金属矿产资源在国民经济建设中具有重要地位。随着矿产资源的不断开采利用，地表矿床逐渐枯竭，已不能满足经济建设的需求。因此，结合新的找矿技术寻找隐伏矿产已成为关系到国计民生的重要工作。生物找矿技术是利用生物体内金属元素浓度的异常或生物特殊的生长和行为特征作为找矿依据一种新型找矿方法，主要包括动物找矿、植物找矿和微生物找矿。其中，微生物找矿作为一项新的技术越来越受重视。
该研究选择山东省胶东金矿区的优势性微生物蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）作为研究对象，研究蜡样芽孢杆菌对胶东金矿的指示意义；并借助同步辐射X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Near Edge Spectroscopy，XANES）技术和扫描/透射电镜结合能谱分析技术（SEM/TEM-EDS）开展蜡样芽孢杆菌对金的形态转化过程及其还原解毒机制研究，为生物找矿提供重要的理论依据和支持。研究的主要成果如下：
（1）采集了三山岛和焦家金矿植被覆盖区的土壤，通过微生物的培养分离，挑选出具有生态优势的6个菌株进行16SrRNA基因鉴定，结果显示这六个菌株均为蜡样芽孢杆菌菌属，说明蜡样芽孢杆菌在胶东金矿区具有明显的生态优势，可在金矿的探测中发挥潜在作用。由于蜡样芽孢杆菌生长过程中会产生一种特殊的酶分解蛋黄中卵磷脂，使其在菌落周围产生不透明的沉淀圈，因此本研究中在平板培养基再加入鸡蛋黄，便于识别蜡样芽孢杆菌的菌落。
（2）野外采集的土壤中，金的浓度范围为3.67-412.26 ng/g，在这一浓度范围内，蜡样芽孢杆菌的芽孢数与土壤中金的浓度相关性可高达0.78，而与As、Cu、Pb和Zn等重金属的含量无明显相关性。说明蜡样芽孢杆菌的芽孢数主要受土壤中金含量的影响，蜡样芽孢杆菌可作为金矿的指示性菌株。
（3）在含活性蜡样芽孢杆菌的实验组中加入金矿石培养7d后，矿石中的金溶解率高达45.9%。并且随着矿石中金的溶解释放，芽孢数也随之增加，比对照组高10-25倍。说明溶解态的金对蜡样芽孢杆菌具有较高的毒性，促进菌体改变自身形态生成具有多层保护结构的芽孢
（4）将蜡样芽孢杆菌暴露于KAuCl4溶液中培养48h后，Au (III)被还原形成金纳米粒子（AuNPs），使溶液最终呈现为紫红色的胶体溶液。
（5）将蜡样芽孢杆菌暴露于KAuCl4溶液中培养后，细胞表面存在大量的亮点（图B），该亮点的产生源于金具有较高的电子密度。细胞表面存在大量的球形金纳米粒子（图C）。结合EDS分析发现，蜡样芽孢杆菌吸收Au后，在表面同时检测到C、O和S的存在，这些元素主要来源于蜡样芽孢杆菌的胞外分泌物和蛋白质等物质。蜡样芽孢杆菌暴露于KAuCl4溶液后金在细胞内的沉积（图F）。与对照组进行对比（图E），蜡样芽孢杆菌的细胞结构较完整，并未发生明显的破坏。细胞对金属的沉淀作用可有效防止金属离子对细胞的结构的破坏。
（6）结合同步辐射XANES分析，发现蜡样芽孢杆菌可将Au (III)还原为Au (0)，还原过程生成Au (I)-sulfide中间产物；蜡样芽孢杆菌的细胞分泌物无法对Au (III)进行解毒，而细胞裂解产物可将Au (III)还原为Au (0)。蜡样芽孢杆菌在形成芽孢的过程中，伴随着母体细胞的裂解释放胞内物质。由此说明，芽孢是蜡样芽孢杆菌的自我保护机制，而形成芽孢过程中释放的胞内物质则是重要的解毒机制。
研究成果得到国家自然科学基金项目(No.41877505)；国家自然科学基金青年基金项目(No.21607033)；国家重点研发计划项目(No.2016YFC0600603)的资助。
论文信息：
Changling Lao, Liqiang Luo, Yating Shen.et al. Bacillus cereus, a geobiological marker for gold prospecting isolated from soil from the Jiaodong Gold Mine, Journal of geochemical exploration, 2020 DOI：10.1016/j.gexplo.2020.106563
