得益于绿色和经济性的优势,生物浸出被广泛应用于低品位矿物有色金属提取。高效的生物浸出与微生物介导活跃的铁硫代谢紧密关联,而铁代谢匮乏是制约辉铜矿浸出的关键因素。本研究以低品位辉铜矿生物浸出为研究对象,分别从铁氧化/还原菌生理和浸出特性、细胞全局转录水平差异以及基于浸矿微生物协同浸出提升生物柱浸辉铜矿效能等方面进行研究,主要研究内容如下:(1)铁氧化/还原菌Leptospirillum ferriphilum/Acidiphilium sp.筛选鉴定及基础生理特性分析。以葡萄糖为基质从德兴铜矿浸出液中分离出嗜酸异养菌Acidiphilium sp.DX-LIX2,该菌细胞革兰氏染色阴性,呈杆状或球状(0.6×0.8~1.0μm),最大比生长速率(μ_max)0.19 h^-1,利用葡萄糖、半乳糖等有机质进行异养生长,具有一定铁还原活性,可协同浸出辉铜矿。结合稀释分离路线及双层平板法从紫金山铜矿酸性矿坑废水(AMD)中筛得嗜酸铁氧化菌L.ferriphilum ZJ-AU1,该菌细胞呈曲杆状或螺旋状(长度0.7~2.5μm,直径0.25~0.5μm),μ_max为0.13 h^-1,以亚铁为能源物质并呈现较强铁氧化活性。(2)外源干预对低品位辉铜矿生物浸出影响及作用机制解析。以L.ferriphilum、Acidithiobacillus caldus及Acidiphilium sp.构建菌种组合,施以Fe²⁺/Fe³⁺/黄铁矿/纤维质废弃物酸解液干预,系统分析浸出差异性。理化参数表明外源干预强化浸出体系铁硫代谢并促进菌体生长,其中同时添加黄铁矿及水草酸解液策略强化效果最佳,游离及附着生物量分别提高2.51及5.73倍,浸出40 d铜离子浸出率达67.6%。添加强氧化剂Fe³⁺与矿物直接反应或补加黄铁矿都为菌体生长提供更多能源物质,酸解物有利于铁元素循环同时促进菌体附着,附着细胞数量及EPS分泌量显著提高通过强化“接触”浸出机制加速矿物溶解促进铜离子浸出。(3)基于转录组学系统分析外源水草酸解物干预下L.ferriphilum ZJ-AU1浸出低品位辉铜矿过程生理响应机制。根据样本基因表达水平检测到616个差异表达基因(DEGs),其中298个上调基因与鞭毛组装、双组分系统等通路相关,318个下调基因涉及氧化磷酸化、嘌呤嘧啶合成等基础代谢通路。具体分析DEGs相关生理代谢途径,结合试验条件作出以下推论:酸解物引入后可能引起酸胁迫和氧化应激,导致胞内基础代谢受抑制,菌体需要建立复杂的调节网络和机制,保留关键而高效的代谢通路维持生命力。借助鞭毛及趋化蛋白向矿物表面迁移同时强化细胞壁/EPS合成,抵御不良环境的同时有效促进“接触”机制发挥作用溶解矿物;通过外排系统或缓冲物质合成缓解质子及活性氧(ROS)胁迫;各类防御修复机制可以及时处理受损DNA、蛋白等生物大分子。(4)基于外源菌种干预策略强化低品位辉铜矿生物柱浸。结合各菌种生理特性设计不同阶段外源接种策略,分析浸出过程理化参数变化及群落结构组成。前期接种L.ferriphilum-中期接种A.caldus-后期接种Acidiphilium sp.的连续干预策略通过加强浸出体系铁硫代谢促使更多菌体生长,附着于矿物表面同时分泌大量EPS以加速铜离子溶出。浸出25 d该最优体系铜离子浓度为325.5 mg·L^-1,浸出率达59.8%,相较非生物对照及无再接种策略的生物对照组分别提高39.3%及18.2%。群落结构分析表明主要菌属为Leptospirillum、Acidithiobacillus、Acidiphilium及Alicyclobacillus,无外源干预条件下Acidiphilium占据绝对优势地位,接种L.ferriphilum能大幅提高Acidithiobacillus及Leptospirillum相对丰度,接种A.caldus对Leptospirillum有利但会加剧同营养类型菌种间竞争。