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嗜酸氧化亚铁硫杆菌作用下硫的形态转化研究 1 1 *1 1 1 2 2 何环 ，张成桂 ，夏金兰 ，彭安安 ，杨益 ，郑雷 ，赵屹东 ， 1 2 1 1 尹华群 ，马陈燕 ，聂珍媛 ，邱冠周 1 生物冶金教育部重点实验室，中南大学资源加工与生物工程学院，长沙（410083) 2 国家正负电子对撞机国家实验室，中国科学院高能物理研究所，北京（100039 ） E-mail ：jlxia@ 摘 要：本文首次综合采用红外光谱（FT-IR ）、扫描电子显微镜(SEM) ，透射电子显微镜 （TEM ），X-射线能谱仪以及原位X-射线吸收近边结构光谱对Acidithiobacillus ferrooxidans 作用下元素硫赋存形态进行了研究。研究结果表明：At. ferrooxidans 以环烷状单质硫S8 作为 能源基质时，细菌细胞很好吸附到元素硫表面，细菌作用后硫化学形态发生变化，其化学结 构类似于连多硫酸盐；说明单质硫在被转运到细胞内之前必须经过活化，活化后的形态可能 为连多硫酸盐。细菌细胞体内累积硫颗粒，其化学形态明显不同于环烷状单质 S8 ，具体的 化学形态有待进一步研究。 关键词：硫的形态，嗜酸氧化亚铁硫杆菌，X-射线吸收近边结构光谱 中图分类号：Q936 1 引言 嗜酸氧化亚铁硫杆菌是嗜酸硫杆菌属中第一个被分离得到的嗜酸，能氧化亚铁和元素硫 的浸矿细菌[1] 。它可以利用各种还原性硫化合物如无机硫、硫化物、聚硫化物，硫代硫酸钠 和连多硫酸盐等还原性硫作为电子供体获取能量，是含硫酸性环境和金属硫化矿浸出环境中 [2,3] 的生物群落生长的主要能量来源 。一般来说，这些硫化合物被最终氧化成为硫酸盐，但 [4] 是在很多情况下，难溶性的硫聚集成硫球作为中间产物而被微生物存储起来 。 硫氧化细菌在细胞内或细胞外聚集硫球的现象在几个世纪之前就有过报道，这些发现主 [4] 要集中光合硫细菌、硫杆菌及古细菌等 。硫球在Allochromatium vinosum 细胞内累积的现 象十分典型，被作为一种研究硫球硫的模式菌株，经研究发现，Allochromatium vinosum 细 胞内硫球由一层蛋白质外壳所包裹[5, 6] 。有文献报道，嗜酸氧化亚铁硫杆菌在氧化黄铁矿过 程中产生胶体状硫，该胶体状硫被细菌多糖外壳包裹后储存起来[7, 8] 。还有研究发现嗜酸氧 化亚铁硫杆菌在氧化硫代硫酸钠、连三硫酸盐、连四硫酸盐和硫化物过程中产生一种不溶性 硫复合物，推测其主要成分为元素硫，但硫的具体化学形态不确定[9] 。硫在自然界普遍存在 多种化学形态和化合价态，包括-2 价态的硫化物到+6 价态的硫酸盐，这表明混合物中硫的 [10] 化学形态的研究是一个很大的挑战 。 虽然硫球的发现迄今已超过一个世纪，但是由于缺乏相关的研究手段，人们对这种由微 生物产生硫球的硫的化学本质还缺乏清晰的了解。常温条件下单质硫中最稳定的是斜方晶形 的S8 ，但有报道采用X-射线衍射分析光合紫色硫细菌Allochromatium vinosum 体内积累的 硫球时，硫以非晶体液态物质的形态存在，而在此温度下没有一种硫的同素异形体能够以液 态形式存在 [11] .。有研究表明在Allochromatium vinosum 中积累的硫球与液态元素硫在密度 上有着明显的差异。由于这种在细胞内存在的硫球的特异性质，有人推测这种硫球可能是硫 [12] 与某两极性分子产生了复合 。 细菌细胞