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含钾矿物生物转化的初步研究

作　者: 闫超
导　师: 连宾
学　校: 贵州大学
专　业: 微生物学
关键词: 兼性嗜热真菌烟曲霉胶质芽胞杆菌速效钾生物转化
分类号: TQ440
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

我国可溶性钾矿资源极其缺乏,严重制约了钾肥生产和应用,国际钾肥市场被几个主要发达国家所垄断,钾肥价格连年上涨,这些因素使得我国农业生产中钾肥施用量严重不足,土壤缺钾情况日趋严重,影响了农业生产的快速发展。相反,我国低品位含钾矿物资源储量巨大,如果能够采用一定的方法有效地利用低品位含钾矿物,促使其释放活性钾素,那么对于缓解我国土壤缺钾问题会有所帮助。本文初步研究了一株兼性嗜热真菌烟曲霉(Aspergillus fumigatus)TH003菌株以及一株胶质芽胞杆菌(Bacillus mucilaginosus)BM03菌株对低品位含钾矿物的生物转化作用。采用固体培养方法研究了烟曲霉TH003菌株对低品位含钾矿物的生物转化作用,多种配方对比实验结果证明,以平菇栽培废料为主要基质并添加一定量其他有机质的培养基配方,微生物对含钾矿物的转化作用效果较好;通过单因子实验和正交实验优化,矿粉添加量60%、培养时间20d、培养温度40℃的实验条件组合,微生物作用含钾矿粉的释钾量较高,可达1965.079μg/g。利用硅酸盐细菌BM03菌株对含钾矿物进行生物浸出,钾释出量达到616.227μg/g。将两种作用方法组合起来开展对含钾矿物生物转化的研究,结果表明,矿粉钾的释出量最终能够达到2354.980μg/g。复合工艺对低品位含钾矿物的作用分为烟曲霉TH003菌株的微生物转化作用和硅酸盐细菌BM03菌株的生物浸出作用,因此,复合工艺的作用机理也包括这两个部分。烟曲霉TH003菌株的微生物转化作用机理,通过实验对比能够发现烟曲霉TH003菌株对低品位含钾岩石有解钾作用,这种作用的机理解释可以分为酸解作用、络解作用、离子交换吸附和微生物物理破坏作用等。硅酸盐细菌BM03菌株对含钾矿物的解钾作用机理分为直接作用、间接作用和协同作用三种,直接作用是指硅酸盐细菌对含钾矿物的直接磨蚀或溶蚀作用,间接作用是指硅酸盐细菌代谢产物对含钾矿物的化学降解作用,协同作用是指直接作用和间接作用中的多种作用形式同时存在;硅酸盐细菌能够与含钾矿物形成细菌-矿物复合体,这为细菌与矿物之间的相互作用提供了有利条件,在复合体这个微环境中细菌对含钾矿物的作用更为充分。与传统的含钾矿石加工工艺相比,生物转化方法对环境友好,无污染,且产物中富含多种可被植物吸收利用的营养成分,可用作进一步研制多功能有机肥料的基质。本文为研发新型低品位含钾矿物的生物加工技术提供了参考资料。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-31
  1.1 引言  12-14
  1.2 钾素资源概况  14-18
    1.2.1 钾素资源简介  14
    1.2.2 我国钾素资源概况  14-15
    1.2.3 钾的应用  15
    1.2.4 当前矿物钾资源开发利用的途径  15-18
  1.3 土壤钾素  18-21
    1.3.1 土壤钾素的研究现状  18
    1.3.2 土壤钾素的形态  18-20
    1.3.3 土壤钾素的转化  20-21
      1.3.3.1 土壤钾素的释放  20-21
      1.3.3.2 土壤钾素的固定  21
  1.4 微生物固态发酵  21-25
    1.4.1 固态发酵概述  21-22
    1.4.2 基质(底物)研究  22-24
      1.4.2.1 基质特性  22-23
      1.4.2.2 底物预处理  23
      1.4.2.3 培养基灭菌  23-24
    1.4.3 过程控制参数  24-25
      1.4.3.1 水活度  24
      1.4.3.2 通气和传质  24-25
      1.4.3.3 温度  25
  1.5 生物浸出  25-29
    1.5.1 生物冶金的概念及发展简史  25-26
    1.5.2 影响细菌浸出的主要因素  26-28
      1.5.2.1 菌种的选择  26-27
      1.5.2.2 培养基组成  27
      1.5.2.3 温度  27
      1.5.2.4 浸出液的pH值  27
      1.5.2.5 O_2和CO_2的供给  27
      1.5.2.6 离子浓度  27-28
      1.5.2.7 矿料粒度及矿浆中的固体矿物浓度  28
    1.5.3 生物浸出方法  28-29
  1.6 本项课题的立题依据、主要研究内容和技术路线  29-30
    1.6.1 本课题的立题依据  29
    1.6.2 本课题的主要研究内容  29-30
    1.6.3 本课题的技术路线  30
  本章小结  30-31
第二章烟曲霉(Aspergillus fumigatus)TH003菌株转化低品位含钾矿物的实验研究  31-49
  前言  31
  2.1 材料与仪器设备  31-35
    2.1.1 菌种  31
    2.1.2 材料  31-34
