Бактерии какого рода осуществляют окисление восстановленных соединений железа

Обновлено: 19.05.2024

Превращение соединений серы.Органические соединения серы представлены в почве остатками растений и животных. Минерализация серы осуществляется микроорганизмами, которые в аэробных условиях окисляют ее до сульфатов, а в анаэробных — восстанавливают до сероводорода и частично до меркаптанов.

Восстановленные соединения серы окисляются автотрофными (фотолитотрофы, хемолитотрофы) микробами. Активными окислителями серы являются нитчатые и тионовые бактерии, фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии, а также некоторые цианобактерии, бациллы, актиномицеты и грибы.

Наиболее широко распространены тионовые бактерии рода тиобациллус. Это неспорообразующие грамотрицательные палочки, аэробы, хемолитотрофы, т. е. организмы, живущие за счет энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединений серы до сульфатов.

В затопляемых, сильно увлажненных почвах, а также в зонах глубокого анаэробиоза глубоких водоемов происходит микробиологическое восстановление сульфатов до сероводорода. Такой процесс получил название десульфофикации, или сульфатредукции.

Сульфатвосстанавливающие бактерии — грамотрицательные спорообразующие и неспорообразующие палочки, подвижные хемоорганогетеротрофы. Среди них встречаются термофильные формы с оптимальной температурой роста 55 °С.

Микроорганизмы, восстанавливающие соединения серы, — облигатные анаэробы. В отсутствие кислорода они в качестве акцептора водорода используют сульфат. Донором активированного водорода служат различные органические соединения. Процесс окисления органических соединений идет не до конца, основным продуктом бывает уксусная кислота, побочным — сероводород. Образовавшийся газ может затем окисляться серобактериями, в результате чего накапливается биогенная сера.

Сульфатвосстанавливающие бактерии могут наносить вред производству, разрушая материалы, неустойчивые к сероводороду. Сероводород обладает токсичными свойствами, поэтому при его накоплении в почве или водоеме растения и животные гибнут.

Превращение соединений фосфора.Фосфор в почве содержится в достаточно больших количествах, но в основном в органической неусвояемой растениями форме и в виде трудноусвояемых минеральных соединений.

Разложение органических соединений фосфора осуществляют многие грибы, некоторые актиномицеты, дрожжи и другие микроорганизмы.

Некоторые бактерии, актиномицеты и грибы могут переводить нерастворимые неорганические соединения фосфора (фосфориты, апатиты) в растворимое состояние, в результате чего фосфор становится доступным растениям. Растворение фосфатов происходит благодаря образованию и выделению бактериями в почву различных кислот при неполном окислении углеводов или брожении.

Из разнообразных фосфорных микроорганизмов наибольший интерес представляют спорообразующие формы. Их используют для приготовления бактериального удобрения — фосфобактерина. Это крупные палочки с закругленными концами, плотной оболочкой и зернистой цитоплазмой. В ранней стадии развития клетки расположены одиночно, слабоподвижны. В дальнейшем они располагаются попарно или короткими цепочками и становятся неподвижными. Клетки богаты органическими соединениями фосфора, образуют овальные эндоспоры, расположенные внутри клетки.

Превращение соединений железа.Железо широко распространено в природе в виде органических и минеральных соединений. Растения могут усваивать лишь растворимые соединения закисного железа (Fe 2+ ). Важную роль в превращении соединений железа в природе играют микроорганизмы. Многие гетеротрофные бактерии, грибы и актиномицеты минерализуют органические соединения, содержащие железо. Органическую часть молекулы усваивают микроорганизмы, а железо освобождается и осаждается в виде гидроксида.

Многие микроорганизмы принимают участие в окислении железа. Их называют железобактериями. Они представлены нитчатыми бактериями, флексибактериями, одноклеточными бактериями различных родов, микоплазмами, цианобактериями.

Все железобактерии подразделяют на две большие группы: хемоорганогетеротрофы и хемолитоавтотрофы. К первой группе относятся нитчатые, одноклеточные формы бактерий и микоплазмы.

Нитчатые железобактерии разнообразны по морфологии. Они окисляют неорганические соединения железа в болотах, ручьях, железистых источниках, дренажных трубах с образованием охристых осадков. Охрообразователи — грамотрицательные аэробные бактерии, имеющие слизистые чехлы, в которых накапливается окисное железо. У одних видов железобактерий нити неподвижны, флексибактерии обладают способностью к скольжению.

Бактерии могут окислять железо в почвах с нейтральной реакцией среды при наличии закисного железа и органических веществ. К хемоорганогетеротрофным бактериям, аккумулирующим железо в почвах, относятся и микоплазмы. Это мелкие бактерии без клеточной стенки, обычно ассоциированные с прокариотны-ми или эукариотными микроорганизмами и обладающие способностью к паразитизму. Микоплазмы полиморфны, имеют кокковидные клетки, связанные тонкими нитями, на поверхности которых откладываются окислы железа.

К типичным хемолитоавтотрофным железобактериям относятся облигатно-ацидофильные организмы (оптимум рН 2—3 и ниже), способные получать энергию в результате окисления закисного железа и использовать диоксид углерода для синтеза органических соединений.

