微生物多样性研究范文1
关键词 人工湿地;桐花;海桑;木榄;微生物;种类;数量
中图分类号[TE99] 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)26-0097-02
0 引言
人工湿地是由人工基质和生长在其上的植物组成,形成一个独特的基质――植物――微生物生态系统,将微生物和植物的净化能力结合在一起,成为一个高效的净化系统,它在保护生态环境和节约能源及投资方面具有传统二级生化处理技术难以比拟的优点,作为一项低投资、低能耗、低运行费、高生态环境效益的治理工程技术,它越来越多地受到社会的关注和欢迎。本文通过对人工湿地基质微生物类群数目进行了研究,为进一步深入研究人工湿地净化污水的机制提供了可能。
1 材料和方法
1.1 人工湿地概况
红树林人工湿地污水处理系统位于学校生物园,湿地池容积为3m×3m×0.6m(长×宽×高)。基质为石头,上层石头的直径为2cm,下层石头的直径为1cm,厚度皆为30cm。此人工湿地为潜流型人工湿地,尚未进行污水处理。
1.2 样品采集
采用五点采样法,分别在人工湿地的4个角以及其中心位置采样,深度为15cm,每个样点取5个大小相近的小石头,共25个。装入无菌塑料瓶中,立即带回实验室,在无菌条件下加入50ml无菌水,在摇床上摇匀,制备悬液。
1.3 微生物计数
所有微生物均采用28℃恒温培养。
1.3.1 细菌数量测定
利用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基进行培养,取稀释度为10-5的悬液接种,2次重复,每一平板滴加0.05ml悬液,培养2d~3d。
1.3.2 真菌数量测定
采用马丁氏培养基平板表面涂布法,取原液接种,2次重复,每一平板滴加0.1ml悬液,培养5d。
1.3.3 放线菌数量测定
采用改良高氏1号合成培养基平板表面涂布法,倒平板时在无菌条件下每300ml培养基加另外灭菌的3%重铬酸钾溶液0.5ml。取原液接种,2次重复,每一平板滴加0.05ml悬液,培养5d。
1.3.4 硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌数量测定
悬液配置成5个梯度,分别为103、104、105、106、107,3次重复,每一试管接种1ml悬液。培养7d。采用MPN法,进行显色测定。测定方法如下:
硝化细菌:先用格利斯试剂测定,若不呈红色,再用二苯胺试剂测试;若呈蓝色,表明有硝化作用。
亚硝化细菌:用格利斯试剂测定,若有亚硝酸存在呈红色,证明有亚硝化作用。
反硝化细菌:用格利斯试剂及奈氏试剂测定有无亚硝酸和氨存在,若其中之一或二者均呈正反应,均表示有反硝化作用。若格利斯试剂为负反应,再用二苯胺测试,亦为负反应时,表示有较强的反硝化作用。
2 结论
2.1 树植物中三大菌群的数量特征
试验条件下,处理污水前的人工湿地中红树植物基质中微生物三大种类构成为细菌、放线菌、真菌。细菌是土壤微生物中数量最多的一个类群。他们共同协作构成互利共生的系统,发挥整体作用净化污水。
从表1可以看出,细菌在数量上占绝对优势,桐花、海桑、木榄人工湿地污水处理系统细菌数量分别为2.05×108cfu/g(基质)、2.63×108cfu/g(基质)、2.06×108cfu/g(基质);放线菌数量分别为9.30×102cfu /g(基质)、14.8×102cfu /g(基质)、8.20×102cfu /g(基质);真菌分别为1.20×102cfu /g(基质)、2.15×102cfu /g(基质)、3.65×102cfu /g(基质)。可以推断, 桐花、海桑、木榄对微生物的种类和数量具有某种选择作用。
出现此类现象的原因如下:
1)微生物的生态分布与各类微生物的生物学特性有关。一般情况下,细菌喜欢湿润,能耐受低氧水平;真菌耐干,不能耐受低氧水平;放线菌具有喜热耐旱的特性,只有当各类微生物竞争的压力减少时才出现,因而处于厌氧条件下的人工湿地中的微生物主要由细菌组成。
2)在红树林生态系统中也有出现放线菌、真菌数量稀少的现象,这也可能是其中一个原因,但对其机制尚未弄清,而且红树林生态系统处于潮间带,其土壤生境兼有海洋与陆地的性质而又不同于它们,与人工湿地的生境不相同,因此,对于两种系统会出现相似现象的原因尚待进一步研究和探索。
2.2 硝化细菌、反硝化细菌的数量特征
从表2可以看出,桐花、海桑、木榄人工湿地污水处理系统中反硝化细菌数量分别为1.65×104MPN/g(基质)、9.1×104MPN/g(基质)、77.90×104MPN/g(基质);硝化细菌数量分别为2.75×102MPN /g(基质)、5.0×102MPN /g(基质)、10.79×102 MPN/g(基质);亚硝化细菌数量为0.75×102MPN /g(基质)、2.82×102MPN/g(基质) 、1.30×102MPN /g(基质)。反硝化细菌数量多于硝化细菌和亚硝化细菌。其原因如下:1)通常硝化细菌是自养型好氧微生物,依靠NH4+-N 和NO-2的氧化获得能量生长,需要氧气作为呼吸的最终电子受体。反硝化细菌在缺氧和低溶解氧条件下利用有机物的氧化作为能量来源,以NO-3和NO-2作为无氧呼吸时的电子受体。所以,厌氧条件下的人工湿地中反硝化细菌繁殖快,生长迅速,硝化细菌繁殖慢,生长缓慢;2)硝化自养菌是专性化能自养细菌,它包括硝化细菌和亚硝化细菌两个亚群,硝化作用由两个阶段组成(阶段一:2NH4++3O2NO2-+2H2O+4H+,阶段二: 2NO2-+O22NO3-):在亚硝化细菌的作用下,将NH4+-N转化成NO-2-N;在硝化细菌的作用下,将NO-2-N转化成NO-3-N。正是由于这种生态学上的偏利互生关系的存在,使得硝化细菌的生长总要晚于亚硝化细菌。
参考文献
[1]靖元孝,杨丹菁,陈章和,陈兆平.两栖榕在人工湿地的 生长特性及其对污水的净化效果[J].生态学报,2003(3).
