какую роль играют микроорганизмы в круговороте серы

Роль микроорганизмов в круговороте серы в природе, их значение превращения веществ и практическое использование

Круговорот серы осуществляется в результате жизнедеятельности бактерий, окисляющих или восстанавливающих ее. Процессы восстановления серы происходят несколькими путями. Под влиянием гнилостных бактерий – клостридий, протея в анаэробных условиях при гниении белков, содержащих серу, происходит образование сероводорода и, реже, меркаптана. Большие количества сероводорода накапливается также в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Они восстанавливают сульфаты почвы, ила и воды. Сероводород, образовавшийся в процессе восстановления частично, улетучивается в атмосферу, а частично накапливаются в почве и воде. В дальнейшем он окисляется. Процессы окисления сероводорода совершаются при участии серобактерий и тиобацилл. Серобактерии используют сероводород в биоэнергетических процессах окисления, обеспечивая себя энергией. В результате этих процессов сероводород окисляется до серы, которая накапливается в цитоплазме бактерий, которая накапливается в цитоплазме бактерий. После того, как запасы сероводорода во внешней среде исчерпаны, сера окисляется до серной кислоты и сульфатов, используемых растениями. Тиобациллы окисляют серу, сероводород, гипосульфит. Они накапливают серу внутри клетки и вне ее, иногда окисляют серу до сульфатов. Среди тиобацилл встречаются аутотрофы и гетеротрофы. Практическое использование: бактерии, в процессе окисления серы образуют используемые растениями сульфаты, бактерии гниения разлагают останки животных.

Дата добавления: 2015-04-25 ; просмотров: 1037 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Вопрос 1. В чем заключается главная функция биосферы?
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами (гетеротрофами-потребителями и деструкторами) разрушается, с тем чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.

Вопрос 2. Расскажите о круговороте воды в природе.
Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды (на образование 1 г водяного пара затрачивается 2,248 кДж). Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу (рис. 4.). Циркуляция воды между мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, перенос ее компонентов в глубины морей и океанов.

Рис. 4. Круговорот воды в биосфере

Рис. 5. Круговорот углерода в биосфере

Таким образом, замыкается круговорот азота, и запасы этого важнейшего биогенного элемента в живых системах не истощаются (Рис.6.).

Рис. 6. Круговорот азота в биосфере

Вопрос 6. Какую роль играют микроорганизмы в круговороте серы?
Сера попадает в почву в результате естественного разложения некоторых горных пород (серный колчедан FeS₂, медный колчедан CuFeS₂), а также как продукт разложения органических веществ (главным образом растительного происхождения). Через корневые системы сера поступает в растения, в организме которых синтезируются содержащие этот элемент аминокислоты цистин, цистеин, метионин. В организме животных сера содержится в очень малых количествах и попадает в них с кормом.
Сера из органических соединений попадает в почву благодаря разложению мертвых органических остатков микроорганизмами. В этом процессе органическая сера может быть восстановлена в S8 и минеральную серу или же окислена в сульфаты, которые поглощаются корнями растений, т.е. вновь вступают в круговорот. В наше время в круговорот вовлекается и сера промышленного происхождения (дымы), переносимая с дождевой водой.

Вопрос 7. Как деятельность человека влияет на круговорот серы, фосфора?
Процесс естественного круговорота фосфора в современных условиях интенсифицируется применением в сельском хозяйстве фосфорных удобрений, источником которых служат залежи минеральных фосфатов.В наше время в круговорот вовлекается и сера промышленного происхождения (дымы), переносимая с дождевой водой.
В результате деятельности человека биогенная миграция атомов резко ускоряется. При этом в одних местах возникает недостаток, а в других — избыток каких-то веществ. Примером служит повышенный выброс сернистого газа SО₂ в атмосферу при сжигании топлива. В окрестностях медеплавильных заводов избыток SO₂ в воздухе вызывает гибель растительности вследствие нарушений процессов фотосинтеза. В процессах круговорота фосфора около 60 тыс. тонн фосфора возвращается ежегодно на сушу в связи с выловом рыбы в океане. Для изготовления фосфорных удобрений ежегодно добывают 1—2 млн тонн фосфорсодержащих пород.

Источник

Лекция 5. Роль микроорганизмов в превращении веществ в природе

Круговорот азота Круговорот углерода Круговорот фосфора, железа, серы

1. Круговорот азота

Микроорганизмам принадлежит исключительно важная роль в круговороте веществ в природе. Наиболее отчетливо биогеохими­ческая деятельность микроорганизмов проявляется в реакциях разложения органических веществ, в окислении водорода, метана, серы, в восстановлении сульфатов и во многих других процессах, обеспечивающих круговорот биогенных элементов.

Азот (N) — важнейший биогенный элемент, входящий в состав белковой молекулы каждого живого существа. Запасы газообразного азота в атмосфере огромны. Столб воздуха над гектаром почвы содержит до 80 тыс. тонн азота. Однако ни растениям, ни животным он не доступен, так как растения могут использовать для питания азот минеральных соединений, а животные потребляют азот в форме органических соединений. Только специфическая группа микроорганизмов обладает способностью фиксировать и строит из него все разнообразие азотсодержащих органических соединений своей клетки.

Цикл превращений азота в природе с участием микроорганизмов состоит из четырех этапов: фиксации атмосферного азота, аммо­нификации, нитрификации и денитрификации.
1. Фиксация атмосферного азота. Способностью фиксировать ат­мосферный азот и строить из него тело своей клетки обладают микроорганизмы, получившие название азотфиксирующих. Они обусловливают значительное повышение плодородия почвы.

Биологическая фиксация азота в природе осуществляется двумя группами микроорганизмов: свободноживущими (несимбиотическими) и микроорганизмами, существующими в сообществе с растениями (симбиотическими или клубеньковыми).
К наиболее важным свободноживущим азотфиксаторам относятся Azotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, Pseudomonas fluorescens. Азотобактерии в течение года на площади 1 га фиксируют от 20 до 50 кг газообразного азота, особенно интенсивно процесс фиксации происходит при хорошей аэрации почвы. Рисовые поля обогащаются азотом в основном за счет Cl. pasteurianum.

2. Аммонификация белков. Значительные запасы органического азота сохраняются в растительных и животных тканях. Когда гибнут растения и животные, компоненты их тела подвергаются действию микроорганизмов, и азотистые соединения разрушаются с образованием аммиака. Этот процесс называют аммонификацией или минерализацией азота. Процесс аммонификации может про­исходить как в аэробных, так и анаэробных условиях при участии разнообразных микроорганизмов: бактерий-, бацилл, клостридий, актиномицетов, плесневых грибов.

Расщепление белковых веществ происходит за счет протео-литических ферментов, выделяемых микроорганизмами, получив­ших название гнилостных. Глубина расщепления белковых веществ зависит от вида микробов и условий их жизнедеятель­ности.
· Аэробная гнилостная микрофлора • совершает глубокий распад белка, конечными продуктами которого являются: аммиак, СОг, сульфаты и вода.
· При распаде белка в анаэробных условиях образуется аммиак, СО. органические кислоты, меркаптаны, а также индол, скатол, обладающие неприятным запахом.

К аэробным аммонификаторам относятся: Вас. mycoides — широко распространенная в природе, подвижная палочка, грампо-ложительная, образует споры; Вас. subtilis — палочка, подвижная, образует споры, грамположительная; Вас. megaterium — палочка, подвижная, грамположительная. Из анаэробных микроорганизмов наиболее активны: Cl. putrificum — подвижная палочка, грампо­ложительная, обнаруживается в кишечнике, почве, навозе; О. sporogenes — палочка, подвижная, грамположительная, обнаружи­вается в почве, кишечнике.
Аммо­нификация остатков растений, трупов, других органических субстратов ведет к обогащению почвы азотистыми продуктами. Одновременно гнилостные микробы выполняют огромную сани­тарную роль, очищая почву и гидросферу от разлагающего органического субстрата.