Группу таких микроорганизмов представляют грамотрицательные бактерии лептоспириллум ферроксиданс с довольно сложным циклом развития (псевдококки — вибрионы — спириллы) и архебактерии. Они обитают в кислых рудничных водах, содержащих сульфиды разных металлов, в том числе пирит (FeS₂), а также в пиритизированных торфяниках, железистых источниках.

Установлена способность к накоплению оксидов железа у некоторых фототрофов, в частности цианобактерий, нитчатых зеленых бактерий и отдельных водорослей.

Железобактерии принимают участие в формировании осадочных железистых руд в болотах, озерах и других водоемах.

Железобактерия Thiobacillus ferrooxidans окисляет двухвалентное железо до трехвалентного:

4Fe 2+ + 4Н + + 0₂ -> 4Fe 3+ + 2Н₂0

Эта бактерия очень похожа на Т. thiooxidans, жизнеспособна при рН среды до 2,5, однако энергию она получает не только за счет окисления восстановленных соединений серы, но и за счет окисления ионов Fe 2+ . Эта железобактерия обитает в кислых рудничных водах, содержащих сульфиды различных металлов, в том числе пирит (FeS₂). С несом ненностью установлено, что ацидофильные железобактерии способ ны к хемоавтотрофному образу жизни.

Недавно были также открыты термофильные штаммы тиобацилл, окисляющих железо и серу. Штаммы термофила Sulfolobus acidocaldarius тоже могут окислять двухвалентное железо. Из почв, содержащих антимонит, удалось выделить автотрофную бактерию Stibiobacter senarmontii, способную окислять Sb 3 + до Sb 5 + .

Выщелачивание металлов из руд. Способность некоторых ацидо фильных бактерий, окисляющих железо и серу, превращать сульфиды и элементарную серу в водорастворимые сульфаты тяжелых металлов используется для выщелачивания бедных руд с целью получения меди, цинка, никеля, молибдена и урана. Метод выщелачивания уже приме няют в широком масштабе для получения металлов из отвалов породы, однако область его применения, возможно, удастся распространить и на

подземный горный промысел. В наиболее простом случае пропускают воду через толстый слой измельченного камня, содержащего руду [на пример, пирит (FeS₂)] с сопутствующими сульфидами различных метал лов, таких как Cu₂S (халькозин), CuS, ZnS, NiS, MoS₂, Sb₂S₃, CoS и PbS, а затем собирают раствор, содержащий сульфаты. После концентриро вания такого раствора из него осаждают соответствующие металлы. Растворение сульфидов тяжелых металлов происходит благодаря со вместному действию многих процессов: бактериального окисления восстановленных соединений серы (1) или элементарной серы (2) до сер ной кислоты, бактериального окисления Fe 2 + до Fe 3 + (3), и, наконец, химического окисления нерастворимых солей тяжелых металлов до рас творимых сульфатов и серы (4):

Таким образом, бактерии поставляют серную кислоту, а также регене рируют Fe 3 + ; оба этих компонента расходуются при растворении руд.

Эти превращения осуществляют Thiobacillus thiooxidans и Т. ferro-oxidans. Соответствующие штаммы бактерий отличаются необычной устойчивостью к довольно высоким концентрациям Си 2 + , Со 2 + , Zn 2 + , Ni 2+ и других ионов тяжелых металлов. В процессе выщелачивания участвуют также штаммы Sulfolobus, окисляющие серу и железо.

Другие железобактерии. К наиболее известным и легко распозна ваемым железобактериям относятся также Gallionella ferruginea (см. рис. 3.16) и Leptothrix ochracea. Их можно найти, например, в дре нажных трубах и горных ручьях среди хлопьев и толстых налетов окси дов железа. До последних лет оставалось неясным, способны ли эти бактерии использовать энергию, освобождающуюся при окислении Fe 2 + в Fe 3 + , и расти как автотрофы. Недавно у представителей рода Gallionella была обнаружена рибулозобисфосфат-карбоксилаза; поэтому их относят сейчас к литоавтотрофным бактериям.

Бактерии окисляют не только железо, но и марганец. Хламидобакте-рия Leptothrix discophorus способна окислять Мп 2+ до Мп 4 + . Однако еще не установлено точно, используется ли энергия, получаемая в результате такого окисления, для метаболических целей.

Облигатная хемолитоавтотрофия. Облигатная хемолитоавтотрофия-это вы ражение крайней степени приспособления и специализации организмов, окис ляющих неорганические субстраты. Для того чтобы объяснить этот феномен, было предложено и проверено несколько гипотез:

1. Можно исходить из предположения, что цикл трикарбоновых кислот не является необходимым для окисления неорганического субстрата (подобно тому как он не нужен для брожения). В самом деле, восстановительные эквиваленты, получающиеся благодаря окислению неорганического субстрата, поступают в дыхательную цепь. Должны быть обеспечены лишь синтетические функции ци кла трикарбоновых кислот (образование 2-оксоглутарата и сукцината). Но для этого фермент 2-оксоглутаратдегидрогеназа не нужен. Проверка показала, что у ряда облигатно-автотрофных бактерий его действительно нет. 2-Оксоглутарат-дегидрогеназа не обнаруживалась и у многих факультативно-автотрофных бак терий, если клетки росли на среде с неорганическим источником энергии. Таким образом, мутант факультативно-автотрофной бактерии, потерявший способ ность к синтезу 2-оксоглутаратдегидрогеназы, вел бы себя как.облигатно-авто-трофный микроорганизм.

Пока еще не удалось дать единое объяснение облигатной автотрофии. Воз можно, что у разных физиологических групп бактерий этот феномен имеет раз ные причины.

Многие микроорганизмы прямо или косвенно участвуют в окислении железа. Среди них имеются хемоорганогетеротрофы. Эти организмы окисляют комплексные органические соединения железа. Образующийся гидрат окиси железа откладывается на поверхности клеток микроорганизмов. Такие микроорганизмы обитают в водоемах (бактерии рода Blastocaulis и др.) и в почвах (бактерии родов Hyphomicrobium, Seliberia и др.).

Выявлены также разнообразные по морфологии микроорганизмы, способные окислять неорганические соединения железа в болотах, ручьях, железистых источниках, озерах, дренажных трубах и других водоемах с образованием охристых осадков. Эти организмы называют железобактериями. К ним относятся:

нитчатые бактерии (Leptothrix, Crenothrix),
бактерии родов Gallionella, Меtallogenium и др.

Род Leptothrix включает в себя железобактерии, образующие цепочки клеток. Их боковая поверхность выделяет гидрат окиси железа, который образует цилиндрический чехол, покрывающий всю цепочку. По мере утолщения чехла ограничивается доступ к клеткам закисного железа, кислорода и СО2. Вследствие этого бактериальные клетки покидают старые чехлы, медленно выходя наружу, и затем одеваются новыми чехлами. Пустые чехлы, скапливаясь, образуют охристые осадки в водоемах.

Leptothrix окисляют двухвалентное железо (FeCО3) до трехвалентного Fe(СO3)3 с последующим гидролизом до Fe(OH)3:

4FeC03 + 6Н20 +O2 = 4Fe (0Н)3 + 4С02

Нитчатые бактерии живут в воде. Их можно культивировать на средах с органическим веществом, по-видимому, они хемоорганогетеротрофы. Некоторые из этих бактерий (Leptothrix ochraceae) свободно плавают в воде, не прикрепляясь к субстрату; другие прикрепляются к какому-либо твердому предмету в воде.

Размножаются нитчатые бактерии, поперечным делением клеток, образуя тельца, аналогичные конидиям, а также зооспорами и гонидиями (подвижными клетками).

Род Gallionella. Типичный представитель этого рода Gallionella ferrugineae имеет вибриоидные клетки со жгутиками. Клетки расположены на длинном плоском, спирально-перекрученном стебельке. Одна сторона клетки вогнутая, другая — выпуклая. Последняя выделяет наружу отложение коллоидного гидрата окиси железа, из которого постепенно образуется стебелек.

При делении клетки стебелек расходится, образуя дихотомическое ветвление. Электронно-микроскопическое изучение стебельков показало, что они способны к самостоятельному росту и на них возникают клеточные образования. В стебельках обнаружен белок. По-видимому, стебельки — живые образования, а не мертвые части железобактерий.

Известны и настоящие хемолитоавтотрофные бактерии, обладающие способностью получать энергию в результате окисления закисного железа и использовать углерод из углекислоты. К этим бактериям относится уже описанный выше сероокисляющий организм — Thiobacillus ferrooxidans.

Реакции окисления железа этой бактерией можно записать следующими уравнениями:

Окисление закисного железа дает малый выход энергии, и для поддержания роста бактерии расходуют большое количество железа. Так, для образования 1 г сырой биомассы клеток бактерии должны окислить около 500 г сернокислого железа.

Углеродное питание Thiobacillus ferrooxidans обеспечивается углекислотой. Этот организм — строгий хемолитоавтотроф.

Выявлены термофильные бактерии, подобные тиобациллам, которые наряду с соединениями серы могут окислять двухвалентное железо.

В последнее время установлена способность к накоплению окислов железа некоторыми фототрофами, в частности цианобактериями. Подобную способность проявляют нитчатые зеленые бактерии и отдельные водоросли.

Считают, что хемолитотрофные и ряд хемоорганогетеротрофных микроорганизмов, под влиянием которых происходит трансформация железа в природе, принимают участие в образовании железистых отложений. Последние обусловливают формирование осадочных железистых руд в болотах, озерах и других водоемах.

Железобактерии или сульфатовосстанавливающие бактерии могут разрушать железо в металлических трубах, в результате чего содержание железа в воде повышается, особенно в условиях застоя воды в трубопроводах. Этому можно воспрепятствовать путем добавления хлора.[ . ]

Может быть, некоторые dorsatum до 11,4% Fe). Некоторые инфузории. Концентрация железа, по-види-Desraidiaceae. Некоторые водоросли из мому, более часта, чем мы это сейчас счи-Coniferva, Ocdogoniaceae. Может таем быть симбиоз с ферробактериями. Целый ряд железных руд, самых богатых скоплений железа, начиная с докембрия и кончая третичными, явно биогенного происхождения Некоторые лишайники.[ . ]

Железобактерии, в частности СаШопеИа, развиваются в виде яалета на стенке пробирки там, где для них создается оптимальная концентрация закисного железа и кислорода.[ . ]

Железобактерии окисляют находящееся в воде закислое железо, переводя его в окисное. Поскольку закислое железо растворимо в воде, а окисное— нерастворимо, процесс этот сопровождается выпадением осадка гидрата ойй-си железа. В результате, кроме закупорки труб, водопроводная вода приобретает еще и неприятную ржаво-красную окраску. Таким образом, деятельность железобактерий приводит к выпадению из воды железа, которое может попасть в водопроводную сеть или из источников водоснабжения, или непосредственно из самих труб. Однако сами по себе железобактерии никогда не являются причиной коррозии (Разумов, 1953).[ . ]

Железобактерии относятся к автотрофной группе организмов и могут разви-паться в среде, не содержащей органических веществ. На 1 г синтезированного ими клеточного вещества они окисляют 279 г железа (II) с образованием 534 г Ге(ОН)з. Соотношение между окисленным железом и ассимилированным из углекислоты углеродом (500: 1) показывает, какое большое количество F e(OH)3 образуется при автотрофном росте. Гидроокись железа (III) после отмирания бактерий служит материалом для образования болотных и озерных руд. Вода, содержащая железо (II), способна давать железистые отложения в трубах и теплообменниках при малых скоростях движения воды и небольших температурных перепадах.[ . ]

Железобактерии являются водозагрязняющпми, они потребляют только растворенное железо и не корродируют металл труб. В результате их жизнедеятельности на стенках трубопроводов отлагается студнеобразная слизь гидрата окиси железа, которая мешает движению воды по трубам.[ . ]

Клетки железобактерий покрыты чехлом, состоящим из гидроокиси железа. В древних водоемах благодаря развитию железобактерий происходило постепенное накопление железа. Эти микроорганизмы могли принимать участие в самых ранних этапах образования железных руд (например, Криворожского). Изучение круговорота железа в почвах и озерах подтверждает ведущую роль бактерий в процессах окисления и восстановления железа.[ . ]

Колонии железобактерий и продукты их жизнедеятельности заиливают трубы, затрудняют протекание по ним жидкости.[ . ]

Порядок железобактерии (Ferribacteriales).[ . ]

Развитие железобактерий происходит в щелевой стеклянной или пластмассовой проточной камере (2). Стеклянная камера делается шириной 2—3 мм при длине 200 мм и высоте 30—50 мм. Ширина пластмассовой камеры может быть увеличена до 1 см, что облегчает ее конструкцию из оргстекла. Крышка камеры делается из оргстекла и имеет 2—3 отверстия диаметром 7—8 мм. Дно камеры имеет два отверстия (3), в которые через резиновую муфту вставляют выдвигающиеся стеклянные трубочки.[ . ]

Семейство железобактерии (Ferribacteriaceae).[ . ]

Виды железобактерий (X 5000)

Большая группа железобактерий для поглощения углерода использует энергию окисления соединений Fe (II) до Fe (III). Есть бактерии, окисляющие водород, соединения марганца и углерода.[ . ]

Развитие автотрофных железобактерий происходит хорошо, >если среду налить высоким слоем в пробирки, а на дно вместо железной проволоки внести свежеосажденное сернистое железо (FeS).[ . ]

Берется жидкая среда для железобактерий Лиске № 60 или дистиллированная вода и вместо солей железа добавляют марганец ® виде уксуснокислого марганца (Заварзин, 1961).[ . ]

Наиболее распространенная железобактерия — Clado-thrix dichotoma, образующая длинные ветвящиеся нити, покрытые слизистым влагалищем. В этих влагалищах откладывается гидрат окиси железа.[ . ]

Культивирование автотрофных железобактерий, относящихся к РОДУ СаШопеИа, представляет значительные затруднения, так как развитие их происходит за счет окисления кислого углекислого железа при реакции питательной среды, близкой к нейтральной. В этих условиях закисное углекислое железо на воздухе быстро окисляется до окисного, и таким образом среда становится неблагоприятной для развития железобактерий.[ . ]

Разумов А. С. 1957. К вопросу о хемосинтезе у железобактерий.[ . ]

Сульфат железа (III) быстро регенерируется железобактериями из Ре804, что значительно (в 7—18 раз) ускоряет растворение ряда минералов.[ . ]

Примером нитчатых бактерий может служить железобактерия ЬерМЬлх осИгасеае (см. рис. 4). Нити толстые, 2—9 мкм в диаметре, длина достигает нескольких миллиметров, неподвижно прикрепленные. Размножаются неподвижными конидиями или отдельными клетками. Нити окружены толстой слизистой капсулой, насыщенной гидроокисью железа, благодаря чему нити в нижней части имеют желто-охряный цвет или цвет ржавого железа. Иногда отдельные клетки нити как бы соскальзывают в сторону от главной нити, образуя подобие боковых ветвей, однако это псевдоветвление. Нитчатые бактерии БрНаегоШиэ играют отрицательную роль в очистке сточных вод при обильном развитии в аэротенках.[ . ]

Купоросованием подавляется также развитие железобактерий (доза 0,3—0,5 мг/л), серобактерий (доза до 5 мг/л), ракушек (мидий) и мшанок (доза 0,1—0,3 мг/л).[ . ]

Водопроводные трубы с обрастаниями из железобактерий

Водопроводная труба с обра-стаииями из железобактерий

Типичными представителями этой зоны являются железобактерии, которые окисляют закисное железо в окисное.[ . ]

А.-хемоавтотрофы (серобактерии, метанобактерии, железобактерии и др.) для синтеза органических веществ используют энергию окисления неорганических соединений. Вклад хемоавтотрофов в суммарную биологическую продукцию биосферы незначителен, однако эти организмы составляют основу гидротермальных экосистем в океанах.[ . ]

Наиболее общепринятым способом борьбы с обрастанием железобактериями, водорослями и др. является периодическое хлорирование сооружений. При этом применяются дозы хлора до 10 мг/л с таким расчетом, чтобы остаточное количество его составляло 3,0—3,5 мг/л. Особенно необходимы большие дозы хлора при наличии взрослых организмов, которые укрываются в плотно закрывающихся раковинах, например моллюсков (39, 40]. Для борьбы с плавающими личинками достаточно использовать обычные, применяемые при дезинфекции воды дозы хлора. Хлорирование рекомендуется сочетать с аммонизацией [41, 42].[ . ]

При значительном содержании в воде железа в ней развиваются железистые водоросли и железобактерии. При благоприятных условиях эти организмы могут сильно разрастаться в водопроводных трубах, что может повлечь за собой сужение и даже закупорку последних и вызвать этим порчу водопроводной сети.[ . ]

Освобождающаяся при этом окислении энергия используется ими для ассимиляции углекислоты. Железобактерии в очистных сооружениях встречаются в исключительных случаях.[ . ]

Одни виды этих бактерий питаются готовыми органическими веществами — гетеротрофы, другие (железобактерии) способны самостоятельно строить органические соединения из углерода углекислоты за счет использования энергии окисления неорганических веществ (железо) — автотрофы (хемоавтотрофы).[ . ]

С. Н. /Виноградский сыграл большую роль в развитии микробиологии. Им были изучены серобактерии (1887), железобактерии (1888) и нитрифицирующие бактерии (1890), исследования которых дали результаты важного научного значения. Эти бактерии обладали способностью развиваться на средах, не содержащих органических веществ, и синтезировать составные части своего тела за счет углерода угольной кислоты. Необходимую энергию эти бактерии получают за счет биохимических процессов, протекающих при окислении азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, или за счет окисления двухвалентного железа в трехвалентное. Такой своеобразный процесс синтеза органического вещества из угольной кислоты и воды получил название хемосинтеза. Это явилось крупнейшим открытием в области физиологии микроорганизмов.[ . ]

Они называются так по субстратам окисления, которыми могут быть >1Н3, N02, СО, Н23, Б, Ре2+, Н2. Некоторые виды — облигатные хемолитоавтотрофы, другие — факультативные. К последним относятся карбоксидобактерии и водородные бактерии. Хемосинтез характерен для глубоководных гидротермальных источников.[ . ]

При содержании железа более 1 1мг/л вода приобретает бурый цвет, железистый привкус, соединения железа и железобактерии отлагаются в трубопроводах и уменьшают их пропускное сечение.[ . ]

Г. Киттнер отмечает, что в промывной воде 14 станций обезжелезнвания воды из 15 обследованных были обнаружены железобактерии. Автор полагает, что каталитический эффект от наличия железобактерий проявляется при низких значениях pH.[ . ]

К хемотрофам относятся только бактерии, окисляющие различные минеральные вещества (нитрофицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.).[ . ]

Некоторые виды бактерий окисляют нитриты и нитраты, которые иногда применяются в качестве ингибиторов коррозии. Железобактерии образуют отложения в виде окиси железа, имеющие цвет ржавчины, отложения в виде слизи или желеобразного вещества. Коррозия может принимать различные формы, например может быть сплошной, точечной. Предотвращение коррозии в системах оборотного водоснабжения, как правило, обеспечивается с помощью ингибиторов. Бхтественный процесс образования накипи на внутренних поверхностях труб до некоторой степени обеспечивает антикоррозионную защиту. Функция ингибитора состоит в образовании защитной пленки на поверхности корродирующего металла.[ . ]

Хемосинтезирующими организмами являются микроорганизмы — нитрифицирующие, серобактерии, водородные бактерии и железобактерии. Свободный азот усваивают азотфиксирующие бактерии.[ . ]

По нашему мнению, отмеченное К. Халле улучшение процесса обезжелезивания с уменьшением pH могло объясняться развитием железобактерии в толще фильтрующего слоя.[ . ]

Процесс синтеза 1 г клеточного вещества сопровождается образованием примерно 500 г гидрата окиси железа. С деятельностью железобактерий связывают образование болотных руд на дне водоемов. Нитчатые железобактерии, развиваясь в водопроводных трубах, вызывают их закупорку.[ . ]

Процесс хемосинтеза открыт русским ученым-микробиоло-гом С. Н. Виноградским в 1887 г. Некоторые группы бактерий — нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии способны накапливать освобождающуюся в процессах окисления энергию и затем использовать ее для синтеза органических веществ. Процесс хемосинтеза протекает без участия хлорофилла, для его осуществления не обязательно наличие света.[ . ]

Максимальное развитие организмов обрастаний наблюдается при температуре, близкой к оптимальной для данной группы. Так, некоторые виды железобактерий развиваются при низкой температуре воды. Например, для галионеллы оптимальная температура 7—10° С. Большинство же микроорганизмов обрастаний является мезофилами с температурными оптимумами 15—20 и 35—37° С. Изменение температуры сопровождается сменой микроорганизмов обрастаний. При понижении температуры в загрязненных водах преобладают нитчатые бактерии и грибы. Летом грибы в обрастаниях практически отсутствуют. Быстрее всего развиваются в обрастаниях нитчатые и зооглейные бактерии.[ . ]

Нитчатые бактерии являются многоклеточными организмами. Нитчатые бактерии бывают свободно плавающие и прикрепленные. У некоторых нитчатых железобактерий нити покрыты слизистой оболочкой, которая представляет собой футляр или чехол, наполняющийся Ре(ОН)3.[ . ]

Все предметы, не смачиваемые водой, а также находящиеся в грунте на глубине его ниже 0,5—1,5 см, оставались свободными от налетов. В указанном слое в результате окислительной деятельности железобактерий (Crenothrix) отлагался гидрат окиси железа.[ . ]

Железо также является одним из важнейших биогенных элементов и влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме. В природных водах присутствуют соединения двух- и трехвалентного железа. В результате химического и биохимического окисления (при участии железобактерий или кислорода) Ре(П) переходит в Ре(Ш), который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Ре(ОН)з. В природных водах Ре(Ш), как правило, образует гидроксокомплексы. Основной формой нахождения Ре(Ш) в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами. При pH >= 8,0 основной формой является Ре(ОН)3. Поэтому железо в природных водах содержится как в растворенном, так и взвешенном состоянии и донных осадках.[ . ]

К числу надежных профилактических методов борьбы с привкусами и запахами воды относятся очистка дна и берегов реки от илистой загнивающей растительности, а также очистка и дезинфекция водопроводных сооружений. Эти способы обеспечивают уничтожение организмов, которые вызывают обрастание сооружений: железобактерий (рис.. 279), серобактерий, марганцевых бактерий, полипов, моллюсков, ракообразных, мшанок, различных водорослей, взрослых насекомых и их личинок и т. д.[ . ]

Это время вообще ознаменовалось выдающимися успехами в биологии почв. Нидерландский микробиолог М. Бейеринк (1851—1931 гг.) в 1888 г. открыл клубеньковую бактерию Bacterium radiciola, фиксирующую азот воздуха па корнях бобовых растений. Так была выяснена причина и вскрыт механизм роли бобовых растений, известный еще Феофрасту и римским агрономам. В 1901 г. Бсйерппк открыл азотобактер — свободно живущую в почве аэробную бактерию, фиксирующую азот. В 1893 г. русский микробиолог С. И. Виноградский (1856—1953 гг.) выделил пз почвы анаэробную бактерию клостридиум, усваивающую молекулярный азот (Виноградский, 1952). Позднее он изучил целлюлозоразрушающие бактерии, серобактерии, железобактерии и открыл процесс хемосинтеза. Все эти открытия важны для почвоведения (Имшеиецкий, 1952; Waksman, 1953). Один из основоположников вирусологии Д. И. Ивановский (1864—1920 гг.) свои ранние исследования тоже посвятил почвенным микробам.[ . ]

Давно известно, что в сероводородных источниках и других водоемах, содержащих сероводород, как правило, встречаются в большом количестве неокрашенные микроорганизмы, в клетках которых обнаруяшваются капли серы.

В местах, где концентрация сероводорода сравнительно невелика (меньше 50 мг/л), такие микроорганизмы, получившие название бесцветных серобактерий, часто образуют массовые скопления в виде пленок, белых налетов и других обрастаний.

Что же делать в такой ситуации ? Для начала советуем почитать эту статью. В данной статье подробно описываются методы борьбы с паразитами. Также рекомендуем обратиться к специалисту. Читать статью >>>

Серобактерии — тиобактерии, микроорганизмы, окисляющие восстановленные соединения серы.