微生物多样性研究范文2
【关键词】环境工程;DGGE技术;废水生物处理
1.新技术在环境工程生物处理研究中的应用
由于PCR-DGGE技术克服了传统微生物学方法的局限性，自Muvzer等开辟了DGGE在微生物生态领域研究的先河以来，该技术迅速发展成为环境微生物群落结构分析研究的主要手段之一。近年来，DGGE 用于环境微生物种群的研究越来越多，涉及的领域也越来越广泛，在国外DGGE技术已经被广泛用于活性污泥、生物膜等生物处理系统中的微生物多样性检测、微生物鉴定以及种群演替等方面的研究，在国内这方面的应用虽然处于起步阶段，但也成为研究的热点。
1．1在废水生物处理研究中的应用
PCR-DGGE技术在废水生物处理研究中的应用使人们对废水处理过程中微生物群落的变化产生了新的认识。
Lapara等研究了升高温度对废水好氧生物处理过程中细菌群落结构和功能的影响，DGGE分析细菌群落的结果表示不同温度下有不同的细菌群落。
应用PCR-DGGE方法，对在相同的操作条件下分别用低温菌和常温菌接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构的动态变化进行了追踪。由于工艺相同，使得接种的低温菌群和常温菌群在相同的操作条件下，产生了相似的微生物群落结构。随着运行时间的增加，其菌群结构相似程度也越来越高。
硝化作用是废水处理系统中实现氨氮去除的关键步骤。而氨氧化细菌在硝化作用过程中负责将氨氧化为亚硝酸盐，实现亚硝化作用，是硝化过程中必不可少的步骤。但由于氨氧化细菌的生长速率相当低，生物量很少，采用传统的细菌分离培养分析法研究氨氧化细菌相当费时、繁琐。许玫英等采用PCR扩增16SrDNA、扩增功能基因、随机克隆测序等技术，分析处理含高浓度氨氮废水处理系统不同驯化时期的4个活性污泥样品氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性，并在国内首次采用PCR-DGGE相结合的技术对样品中总的细菌类群的差异进行研究。结果表明采用PCR-DGGE技术有利于更全面地了解氨氧化细菌的类群和功能，进而改善废水处理系统的处理效果。
应用PCR-DGGE技术对城市污水化学一生物絮凝强化一级处理工艺与传统的完全混合式处理工艺反应池活性污泥样品微生物种群结构进行了对比研究，对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨。结果表明两种城市污水处理工艺中微生物种群多样性都相当丰富，但是种群结构相差很大。说明化学生物絮凝处理工艺的微生物作用与成分相近的城市污水处理工艺中微生物作用机理可能存在相当大的差别。
R0wan等采用生物滴滤反应器和生物滤池处理同种废水，运用PCR-DGGE考察了不同反应器中的氨氧化细菌菌群的组成。虽然不同形式反应器或是同一反应器的不同位置中的氨氧化细菌菌群组成不同，但是主要种群是不依赖反应器的形式或是在反应器中所处的位置不同而改变的，也正是这些主要种群在整个处理过程中发挥着重要的作用。
采用PcR-DGGE技术对处理采油废水的水解酸化一缺氧法不同生物反应器中污泥样品进行研究，确定了微生物的优势菌种，并进行了多样性分析，结果显示了在不同环境条件下微生物群落结构的连续动态变化过程。
1．2 在废气生物处理研究中的应用
生物过滤是一种能有效处理恶臭和挥发性有机废气的气体污染控制技术。生物滤池和生物滤塔作为生物处理恶臭气体的简单有效的方法，得到了快速的发展。
采用PCR-DGGE技术研究除臭生物滤池中试装置中分别一处于较强酸性和中性的两种不同运行环境下微生物种群的多样性和生物种群的结构变化。通过扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，结合应用DGGE技术分析除臭生物滤池的生物种群的结构变化，并回收主要的DN段，结合PCR测序及T载体克隆测序，明确优势菌群的系统发育地位。结果表明，除臭生物滤池在不同的口H条件下，微生物的多样性及其丰度存在较大差别，强酸性对微生物具有较高的选择作用，与中性条件相比 微生物种群多样性相对较低。同时在滤池的不同层次上也表现出明显的空间分布多样性差异，序列比对结果显示硫氧化细菌在除臭过程中占有优势地位。为更好地处理恶臭气体提供可靠的科学依据，同时也为生物除臭的应用提供一定的理论基础。
生物滤塔中微生物的种群结构以及微生物多样性对于恶臭气体的处理效率以及反应器的稳定运行至关重要。殷峻等应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究，通过比较反应器不同填料、不同时期微生物多样性得出结论：填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少；与污泥填料和混合填料相比，堆肥填料的微生物多样性程度最高，反应器的去除能力也最好。
1．3 在污泥生物处理研究中的应用
在污泥处理过程中，污泥的稳定化是…个相当重要的过程。微生物的稳定化过程对于系统达到稳定状态具有更直接的指导意义。傅以钢等用DGGE指纹图谱技术对污泥堆肥工艺中的细菌种群动态变化及多样性进行了研究。结果表明，生物法污泥堆肥周期小于8d。对污泥堆肥各工艺环节样品进行DGGE指纹图谱和相似性系数Cs值分析，发现随着反应的持续进行，微生态结构的Cs值越来越高，说明微生物种群结构愈趋稳定。证实污泥微生态能迅速进行优胜劣汰的筛选，调整内部细菌种群结构，从而达至 适应环境的目的，在发酵过程中形成的优势细菌种群能长时间保持稳定。
2.技术的原理
微生物多样性研究范文3
Abstract： Polymerase chain reaction and denaturing gel gradient electrophoresis method （hereafter abbreviated as PCR-DGGE） is getting a larger range of application. China has a slow start in this field but it is still gradually taken seriously and researched and applied by people. This paper analyzes the application and prospect of this in the field of environmental engineering.
关键词： 环境工程；DGGE技术；污水处理
Key words： environmental engineering；DGGE technique；sewage treatment
中图分类号：X32 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0100-02
0 引言
