微生物代谢产物在离子吸附型稀土矿生物浸出中的作用机制及调控策略

针对传统硫酸铵法提取稀土元素(REEs)导致的氨氮污染问题，研究人员通过筛选高效浸矿菌株（如黑曲霉、烟曲霉），系统探究了有机酸、铁载体(siderophores)和胞外聚合物(EPS)在生物浸出过程中的协同作用机制。研究发现烟曲霉产生的铁载体通过特异性金属螯合作用提升稀土浸出率(达86%)，3D-EEM和FT-IR技术揭示了腐殖酸和色氨酸的动态变化，为构建高效工程菌株提供了理论依据。

　　

稀土元素(REEs)因其独特的磁学、光学和催化特性，已成为现代科技产业不可或缺的战略资源。中国特有的离子吸附型稀土矿富含中重稀土，但传统硫酸铵浸出法导致严重的氨氮污染，迫使研究者寻求绿色替代方案。微生物浸出技术凭借环境友好、成本低廉等优势崭露头角，但不同代谢产物在浸出过程中的具体作用机制尚不明确。为此，中南大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，系统解析了微生物代谢产物调控稀土浸出的分子机制。

研究采用三维荧光光谱(3D-EEM)、液相质谱(LC-MS)等先进表征技术，对比分析了黑曲霉、烟曲霉等5种微生物的浸出效能。通过一步法和代谢液浸出法(spent medium method)的双重验证，结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)的微观结构分析，揭示了代谢产物的协同作用规律。

筛选浸矿菌株
实验发现黑曲霉和烟曲霉浸出效率最高，其代谢液浸出率分别达93%和86%。pH动态监测显示，黑曲霉培养液pH降至2.3时浸出效率最佳，这与菌株分泌的柠檬酸含量呈正相关。

关键代谢产物分析
烟曲霉独有的铁载体(siderophores)通过金属螯合作用显著提升稀土溶解度。胞外聚合物(EPS)的紧密型(TB-EPS)和松散型(LB-EPS)组分中，羟基和羧基官能团为稀土离子提供了吸附位点，3D-EEM检测到腐殖酸和色氨酸的动态变化证实了电子传递过程。

微观机制解析
FT-IR谱图显示矿物表面羧基(1700 cm^-1)和氨基(1650 cm^-1)振动峰增强，SEM观察到酸蚀形成的微孔结构。LC-MS进一步鉴定出铁载体包含异羟肟酸和儿茶酚两类活性基团。

该研究首次阐明铁载体-EPS-有机酸的协同浸出机制，为定向改造工程菌株提供了明确靶点。通过调控微生物的次级代谢途径，可显著提升稀土回收率并降低环境风险，对实现稀土资源的绿色开发具有重要指导意义。