Бактерии, разлагающие мочевину, называются уробактериями (urea — моча). Под действием фермента уреазы, вырабатываемого уро­бактериями, мочевина превращается в аммиак и углекислый газ. К уробактериям относят: Вас. probatus — крупная палочка, подвижная, грамположительная, образует споры; Sporasarcina — образует крупные шарообразные клетки, соединенные в пакеты, имеет жгутики.

3. Нитрификация. Это следующий за аммонификацией этап пре­вращения азота микроорганизмами. Аммиак, образующийся в почве, навозе и воде при разложении органических веществ, довольно быстро окисляется сначала в азотистую, а затем в азотную кислоту. Протекает процесс нитрификации в две фазы.
Первую фазу — окисление солей аммония до нитритов — осуществляют микроорганизмы родов Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrosovibrio.
Вторую фазу — окисление азотистой кислоты до нитратов — осуще­ствляют бактерии из родов Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus.

4. Денитрификация. Это процесс, обратный нитрификации. Раз­личают прямую и косвенную денитрификацию.
Прямая денитри­фикация вызывается бактериями, широко распространенными в почве, навозе, водоемах. Среди них наибольшее значение имеют: Thiobacillus denitrificans — палочка, не образующая спор, факуль­тативный анаэроб; Pseudomonas fluorescens — подвижная палочка, грамотрицательная, образует зеленоватый пигмент; Ps. stutzeri — палочка, образующая цепочки; Paracoccus denitrificans — имеет форму кокков. Денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитраты до молекулярного азота. В почве развиваются без доступа воздуха и в щелочной среде.

Косвенная денитрификация осуществляется чисто химическим путем при взаимодействии азотистой кислоты с аминными соединениями. Роль микробов в этих процессах косвенная и сводится к образованию нитритов, главным образом из нитратов. Косвенной денитрификации способствуют самые раз­нообразные виды микробов, которые не только восстанавливают нитраты, но и разлагают белковые вещества с образованием аминокислот.

2. Круговорот углерода

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении микроорга­низмы превращают углеводы (сахара) с образованием этилового спирта как основного продукта и углекислоты: К возбудителям спиртового брожения относятся некоторые дрожжи, главным образом из рода Saccharomyces (S. cerevisiae, S. globosus, S. vini и др.). В промышленности используются культуральные дрожжи. В зависимости от того, в каких условиях происходит процесс (аэробный или анаэробный), дрожжи делят на дрожжи верхового и низового брожения. Дрожжи верхового брожения (S. cerevisiae) находятся в верхних слоях сусла, куда они поднимаются образующейся углекислотой и пеной. Брожение идет с незначительным повы­шением температуры (20—28 °С). Через 5—7 дней верховое брожение заканчивается, а дрожжи за 1—2 дня до окончания брожения образуют хлопья и оседают на дно бродильных емкостей. Дрожжи низового брожения (S. vini) развиваются в анаэробных условиях и при более низкой температуре (6—12 °С), поэтому процесс протекает медленно (8—10 дней). Дрожжи также оседают на дно и образуют хлопьевидный осадок. Значение спиртового брожения очень велико. Этот процесс лежит в основе виноделия, пивоварения, производства спирта, хлебо-■ печения. Дрожжи используют и для приготовления кормового белка.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении про­исходит распад углеводов, а также многоатомных спиртов и белков до молочной кислоты. В зависимости от того, какие продукты образуются при сбраживании глюкозы молочнокислые бактерии принято подразделять на гомоферментативные и гетеро-ферментативные.

Гомоферментативное молочнокислое бро­жение. Гомоферментативные молочнокислые бактерии обра­зуют практически только одну молочную кислоту, что обусловлено кокковыми и палочковыми молочнокислыми бак­териями. Кокковые формы включены в род Streptococcus, к кото­рому отнесены виды Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Str. thermophilus.
Палочковые бактерии включены в род Lactobacillus, которые характеризуются значительным разнообразием форм — от короткой кокковидной до длинной нитевидной. Располагаются в виде еди­ничных клеток, парами или цепочками. К ним относятся виды Lact. delbrueckii, Lact. lactis, Lact. bulgaricus, Lact. ascidophilus и др.

Гетероферментативное молочнокислое бро­жение. Его осуществляют представители родов Leuconostoc, Lactobacillus, Bifidobacterium. Антагонизм молочнокислых бактерий по отношению к услов­но-патогенным и патогенным микробам обусловливается дейст­вием молочной кислоты, которую они продуцируют, а также образованием антибиотиков.
Пропионово-кислое брожение. Пропионово-кислое брожение осуществляется бактериями рода Propionibacterium. Эти бактерии встречаются на растениях, почве, в желудочно-кишечном тракте жвачных животных. Источниками энергии для них служат углеводы, органические кислоты, спирты и другие вещества. Пропионовокислые бактерии способны сбраживать молочную кислоту, обра­зовавшуюся в результате брожения, вызванного молочнокислыми бактериями. Конечные продукты пропионово-кислого брожения — пропио-новая и уксусная кислоты, СО2 и вода. Пропионово-кислые бактерии используют для получения вита­мина В12, который они образуют в значительных количествах.

Маслянокислое брожение. Маслянокислое брожение обусловли­вают некоторые бактерии из рода Clostridium.. В качестве источника углерода используют моно- и дисахариды, некоторые полисахариды (декстрин, крахмал), молочную, пировиноградную кислоты, маннит, глицерин и др. соединения. Источником азота служат разнообразные вещества — аминокислоты, аммиачные соединения и др. Маслянокислые бациллы развивается в анаэробных условиях.

Маслянокислое брожение ухудшает качество корма, происходит его прогоркание. Животные плохо поедают такой корм. Маслянокислое брожение часто является причиной прогор-кания растительных масел и жиров животного происхождения, а также семян сои и подсолнечника.

Уксуснокислое окисление. Уксуснокислое окисление — микро­биологический процесс, при котором этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты под влиянием уксуснокислых бактерий.
Уксуснокислые бактерии объединены в род Acetobacter. На поверхно­сти среды (пива, не крепленных спиртом сухих вин) образует пленку. Оптимальная температура роста 34 °С.

Окрашивается йодом в желтый цвет. A. pasteurianum no форме напоминает Acetobacter aceti. На поверхности среды образует сухую склад­чатую пленку. При соединении с йодом приобретает синюю окраску.
Уксуснокислые бактерии используют для производства пищевого уксуса из вина и спирта в промышленных условиях. Уксуснокислое брожение имеет важное значение при силосовании кормов

Роль микробов в разложении клетчатки. В состав клетчатки (целлюлозы) входит более 50 % всего органического углерода биосферы. Клетчатка — наиболее распространенный полисахарид растительного мира; высшие растения на 15—50 % состоят из целлюлозы. После гибели растений она подвергается разложению, в результате чего освобождается углерод. Разложение клетчатки происходит в аэробных и анаэробных условиях. В природе распад клетчатки происходит повседневно в почве, водоемах, навозе, пищеварительном тракте травоядных благодаря ферментам, ко­торые выделяют различные микроорганизмы.

Следует особо отметить, что в рубце жвачных животных имеются специфические облигатные целлюлозоразлагающие бакте­рии. Они разлагают целлюлозу кормов до глюкозы, которая затем сбраживается с образованием органических кислот (уксусной, пропионовой, масляной, молочной, муравьиной, янтарной и др.), спиртов и газов (СОг и Н2). Разложение целлюлозы в рубце животных осуществляют кокковидные и палочковидные бактерии: Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus albus, Bacteroides succinogenes, Butyrovibrio fibrisolvens, Ruminobacter parvum. Ука­занные бактерии имеют большое значение в питании жвачных животных.

3. Превращение микроорганизмами фосфора, железа и серы

Фосфор. Имеет большое значение в жизнедеятельности орга­низма. Без него не могут синтезироваться белки, входит в состав ядерного вещества и многих ферментов. В почве содержится в основном в органической, не усвояемой растением форме и в виде трудноусвояемых минеральных соединений. Органические соедине­ния фосфора попадают в почву вместе с растительными остатками, трупами животных и отмершими микроорганизмами. Они пред­ставлены нуклеопротеидами, нуклеиновыми кислотами и др. Роль микробов в превращении фосфора сводится к двум процессам: минерализации фосфора, входящего в состав органических веществ, и превращению фосфорнокислых солей из слаборастворимых в хорошо растворимые, доступные для растений.

Органические и неорганические соединения фосфора разлагают­ся бактериями родов Pseudomanas, Bacillus (Вас. megaterium), грибами из родов Penicillium, Aspergillus, Rhizopus и др.

Железо. Широко распространено в природе, встречается в виде ор­ганических и минеральных соединений, входит в состав животных и растительных организмов. Содержится в гемоглобине крови и дыха­тельных ферментах-цитохромах. При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску. Железо быва­ет в форме нерастворимого окисного Fe T и растворимого закисного Fe»1″. Перевод органического железа из окисного в закисное, и наобо­рот, осуществляется в основном микроорганизмами, получившими название железобактерий. К ним относятся нитчатые бактерии (Leptothix, Crenothrix), бактерии рода Gallionella и др.
Железобактерии — аэробы, встречаются в болотах, прудах, железистых источниках. В таких водоемах они окисляют закиси железа. В процессе деятельности железобактерий образуется окись железа. Скопление отмерших железобактерий (гидрат окиси железа) образует на дне стоящих водоемов залежи болотной руды.

Сера. Содержится в организме животных и растений, входит в состав» серосодержащих аминокислот (цистеин, цистин, метионин), витаминов группы В (биотин, тиамин), много ее в волосах и перьях. Органические соединения серы в почве представлены остатками животных и растений. При разложении в почве органических серосодержащих веществ, а также при восстановлени солей серной, сернистой и серноватистой кислот образуется сероводород, ядовитый для растений и животных. Сероводород окисляется серобактериями в безвредные, доступные для растений соединения. Серобактерии представлены несколькими различными группами: нитчатые, тионо-вые и фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии.

Нитчатые серобактерии представлены несколькими родами: Beggiatoa, Thiothix и др. Представляют собой длинные нити, которые состоят из множества клеток, аэробы, подвижные и неподвижные, окисляют сероводород до серной кислоты.

Тионовые бактерии относятся к роду Thiobaccilus. Это грамот-рицательные палочки, подвижные, спор не образуют, окисляют серу и ее соединения,
Фотосинтезирующие зеленые и пурпурные серобактерии пред­ставляют собой различные морфологические формы — кокки, палочки, спириллы, живут в строго анаэробных условиях и развиваются на свету при наличии в среде сероводорода или тиосульфита натрия.

Источник

Участие микроорганизмов в круговороте серы

Сульфат – основная доступная форма серы, которая восстанавливается растениями, бактериями и грибами путем «ассимиляционной сульфатредукции» до сульфида, необходимого для синтеза серусодержащих аминокислот.

Основную роль в круговороте серы играют микроорганизмы. Они осуществляют три важнейших этапа в круговороте серы:

· Минерализация органической серы.

· Восстановление минеральных соединений серы.

· Окисление минеральных соединений серы.

1.Минерализация органической серы

2. Восстановление минеральных соединений серы

Наибольшее количество встречающегося в природе H₂S образуется в процессе сульфатредукции. Сульфатредукция – это процесс восстановления сульфата (SO₄ 2 ֿ ) до H₂S. Иначе процесс называется сульфатным дыханием. Этот тип анаэробного дыхания характерен для группы сульфатредуцирующих бактерий.

Сульфатредуцирующие бактерии – это облигатно анаэробные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода или таких продуктов брожения, как органические кислоты, спирты. В качестве конечного акцептора электронов используют сульфат (SO₄ 2 ֿ ). Сульфатредуцирующие бактерии входят в группу сульфидогенов, т.к. они осуществляют образование H₂S и инициируют серный цикл на современной Земле.

К сульфатредуцирующим бактериям относятся: р. Desulfovibrio, Desulfobacter, Desulfotomaculum и др.

Сульфатредуцирующие бактерии встречаются в бескислородных осадках, сероводородном иле или придонном слое воды в пресноводных, морских водоемах; в плохо аэрированных, затопляемых почвах; в пластовых водах нефтяных месторождений; в рубце жвачных, в кишечнике других животных.

3. Окисление минеральных соединений серы

Окисление минеральных соединений серы бактериями может осуществляться в анаэробных и аэробных условиях.

В анаэробных условиях H₂S и другие восстановленные соединения серы используются аноксигенными фототрофными бактериями (пурпурными и зелеными). Эти бактерии встречаются в анаэробной зоне водоемов, на поверхности ила, куда попадает свет, а также в затопляемых почвах.

В аэробных условиях H₂S и другие восстановленные соединения серы окисляются тионовыми бактериями (р. Thiobacillus), архебактериями (р. Sulfolobus), бесцветными серобактериями (р. Thiospira, Thiothrix, Beggiatoa и др.).

Данные группы бактерий окисляют H₂S до сульфата (SO₄ 2 ֿ ), замыкая тем самым цикл серы.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Круговорот серы и микроорганизмы

Сущность минерализации органической серы, характеристика процесса окисления сероводорода серобактериями. Распространение серобактерии в природе, восстановление минеральной серы. Особенности, описание и возможные последствия процессов сульфатредукции.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Тема Круговорот серы и микроорганизмы

В природе постоянно происходят многообразные превращения серы, где основную роль играют микроорганизмы. Цикл превращений серы составляет круговорот, аналогичный круговоротам азота и углерода. Микроорганизмы осуществляют три важнейших этапа в превращении серы: минерализацию органической серы, окисление минеральной серы и восстановление минеральной серы. Эти три этапа определяют три основные формы природной серы: органическую серу (белки, аминокислоты); сульфаты и сульфиты; сероводород и сульфиды.

Минерализация органической серы

В этом процессе участвуют многочисленные неспециализированные гетеротрофные микроорганизмы. Они осуществляют минерализацию серосодержащих соединений с образованием различных конечных продуктов. Раньше сероводород считали, чуть ли не единственным конечным продуктом. В настоящее время установлено, что помимо сероводорода, особенно в аэробных условиях, образуются и другие соединения: меркаптаны, минеральная сера и сульфаты.

Сера, освобожденная из органических соединений, используется специализированными бактериями, в большинстве случаев автотрофами, которые превращают ее в сульфаты. В одних случаях сера является донором электрона и источником энергии (происходят процессы окисления серы); когда же она играет роль акцептора водорода, то идут восстановительные процессы.

Окисление минеральной серы

Окисление сероводорода серобактериями осуществляется в два этапа. Сначала происходит внутриклеточное окисление сероводорода до элементарной серы. Последняя накапливается в форме гранул капельно-жидкой серы в протоплазме клеток, что и определило название данных бактерий. Откладываемая в протоплазме клеток сера является запасным питательным материалом. Если среда обедняется сероводородом, то эта сера начинает быстро окисляться до серной кислоты. Оба этапа окисления можно выразить следующими уравнениями:

Образующаяся серная кислота вступает в реакцию с бикарбонатами кальция и превращается в гипс (CaSО₄), который диффундирует из клеток в окружающую среду. Поэтому для развития серобактерий необходимо наличие в среде бикарбонатов.

Серобактерии. Серобактерии представляют собой физиологическую группу бесцветных и пурпурных микроорганизмов, довольно разнообразных по строению и развитию. Они культивируются только в среде, содержащей сероводород. Для типичных серобактерий окисление сероводорода является энергетическим процессом. Основная характеристика физиологии серобактерий дана С. Н. Виноградским (1888): «Эти бактерии не могут жить без серы, которая откладывается в их клетках. Серу они могут получать только при окислении сероводорода, который вследствие этого необходим для их развития. Свою серу они окисляют в серную кислоту и выделяют наружу из клеток в виде сернокислых солей, главным образом гипса. Если же процесс окисления из-за недостатка серы приостановлен, то серобактерии угнетаются в своих жизненных функциях и скоро погибают. Что касается питания этих организмов органическими веществами, то в этом отношении они совершенно нетребовательны: в высшей степени ничтожные количества органических веществ, которые не могут поддерживать рост большинства организмов, вполне их удовлетворяют. Хорошие питательные вещества, т. е. легко сбраживаемые, не оказывают при культивировании их благоприятного действия, напротив, они могут оказаться косвенно неблагоприятными, вызывая развитие различных гнилостных бактерий.

Близок к Beggiatoa род Thioploca, но отличается тем, что нити у него по несколько штук заключены в толстые слизистые влагалища. Серобактерии рода Thiothrix неподвижные. При помощи слизистых подушечек, располагающихся на одном конце нити, они обычно прикрепляются к камням, стеблям, водорослям. Отличием служит также наличие у нитей Thiothrix особого чехла, благодаря чему отмершая нить не распадается на отдельные членики. Размножение у этих бактерий происходит при помощи подвижных конидий.

К бесцветным серобактериям принадлежат не обязательно нитчатые формы. Клетки Thiospirillum, например, имеют спирально извитую форму.

Все бесцветные серобактерии окисляют сероводород до серной кислоты через промежуточную стадию элементарной серы по схеме вышеприведенных уравнений. Бесцветные серобактерии относятся к хемосинтезирующим автотрофам. Они способны восстанавливать углекислый газ до органических соединений и использовать их для построения протоплазмы тела:

Пурпурные серобактерии сем. Chromatiaceae отличаются от бесцветных морфологией и наличием пигмента. Окисление сероводорода они осуществляют в процессе фотосинтеза, где сероводород является донором водорода.

Серобактерии широко распространены в природе. Они постоянно встречаются в серных источниках, в спокойных стоячих водах, в почве. Для их массового размножения обязательно присутствие кислорода и сероводорода. В результате окисления последнего они получают необходимую для жизнедеятельности! энергию.

Тионовые бактерии. В отличие от серобактерий, тионовые бактерии способны окислять сернистые соединения без отложения серы внутри клетки. Сера накапливается вне клетки. Например, окисление гипосульфита происходит по следующей схеме:

За счет освобождающейся энергии бактерии ассимилируют углекислый газ. Ассимиляция углекислоты совершается по циклу Кальвина, подобно тому, как у зеленых растений при фотосинтезе.

К представителям тионовых бактерий относятся Thiobacillus, Th. thiooxidans, Th. thioparus и др.

Тионовые бактерии являются литотрофами. Многие развиваются при низких значениях pH (оптимум pH 2,2). Среди них есть термофилы (Thiospirillum pistiense). Они растут при температуре выше 80°. Значительное количество их отмечается в терминальных источниках вулканического происхождения Наличие минеральной серы вблизи вулканов и серной кислоты в водных источниках обусловлено деятельностью тионовых бактерий.

Тионовые бактерии в природных условиях производят окисление сульфидных минералов, способствуя тем самым выщелачиванию находящихся в руде металлов. При участии тионовых бактерий окисление сульфидов и выщелачивание металлов идет быстрее, чем при их отсутствии и, кроме того, сопровождается большим выходом металлов. Тионовые бактерии, в частности Th. thiooxidans, используются в гидрометаллургии для выщелачивания редких металлов: германия, галия, селена, индия, которые содержатся в сульфидах цинка, свинца, меди.

Восстановление минеральной серы

Процесс восстановления соединений минеральной серы до сероводорода получил название десульфофикации. Он происходит в анаэробных условиях: в водоемах на значительных глубинах, в почвах, насыщенных водой, торфяниках (об этом говорит и их черная окраска, обусловленная наличием сульфидов железа).

Восстановление сульфатов осуществляется группой специальных факультативных автотрофных десульфофицирующих бактерий. Одна из этих бактерий была выделена М. Бейеринком в 1895 г. из сточной воды и названа Vibrio desulfuricans. Это анаэробная грамм- отрицательная бактерия, имеющая форму вибриона.

Сульфатредуцирующие бактерии являются облигатными анаэробами. В качестве конечного акцептора водорода они используют сульфаты. Донором водорода могут служить различные органические соединения (спирты, кислоты) и молекулярный водород. В качестве побочного продукта сульфатного дыхания образуется сероводород. Восстановление сульфатов происходит по уравнению:

Органические соединения сульфатредуцирующие бактерии окисляют не до конца, чаще всего до уксусной кислоты.

Сульфатредуцирующие бактерии представлены небольшой группой микроорганизмов, относящихся к двум родам: Desulfovibrio и Desulfatomaculum. Бактерии рода Desulfovibrio имеют форму вибриона с полярно расположенным жгутиком. Спор они не образуют, содержат оранжевый пигмент десульфовиридин и цитохром С₃. Донором водорода служат пируват и малат.

Процессы сульфатредукции широко распространены в природе и при надлежащих условиях могут привести к накоплению в среде значительных количеств сероводорода. В некоторых водоемах его может быть несколько миллиграммов на литр воды. Например, в Черном море на глубине 2500 м содержание сероводорода достигает 6,5 мг на 1 л. Образователем сероводорода там является Desulfovibrio. Это очень активный микроорганизм. Аналогичное накопление сероводорода наблюдается и в растворе почвы, если она продолжительное время залита водой. В аэробных условиях сероводород неустойчив и превращается либо в элементарную серу, либо окисляется серобактериями в сульфаты.

· Колешко О. И., Завезенова Т. В. Микробиология с основами вирусологии: Учебник- Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1999.- 378с., ил.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Сера как биогенный элемент, необходимый компонент живой материи, ее главные свойства и распространение в природе. Циклические превращения соединений серы. Восстановительная и окислительная ветвь. Гетеротрофные сероокисляющие микроорганизмы и их значение.

реферат [1,7 M], добавлен 13.03.2011

Общая характеристика химической активности серы. Физические и химические свойства. Кислородные соединения серы. Соли. Биологическая роль и формы существования серы в окружающей среде. Кислотные осадки: источники, влияние на природу и на челавека.

курсовая работа [52,2 K], добавлен 14.11.2007

Основные понятия о биогеохимических циклах. Круговорот и миграция химических элементов в природе. Круговорот азота, фосфора, серы, углерода, кремния, железа и марганца. Антропогенное влияние человека. Постоянные компоненты природных пресных вод.

курсовая работа [2,5 M], добавлен 22.03.2012

Обмен веществ со средой как специфическое свойство жизни. Общее значение продуцентов, консументов и редуцентов. Полный цикл редукции органического вещества. Уровни организации живой материи. Малый круговорот веществ в биосфере. Круговорот углерода и серы.

реферат [28,4 K], добавлен 01.01.2010

Роль микроорганизмов в круговороте азота, водорода, кислорода, серы, углерода и фосфора в природе. Различные типы жизни бактерий, основанные на использовании соединений различных химических веществ. Роль микроорганизмов в эволюции жизни на Земле.

реферат [20,2 K], добавлен 28.01.2010

Источники, резервы углерода в природе. Биогеохимический цикл (кругооборот) элемента. Закон бережливости природы. Сущность процессов хемосинтеза, фотосинтеза, углефикации, разложения, минерализации, вулканической деятельности. Проблема парникового эффекта.

презентация [194,6 K], добавлен 02.02.2015

Хемолитоавтотрофные организмы. Нитрифицирующие бактерии, бесцветные серобактерии, железобактерии, водородные бактерии и серобактерии. Способ автотрофного питания. Процессы окисления различных неорганических веществ. Гниение органических остатков.

презентация [1,2 M], добавлен 19.12.2013

Источник