基因工程是现代生物技术最为核心的内容，属于DNA的重新组合技术，也被称为遗传工程。该技术自问世以来已经在诸多领域被广泛研究和应用，这其中就涉及到环境工程。技术核心原理是一系列的DNA重组、拼接，实现该技术是在研究对象的细胞之外进行的。其目的是通过人为干涉来改变基因的组成。合理的使用该技术，能产生原有物质本身不具备的特性；产生新的物种；合成能力更加强大。基因工程技术已经在环境项目中得到较好的应用，取得了相应的成果。
1 DGGE实现的基本原理
DNA指纹技术就是变性梯度凝胶电泳技术。属于众多的多态性分析技术中的一种。研究对象的DNA使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶进行电泳，所使用的凝胶能有针对性的解链PCR的扩增产物。由于DNA虽然长度相同，在碱基序列上却存在很大的差异。在DNA进行电泳时，双链的解链所需要的变性剂浓度不同。在相应的变性剂浓度下序列不同的DN段发生变性，产生其空间构型上的变化。双链DNA在开始的时候会以线状移向正极，当变性剂浓度逐渐增加后，G+C含量低含量的序列的部分会逐渐被打开，G+C高含量的部分仍然是双链状态。一旦DNA的双链解链后，其分子端部的叉状、中间的环形会发生部分熔化。此时，点用速度在聚丙烯酰胺凝胶中将会急速降低甚至停留在相对应的变性计对应的位置。经过染色之后以分开的条带形式呈现于凝胶之上。以上步骤可实现同长但有序列差异的DAN分子有效分开，形成变性的梯度主要用尿素和甲酰胺。
2 DGGE技术在环境工程领域中的应用
PCR-DGGE技术能有效的避开传统微生物技术的局限性。当DGGE技术进入环境工程的微生物生态领域之后，这种新生技术很快变为研究微生物群落结构最主要的技术手段之一。在活性污泥与生物膜等生物处理系统中，微生物具有多样性。在进行相关的检测、微生物鉴定以及种群演替研究的时候，DGGE技术已被广泛应用。
2.1 污水生物处理中的应用方法 污水微生物群在CR-DGGE技术改变下与既有技术有很大差异，在这个过程中研究人员有了新的认识。
污水中的好氧细菌群落结构和功能在温度升高时会发生很大变化。运用DGGE技术我们可以分析出，不同温度环境会存在不同的细菌群落。
在同等的工作环境下，使用PCR-DGGE技术，跟踪分使用低温菌、常温菌分别接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构，进行及时动态观察。在相同工艺条件下，对低温菌群与常温菌群进行相同的操作，结果是：产生的微生物群结构有很强的相似性。随着时间的推移，这两类菌群在结构上的相似度越来越强。
去除污水中的氨和氮主要使用硝化方法。在这种硝化作用过程中氨氧化细菌负责将氨氧成亚硝酸盐。这种实现亚硝化作用过程是硝化过程中重要的步骤。所使用的氨氧化细菌具有生长速度低、相对生物种群较少的特点。传统的细菌分离、培养、分析方法，会消耗工作人员大量的时间。采用PCR扩增16SrDNA、功能基因并且随机克隆测序等相关技术手段。在高浓度氨氮废水处理系统的不同时间，分析并且处理活性污泥样品、氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性。御用PCR-DGGE相结合的技术，针对样品将总细菌群进行差异性研究。实验证明，PCR-DGGE技术可以使我们更为深入、全面的了解氨氧化细菌的类群及其相关功能。
应用PCR-DGGE工艺对城市污水处理与完全混合的传统式处理工艺进行了相关的实验对比。在同一反应器的不同位置，微生物群的分布、不同工况下的微生物种群结构进行了相关的分析、研究。研究表明，这两种污水处理工艺中的微生物种群都具有很强的多样性，区别是：两者种群的结构差异巨大。
采用生物滴滤反应器与生物滤池处理相同的污水，然后采用PCR-DGGE研究不同反应器或反应器的不同位置中氨氧化细菌菌群的组成。种群对反应器的形式或者位置的差异没有任何依赖性，不会随这些因素变化而变化。
2.2 PCR-DGGE技术在废气生物处理中的应用 生物滤池与生物滤塔是处理臭味、异味行之有效的好办法，这种生物过滤技术可以对恶臭与挥发性油剂废气体很好的遏制，从而该技术能够很快的推广。
在除臭生物滤池中较强酸性与中性两种不同运行环境下，运用PCR-DGGE技术研究，可以发现：微生物种群的多样性与生物种群结构上发生的改变。利用扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，运用相关技术分析滤池内的种群变化。回收有研究意义的DN段，与PCR测序、T载体克隆测序有效的结合。最终确定众多种群中的优势菌群。微生物对强酸性环境有很大影响；中性条件下的微生物种群更为丰富。此外，滤池的层次上的差异，也导致了种群空间分布的差异性。实验证明，除臭过程中硫氧化细菌占有相对明显的优势。
影响生物滤塔处理效率以及反应器的稳定运行的主要因素是塔中的微生物种群的结构，以及微生物的多样性。我们可以采用DGGE技术，对处理含氨废气的生物滤塔中的微生物进行多样性研究。随时间的推移，对反应器不同填料、不同时期微生物多样性比对研究。证明：微生物的多样性与反应器运行时间的长短有直接关系，随着时间的不断延长其多样性会有所降低；将填料方法进行对比可知：如果是堆肥填料，其微生物多样性更为丰富，反应器也能达到很好的效果。
2.3 PCR-DGGE技术在污泥生物处理中的应用 污泥的稳定化在污泥处理过程中是一个相当重要的过程。在此过程当中，微生物的稳定对于整个污泥系统的稳定起到了至关重要的作用。专家们采用DGGE指纹图谱技术，研究污泥堆肥工艺中的细菌种群动态变化和种群的多样性。研究证明：生物法污泥堆肥时间不大于8d。采用DGGE指纹图谱与相似性系数Cs值对污泥堆肥各工艺环节样品进行相关分析，可以发现，反应时间的持续，导致了微生态结构的Cs值逐渐增高。这说明：微生物种群结构会逐渐趋于稳定状态。污泥微生态种群可以迅速进行选择，进而调整内部细菌种群数量和结构。
采用PCR-DGGE技术，可以科学、直观的研究出环境中细菌群落及多样性。我们需要避开DGGE技术的先天缺陷，这就需要我们的科研工作人员，在该领域继续加大研究力度，为环境工程做出更大贡献。
参考文献：
[1]王超，曾玉香.环境影响评价中公众参与的问题和对策探讨[J].环境科学与管理，2010.
微生物多样性研究范文4
邵宗泽,国家海洋局第三海洋研究所研究员，国家海洋局海洋生物遗传资源重点实验室主任。国家百千万人才工程人选，国http://家政府特殊津贴专家，中国大洋协会重大项目首席科学家，中国大洋有突出贡献专家。建立了我国第一个规范化的海洋微生物资源保藏管理中心。
深海是地球表面生物多样性最丰富的地区，对深海生物系统及生物资源的研究，对于生物起源和进化、生物对环境的适应性以及医药卫生、生物技术、轻化工等方面的研究，都能够起到重要的推动作用。近年来，国际上对深海生物资源，尤其是深海生物基因资源的勘探和研究越来越关注，邵宗泽研究员为我们介绍了国内外深海生物资源的勘探和研究现状，并对我国这方面存在的问题与不足提出了自己的看法与建议。