История открытия

С. Н. Виноградский (1887) доказал, что сера, откладываемая в клетках одного из типичных представителей серобактерий, а именно Beggiatoa, образуется из сероводорода и может окисляться этим микроорганизмом до серной кислоты. Для исследований им был применен оригинальный метод микрокультуры, который позволяет менять среду и проводить наблюдения за живым объектом в течение длительного времени. Результаты опытов с Beggiatoa, как уже указывалось выше, послужили основой для развития С. Н. Виноградским концепции о существовании микроорганизмов, способных к хемоавтотрофному образу жизни. Однако, как это ни странно, такая возможность для большинства бесцветных серобактерий до сих пор не выяснена.

Объясняется это тем, что большинство относимых к ним микроорганизмов не удалось еще культивировать в лабораторных условиях в ви де чистых культур. Поэтому четких выводов относительно их физиологии и биохимических свойств сделать нельзя. Но обычно такие микроорганизмы рассматривают в числе бактерий, окисляющих восстановленные соединения серы.

Что собой представляют серобактерии?

В группу серобактерий включаются самые разнообразные типы прокариотов. Прокариоты — одноклеточные организмы, не обладающие четко оформленного ядра, не имеющие его оболочки. Серобактерии для своей жизнедеятельности окисляют соединения сероводорода до элементарной серы, а также сульфиды, тиосульфаты, молекулярную серу.

Эти микроорганизмы относятся к автотрофам (продуцентам), синтезирующим из неорганических веществ органические:

Purple bacteria (пурпурные),
Chlorobiaceae (зеленые серобактерии),
синезеленые водоросли (Cyanobacteria),
бесцветные серобактерии.

Первичные продуценты – главное звено в мировой цепочке питания. Организмы, обитающие без кислорода и света под водой, химическим способом синтезируют органические соединения, которые служат пищей для гетеротрофов – консументов (не умеющих осуществлять питание по способу продуцентов). К гетеротрофам относят паразитов, хищных и травоядных животных, растения.

Существуют симбиозы микробов с моллюсками, трубчатыми червями, морскими ежами, живущих в воздушной зоне ила (минеральной и органической смеси на дне водоемов).

Но не все автотрофы являются продуцентами. Некоторые из них сами производят органические вещества и сами же их поглощают. Такие организмы считаются редуцентами (превращают отмершие останки на дне водоемов в неорганические вещества) и продуцентами одновременно. Автотрофы разделяются на фотосинтезирующие и образующие энергию способом хемосинтеза.

Микроорганизмы, питающиеся при помощи фотосинтеза

Серобактерий относят к фотосинтезирующим организмам, которые используют солнечный свет в качестве источника энергии. Этот способ называется фотосинтезом. Фотосинтезирующими являются некоторые многоклеточные водоросли, археи, обитающие в водоемах.

Пурпурные серобактерии относятся к фотосинтезирующему типу. Их насчитывается более чем 50 видов. Они грамположительные, существуют способные к движению при помощи жгутиков типы и недвижимые. Размножаются путем деления. Обитают в бескислородной среде у поверхности пресной и соленой воды. Используют в качестве источника углерода молекулярную серу, которая имеет свойство накапливаться в периплазматическом пространстве (полость, состоящая из дополнительной мембраны в клеточной стенке микроорганизма).

Синезеленые водоросли, или цианобактерии, также фотосинтезирующие, грамотрицательные, способны выделять кислород. Они являются потомками наиболее древних микробов на земле. Зарождение стоматолитов – продуктов их жизнедеятельности, найденных в наши дни, – датируется 2,5-3,5 млрд. лет назад.

Зеленые серобактерии не окрашиваются по Граму, имеют палочковидные или в форме яйца клетки, могут накапливать гликоген (запасы углеводов), в основном неподвижны.

Зеленые серобактерии имеют полость, наполненную газом, позволяющую им погружаться на разную глубину (газовые вакуоли).

Источником углерода является углекислота. Зеленые серобактерии практически не образуют колоний, растут под пурпурными колониями. Они были обнаружены в водах гидротермальных источников на глубине более 2000 метров в Мексике. Существует две группы: способные существовать на большой глубине без света и требующие освещения зеленые серобактерии.

Хемосинтез

Микроорганизмы, получающие энергию в результате переработки неорганических соединений (хемосинтез), называются хемотрофами. К данному типу относятся окисляющие аммиак нитрификаторы (Nitrobacteraceae), перерабатывающие сероводород серо- и окисляющие железо железобактерии (Geobacter).

Хемосинтез впервые был открыт С.Н. Виноградским в процессе изучения нитчатых серобактерий. Ученым также были открыты железобактерии, отличные от серобактерий тем, что используют способ окисления двухвалентного железа до трехвалентного. Вследствие этого на дне рек, морей, болот образовались марганцевые и железные руды.

Бесцветные серобактерии, также осуществляющие хемосинтез, подразделяются на два типа:

одноклеточные – в основном неподвижные (род Macromonas и Achomatium);
нитчатые серобактерии (Thiothrix), способные к скольжению.

Оба вида умеют откладывать серу.