      2.1.2.1 原料  31-32
      2.1.2.2 试剂  32
      2.1.2.3 含钾矿物试样  32-34
      2.1.2.4 培养基  34
    2.1.3 仪器设备  34-35
  2.2 方法  35-40
    2.2.1 菌种活化,孢子液及菌丝球液制备  35
    2.2.2 速效钾测定方法  35-36
    2.2.3 烟曲霉TH003菌株固体培养基配方的筛选  36-37
    2.2.4 单因子实验  37-39
      2.2.4.1 矿粉添加量确定  37-38
      2.2.4.2 培养温度确定  38
      2.2.4.3 培养时间确定  38-39
    2.2.5 正交实验  39-40
    2.2.6 微生物转化低品位含钾矿物作用机理初探  40
  2.3 结果与讨论  40-48
    2.3.1 钾浓度的标准曲线  40-41
    2.3.2 微生物作用含钾矿粉钾释出量的计算  41
    2.3.3 烟曲霉TH003菌株固体培养基配方的筛选  41-43
    2.3.4 单因子实验结果  43-45
      2.3.4.1 矿粉添加量确定  43-44
      2.3.4.2 培养温度确定  44
      2.3.4.3 培养时间确定  44-45
    2.3.5 正交实验结果  45-47
    2.3.6 微生物转化低品位含钾矿物作用机理的初步分析  47-48
  本章小结  48-49
第三章硅酸盐细菌对低品位含钾矿物生物浸出作用的实验研究  49-59
  前言  49
  3.1 材料与仪器设备  49-52
    3.1.1 菌种  49-50
    3.1.2 材料  50-51
      3.1.2.1 试剂  50
      3.1.2.2 含钾矿物  50
      3.1.2.3 培养基  50-51
    3.1.3 仪器设奋  51-52
  3.2 方法  52-53
    3.2.1 硅酸盐细菌菌种活化  52
    3.2.2 制备硅酸盐细菌种子液  52
    3.2.3 硅酸盐细菌生物学特性检测  52
    3.2.4 硅酸盐细菌解钾作用观察  52
    3.2.5 利用硅酸盐细菌发酵液进行生物浸出  52-53
    3.2.6 样品检测  53
  3.3 结果与讨论  53-58
    3.3.1 硅酸盐细菌BM03菌株个体形态、培养特征  53-54
      3.3.1.1 个体形态  53
      3.3.1.2 硅酸盐细菌BM03菌株的培养特征  53-54
    3.3.2 硅酸盐细菌BM03菌株对含钾矿物的解钾作用  54-55
    3.3.3 生物浸出作用含钾矿粉钾释出量的计算  55
    3.3.4 生物浸出作用实验结果  55-56
    3.3.5 硅酸盐细菌对低品位含钾矿物解钾作用机理的初步分析  56-58
  本章小结  58-59
第四章含钾矿物生物转化复合工艺的初步研究  59-70
  前言  59
  4.1 材料与仪器设备  59-62
    4.1.1 菌种  59-60
    4.1.2 材料  60-61
      4.1.2.1 试剂  60
      4.1.2.2 含钾矿物  60
      4.1.2.3 培养基  60-61
    4.1.3 仪器设备  61-62
  4.2 方法  62-64
    4.2.1 烟曲霉TH003菌种活化,孢子液及菌丝球液制备  62
    4.2.2 硅酸盐细菌BM03菌种活化及种子液制备  62
    4.2.3 复合工艺研究  62-63
      4.2.3.1 烟曲霉TH003菌株微生物转化作用  63
      4.2.3.2 硅酸盐细菌的生物浸出作用  63
    4.2.4 样品检测  63-64
  4.3 结果与讨论  64-69
    4.3.1 生物转化作用含钾矿粉钾释出量的计算  64
    4.3.2 复合工艺作用结果  64-65
    4.3.3 生物转化复合工艺作用机理的初步分析  65-69
      4.3.3.1 微生物转化低品位含钾矿物作用机理  65-66
      4.3.3.2 生物浸出低品位含钾矿物作用机理  66-69
  本章小结  69-70
第五章结论与展望  70-74
  前言  70
  5.1 结论  70-72
    5.1.1 烟曲霉(Aspergillus fumigatus)TH003菌株对低品位含钾矿物的转化作用  70
    5.1.2 低品位含钾矿物生物转化作用复合工艺研究  70-71
    5.1.3 复合工艺生物转化作用机理初探  71-72
  5.2 本论文创新之处  72
  5.3 展望  72-73
    5.3.1 菌种人工选育和菌剂研制  72-73
    5.3.2 转化工艺的进一步研究  73
    5.3.3 终产物的后续加工  73
    5.3.4 面向应用的低品位含钾矿物生物加工技术研发  73
  本章小结  73-74
致谢  74-75
主要参考文献  75-81
附录  81-82

含钾矿物生物转化的初步研究

内容摘要

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