记者：请您为我们介绍一下深海生态系统调查研究的意义与动态情况。
邵宗泽：深海水体、深海沉积物、深海平原、海山、海沟、冷泉等各种生境构成了深海特殊的生态系统。深海生态系统是地球上最大的生态系统，复杂独特、生境多样，蕴藏着巨大的基因资源，已引起国际社会高度关注。
与地球上其他生态系统相比，对深海生态系统的调查研究还很少。虽然早在1977年，美国“阿尔文”号深潜器就发现了深海热液区，但目前对深海热液生态系统的认识还比较肤浅。不同地质背景的热液成分及生物群落组成具有独特性，目前对各大洋的热液生态系统的分布与生物种群特征还没有全面的了解。对古菌、细菌以及噬菌体等在深海生态系统的形成与维持过程中的作用，还有很多问题等待解答，热液活动在地球生命起源中的作用仍是一个谜。
记者：深海微生物是深海生态系统的重要成员，请您介绍一下国际上深海微生物调查研究的情况。
邵宗泽：微生物是深海生态系统中的重要组成部分，与其他海洋生物形成了密切的共附生关系。深海极端高温、低温、有氧、无氧等各种各样的环境条件选择出了多种多样的微生物。营养贫乏的大洋环境造就了寡营养的海洋微生物，寡营养微生物以其精简的基因组和特殊的代谢机制适应了特殊的深海环境。总的来说，各种古菌、细菌、噬菌体广泛分布于整个海洋环境，构成了独特的“深部生物圈”，它们在地球生物化学循环中起着重要作用。
其中，深海化能自养微生物对热液及海底冷泉生态系统的形成至关重要。用时8年的化能自养生态系统计划（chess project）对南大西洋、南太平洋等四个海区的深海化能自养生态系统进行了调查。在位于南太平洋开曼海槽（cayman trough）的超慢速扩张洋中脊，发现了水深最深热液口（6800米），生态环境独一无二；在南大西洋中脊发现了最热的热液口，还在新西兰附近发现了巨大的深海冷泉区，在北极的摩恩（mohns ridge）发现了大量的硫氧化菌席。
深海沉积物也是一个巨大的、天然的dna资源库，仅位于深海沉积物顶部的10厘米空间，据估算约含有4.5亿吨脱氧核糖核酸（dna）。已经证实，海底1626米以下的沉积物中也有微生物活动。深海中蕴藏着地球上最为丰富的物种多样性和最大的生物量，被公认是未来重要的基因资源来源地，具有巨大的应用开发潜力。
随着环境基因组、宏蛋白组等组学分析技术的进步，对海洋微生物的认识取得了重大进展。美国克雷格?文特尔研究小组开展的海洋微生物环境基因组系列调查发现，仅在表层海水就有大量的微生物新物种、新基因、新蛋白、新途径。这些微生物新物种、新蛋白家族、新代谢过程的科学价值、环境作用和资源价值目前难以估量。
记者：目前，深海生物基因资源已成为各国在国际海底竞相角逐的战略资源，能不能介绍一下国际社
转贴于 http://
会的看法与态度？
邵宗泽：人类对海洋生物基因资源知识产权的拥有量每年在以12%的速度快速增长，目前有超过18000个天然产物和4900个专利与海洋生物基因有关，说明它不再只是个应用远景，而是一类现实的可商业利用的重要生物资源。基因组测序技术与生物信息技术的发展，大大加速了海洋微生物基因资源的发现与发掘速度。
目前，公海海洋生物基因资源的保护与可持续利用，以及知识产权归属已经成为联合国国际海底会议的重要议题。从2004年起，联合国会员大会成立了“国家管辖以外海域的海洋生物多样性工作组”，每两年召开正式会议磋商，我国每次由外交、管理人员和学术专家应邀组团参加，目前还没有被国际社会广泛接受的法律框架来保护和规范海洋生物基因资源的开发。
发达国家与发展中国家因各自的经济实力、深海调查能力的差异，对海底遗传资源生物勘探所持的态度也不一致。发达国家坚持先入为主、自由采探，主张知识产权的保护。相反，发展中国家主张“人类共同遗产”原则，坚持利益共享，不支持公海海洋生物基因资源知识产权的申请保护。
记者：我国近年来在我国大洋深海生物基因资源勘探方面的研究进展与现状如何？
邵宗泽：我国在“十五”期间就启动了深海生物及其基因资源的相关研究，并依托国家海洋局第三海洋研究所建立了中国大洋生物基因研发基地。在深海微生物研究装备的研制、深海微生物基础科学研究以及资源开发应用方面取得了重要进展。从2003年起，初步建立了我国第一个深海微生物资源库。2005年起，在国家自然科技资源共享平台的支持下，在深海微生物资源库的基础上建立了中国海洋微生物菌种保藏管理中心。经过六年积累，分离了大量新的大洋微生物资源，并通过资源的标准化、规范化整理，建立了资源共享平台。
“十一五”期间，在大洋协会洋中脊项目支持下，发表深海微生物研究论文200多篇，其中147篇sci文章发表在美国科学院院刊等重要学术刊物上。在极端微生物资源获取、极端酶研究、活性物质筛选以及微生物多样性分析等方面取得了重要进展，初步形成了集大洋生物基因资源勘探及大洋科学研究于一体的优秀团队。
“十二五”期间，在深海生物调查技术能力、深海（微）生物勘探与资源潜力评估以及微生物资源开发方面，已经得到了在科技部、海洋局、大洋协会等各 类项目大力支持，有望获得更大的进展。
记者：在深海生物基因资源勘探方面，我国还存在哪些不足？您认为应该如何提高我们的研究水平来缩短差距？
邵宗泽：通过近十年http://的努力，我国在深海生物基因资源方面有了一定的积累，但相比发达国家，在采样技术等方面还有较大差距。我们在深海调查与样品采集方面技术手段还有待加强。虽然我们也有了载人深潜器和水下机器人，但观测与采样工具还比较欠缺，深海作业的经验也很缺乏。在生物资源研发方面也存在较大差距，需要继续加强在深海极端生命过程、工业酶、先导化合物筛选、深海微生物环境作用等方面的研究。深海生物资源的开发、产业的形成一方面需要国家政策的扶持，也需要企业的积极参与。
微生物多样性研究范文5
1．1菌根共生对外来植物入侵的促进作用
