●第1章 微生物-礦物相互作用的基本原理 1
1.1 微生物-礦物相互作用的宏觀效應 1
1.1.1 微生物參與酸性礦坑水的形成 1
1.1.2 微生物引起岩石礦物的風化和腐蝕 2
1.1.3 微生物參與礦物的形成 2
1.1.4 微生物參素的地球化學循環 3
1.1.5 礦物的生物浮選 3
1.1.6 礦山環境的微生物修復 4
1.2 微生物-礦物相互作用的類型 4
1.3 微生物-礦物相互作用的過程 8
1.3.1 硫化礦物的生物溶解途徑 8
1.3.2 微生物-礦物相互作用方式 9
第2章 微生物-礦物相互作用的研究策略與技術 13
2.1 微生物-礦物相互作用的研究策略 13
2.2 基於同步輻射的X射線吸收譜學技術 15
2.2.1 同步輻射光源 15
2.2.2 基於同步輻射的X射線吸收近邊結構光譜 17
2.2.3 基於同步輻射裝置的其他測試方法 21
2.3 輔助分析方法 23
2.3.1 顯微鏡檢方法 23
2.3.2 組學技術 27
2.3.3 色譜技術 31
2.3.4 Zeta電位測定方法 32
2.3.5 差熱-熱重/微量熱測定方法 32
2.3.6 電化學分析方法 33
第3章 典型硫化礦生物吸附的表界面化學基礎 39
3.1 密度泛函理論及分子動力學 39
3.1.1 密度泛函理論 39
3.1.2 分子動力學 41
3.2 典型礦物的晶體結構和能帶結構 42
3.2.1 晶體結構 42
3.2.2 能帶結構 44
3.3 硫化礦物選擇性生物吸附的分子模擬 46
3.3.1 微生物表面功能基團與黃鐵礦相互作用的計算 46
3.3.2 微生物表面功能基團與黃銅礦相互作用的計算 48
3.4 典型硫化礦物表面結構及選擇性生物吸附行為：以黃銅礦為例 49
第4章 典型硫化礦-微生物作素形態轉化及賦存形式 55
4.1 黃銅礦-微生物作用過程硫鐵銅形態轉化及賦存形式 55
4.1.1 含硫、鐵、銅標樣的XANES光譜 55
4.1.2 不同溫度特性微生物的影響 58
4.1.3 溫度、礦漿濃度和pH的影響：以萬座嗜酸兩面菌為例 67
4.1.4 晶體結構的影響：以萬座嗜酸兩面菌為例 74
4.1.5 催化劑的影響：以萬座嗜酸兩面菌為例 77
4.2 砷黃鐵礦-微生物作用過程砷鐵硫形態轉化及賦存形式 86
4.3 黃鐵礦-微生物作用過程鐵硫形態轉化及賦存形式 90
第5章 微生物-黃銅礦作用過程群落結構與硫氧化活性演替 93
5.1 微生物-黃銅礦作用過程中的表觀硫氧化活性 93
5.2 硫氧化活性相關基因的篩選和鋻定 96
5.2.1 RNA的提取及反轉錄 96
5.2.2 硫氧化活性相關基因的篩選 97
5.2.3 硫氧化活性相關基因的鋻定 98
5.3 嗜熱古菌硫氧化活性的分子表征 101
5.4 嗜熱古菌混合菌群落結構變化 104
5.5 嗜熱古菌群落演替及其與黃銅礦浸出率的對應關繫 110
5.5.1 不同溫度下嗜熱古菌群落演替及其與黃銅礦浸出率的關繫 110
5.5.2 不同pH下嗜熱古菌群落演替及其與黃銅礦浸出率的關繫 111
5.6 嗜熱古菌-黃銅礦作用過程中的硫氧化活性及硫形態 113
5.6.1 嗜熱古菌及其混合菌的硫氧化活性 114
5.6.2 嗜熱古菌及其混合菌作用黃銅礦過程的比較 115
5.6.3 黃銅礦的表面硫形態分析 117
5.7 嗜熱古菌-黃銅礦作用過程中各因素的關聯 118
5.7.1 灰色關聯理論 119
5.7.2 硫氧化活性-群落結構-硫形態的灰色關聯分析 120
第6章 嗜酸硫氧化菌胞內外硫（球）分子形態 124
6.1 嗜酸硫氧化菌作用下S0的化學形態轉變：以A.ferrooxidans為例 124
6.1.1 A.ferrooxidans對Fe2+和S0利用的差異 124
6.1.2 A.ferrooxidans作用前後α-S8的紅外和硫K邊XANES光譜 125
6.1.3 A.ferrooxidans細胞亞微結構特征 127
6.1.4 A.ferrooxidans細胞的硫K邊XANES光譜 127
6.1.5 A.ferrooxidans胞外蛋白質組硫K邊XANES光譜 128
6.1.6 A.ferrooxidans菌毛蛋白硫K邊XANES光譜 129
6.2 嗜酸硫氧化菌胞內外硫（球）的化學形態差異：以A.ferrooxidans和A.caldus為例 130
6.2.1 A.ferrooxidans和A.caldus對S0和S2O32-利用的差異 130
6.2.2 A.ferrooxidans和A.caldus在S0和S2O32-中生長細胞顯微結構的差異 130
6.2.3 A.ferrooxidans和A.caldus胞內外硫球硫K邊XANES光譜 131
第7章 典型嗜酸硫氧化菌利用不同形態S0的分子基礎 135
7.1 不同形態單質硫的制備及表征 135
7.2 典型嗜酸硫氧化菌對α-S8和μ-S利用的差異 136
7.3 典型硫氧化菌對α-S8和μ-S硫形態轉化的差異 140
7.4 典型嗜酸硫氧化菌對不同形態S0轉化的分子基礎 145
7.4.1 胞外硫活化相關蛋白質基因的篩選 145
7.4.2 胞外硫活化相關蛋白質編碼基因的功能驗證 155
第8章 嗜酸鐵/硫氧化微生物生物膜 158
8.1 生物膜的形成過程 158
8.1.1 自然界中的生物膜 158
8.1.2 生物膜在固體表面的形成過程 158
8.1.3 有關硫化礦表面生物膜的研究 159
8.2 生物膜觀察與分析 160
8.2.1 生物膜形成過程觀察 161
8.2.2 胞外成分原位分析 164
第9章 嗜酸鐵/硫氧化微生物胞外多聚物 167
9.1 EPS結構與組成 167
9.2 EPS性質對能源底物的響應 168
9.2.1 嗜酸氧化亞鐵硫杆素硫細胞表面性質的變化 168
9.2.2 不同能源底物對萬座嗜酸兩面菌細胞表面性質的影響 171
9.3 EPS組成與能源底物關聯性 176
9.4 EPS鐵/碳賦存形態與能源底物的關聯性 180
9.4.1 典型浸礦菌細胞表面鐵賦存形態 180
9.4.2 典型浸礦菌細胞表面碳賦存形態 186
第10章 嗜酸氧化亞鐵硫杆菌硫代謝相關特化細胞空間蛋白質 188
10.1 嗜酸氧化亞鐵硫杆菌細胞結構特征 188
10.2 特化細胞空間比較蛋白質組學 189
10.2.1 特化細胞空間蛋白質選擇性提取 189
10.2.2 雙向電泳分離 190
10.2.3 歸類及生物信息學分析 191
10.2.4 硫氧化相關蛋白質功能驗證 201
10素硫活化/氧化機制 203
10.3素硫活化/氧化相關蛋白質 203
10.3.2 硫活化相關表面蛋白質巯基原位表征 210
10.3.3 硫活化/氧化模型 213
參考文獻 214

本書針對微生物-礦物相互作用，兼顧其微觀作用過程和宏觀效應，介紹其作用原理、研究策略與技術、表征及分子模擬。主要方法和技術包括基於同步輻射的高分辨率光譜學和顯微化學成像等（原位）分析技術、基於實驗室的常規光譜學和顯微鏡檢等表面分析技術、DFT計算及比較蛋白質組學/基因組學技術。主要內容涉及礦物/微生物表面微結構與化學形態演化、微生物群落結構與功能演替、硫化礦物選擇性生物吸附分子模擬、微生物吸附行為、生物膜形成與演化、EPS組成與性質、硫代謝相關蛋白質篩選與功能分析。本書可供從事礦山環境生物技術、地質微生物學、地質生物技術、生物地球化學等研究和工作的人員，以及礦物提取和礦山環境治理相關企業及相關政府工作人員學習和參考，也可作為高等學校相關專業教學參考用書。