钾矿物晶体结构对黑曲霉生长代谢及钾与硅的溶出影响

【目的】黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾（硅）的溶出作用与其产酸及产胞外代谢产物（主要指多糖与蛋白质）的能力密切相关，但研究矿物晶体结构在此过程中的地位与作用的较少。试验采用一株黑曲霉分别与正长石与白云母进行浸出培养以了解不同钾矿物对黑曲霉生长代谢能力的影响，及黑曲霉对含钾硅酸盐矿物的转化作用与其矿物晶体结构的相关性。【方法】在分别含铝土矿、正长石与白云母矿粉的平板固体与液体Czapek’s培养基中培养黑曲霉，并以不含矿粉的纯培养作为对照，观察其在不同矿物环境中的生长特征；采用摇瓶浸出考察黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾（硅）的溶出效果，通过测定浸出液中的pH值、多糖、蛋白质及K2O与SiO2的浓度，及浸出前后矿物表面的SEM和XRD观察，对比分析正长石与白云母对黑曲霉生长代谢的促进作用及黑曲霉对它们的转化作用的差异。【结果】不同晶体结构的钾矿物对黑曲霉的生长代谢刺激与促进作用不同，与不含矿粉及含钾极少的铝土矿粉培养基相比，黑曲霉在含钾矿粉培养基中的繁殖生长速度明显要快，在固体平板培养基中表现出对钾矿粉的趋化性，在液体培养基中形成的菌体-矿物聚集体更显著，且与正长石相比，黑曲霉在固体平板上的生长过程中对白云母的趋化性要明显，在液体培养环境中形成的菌体-矿物聚集体更显著。黑曲霉在缺钾培养基与分别含正长石与白云母的培养基中培养10 d，可分别代谢产生1.45、1.97、2.45 g·L-1的有机酸，5.11、9.96、12.25 g·L-1的多糖与6.25、13.78、16.97 g·L-1的蛋白质。浸矿30 d，黑曲霉浸出白云母中K 2 O与SiO 2的量要比浸出正长石的分别高79.10与57.78 mg·L-1。黑曲霉作用前后的白云母与正长石矿粉的SEM与XRD的分析结果表明，白云母较正长石的浸蚀程度更明显，矿物表面沉积了更多的非晶态或晶形不好的细小颗粒，在含少量正长石的白云母矿物或含少量白云母的正长石矿物浸渣的XRD图谱中，反映白云母的主特征峰强度明显下降，且有部分特征峰消失，而反映正长石的特征峰强度略有增强。【结论】钾矿物晶体结构是影响黑曲霉生长所形成的菌体-矿物聚集体、代谢产物、酸碱微环境的差异及钾矿物风化分解与钾（硅）溶出程度不同的重要原因；在缺有效钾环境中，钾矿物对黑曲霉生长代谢具有促进作用，与正长石相比，白云母可以刺激与促进黑曲霉代谢产更多的有机酸、多糖与蛋白质；多种矿物同时存在的情况下，黑曲霉对不同晶体结构的钾矿物的分解有一定的选择性，对具层状结构的白云母较具架状结构的正长石的风化破坏作用要快。