菌根共生体在强化植物个体对环境的适应性、提高植物营养水平以及塑造植物种群和群落结构与动态等方面均起着重要的调节作用．在菌根菌与植物相互作用过程中，一方面植物可以向菌根菌提供更多的碳水化合物，另一方面菌根菌可以为植物提供氮和磷等营养，提高植物对环境中水的利用效率，增强植物对一些病原微生物侵染的抗性．因此，外来植物若能与入侵地的菌根菌形成共生体，将大大提升其入侵潜力．目前的研究表明，菌根共生可能是促进外来植物成功入侵的一个重要原因．如NI－JJER等在研究乌桕（Sapiumsebiferum）成功入侵的机理时发现，与土著植物相比，其根系中的丛枝菌根真菌（Arbuscularmycorrhizafungi，AMF）是提高乌桕生长率、促进其进一步入侵温带湿地系统的重要原因．HARNER等研究了AMF在斑点矢车菊（Cen－taureastoebe）入侵过程中的重要性，结果发现AMF极大地促进了斑点矢车菊对氮的吸收，从而有利于其在河漫滩地的泛滥生长．目前，AMF在外来植物入侵中的作用已被大量试验证实．如杨如意等认为菌根真菌在加拿大一枝黄花（Solidagocanadensis）入侵过程中起着关键作用．MARLER等对入侵美国西北部草地的斑点矢车菊的研究揭示：外来植物如能与AMF形成共生体大大提高了其入侵潜力．FUMANAL等在研究从北美传入法国的豚草（Ambrosiaartemisiifolia）时发现，接种其根系中的AMF显著增加了豚草的株高、基茎、叶片数、根生物量干重、地上生物量干重以及总生物量干重，从而进一步促进其入侵．为了说明菌根共生如何促进外来植物入侵的机理问题，CAR－EY等采用同位素标记的方法研究了菌根共生对斑点矢车菊与本土植物爱达荷狐茅（Festucaidahoen－sis）的营养竞争关系，结果表明，菌根菌通过地下菌丝网络将碳水化合物由本土植物爱达荷狐茅向斑点矢车菊进行转运，进而抑制了爱达荷狐茅的生长，促进了斑点矢车菊的入侵，但此机制是否适合于其他入侵植物尚不清楚．此外，有研究发现，本地植物与菌根菌之间存在碳素竞争，从而抑制了本地植物的生长．那么菌根菌是否对入侵植物也具有负反馈作用还需要大量的实验证明．总体而言，目前关于入侵植物与菌根菌相互关系的研究大多采用温室盆栽试验，所以仍需大量的野外证据来支持．
1．2固氮微生物共生对外来植物入侵的促进作用
土壤氮是决定生态系统稳定性的最重要因素之一．研究表明，外来固氮植物通过与土壤中的固氮微生物共生，显著提高了入侵地土壤氮的含量与可获得性，进而提高了入侵种类的丰富度．火树（Myricafaya）是生长于大西洋加那利群岛上的一种能共生固氮的木本植物，该植物侵入夏威夷后，与土壤放线菌Frankia共生，其每年所固定的氮是本地植物固氮量的4倍，为其进一步入侵创造了有利的土壤条件．XU等在研究入侵中国西南部的外来植物紫茎泽兰（Ageratinaadenophora）的根际土壤特性和固氮细菌群落时发现，重度入侵地土壤的土壤肥力、固氮细菌数量和种类多样性显著高于轻度入侵和非入侵地．牛红榜等的研究结果亦显示外来植物紫茎泽兰重度入侵区土壤中氮元素的含量和土壤中自生固氮菌的数量都显著高于轻度入侵区和未入侵区．YELENIK等比较了黄羽扇豆（Lupinusluteus）和金环相思树（Acaciasaligna）2种外来共生固氮植物与入侵地土壤氮循环之间的关系，结果表明：2种外来植物均显著提高了土壤中植物的可获得性氮含量，进而有利于其进一步入侵．然而固氮植物入侵对土壤氮可获得性的影响不仅取决于其本身的生物学特性，还与被入侵生态系统的生境特征等因素有关．如入侵南非的豆科金合欢属植物金环相思树和海岸金合欢（Acaciacyclops），在养分充足的土壤中氮矿化速率加快，而在贫瘠土壤中却没有．此外，外来固氮植物与入侵地土壤根瘤菌共生要比与本土根瘤菌共生更有利于其生长．如PARKER等对由美国入侵到北澳大利亚的含羞草（Mimosapigra）的根瘤菌进行分类鉴定，结果发现，入侵的含羞草中一些根瘤菌品系完全不同于生长于美国本土的含羞草根瘤菌品系，且这些澳大利亚根瘤菌品系对含羞草的入侵具有明显的促进作用．综上，固氮微生物能提高入侵地土壤中氮的含量与可获得性，创造出有利于外来入侵植物生长的土壤微环境，促进外来植物成功入侵．
1．3土壤病原微生物的释放有利于外来植物入侵
尽管“天敌逃避假说”遭遇了一些研究的挑战，认为入侵植物逃避天敌不一定会提高入侵植物对群落的破坏作用，因而“天敌逃避假说”可能不是外来植物成功入侵的重要机制．然而，该假说目前仍然是最能解释外来植物成功入侵的重要机制之一．该假说认为外来植物的成功入侵是因为其在入侵地成功逃避了本土的天敌（主要指食草性动物），从而充分发挥了其潜在的竞争优势．最近的研究进一步认为外来入侵植物逃避的天敌还包括原产地的土壤病原菌、寄生虫、食根性原生动物等微生物．KLIRONOMOS通过接种病原体进入灭菌与未灭菌的土壤来研究入侵植物和本土植物的生长与病原体侵染的关系，结果表明，土壤病原微生物对本土植物具有负反馈作用．CALLAWAY等研究了入侵植物斑点矢车菊在本土与入侵地土壤上的生长与土壤微生物群落总体作用之间的关系，发现在未灭菌的本土土壤上栽培斑点矢车菊，其生长速度明显低于灭菌的本土土壤，而斑点矢车菊栽培在入侵的未灭菌的北美土壤上，其生长速度明显地高于灭菌的土壤．由此推测：本土土壤病原微生物的侵染对斑点矢车菊的生长具有负反馈作用，而在入侵地由于缺乏相应的土壤病原微生物，斑点矢车菊的入侵更容易．VANDERPUTTEN等在研究入侵博茨瓦纳共和国稀树干草原的印度蒺藜草（Cenchrusbiflorus）时指出，逃避本土土壤病原微生物也许是其成功入侵的原因．“天敌逃避假说”是基于扎实的生态学理论提出的，但该假说也有自身的局限性．BECKSTEAD等在研究入侵美国加州的欧洲海滨草（Ammophilaare－naria）时发现，入侵地与原产地的土壤微生物对欧洲海滨草的生长均表现为负反馈作用．也有研究表明，入侵植物在入侵地可以通过富集对本地植物有害的土壤病原菌来影响本地植物的生长，从而成功入侵．如MANGLA等［52］发现入侵印度的飞机草（Chromo－laenaodorata）可以富集入侵地土壤生态系统中的土传致病真菌－半裸镰刀菌（Fusariumsemitectum），抑制本地植物生长，促进其成功入侵．
1．4土壤微生物群落总体结构的改变促进外来植物进一步入侵
在土壤总群落结构与功能水平上，土壤微生物群落组成与地上植物群落组成密切相关．外来植物入侵常常导致本土植物群落组成剧烈改变，进而引起根系分泌物和凋落物的化学组成发生变化，最终使土壤微生物群落结构发生相应的演替，且改变后的土壤微生物群落有利于外来植物的进一步入侵．目前，关于土壤微生物群落与入侵植物相互作用的研究主要集中于以下2个方面：
（1）外来植物入侵与土壤微生物群落具体组成的关系．SI等在研究南美蟛蜞菊（Wedeliatrilobata）入侵程度与其根际土壤微生物群落结构的关系时，发现轻度和重度入侵显著增加了南美蟛蜞菊根际土壤真菌群落的丰富度，而对细菌群落未造成明显影响．此外，南美蟛蜞菊的入侵也对参与土壤氮循环的微生物群落结构产生了明显影响．KOURTEV等研究了日本小檗（Ber－beristhunbergii）和柔枝莠竹（Microstegiumvimineum）的入侵对土壤微生物群落结构的影响，结果表明2种植物的入侵显著改变了土壤微生物的群落结构，尤其是代表细菌与菌根菌的脂肪酸含量均随着入侵的深入显著提高．BATTEN等研究了外来植物黄矢车菊（Centaureasolstitialis）和钩刺山羊草（Aegilopstri－uncialis）与土壤微生物群落结构的关系，发现植物入侵显著提高了土壤硫还原细菌、硫氧化细菌等的脂肪酸含量．此外，我国学者对紫茎泽兰和薇甘菊（Mika－niamicrantha）的研究也得到了类似的结论．