Бесцветные серобактерии обитают в морях, океанах, озерах. До конца не изучена их роль в природе, потому что так и не удалось выделить чистую культуру. Исследования, проводимые на основе изучения природного материала, показали, что они играют немалую роль в окислении серных соединений на границе воздушной и безвоздушной среды водоемов.

Серобактерии являются важными участниками процесса очистки водоемов от неорганических загрязнений. Бактерии, содержащиеся в иле, применяются для очистки от сероводорода сточных вод, тем самым препятствуя его утечке в окружающую среду.

Они обеспечивают не только круговорот серы в природе. Щелочная сера, производимая этими микроорганизмами, способна стать причиной коррозии канализационных труб, порчи бетонных сооружений, зданий, шахтных и других горнодобывающих конструкций.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Среда обитания

Микроорганизмы, относящиеся к бесцветным серобактериям, встречаются и в пресных и в соленых водоемах. Некоторые из них хорошо растут при низкой температуре, другие (Thiospirillum pistiense) развиваются в термальных серных источниках при температуре более 50 °С. Бесцветные серобактерии аэробы.

Подвижные формы обладают хемотаксисом и могут перемещаться в места с оптимальным содержанием кислорода и сероводорода. Еще С. Н. Виноградский отметил (1887-1889), что бесцветные серобактерии могут расти в воде, содержащей очень небольшие количества органических веществ, и предполагал поэтому, что они способны усваивать углекислоту. Однако на минеральной среде, содержащей сероводород, удалось выращивать пока в виде чистых культур только Thiovulum majus и некоторые штаммы Beggiatoa. Другие представители микроорганизмов, определенные как Beggiatoa, оказались способными развиваться только на органических средах, содержащих сенной отвар, пептон, мясной экстракт, аминокислоты или ацетат. Некоторые проявили потребность в витамине В12.

Добавление ацетата и других органических соединений также улучшало рост штаммов Beggiatoa, развивающихся на минеральных средах. При наличии ацетата в клетках отмечалось появление гранул поли-р-оксибутирата. На основании изучения физиологии разных штаммов Beggiatoa Прингсхейм считает, что среди них есть автотрофы, окисляющие сероводород и фиксирующие СО2, и есть представители, нуждающиеся в органических соединениях. Но и ряд гетеротрофных штаммов Beggiatoa в присутствии органических соединений окисляет сероводород, возможно, с получением энергии, т. е. они являются хемолитогетеротрофами. Однако биология этих микроорганизмов, а еще в большей степени других бесцветных серобактерий исследована мало. Особенно заслуживает внимания вопрос о роли сероводорода в их метаболизме.

Особенности

По морфологии, характеру движения, способу размножения и строению клеток ряд представителей бесцветных серобактерий, как многоклеточные, так и одноклеточные (Beggiatoa, Thiothrix, Thiospirillopsis, Thioploca, Achromatium) проявляют большое сходство с синезелеными водорослями. Некоторые исследователи, в частности Прингсхейм (Pringsheim, 1963), рассматривают эти микроорганизмы как бесцветные их варианты.

Аналогом Beggiatoa считают сине-зеленую водоросль Oscillatoria, Thiothrix — Rivularia, Thiospirillopsis — Spirulina, a Achromatium похож на Synechococcus. Поскольку сине-зеленые водоросли сейчас причисляют к бактериям, то их сближение с бесцветными серобактериями становится все более обоснованным. Следует также отметить, что у некоторых сине-зеленых водорослей обнаружена способность откладывать в клетках серу, хотя один этот признак мало что дает для систематики микроорганизмов.

Значение в природе

Микроорганизмы, окисляющие неорганические соединения серы, играют весьма существенную роль в процессах их превращения в природе (рис. 142). Особенно важное значение в круговороте серы, видимо, имеют тионовые бактерии, широко распространенные в различных водоемах, почве и в разрушающихся горных породах.

В результате деятельности этих микроорганизмов, а также бесцветных и окрашенных серобактерий происходит окисление значительной части сероводорода и других соединений серы в водоемах. Причем в некоторых случаях имеет место отложение значительного количества серы. Активное окисление серы тионовыми бактериями в почве нашло практическое применение. Для уменьшения щелочности почвы вносят элементарную серу, которая быстро окисляется этими микроорганизмами с образованием серной кислоты.

Так называемое сернокислое выветривание горных пород также обусловлено деятельностью тионовых бактерий и является результатом образования ими серной кислоты. Такова же нередко причина порчи некоторых каменных и металлических сооружений.

Есть основания считать, что наряду с десульфатирующими бактериями, которые восстанавливают сульфаты до сероводорода, тионовые бактерии участвовали в какой-то степени в образовании некоторых месторождений самородной серы, окисляя сульфиды до молекулярной серы. Но эти же микроорганизмы могут являть ся основной причиной быстрого разрушения серных руд, проводя окисление до конца, т. е. до серной кислоты. Такие процессы, как показано С. И. Кузнецовым и его сотрудниками, нередко имеют место при разработке серных месторождений, когда создаются аэробные условия.

Таким образом, деятельность микроорганизмов, окисляющих серу и различные ее соединения, по своим результатам достаточно разнообразна.

Читайте также: