矿体的底板而不是顶板。然而芽孢计数的结果 却没有出现上述情况。尽管第一种分布存在矿体下游方向的异常，但矿体下游的异 常总是与上游的异常相伴出现，而未单独出现。因此，从这些方面分析，芽孢计数 异常分布与地形并无明显的联系。 5 1 3 样品的分析方法 ( 1 ) 样品粒度 p a 以u h n ( 1 9 9 1 1 【2 4 】对与金矿床有关土壤中丑c m h s 极其它微生物的生态学和分布 特征进行研究时，曾就位于加利福尼亚州东南部的m e q u i t e 金矿床中的丑c e 即“s 芽 孢计数找矿法进行研究，发现其中韵细菌数量贫乏，而且样品韵重现性差。但当样 品的粒度逐渐减小至1 1 5 目时，不仅样品中可计数到的阳性菌落升高了6 倍，而且 样品的重现性也得到了很大的提高，标准偏差可控制在4 1 4 以内。李珍福等 ( 1 9 9 4 ) 1 3 j 在对内蒙古乌敖包金矿和沽源4 6 0 铀矿进行且c 8 您“j 找矿研究时，也曾 就样品粒度对芽孢计数的影响进行过探讨，认为土壤样品的粒度在一定的范围内 ( 6 0 1 2 0 目) 对计数结果影响不大，但1 6 0 目粒度级样品的计数结果将增加一倍。研究 表明，样品粒度由4 0 目2 0 0 目，各样品的芽孢计数确实有或大或小的影响，但对 芽孢计数的分布形式无显著影响。但无论单令样品芽孢计数升高还是降低，芽孢变 化曲线即芽孢计数的分布形式无多大变化，也就是说，对确定金矿化的位置无多大 的影响。这表明样品粒度虽然对单个样品芽孢计数的绝对值有一定的影响，但对 且r e “s 芽孢计数寻找隐伏矿床的可靠性无影响。 ( 2 ) 样品保存时间 样品从野外采集回来以后，由于样品保存条件与样品所处的自然条件差别较 大，其中的芽孢可能由于条件的变化而萌发，或者细菌由于条件的不适而转化成芽 孢。这样就会使芽孢计数结果降低或升高。时间越长，对样品中芽孢的影响可能会 越大。因此，样品采集后，应尽快对其进行分析。w a t t e r s o n f l 9 8 5 ) 矧指出在凉爽、 9 干燥的保存条件下，昱c g m “s 芽孢计数几年内随时间的变化很小。s n e a 镟( 1 9 6 2 ) 总结的数据显示在试验时被风干的土壤中，每克土壤每五十年丑c o 陀嬲芽孢的死亡 率不超过原始计数的1 个对数。因此，如果样品没有被烘干，仍可以对多年之前采 集的样品中的丑c p 肥“s 芽孢的相对数目进行分析。m e l c h i o r ( 1 9 9 4 ) 【2 7 j 对墨西哥 a - s i g b e a 仃i z 地区的且c e 肥“s 芽孢计数与样品保存时间做过分析。两次样品分析时间 间隔为四个月。结果显示，丑c 盹m s 芽孢计数随时间的推移而下降。m e l c h i 0 1 9 9 6 ) 删 把阿根廷四个地区土壤样品的研究结果与1 9 9 4 年对墨西哥土壤样品丑c e 肥s 芽孢 计数结果相对比，发现样品采集与样品分析对的温度变化也可以对芽孢计数产生影 响。阿根廷的土壤样品是在较低( o 1 5 ) 的温度条件下采集的，7 个月后在室温 ( 2 0 ) 下对芽孢计数结果与样品采集后马上所做的芽孢计数结果相比，随着时间 推移，8 5 的样品的芽孢计数结果明显升高；而墨西哥的土壤样品的情况刚好相反， 随时间的推移，芽孢计数明显下降。墨西哥的土壤样品是在较高( 4 0 一5 0 ) 的温 度条件下采集而在室温下分析芽孢计数的。这表明样品分析时的温度与样品采集时 的温度差异也是影响芽孢计数的因素。 ( 3 ) 采样深度 通常来讲，微生物的数量随着深度的增加而减少。丑c e 陀“s 芽孢计数也不例外。 如p a r d h n ( 1 9 8 7 ) 对热带森林、温带及荒漠地带土壤中的_ b 肼r p h s 的芽孢计数随深度 的变化做了研究。李珍福( 1 9 9 4 ) 【3 j 的研究结果也表明在土壤的表层5 1 0 c m 处， 菌数呈高值，表觋该处的土壤样品菌数计数率高，是效果较佳的取样深度 综上所述，非矿化因素对丑c o 脚芽孢计数的影响是存在的。但它们中的一些， 如气候和土壤类型，往往影响芽孢计数的区域背景分布；有一些，如地形，对芽孢 计数的影响不是很明显；有一些，如分析方法中样品的粒度，虽对某些具体的芽泡 计数有很明显的影响，但对置c e 比“5 芽孢计数异常分布影响不大。 5 2 矿庆内部因素与芽孢计数闻的关系 5 2 1 矿床类型 对研究区各类碎盾岩中微细粒浸染型金矿床的研究均显示了，可以利用且c e 坨船 芽孢计数寻找此类型的金矿床，尽管一些矿床之间的规律并不完全相同，但只要把 最c 佻淞找矿法与区域自然地理环境、区域土壤地球化学等结合起来，可以收到很好 的找矿效果。p a r d u j l i l 等用该方法在对内华达州霍格兰茨赋存于流纹岩中的浸染型金 矿中作实验，同样显示且c 8 理“s 芽孢计数对金矿化具有很好的指示意义。 李珍福等( 1 9 9 4 ) 例对内蒙乌花敖包荭英脉型金矿床工作证实，暑c 帆“s 找矿 法可以应用于石英脉型金矿床，且c p 陀姗计数异常明显、重现性好，并与其它分析 结果的异常吻合。科罗拉多瑞克恩派尔地区的赋存于前寒武纪b o u l d e ic t e e k 花岗岩 中的石英脉型金矿床、加利福尼亚州r e i d 绿岩中的石英脉型金矿床的研究均反映 了，丑诞r e h s 的分布明显受到这些隐伏金矿床的影响，由矿化引起的丑c e m “5 异常 值比背景值高1 8 0 0 0 4 0 0 0 0 倍，而其中的土壤金异常值都不超过背景值的5 0 倍。这 些研究显示了a c e ”埘在寻找脉岩型金矿床上的巨大潜力。 5 2 2 矿体产状 矿体的产状严格来讲并不直接影响芽孢的计数，而是控制着芽孢计数异常的分 布形式。如矿体的倾向使得芽孢异常最高值向矿体倾向方向漂移。雨且漂移距离的 远近与矿体的倾角有关。在矿体品位和规模及其他条件均相同的情况下，倾角越 大，漂移距离应该越小；反之，倾角越小，漂移距离应该越大。这与矿质元素到达 地表土壤的距离有关。如果矿质元素在土壤中的富集系数达到某个特定的值会使芽 孢计数出现高异常，那么倾角大的矿体中的矿质元素到达土壤并富集到特定的程度 所经历的距离相对就大，只有矿体附近的金属含量才能达到足以使且c e r 蹦s 芽孢计 数出现异常；而矿体倾角较小的矿体，矿质元素到达土壤并富集到特定的程度所经 历的距离相对就小，矿体附近土壤中金属元素的异常范围比倾角大的矿体所弓i 起的 要大，而越靠近矿体，金属含量越高，容易引起局部中毒效应，而在矿体稍远处， 元素含量则较利于丑，c g ”淞转化成芽孢，形成芽孢计数异常，因此丑c e 陀h s 芽孢计 数异常相对漂移的距离也就越大。 5 2 3 矿石类型 阿坝地块北缘的阿西金矿床的矿石类型为硅化角砾状石英( 角) 岩，马脑壳金 矿床的矿石类型总体为构造蚀变岩型，其中以强蚀变构造角砾岩、碎裂状钙质粉砂 岩、碎裂状砂质灰岩及石英脉型为常见。阿坝地块东缘的东北寨矿床的矿石类型为 黄铁矿化干糜状碎粒岩型和雄黄黄铁矿化千糜状碎粒角砾岩型。而阿坝地块西南 缘的壤塘金木达金矿床的矿石类型主要为碎裂化板岩型和脉岩型。两者又可划分成 硅化型和褐铁矿化型。板岩型中的褐铁矿化型矿石的含金品位高。无论哪种矿石类 型，b c e ，e 淞芽孢计数的结果均遵守一定的规律，芽孢计数异常要么出现在矿体的 顶底板，要么出现在矿体的顶板，向矿体倾斜的方向上略有漂移。可见矿石类型对 芽孢计数规律无显著影响。但由于金在各种不同的矿石类型中的赋存状态不同，会 影响金在土壤中的迁移，导致金在土壤中的含量会有变化，从而对单个样品的芽孢 计数产生影响。 5 2 4 矿体品位及规模 矿石的品位与规模直接影响土壤中矿质元素的富集程度，因此与丑c e ，鲍j 芽孢 计数关系密切。矿石品位越高，矿体规模越大，土壤中矿质元素的富集程度也就越 大，芽孢计数异常与周围芽孢计数的反差也就越大。 6 矗c f 朋船的找矿的研究现状 6 1 微生物找矿的基本方法 微生物找矿包括两种基本方法，一种是利用土壤中细菌或细菌芽孢的数量来反 映矿化情况；另种是用细菌培殖技术测量全部细菌种群的耐金属性。 第一种方法最初是由美国学者w a t t e r s o n 【1 】提出，并指出细菌的抗青霉索性能够 作为矿化的指示。后来，先后有美国、加拿大、比利时、墨西哥等过的科研人员进 行过研究。发现丑c e r e “s 计数在矿化带之上的壤中比在背景区上的土壤中离得多。 细菌具有抗生索性，如对青霉素的忍受和对土壤金属的抗性等。在青霉素能够损伤 细菌之前，细菌似乎可以从青霉素中窃取一个水分子，从而在青霉素结构中留下一 个空隙，为被俘获的金属离子提供空间，因此仅通过采集土壤样品，培养并计算细 菌数量，就能识别出细菌( 由此识别出金属) 富集区。细菌数量明显随环境而变化， 也随季节而变化。该方法特别适合于干旱环境的找矿工作。 第二种方法是利用细菌培植技术测量全部细菌种群的耐金属性。在用于寻找金 属或是它的探途元素的细菌暴光后，用光度计测定由三磷酸腺苷( 期瞪) 酶反应产 生的光的总量，以确定细菌的数量，进而确定金矿化的位置。 已经表明，丑c e 陀淞是微生物找矿比较合适的物种。w a t t e r s o n 等( 1 9 8 6 ) 【2 9 l 发现富含重金属的土壤要么被大量的丑c e 陀“s 所占据，要么被能够产生青霉素的青 霉菌所占领。他们发现这种能产青霉素的菌之所以能够在含过量重金属的土壤中繁 盛，是因为青霉菌可以将对生物有害的重金属离子转化为对生物无害的金属螯合 物。抗青霉素的最c e 陀娜菌株也许还能够利用青霉菌作为营养源。因此该种细菌就 可以在重金属含量较高的环境中占据生态优势。人们在不同的气候条件下利用该釉 方法进行了实验【3 6 1 ，结果令人鼓舞，尤其是在半干旱地区，效果更好。此外，s e r v i c e g e o l o g i q u ed eb e l 垂q u e ( s g b ) 的地质学家和“h i s t i t u tr o y a ld e ss c i e n c e sn a t u f e i 文e s ” ( 取s n ) 的微生物学家( n e y b e r 曲e ta 1 ，1 9 8 9 ，1 9 9 1 ；m o u r e a ue ta 1 ，1 9 9 1 ) f 3 73 8 】也 利用该方法进行了研究。九十年代，s g b 和c o n s e j od er e c i l r s o r sm i n e r a l sd e m e x i c o ”( c r m ) 对在不同环境和气候条件下的形成的不同金矿化类型进行