（2）外来植物入侵与土壤微生物群落多样性的关系．外来植物之所以能成功入侵是因为其能够促进根际土壤微生物群落结构的演替，进而创造出有利于自身生长的土壤微环境，从而加快了入侵进程．DUDA等和LI等的研究表明，盐生草（Halogetonglomeratus）和薇甘菊入侵均显著提高了土壤微生物群落的功能多样性．针对土壤微生物群落结构多样性，祖元刚等研究了喜树（Camptothecaacu－minata）替代紫茎泽兰过程中根际微生物的群落特征，结果表明，紫茎泽兰的入侵显著提高了土壤真核微生物群落的多样性，对细菌多样性没有明显的影响．这些研究结果的差异一方面可能与采用的研究方法有关，另一方面也可能与研究的入侵植物种类有关．
1．5土壤微生物群落功能改变对外来植物进一步入侵的作用差异
土壤微生物群落的功能主要表现在对有机物的矿化作用和无机物的转化，并由此影响着土壤营养的可获得性，而土壤营养的可获得性又直接影响着植物的个体生长和种群或群落动态．现有研究表明，外来植物有选择地改变土壤微生物群落的某种功能可能是其成功入侵的重要机制之一．如BAJPAI等证实：与非入侵地土壤相比，紫茎泽兰入侵地土壤具有较高的微生物活性和速效氮含量，对紫茎泽兰生物量积累具有积极的作用．LORENZO等发现，银荆（Acaciadealbata）的入侵使土壤碳、氮和可交换磷含量持续增加，从而为银荆的进一步入侵创造了有利的土壤营养条件．SUN等发现，紫茎泽兰的重度入侵显著增加了土壤总磷和硝态氮含量．EHRENFELD等分别研究了入侵植物日本小檗和柔枝莠竹对土壤微生物群落功能的影响，结果表明，伴随着植物入侵，土壤总氮的矿化作用和硝化作用均显著提高，从而为植物的进一步入侵创造了有利的营养条件．不同入侵植物对土壤微生物功能的影响不尽相同，如EVANS等研究了旱雀麦（Bromustectorum）入侵对草地氮素营养动态的影响，结果表明，旱雀麦通过提高氮素在植物体中的滞留量而降低了土壤氮的可获得性，从而降低了土壤总氮的矿化速率．DRENOVSKY等研究了钩刺山羊草入侵与土壤营养循环之间的关系，结果表明，植物入侵显著降低了入侵土壤中碳与氮的循环．这些研究结果的差异一方面可能与研究的入侵植物种类有关，另一方面也可能与入侵生境有关．因此，今后要扩大外来植物种的研究范围，探索不同物种入侵与土壤微生物群落的功能关系，为揭示入侵机理提供更多的证据．
2植物入侵的内生菌生态学机制
植物内生菌（endophyte）泛指那些在其生活史中的某一段时期寄居在植物体内，对植物组织没有引起明显病害症状的微生物，包括那些对宿主暂时没有伤害的潜伏性病原菌、菌根菌以及营表面生的腐生微生物．植物内生菌可增强宿主的抗逆性、抗病性、抗虫性、提高植物的生产力，以及对其他植物的排斥性等，但大多数研究都是针对本土植物进行的．近年来，研究者开始从内生菌的角度研究外来植物成功入侵的相关机理．有研究证明，内生菌能够增强入侵植物的入侵性，如SHIPUNOV等发现，入侵北美草原的斑点矢车菊体内定居了多种内生真菌，并且部分内生真菌直接提高了斑点矢车菊在入侵地的竞争力，进而增强其入侵性．ASCHEHOUG等研究了内生真菌对入侵植物斑点矢车菊化感作用的影响，发现感染内生真菌的斑点矢车菊对本土植物（Koeleriamacrantha）的化感强度很高，感染数是没感染数的2倍多，从而进一步提高了斑点矢车菊的竞争能力．此外，假高粱（Sorghumhalepense）体内定居多种内生固氮细菌，这些内生固氮细菌的存在进一步提高了土壤中碱金属（Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋）、微量元素（Zn2＋、Fe3＋、Cu＋、Mn2＋）以及可被利用的氮、磷元素的浓度，从而提高了假高粱的入侵能力．此外，人们还发现，内生菌的存在可以通过改变入侵植物的根际微生物群落结构来修饰其入侵性．如RUDGERS等发现内生真菌（Neotyphodiumcoenophialum）的存在提高了外来植物高羊茅（Loliumarundinaceum）根际微生物群落的多样性，从而进一步促进其入侵．然而，人们也发现了一些相反的结果．如NEW－COMBE等发现斑点矢车菊体内的部分内生菌是病原菌，这些病原菌的存在抑制了斑点矢车菊种子的发芽、生长，并延缓其开花．不难看出，植物内生菌在外来植物入侵过程中可能起至关重要的作用，尤其是对入侵植物的促进作用．因此对入侵植物与其内生菌之间的相互作用开展深入研究可能会发现新的规律，为控制入侵植物提供新的解决途径．
3入侵植物的微生物学机制研究面临的问题
国内外关于外来植物入侵的微生物学机制研究也发挥了重要作用，但仍然存在一些问题：
（1）由于入侵植物的种类不同，与土壤微生物群落相互作用的过程与机理亦不尽相同，争议仍然存在，目前很难提炼出具有普遍意义的结论；
（2）在外来植物入侵的过程中，入侵植物与入侵地土壤微生物间必然存在一定的营养竞争关系，这种竞争关系在外来植物入侵过程中究竟发挥了怎样的作用，至今尚不明确；
微生物多样性研究范文6
1微波技术提高铁矿石的碎磨效率
矿石在破碎磨矿过程中的耗能量占整个工艺的50％～70％，而有效率的能耗却很低，若能开发出一种新技术降低碎磨过程中的能耗将会产生可观的经济效益。早在20世纪90年代美国矿山局就对此课题做过研究，并取得成效。英国诺丁汉大学的萨姆•金曼［1］研究指出微波加热矿石在粉碎矿石的同时却能节约常规方式碎磨矿石一半的能耗，研究指出由于不同类型的矿石对微波的吸收不同，引发不同矿石间的热应力不同，从而造成矿石内的裂纹，这对于矿石的碎磨是有利的。图1显示出钛铁矿经微波处理后，有用矿物与脉石矿物之间产生的裂纹较发育。经微波处理后的钛铁矿，其磨矿功指数随辐射时间的增加而大幅度降低，经2600W、2．45GHz的微波辐射，10sec矿石相对磨矿功指数降低10％，60sec后降低了80％［1－3］。刘全军等［4］以磨矿动力学系数与选择性破裂函数作为依据，研究了微波促进磁铁矿的磨细作用，证明了微波的选择性加热能够促进磁铁矿的细磨。图2显示了混合磨矿时磁铁矿和石英的粒级产率变化，经过微波的作用，磁铁矿－0．3mm的粒级含量增加了20％，而石英则只增加了5％。表明微波对石英的磨矿影响较小，从而达到微波选择性磨细磁铁矿的目的。岳铁兵等［5］研究了微波对黄铁矿及有色多金属矿的助磨作用：黄铁矿型金矿经微波预处理15min，磨矿细度（0．074mm粒级含量）增加了2．67％；蓝晶石矿和铅锌多金属矿分别用微波预处理15min，其磨矿细度分别提高了14．16％和5．84％；铜钼矿和钽铌矿经微波辐射5min，磨矿细度分别提高了7．60％和12．16％，可见微波辐射预处理对这些矿物细磨的促进作用是显而易见的。微波辐射能够改善矿石的碎磨，主要是因为它增加了矿石颗粒间的裂隙，而不是横穿颗粒间的裂隙。如果能将微波技术合理应用在铁矿石的碎磨阶段，将对整个选矿流程成本的降低起到极大的作用。
2微波技术改善铁矿物的分选特性
2．1微波技术应用于钛铁矿浮选的预处理在研究微波辐射对矿石破碎与磨矿影响的同时，伯明翰大学也研究了微波辐射对钛铁矿浮选的影响。钛铁矿为三方晶系的氧化矿物，浮选时其颗粒表面的Fe2＋不利于浮选药剂的吸附，这种特殊的晶体结构和表面性能决定了钛铁矿是一种难以浮选的矿物。研究表明［2］，微波辐射预处理钛铁矿可以有效地改善矿物表明性质和矿物的可浮性。钛铁矿是钛和铁的氧化物，在2．45GHz的微波辐射作用下具有迅速介电加热特性，在微波功率2600W时，钛铁矿试样内部温度在10sec内达到180℃，1min后可达到720℃，而对于微波弱加热特性的石英，1min后仅分别达到53℃和65℃。表1为常见铁矿物与脉石矿物在微波场中的升温速率。钛铁矿经微波辐射处理后，其比表面积随微波辐射时间的延长而增加，并有新相产生。当暴露在空气中时，钛铁矿中的Fe2＋氧化为Fe3＋离子，微波的选择性加热加速了钛铁矿表面上的这种在室温下也可以缓慢进行的氧化反应，这种氧化反应能够增加浮选药剂的吸附量，从而使钛铁矿可浮性大大提高。伯明翰大学对钛铁矿的微波辅助浮选研究显示，钛铁矿的浮选回收率随着其在微波场中的暴露时间的延长而增加，10sec时提高了10％，最终回收率从64％提高到了87％。微波的作用还使油酸钠的用量降低，最多可减少药剂用量约65％。范先锋等［6］研究了微波处理钛铁矿后三段开路浮选，表明经微波辐射处理的钛铁矿在粗选及精选作业均表现出很好的可浮性，同时指出微波预处理钛铁矿能够加速其表面亚铁离子的氧化，加强了油酸根离子在钛铁矿Helmholtz层内的吸附，从而提高钛铁矿的浮选性能。解振朝等［7］研究了微波对钛铁矿浮选的影响，表明钛铁矿表面Fe2＋的氧化，药剂吸附量的增加是钛铁矿可浮性改善的原因；结果还表明，微波预处理与否，钛铁矿的精矿（TiO2）品位均在47％左右，这说明微波辐射处理钛铁矿不能提高其浮选精矿的品位，回收率的增加是由产率的提高引起的，最高回收率增幅可达34．7％。
2．2黄铁矿的微波辐射磁化黄铁矿少以单独矿体存在，多伴生于铜、铅、锌、金等的硫化矿物中，是煤炭中硫的主要存在形式。对黄铁矿有效合理的处理对于铜、铅锌、金等高价金属的回收、煤炭脱硫等有至关重要的影响。在煤炭脱硫过程中，利用微波辐射可将黄铁矿（FeS2）转变成磁黄铁矿（Fe1－xS），而后用磁选容易将磁黄铁矿分离而降硫［8］。KEWaters等［9－10］对比研究了常规热处理和微波辐射对黄铁矿磁性的影响，采用振动样品磁强计（VSM）来探测样品的磁矩和磁选结果来综合评价。结果表明热处理后黄铁矿的磁饱和度均有显著增加，EDS和XRD分析表明热处理后产生了磁性较强的磁黄铁矿和磁铁矿等，磁选试验结果也证实了这一点，如：未经加热的黄铁矿磁选回收率为23％，经600℃热处理的磁选回收率增加到94％。微波预处理黄铁矿比传统的热处理生成新的更多的磁性物质，如磁黄铁矿；黄铁矿的微波热处理相对于常规热处理有暴露时间短、能耗更低等优点。但微波处理时间过短时，虽然有磁选效果，但其XRD分析显示经微波辐射的黄铁矿没有变化，这可能是因为样品的改变还低于XRD的敏感度阈值。TUslu等［11］在研究微波加热对黄铁矿磁选的影响的时发现相对于在氮气气氛中，暴露在空气中时微波处理黄铁矿得到的产品较好，主要有黄铁矿、硫铁矿、α－赤铁矿和β－赤铁矿，而在氮气气氛中处理时没有赤铁矿产生。众多研究表明，微波处理黄铁矿过程中发生的反应主要有：
2．3菱铁矿的微波辐射磁化菱铁矿（FeCO3）属于碳酸盐类矿物，其热分解及焙烧温度应低于熔融温度。菱铁矿在不同加热方式、不同气氛条件下的分解已经有很多研究，在氧化气氛中的最终产物只检测出α－赤铁矿，磁铁矿和氧化亚铁只有在真空或者惰性气体氛围中得到。IZnamenáˇcková等［12］研究了微波辐射对菱铁矿磁性的影响，通过对样品的DTA、DTG和TG分析可知，样品的反应温度在383℃～616℃之间，吸热特征温度为544℃，发生的分解反应为：通过对比磁化系数的测定，考察了不同时间对菱铁矿磁性能的影响，微波加热不同时间对菱铁矿磁性能的影响如图4。样品的比磁化系数由原来的．947×10－6m3／kg提高到经微波辐射10min时的8．736×10－6m3／kg和辐射15min时的140．87×0－6m3／kg，最终经微波辐射30min后样品的比磁化系数提高到324．79×10－6m3／kg；而磁铁矿的比磁化系数为（104～520）×10－6m3／kg，这也从另一个方面证实了菱铁矿样品经微波辐射后磁铁矿的生成。向微波处理后的产品经湿式弱磁选别，可得到铁品位45．6％，回收率高达97．6％的精矿产品，而未处理前的回收率为零。磁性物质的产生使得菱铁矿采用较容易的磁选方法即可分离，可用磁选代替浮选，能减少对环境的污染。另外微波热处理方式还具有高效、节能、环保
2．4微波在钛铁矿热还原中的研究目前，国内外钛铁矿的综合利用主要方法有两大类：一类是高温熔炼还原法；另一类是化学浸出法。具体的方法与种类虽然有很多，但就国内外实际生产情况而言，碳热还原法仍是主导的、唯一在工业上取得实际应用的技术。我国的钛资源主要分布在四川攀枝花地区，主要以钛铁矿的形式存在，国内学者大都以此地的钛铁矿作为研究对象，在开发研制新技术时对微波加热应用于钛铁矿的处理做了大量的研究，认为钛铁矿的微波碳热还原技术在理论上是可行的，且比其它方法有许多优点。大量研究［13－16］表明微波碳热还原钛铁矿的机理主要是：微波的选择性加热可以使碳产生局部高温，这能够显著提高碳的还原能力，从而提高钛铁矿的还原速率；钛铁矿选择性优先吸收微波发生局域耦合共振，产生热点，这些热点比其它区域的温度要高，成为反应的中心。研究证实还原反应从一开始施加微波辐射就开始进行；由于对微波的吸收不同，使钛铁矿球团内部产生热应力，从而产生大量孔隙和裂纹，促进了还原气氛的扩散，并且快速还原产生的大量晶核也加速了还原反应的进行。雷鹰等［13］在研究微波碳热还原攀枝花低品位钛精矿时发现：钛铁矿在常规加热800℃预氧化后添加相关添加剂制成球团，在微波辐射温度1000℃～1100℃下保温还原60min，还原产物中铁的金属化率可超过90％。李雨等［16］类似的研究指出，钛精矿的球磨活化可以进一步降低微波还原温度，提高反应速率。汪云华等［16］发现微波辐射还原得到的铁粉比常规加热还原得到的铁粉表面有更加发达的海绵体，如图5（a）（深色部分为海绵体铁），这种海绵体铁具有更大的比表面积，表面活性强，有利用制造中低密度、中高强度的粉末冶金制品。微波加热技术可以实现钛铁矿的高效、节能、环境友好型还原生产，与传统加热方式相比不仅可以缩短加热时间，降低了能耗，而且改善了还原条件，可以有效的降低生产成本。微波碳热还原技术对钛冶金行业降低能耗、降低成本、增加利润具有重要意义。该方法虽然理论可行，但缺少大型工业配套设备，目前尚无工业实践。
2．5微波辅助铁矿浸出我国钛工业主要采用硫酸法，该方法与氯化法在竞争中求生存，利用微波辅助钛铁矿浸出技术应运而生。周晓东等［17］探索了微波辐射－盐酸浸出钛铁矿的方法，研究表明钛铁矿在一定温度下能将其中的亚铁氧化成高价铁，形成假板钛矿结构，这种氧化使原矿中的铁活化，低温氧化有利于盐酸浸出时选择性的除去铁，生成大颗粒人造金红石，高温氧化产生高铁板钛矿结构，对酸十分稳定，不利于钛铁矿的浸出。表明微波辐射下对钛铁矿进行酸浸出代替高温高压酸浸工艺制备人造金红石在理论上和实践上都是可行的。DKXia等［18］采用微波加热技术对某种电弧炉渣进行碱浸出处理，能够较好的回收炉渣里的铁、锌、铅等金属。炉渣的主要成分为红锌矿和铁酸锌，试验表明传统条件下锌的回收率在180min达到最大，约为72％，在微波辅助浸出条件下，锌的回收率在5min内达到最大，约80％，表明锌在微波辐射下能够快速的溶解，这可能是因为溶液过热、沸腾剧烈、溶液中电炉渣颗粒与微波的相互作用。试验显示在微波试验中，固体颗粒和界面的温度比常规浸出要高许多，从而导致金属溶解速率和回收率的增加。
2．6微波用于赤铁矿的脱磷近年来我国大量进口国外铁矿石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地广泛的分布着总资源储量达70亿t的“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿，因这类铁矿含磷高、嵌布复杂而难以分选利用。张辉等［19］对利用微波加热处理高磷鲕状赤铁矿。经微波作用碳热还原、细磨和磁选，其脱磷率达到87．8％，铁回收率90％，效果较好。基于Fe2O3、Fe3O4和无烟煤粉具有较强的微波热效应，对微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸盐类矿物对微波的吸收能力却较差。由于微波与物质作用的弛豫效应以及高磷铁矿中铁氧化物的晶体结构缺陷，微波加热时一部分热能使碳铁混合物温度升高，另一部分存储在晶格缺陷中充当晶格能和吉布斯自由能；同时因微波场中高磷铁矿碳热还原反应的活化能降低，加快还原反应速率，致使铁氧化物的碳热还原反应更加彻底，使得本来不能进行的反应有可能进行；因微波作用还导致铁颗粒的聚集长大破坏了磷灰石的嵌布特征，改变了铁矿的原有结构，可为后续磁选过程中铁和高磷渣的分离创造有利条件。微波应用于高磷鲕状赤铁矿的脱磷研究还处于试验室阶段，但微波所表现出的良好效应及试验结果表明微波加热在处理该类矿石中的潜力，相信随着微波技术的进步、选矿水平的提高以及工业型设备的开发，该类铁矿资源的利用将成为可能。
2．7微波辅助加热选别含铁铝土矿铝土矿是做耐火材料的主要原料，其含铁（Fe2O3）上限为2．0％～2．5％，铝土矿中的铁通常
以弱磁性矿物形式存在或呈极细粒分散，普通方法很难去除，长期以来学者们一直在探索从铝土矿中除去铁的有效途径。目前为止，最有效、最常用的方法是在焙烧炉或焙烧窑中对铝土矿原矿石进行焙烧热处理然后进行磁选除铁。微波加热技术被认为具有对铝土矿殊部位选择性加热的能力，在还原气氛中微波能够促进铁矿物很快的转变为磁铁矿，从而改善磁选分离效果。虽然这项技术认为在理论上是可行的，但它是一个随着人们对微波能兴趣的提高而发展来的一个新的研究课题，尚没有大规模的生产试验研究。有学者对印度某铝土矿用微波加热法将纯赤铁矿转变成磁铁矿然后磁选除铁的试验研究，对含Al2O355．7％、Fe2O35．6％的铝土矿原矿，在经微波炉磁化焙烧后再破碎磁选，可以获得含Al2O380％、Fe2O32．5％，Al2O3回收率达80％的铝土矿精矿，这一选别结果能够满足耐火材料的要求，而采用回转窑焙烧法最终铝土矿精矿含铁仍高于2．5％。
3微波技术强化铁矿物辅助作业
3．1微波加热用于褐铁矿脱水微波干燥脱水比普通干燥方法有更加优越的特点，它不仅能脱去颗粒表明的吸附水，而且能够脱除矿物分子中所含的结晶水。褐铁矿（Fe2O3•nH2O）中含有结晶水，使得选别回收的褐铁矿含铁通常只有55％，而钢铁厂对褐铁矿精矿的要求品位在62％以上。李新东等［20］研究了对微波用于褐铁矿的干燥脱水，表明微波干燥脱水速率远远大于常规脱水速率。在700W微波辐射功率下，相对于250℃常规加热干燥方法，试验显示常规干燥方法加热60min时才达到微波加热10min的脱水效果；并且微波加热不仅脱去了褐铁矿中的游离水，而且脱去了大部分的结合水，最终得到总铁含量高于60％的褐铁矿精矿。在微波加热过程中，样品的温度均匀，热利用率高；相比常规加热方法节约了大量能源，提高了生产效率。
3．2微波加热用于铁精矿烧结处理任伟等［21］研究了微波加热技术应用于铁精矿的烧结，探索了微波烧结磁铁精矿的可行性。试验考察了不同微波处理时间、碳粉的配比以及氧化钙的配比等因素。表明在相同微波加热条件下添加碳粉会降低样品的加热温度；当CaO／SiO2为2．5、加热时间20min和微波输出功率1000W时，烧结产物效果最好。得到了具有一定强度和孔隙度的烧结产物，但是其强度与现有抽风烧结产品差别较大，相关原因还需进一步研究。
3．3微波辅助钒钛磁铁矿溶样在钒钛铁矿资源利用过程中另一个重要问题是钒钛铁矿的溶样分析。常规采用过氧化钠或焦硫酸钾高温熔融，以化学滴定法进行测定分析，该方法比较成熟、分析结果比较准确。因矿样的分解在高温环境中长时间进行，该方法繁琐、周期长、劳动强度大、能耗高，难以适应快速、大批量样品的分析。利用微波辅助溶解钒钛铁矿石的溶样［22－24］，该方法采用硫磷混酸，基于H3PO4对Fe3＋有很强的络合能力的溶样机理，但使用的硫磷混酸在配制过程中具有一定的危险性。许多学者研究采用盐酸等危险性较小的酸来对钛铁矿进行溶样研究，但目前技术还不成熟。尹继先等［22］对攀枝花的难溶钒钛磁铁矿进行微波消解溶样研究，主要采用盐酸及氟化铵对样品进行溶解，结果表明同传统的消解溶样方法相比，该方法需要的能耗更低，仅有传统方法能耗的1％～10％，时间大大缩短，只有传统方法的10％～20％，试剂用量比较少。周晓东等［23］采用常规的微波炉在常压下对钛铁矿进行溶样研究，仍采用硫磷混酸，但摒弃了价格较昂贵、基于微波溶样机理的商品仪器，试验过程中优化了试验方法，取得较好的效果。朱霞萍等［24］建立了ICP－OES快速微波消解溶样方法，该方法除了在溶解过程中加入浓酸外，还加入了金属络合剂，加速了试样的溶解。利用某络合剂A与金属离子的络合能力，借助微波辅助溶解难溶的钒钛磁铁矿，缩短了消解时间，溶样效果好；采用ICP－OES法实现了样品中Fe、Ti、V的同时测定，准确度堪比分析化学的要求，适合大批量样品的快速测定。微波辅助消解是利用微波产生的热能活化反应分子以促进水和酸等溶样介质在试样表面产生极高的热能，进而导致强烈的对流来不断清除已溶解的但不活泼的试样表明层，使试样与溶解介质的接触面不断更新，加速样品的溶解。因而微波溶样法具有溶样速度快、样品分解完全、方法简便、能耗少、污染小、适合大批量快速测定等诸多独特的优点。
