Превращение микроорганизмами соединений серы и железа

Работа 42. Серобактерии

Серобактерии играют ведущую роль в круговороте серы. Они осуществляют процессы восстановления неорганических соединений серы до сероводорода и обратные процессы окисления восстановленных соединений серы до серы и серной кислоты.

Анаэробное восстановление сульфатов или других соединений серы до сероводорода ведут десульфатирующие бактерии преимущественно рода Desulfovibrio. Типовой вид Desulfovibrio desulfuricans представлен слегка изогнутыми палочками 0,5—1 ´ 3—5 мкм, несущими одиночные полярные жгутики. Эндоспор не образует (рис. 32). Десульфатирующие бактерии широко распространены в почве, сточных водах и илах.

Окисление сероводорода, серы и других сернистых соединений осуществляется различными автотрофными и гетеротрофными микроорганизмами. Из автотрофных микроорганизмов ведущее место занимают хемоавтотрофы, представленные бесцветными серобактериями. Последние подразделяются на собственно серобактерии, откладывающие серу внутри клеток, и тионовые бактерии, не способные откладывать серу в клетках. К собственно серобактериям относятся нитчатые формы родов Ве ggiatoa, Triothrix, Ас hromatium. Они выделяются из водоемов, загрязненных сероводородом, известны морские и пресноводные формы.

Тионовые серобактерии представлены в основном родом Т hiobacillus. Типовой вид Т hiobacillus thioparus— небольшие палочковидные клетки, монотрихи, встречаются в морской и пресной воде, иле, почве и серных месторождениях.

Материалы и оборудование

Цилиндры на 100—200 мл, конические колбы на 100—150 мл, большие пробирки, гипс, куриное яйцо, питательные среды, почва, ил, сточная вода, остатки водных растений, предметные, покровные стекла, красители, микроскоп, спиртовка, пинцет, микробиологические петли, сероуглерод, соль Мора, железный купорос, парафин.

 

Ход работы

/. Выделение бесцветных собственно серобактерий Высокий цилиндр заполняют водой, содержащей сероводород. На дно цилиндра опускают сваренное вкрутую яйцо, немного гипса (для усиления выделения сероводорода) и остатки водных растений. Среду заражают илом и сточной водой.

Цилиндр завязывают сверху марлей Цилиндр завязывают сверху марлей и оставляют на 1,0— 1,5 мес. при комнатной температуре.

На поверхности среды развивается серовато-белая пленка, состоящая из нитей серобактерий, в частности представителей рода Beggiatoa. В клетках, бактерий видны отложения капельножидкой серы. На прижизненном препарате при добавлении капли сероуглерода сера в клетках растворяется.

2. Выделение тионовых серобактерий

Для выделения тионовых серобактерий используется питательная среда следующего состава (г/л водопроводной воды)

Na₂S₂O₃                        —5,0

NaHCO₃                        —1,0

K₂HPO₄                         —0,2

Рис. 32. Десульфатирующие серобактерии Desulfovibrio desulfurians. Фуксин.

NH₄Cl                            —0,1

MgCl₂                            —0,1

Среду, не стерилизуя, разливают по 30—50 мл в эрленмейеровские колбы объемом 100—150 мл и заражают илом и сточной водой. Колбы помещают в термостат при температуре 30°С на 7—10 дней. В среде накапливается свободная сера, а на мазках выделяются бактерии рода Thiobacillus

  3. Выделение десульфатирующих бактерий. Для выделения десульфатирующих бактерий используется питательная среда В.О. Таусона в модификации Л.Д. Штурм (г/л дистиллированной воды):

натрии молочнокислый или кальций молочнокислый—3,5

(NH₄)₂SO₄           —4,0

K₂HPO₄                        —0,5

MgSO₄                          —1,0

CaSO₄                            —0,5

Соль Мора               —0,5

рН среды                                          —7,0

 

Среду стерилизуют в автоклаве при 0,5 атм., 30 мин. Соль Мора стерилизуют отдельно и добавляют в среду перед посевом. В качестве стимулятора роста к среде добавляют 1% дрожжевой воды. Среду разливают в большие пробирки (³/₄ объема) и заражают почвой 0,2 г или сточной водой 0,5 мл. Для обнаружения выделяющегося сероводорода в пробирку вносят маленький кристаллик железного купороса. Пробирки доливают питательной средой доверху, закрывают плотно резиновыми пробками и заплавляют парафином для создания анаэробных условий. Посевы помещают в термостат при температуре25—30°С на 2—3 недели. При микроскопировании осадка выделяется накопительная культура Desulfovibrio desulfuricans. О восстановлении сульфатов можно судить по характерному запаху выделяющегося сероводорода и почернению среды в результате образования сульфида железа (I I).

Работа 43. Железобактерии

В природе железобактерии распространены достаточно широко в водоемах, болотах, где они ведут процессы окисления соединений железа и являются продуцентами болотной железной руды. В водоемах железобактерии можно обнаружить среди осадка, имеющего цвет охры, и среди ватообразных хлопьев.

Железобактерии из рода Leptothrix ­ окисляют закисные формы железа в окисные, которые осаждаются в виде гидроксида железа (III), образуя чехол вокруг оболочки бактерий. Выделяющуюся в реакции окисления энергию бактерии используют на процессы синтеза органических веществ:

4FеСОз+6Н₂0+0₂ > 4Fе(ОН)з+4С0₂+168 кДж

Среди железобактерий имеются разные морфологические формы (кокки, палочковидные и нитчатые бактерии). Легче других обнаружить нитчатые формы родов Leptothrix и С rепо thrix (рис. 33).

В лабораторных условиях культуры железобактерий не всегда удаются.

 

 

Рис. 33. Железобактерии:

1 — Leptothrix ос hr асеа: а— несептированная нить протоплазмы, без влагалища;б—влагалище с клетками внутри, в— нить, выползающая из влагалища, г — старое влагалище;

2 — С r епо thri х ро l у s ро r а, нити с макро- и микроконидиями

3 — Gallionella, различные формы нитевидных стебельков.

 

Материалы и оборудование

Культуры железобактерий, микроскопы, предметные стекла, спиртовки, микробиологические петли, красители.

 

Ход работы

1. В высокий цилиндр наливают воду, прибавляют туда свежеосажденный гидроксид железа и небольшое количество ила из водоема. Туда же добавляют немного сена, предварительно вываренного в большом количестве воды. Сосуд оставляют при комнатной температуре и через несколько дней наблюдают появление на стенках сосуда ржавых пятен, которые постепенно разрастаются и образуют сплошной войлок, состоящий преимущественно из бактерий Leptothrix ochracea. Из этого налета делают мазок для микроскопирования.

2. В литровый цилиндр насыпают 100 г почвы, добавляют 0,5 г аммиачно-железной соли лимонной двойной кислоты и заливают 500 мл водопроводной воды. Через несколько дней в жидкости появятся хлопья, состоящие из скоплений железобактерий из родов Crenothrix и С ladothriх. Производят микроскопирование мазков.