Восстановление соединений серы

Усвоение сульфатов из почвы сопровождается восстановлением серы в процессе СУЛЬФАТРЕДУКЦИИ - восстановление сульфатов до сероводорода H₂S СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ:

+H₂ +H₂ +H₂ +H₂

H₂SO₄ → H₂SO₃ → H₂SO₂ → H₂SO → H₂S

СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ – группа анаэробных микроорганизмов, использующих сульфат как акцептор электронов (водорода) для окисления органических соединений или водорода.

Большинство сульфатредуцирующих бактерий – гетеротрофы, есть автотрофы. Донором электронов (водорода) для этих бактерий служат органические соединения (кислоты, спирты), а также молекулярный водород; продукт восстановления соединений серы - H₂S:

1. Бактерии рода Desulfovibrio (Desulfovibrio desulfuricans) – грамотрицательные неспоровые слегка изогнутые палочки, подвижные (монотрихи), спор не образуют. Мезофилы (растут при температуре 30 ⁰С). Облигатные анаэробы. Обнаружены в морской и пресной воде, иле, почве.

2. Бактерии рода Desulfotomaculum – грамотрицательные прямые или изогнутые палочки, образуют споры, подвижные (перетрихи), растут при температуре от 30 ⁰ до 55 ⁰С. Бактерии облигатные анаэробы, восстанавливают сульфаты до сульфидов.

Бактерии обнаружены в пресных водах, почвах, геотермальных областях, некоторых испорченных продуктах, в кишечнике насекомых и рубце животных.

Значение сульфатредукции

Сульфатредуцирующие бактерии наносят определённый ущерб – разрушают материалы, неустойчивые к сероводороду. Бактерии разлагают нефтяные продукты, загрязняют сероводородом промышленный газ.

Деятельности сульфатредуцирующих бактерий – одна из причин коррозии металлического оборудования в анаэробной зоне.

Сероводород токсичен, поэтому при накоплении его в водоёме гибнут водные растения и гидробионты.

Окисление соединений серы

К активным окислителям соединений серы относят несколько групп микроорганизмов.

1. ТИОНОВЫЕ БАКТЕРИИ – способны окислять тиосульфат, сероводород, сульфиды, тетратионаты, тиоционаты.

- тиосоединения окисляются тионовыми бактериями до сульфатов, серы и серной кислоты:

5Na₂S₂O₂ + H₂O + 4O₂ → 5Na₂SO₄ + 2S₂ + H₂SO₄ + n АТФ

- свободная сера окисляется тионовыми бактериями до серной кислоты:

S₂ + 3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + nАТФ

- тетрасоединения (тетратионаты) окисляются тионовыми бактериями до серной кислоты:

2Na₂S₄O₆ + 10O₂ → 3Na₂SO₄ + 5H₂SO₄ + nАТФ

Из тионовых бактерий наиболее широко распространены тионовые бактерии рода Thiobacillus (Thiobacillus ferrooxidans, T. thiooxidans, T. denitrificans) - грамотрицательные, бесспоровые палочки, подвижные аэробы, облигатные хемолитотрофы (живут за счет энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединений серы).

К микроорганизмам, способным окислять соединения серы относят фотосинтезирующих пурпурных и зелёных серных бактерий, а также некоторых цианобактерий.

Фотосинтезирующие серные бактерии обитают в основном в водоёмах. Обычно они распространены в средах, где имеется сероводород. Большинство фотосинтезирующих бактерий – строгие анаэробы, усваивают сероводород в процессе фотосинтеза.

ПУРПУРНЫЕ СЕРОБАКТЕРИИ в клетках содержат особый пигмент – БАКТЕРИОПУРПУРИН, придающий красную окраску различных оттенков. Пурпурные серобактерии содержат в клетках включения серы в виде капель. Среди этих бактерий широко распространены Chromatium okenii – овальные крупные клетки с одним очень длинным жгутиком. Большие скопления пурпурных серобактерий дает заметную розовую окраску воды.

ЗЕЛЕНЫЕ СЕРОБАКТЕРИИ представлены бактериями рода Chlorobium – анаэробные палочки прямые, изогнутые, овальные или спиральные. Образуют нити или цепочки наподобие стрептококка. Эти бактерии неподвижные. В клетках содержат фотосинтетический пигмент – БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛ, придающий зелёную окраску клетки. При окислении сульфидов снаружи клеток появляются глобулы (капельки) серы. При массовом развитии зеленых серобактерий вода имеет зеленоватый оттенок.

БЕСЦВЕТНЫЕ СЕРОБАКТЕРИИ – обширная группа микроорганизмов, развивающаяся в присутствии сероводорода и откладывающих серу внутри клеток.

Серобактерии бывают одноклеточные с разнообразной формой (овальной, сферической, палочковидной) и нитчатые, которые способны к скользящему движению.

Окисление сероводорода бактериями идёт с образованием серы и воды:

2H₂S + O₂ → S₂ + 2H₂O + nАТФ

К бесцветным серобактериям относят:

1. Бактерии рода Beggiatoa – растут в форме свободно плавающих нитей, состоящие из множества клеток, грамотрицательные, аэробы;

2. Бактерии рода Thiothrix – многоклеточные нити, окруженные чехлом, грамотрицательные, аэробы, способны к скользящему движению.

3. Бактерии рода Thioploca – гибкие многоклеточные нити, с многочисленные включениями серы. Нити помещены в чехол. Бактерии передвигаются скольжением по субстрату.