Факультет

Студентам

Посетителям

Микроорганизмы, восстанавливающие железо и марганец

Восстановление окисных соединений этих элементов в закисные формы — биохимический процесс, не связанный с какой — либо специфической физиологической группой микроорганизмов.

Редукционная способность отмечена у разнообразных бактерий, грибов и проявляется у актиномицетов. Этим свойством обладают и гетеротрофы, и автотрофы — тионовые бактерии. В анаэробных условиях, при отсутствии кислорода они, окисляя серу, используют трехвалентное железо и четырехвалентный марганец как окислители и восстанавливают их до двухвалентного состояния. Metallogenium в культурах железомарганцевых бактерий, продуцируя перекись водорода и каталазу, не только восстанавливает четырехвалентный марганец перекисью водорода, но и окисляет двухвалентный с участием перекиси и каталазы. Этому процессу восстановления — окисления в микронишах среды обитания придается большое значение при объяснении причин роста железомарганцевых конкреций в озерах и морях.

Различают прямое и косвенное воздействие микроорганизмов на соединения трехвалентного железа. Первое проявляется лишь у некоторых организмов — Вас. circulans и псевдомонад; при втором микроорганизмами выделяются продукты обмена: редуцирующие соединения — нитроредуктаза, ферриредуктаза (Ottow, 1971; Галтей, 1973), дегидрогенеза (действует только на растворенное железо, находящееся в ионной или комплексной форме); органические кислоты (масляная и др.), растворяющие гидроокислы железа; специфические хелатообразующие соединения, способствующие извлечению железа из устойчивых форм. У микобактерии известны два типа хелатообразователей — водо — и липидорастворимые; первые выделяются из клеток, вторые — микобактины — остаются внутри клетки. Хелатизация — очень важный почвенный процесс; экспериментальными работами (восстановление железа из лимонита маслянокислыми бактериями и псевдомонадами) доказано образование железоорганических комплексов окисного железа и ионного закисного.

Восстановление железа сопровождается изменением окраски его соединений; охристые, оранжевые, красноватые гидроокислы железа исчезают и сменяются сизо-серыми и оливковозеленоватыми закисными соединениями железа; зелено-серый цвет имеют смешанные гидроокислы железа Fe3(OH)8. Серый цвет имеет углекислое железо — сидерит, сизо-голубой — фосфорно-кислое — вививанит; при восстановлении в сероводородной среде появляется черное коллоидное сернистое железо — гидротроиллит.

Процесс восстановления железа в бессероводородной среде (появление сизо-серых и зеленоватых тонов, бесструктурность и др.) называют оглеением, а горизонты почв или пород, где выражены его признаки — глеевыми, которые химически индицируются повышенным содержанием водно-растворимого закисного железа, а при переменном окислительно-восстановительном режиме — наличием аморфных подвижных форм окисного железа. Оглеение развивается в переувлажненных почвах с плохой аэрацией, максимально — в болотных почвах, в донных отложениях эвтрофных озер с водозастойным режимом, водоносных горизонтах; в толщах осадочных пород, древних корах выветривания часто наблюдаются обесцвеченные сизосерые или пестроокрашенные в сизые и охристые тона горизонты — свидетели того, что в прошлом они находились под воздействием бедных кислородом, содержащих органическое вещество вод и в них развивались глеевые процессы.

Установить зависимость между численностью железоредуцирующих бактерий и содержанием закисного железа в природных условиях, за редким исключением, не удается, так как в процессе восстановления участвуют неспецифические группы микроорганизмов. Многие из них — аэробы (например, грибы) и могут существовать, не восстанавливая железо, поэтому в глеевых горизонтах почв они часто не образуют максимальных скоплений. Более тонким индикатором оказались микробные пейзажи, сформировавшиеся за лето в педоскопах (тонкие стеклянные капилляры), заложенных в различных горизонтах глеевой почвы: внутренние стенки педоскопов покрылись слоем агаризованной среды, содержащей ульматы и фульваты железа. Во все горизонты параллельно были помещены педоскопы с тонко растертой озерной железомарганцевой рудой, погруженной в агар. Установлено, что для микроценозов глеевой почвы характерно преобладание маслянокислых бактерий; микрофлора в глеевых горизонтах — преимущественно спорообразующие бактерии, малоактивна, в верхних, лучше аэрируемых, горизонтах в педоскопах с железоорганическим гелем активно развивались железобактерии — Gallionella и мелкие палочковидные, клетки которых были окружены мощными железистыми капсулами.

Окисление и восстановление Fe и Mn — взаимосвязанные биогеохимические процессы: продукты одного служат источником развития другого. В профиле оглеенных почв восстановление этих элементов периодически сменяется их окислением и сегрегацией вокруг колоний железомарганцевых бактерий; появляются охристые, ржавые пятна, трубочки вокруг корней, рыхлые стяжения и плотные конкреции черного, темно-серого, бурого цвета, различные по форме и размерам (от 1—2 мм до 1—1,5 см и более). При длительном анаэробиозисе микроконкреции или разрушаются, или не локализуются. Например, в почвах Сахалина, несмотря на высокую активность железобактерий, железомарганцевые новообразования в основном представлены пятнами разнообразного оттенка, но не конкрециями.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: