Микроорганизмдер әсерінен фосфор, күкірт және темір қосылыстарының өзгеруі

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

А. Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті

Ветеринарлық санитария кафедрасы

Тақырыбы: Микроорганизмдер әсерінен фосфор, күкірт және темір қосылыстарының өзгеруі

Тексерген: Унайбекова Р. К.

Орындаған: Жақсылықова А. .

Қостанай-2013 ж.

Жоспар:

Кіріспе . . . 3 бет

II Негізгі бөлім

Фосфор қосылыстарының өзгерістері. . . 4 - 5 бет
Күкірт қосылыстарының өзгерістері . . . 6 - 9 бет
Темір қосылыстарының өзгерістері . . . 9 - 10 бет

III. Қорытынды . . . 11 бет

IV. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 12 бет

Фосфор қосылыстарының өзгерістері

Өсімдіктер тіршілігінде азоттан кейін фосфордың маңызы зор. Ол көбінесе топырақта, өсімдіктерде, микроорганизмдер клеткасында, органикалық және органикалық емес қосылыстарда көп кездеседі. Фосфор болмаса белок синтезі жүрмейді, ол көп мөлшерде ядро затының және көптеген ферменттер құрамына кіреді, фосфорлендіру деп аталатын реакцияға қатысады. Кейбір фосфор органикалық компоненттер - энергияның көп мөлшерін тасушылар (нуклеин қышқылдары, липидтер және басқалар) .

Топырақта фосфор әр түрлі формада болады. Ол алғашқы минерал-дар құрылысында кальций фосфаты түрінде кездеседі. Мәселен, оған апатит, фосфорит және вивианит жатады. П. Н. Пряшников мәліметтеріне қарағанда 1 га-да 3-5 т фосфор болады. Бұл элемент, әсіресе қарашірік топырағында көп болатын, қара топырақта да (5-6 т/га) жеткілікті. Әр түрлі топырақ ішінде фосфор түрліше кездеседі. Жалпы фосфордың органикалық түрі топырақта 85%-ға дейін барады. Фосфор - клеткадағы ең қажетті элемент. Ол тіршілікті жалғастырушы және тұқым қуалаушылықты анықтаушы нуклеин қышқылдарының құрамында болады. Топырақта фосфор көбінесе өсімдіктер мен жануарлар қалдықтары арқылы және химиялық тыңайтқыштардың құрамына еніп жатады. Тірі организмде ол тотыққан, яғни фосфат күйінде болады.

Жалпы топырақта фосфордың ұшырауы екі процестен тұратыны мәлім. Оның біріншісі - органикалық фосфордың минерал қосылысқа айналуы да, екіншісі фосфор қышқыл тұздарының ерімейтін қосылыстан ерігіш күйге көшуі.

Фосфордың органикалық формалары түрлі микроорганизмдер көмегімен ыдырайды. Бұл процеске псевдомонос және бациллус туыстарына кіретін бактериялар мен пенициллум, аспергиллус, ризопус, альтернария туысына жататын саңырауқұлақтар және актиномицеттердің бірқатар өкілдері қатысады. Кейде бұл процеске ашытқылардың да қатысатыны бар.

Органикалық фосфордың микроорганизмдер көмегімен ыдырауы мына схема бойынша жүреді:

Нуклепротеид → нуклеин → нуклеин қышқылы → нуклеотидтер → фосфор қышқылы. Органикалық фосфор ыдырағанда олардың біраз мөлшері микроорганизмдер клеткасында қалып қояды. Ал қалған бөліктері топырақта кездесетін басқа элементтермен байланысып, өсімдіктерге сіңімсіз күйге айналуы ықтимал.

Фосфордың органикалық емес қосылыстары, топырақта ерімейтін кальций фосфаты күйінде (апатит, оксиапатит, фосфорит) болады. Олар көбінесе реакциясы бейтарап немесе сілтілі топырақта мол кездеседі. Бұл тұздар әрине өсімдіктерге сіңімсіз күйде болады. Бірқатар микроорганизм-дер фосфор қышқылының ерімейтін қосылыстарын еритін күйге айналдыра алады. Бұларға түрлі актиномицеттер, саңырауқұлақтар және бактериялар жатады.

Фосфаттардың топырақта еруі көбінесе онда түрлі қышқылдар немесе көмір қышқылдары жиналғанда орын алады. Органикалық заттар ыдырағанда немесе тыныс алу барысында пайда болған көмір қышқыл газы су бар жерде көмір қышқылына айналады да, ерімейтін фосфаттардың тез еруіне әсерін тигізеді.

Кейбір жағдайда фосфаттар топырақтағы нитрификацияланушы бактериялардың әсерінен пайда болған азот қышқылының әрекетінен де ерігіш күйге көшеді. Бұл процеске күкірт бактериялары қатыса алады.

Топырақта белоктар ыдырауынан пайда болатын көмір қышқылы да фосфаттардың сіңімді күйге көшуіне себебін тигізеді.

Фосфор өсімдіктерге аса қажетті қоректік зат болғандықтан, оның топырақта тапшы болуы өнімділікті күрт төмендетіп жібереді. Ал есеп бойынша 1 гектар жерде шамамен 3 - 4 тонна фосфор қоры болатыны анықталды. Осыған қарамастан өсімдік көпшілік жағдайда фосфорға мұқтаж болады. Өйткені топырақтағы фосфор қосылысының басым көпшілігі өсімдіктерге сіңімсіз күйде кездеседі.

Ал фосфордың осындай сіңімсіз қосылыстарын ыдырататын топырақ микроорганизмдері де табылды. Бұларды бірінші болып Р. А. Мелькина тауып, зерттеді. Оны Бациллус мегатериум деп атады. Олар фосфордың күрделі қосылысытарынан өз бойында кездесетін фосфотаза деп аталатын ферменттің көмегімен фосфор қышқылын босата алады екен. Олар лейцин деп аталатын амин қышқылынан 50 процентке жуық, нуклеин қышқылдарынан 85 проценттей фосфорды байланысқан күйінен босатады. Ал мұндай фосфорды өсімдіктер оңай сіңіре алады. Бациллус мегатериум спора түзеді, пішіндері таяқша тәрізді, ұзындығы 2, 5-3, 5 микрон шамасында. Бастапқы өсу дәуірінде олардың клеткалары жеке болғанымен кейіннен жалғасып, тізбектеле бастайды.

Осындай аса белсенді әрекеті бар топтарынан, қазіргі кезде фосфоробактерин бактериялы тыңайтқышы дайындалып, егістікке қолданылады.

Күкірт қосылыстарының өзгерістері.

Табиғатта кездесетін күкірт қосылыстарының өзгерістері негізінен екі процеспен жүреді. Бірінші - күкірттің органикалық және органикалық емес қосылыстары күкіртті сутегіне дейін тотықсызданады. Екінші - осылай тотықсызданған күкірт қосылыстары молекула күйінде, күкірт пен күкірт қышқылына дейін тотығады.

Күкірт тірі организмдер клеткасында кездеседі. Ал өсімдік қалдықтары, жануарлар өлекселері топырақта ыдыраған кезде, одан күкірт көбінесе күкіртті сутегі ретінде бөлініп шығады. Көбінесе күкіртті сутегі құрамында күкірт элементі бар белокты заттар ыдырағанда, яғни шірігенде пайда болады. Бұған шіріту бактериялары қатысады. Сонымен қатар күкірттің әр түрлі қосылыстары ( ${SO}_{2}$ , ${SO}_{3}$ , $H_{2}S$ ) түрлі вулкандар атқылауы кезінде газ күйінде бөлініп, атмосфераға таралады.

Күкірттің тотықсызданған органикалық емес қосылыстарының тотығуы, бірқатар автотрофты және гетеротрофты микроорганизмдер көмегімен жүреді. Бұларға Тиобациллус, Бегиотта, Тиотрикс туысына жататын жіпше бактериялар мен фотосинтездеуші жасыл және қошқыл бактериялар жатады. Жіпше бактериялар көбінесе балшықты суларда кездеседі. Ал фотосинтездеуші бактериялар жай суларда, тоғандарда, теңіздің жайылма суында, көлдерде тіршілік етеді.

Тиобациллус туысына жататын бактериялар 1902 жылы Неополитан шығанағынан табылды. Олар тиосульфатты күкіртті сутегін, сульфидтерді тотықтыра алады. Бұлар спора түзбейді, ұзындығы 1-3 микрон шамасында. Олардың көпшілігі жіпшелер көмегімен қозғала алады.

Жіпше күкірт бактериялары бегиотта қатарына жатады. Оған бегиотта, тиотрикс жатады. Бегиотта бактериялары көмір қышқылынан көміртегін бөліп алып, сіңіре алады, яғни олар хемоавтотрофтылар болып есептеледі. Ал өздеріне қажетті энергияны сульфидтерді молекула күйіндегі күкіртке дейін тотықтыру барысында қамтиды. Ол күкірт тамшы түрінде бактерия клеткасында жиналады. Ал ортада сульфид азайғанда клеткадағы тамшы күкірт, күкірт қышқылына дейін тотығады да, ол басқа заттармен қосылып сульфид құрайды.

Фотосинтездеуші күкірт бактериялары псеудомоналес қатарына, бұған тиородация хлоробактериалес тұқымдасы, ал тиородация тұқымдасына қошқылкүкірт бактериялары жатады. Олар таяқша тәрізді, көпшілігінің мөлшері бірден он микронға дейін, ал кейбір өкілдерінің шамасы тіпті 100 микрондай болады. Кейбір қошқыл күкірт бактериялар пішіні жөнінен әр түрлі колониялар түзеді де, ол шырынды қабыққа оралады.

Бұл бактериялардың клеткасында пигмент кездеседі. Оны бактерио-пурпурин деп атайды. Ол қажетті органикалық заттарды екі жолмен синтездейді. Бірінші жолы - хемосинтез, екіншісі - фотосинтез. Қошқыл бактериялардың ішінде күкірт сутегін күкірт қышқылына дейін тотықтыра алмайтын, сөйтіп өз бойына органикалық заттарды жинай алмайтын топтар да кездеседі. Ол органикалық заттарды, тек фотосинтез көмегімен жинақтай алады.

Күкірттің органикалық емес қосылыстарын тотықтыратын бактерия-ларды пайдалы қазба өндіруде кеңінен қолданады. Мәселен, күкірттің тотықтыратын тиобациллус туысына жататын бактерияларды кедей сульфид рудаларын сілтілендіруде қолдану ұсынылды. Бұл әдісті мысты әр түрлі минералдардан бөліп алуда да қолдануға болады. Дәл осы әдіс сирек кездесетін элементтерді құрамында күкірті бар минералдардан да бөліп алуда қолданылады. Бұл әдіс экономикалық жағынан арзан және тиімді.

Мәселен, мыстың өзіндік құны балқытуға қарағанда, гидро-металлургиялық әдіспен алғанда әлдеқайда төмен. Микробиологиялық сілтілендіру әдісімен алынған мыс екі есе арзанға түседі. Табиғатта кездесетін күкіртті сутегі тион бактериялары молекула күйіндегі күкіртті күкірт қышқылына дейін тотықтыра алады, бірақ олар өз клеткасына күкірт жинамайды. Олар кермек және тұщы суларда, топырақта кең тараған, спора түзбейтін өте ұсақ таяқшалар. Пайда болған күкірт қышқылы топырақтағы кейбір қосылыстарды ерітіп, пайдалы сіңімді күйге айналдыруға көмектеседі.

Топырақта күкірт қышқылы тұздары - сульфаттардың түзілуімен қатар, оған керісінше процестер де жүріп жатады.

Ол көбінесе ауасы аз, шалшықты жерлерде, оттегіне тапшы суларда орын алады. Оны десульфофикация деп атайды. Мұндайда жиналған күкіртті сутегінің әсерінен өсімдіктер тез уланады, тіршілігін жояды. Ал, күкіртті сутегі судан көп жиналса, онда тіршілік жойылады. Мәселен, кейбір ашық суларда, теңіздерде (Қара теңіздің 200 метрлік тереңдігінде) күкіртті сутегінің көп жиналғаны соншалық, онда тіпті тіршілік нышаны байқалмайды.

Бұл процесті жүргізетін - десульфовибрио туысына жататын бактериялар. Олардың клеткалары имек таяқша тәрізді, клетка ұшында бір ғана жіпшесі болады, ауалы жерде тіршілік ете алмайды. Сульфаттардан күкіртті сутегін тез арада ажыратып, ортаға мол етіп жинайды. Бұл туыс гетеротрофты организмдер. Ал олар органикалық заттарды ыдыратса, онда ағырғы өнім ретінде сірке қышқылы жиналады.

Сульфаттарды тотықсыздандыруға қатысатын бактериялардың геологиялық процестерде маңызы зор. Олар күкірт рудаларының түзілуіне қажеттікүкіртті сутегін көптеп бөледі. Күкіртті сутегі бактерияларының қатысуымен тотыққанда, өнеркәсіптік мәні зор күкірт кені түзіледі.

Күкірттің тотықсыздандырылған қосылыстарын автотрофты микробтар (фотолитотрофтар, хемолитотрофтар) тотықтырады. Оларды жіпше пішінді, тионды, фотосинтездеуші деп үш топқа бөледі. Жіптесін хемолитотрофты күкірт бактериялары - аэробтар және Beggiatoa, Thiothrix, Thioploca және басқа туыстарға жатады. Beggiatoa көптеген клеткалардан құралған ұзын жіп тәрізді формалы, сульфидтерді сульфаттарға дейін тотықтырады. Аралық өнімі элементтік күкірт, шар тәрізді болып клеткаларда жиналады.

Beggiatoa туысының түрлері жіптерінің жуандығына қарай ажыра-тылады. Бұлар органикалық заттар сутегіне ыдырайтын су айдындарында өседі.

Тионды хемолитотрофты бактериялар грам-теріс, спора түзбейтін қозғалмалы таяқшалар және Thiobaccilus туысына жатады. Бұлар клеткадан тыс жиналатын күкірт пен оның қосылыстарын (күкіртті сутегі, сульфидттер және басқалар) тотықтырады.

Фотосинтездеуші көк және пурпур күкірт бактериялар (фотолитотрофтар) анаэробты жағдайда күкіртті сутегін күкіртке дейінтотықтырады. Ол кейін сульфатқа айнала алады. Олар жұмыр, таяқша тәрізді немесе ирелеңді формалы болып келеді. Клеткаларының ұзындығы 100 мкм-ге жететін түрлері де бар. Органикалық қосылыстар қатысқанда күкіртті тотықтыратын қабілет кейде гетеротрофты микробтар - Bac. subtilis, Bac. mesentericus, актиномицеттерде, ашытқы саңырауқұлақтарда да болады.

Анаэробиоз аймағында - терең су айдындарында (кейбір теңіздерде, көлтабандарда, көлдерде), сол сияқты су жайылатын, күшті ылғалданған топырақта сульфаттардың күкіртті сутегіне дейін тотықсыздану процесі жүреді. Бұндай процесс десульфофикация (сульфатредукция) деп аталады. Күкіртті сутегі - күшті у, және ол ортада көп мөлшерде кездессе барлық тірі организмдер қырылады. Мысалы, Қара теңізде 200м тереңдікте күкіртті сутек концентрациясы күшті және тіршілікке қолайсыз жағдай туған. Күкірт қосылыстарын тотықсыздандыру өнімдері органикалық заттар көп мөлшерде тұнбаға түсетін теңіз түбінде түзіледі. Сульфатредукция микроорганизмдердің екі туысы Desulfovibrio және Desulpotomaculum - әсерінен жүреді. Бұлардың клеткалары Грам бойынша боялмайды, бірақ формасы мен кейбір басқа белгілері жөнінде ажыратылады. Desulfovibrio туысының өкілдері - вибриондар, монотрих-тар-спора түзбейді, 30 $℃$ температурада өседі. Desulpotomaculum туыстарының микробтары таяқша тәрізді, спора (бацилалар) түзеді, перитрихтер және 30-55 $℃$ температурада өседі. Бұл туыстың бір түрі D. nigricans термофил (ең қолайлы өсу температурасы 55 $℃), \$ қалғандары D. ruminis, D. orientis мезофильдер (ең қолайлы өсу температурасы 30-37 $℃$ ) .

Күкірт қосылыстарын тотықсыздандыратын микрооганизмдер облигатты анаэробтар. Олар осындай жағдайда сутегінің соңғы акцепторы ретінде сульфаттарды пайдаланады. Сутегі доноры әр түрлі органикалық қосылыстар мен молеулалық сутегі болады. Органикалық қосылыстарды тотықтандыру процесі аяғына дейін жүрмейді, негізгі өнім сірке қышқылы, қосалқы өнім күкіртті сутегі болады. Түзілген газды кейін күкірт бактериялары тотықтыра алады, бұның нәтижесінде биогендік күкірт жиналады.

Темір қосылыстарының өзгерістері.

Тіршілікке темір аз мөлшерде болса да қажет. Ол топырақта органикалық және органикалық емес түрінде кездеседі. Ал өсімдіктер болса темірдің органикалық емес қосылыстарын еріген күйінде сіңіре алады. Міне, бұл процеске микроорганизмдердің қатысатыны анықталды.

Темірдің микроорганизмдер ыдырата алады. Сонда молекуланың органикалық бөлігін микроорганизмдер өз қажетіне жаратса темір жеке күйінде ортаға бөлініп шығады. Бұл процесс көбінесе аэробты жағдайда, темірдің гидрит тотығы түрінде бөлінеді.

Қан гемоглобинінде және цитохромдардың тыныс ферменттерінде болады, хлорофилл құрамына кірмегенмен өсімдікте хлорофилл түзілу үшін қажет. Темір жеткіліксіз болса жануарларда анемия (қан аздық) байқалады, өсімдік жасыл түсін жоғалтады. Темір ерімейтін тотық ${Fe}^{2 +}$ түрінде болады. Органикалық темірді тотық түрінен шала тотық түріне және керісінше микроорганизмдер айналдырады.

1888 жылы С. Н. Виноградский Лептотрикс туысына жататын бактериялар темірдің шала тотығының тұзын оның жай тотығына айналдыра алатынын анықтаған. Бұл процесс осы бактерияларға қажетті энергия көзі болып есептеледі. Олар формасы жөнінде жіп тәрізді, күңгірт қатты қабықты. Бұндай күңгірт түс темір тотығы гидратына - микробтар тіршілік әрекеттерінің өнімдеріне байланысты.

Бұл реакцияларда темір бактериялары үнемі қарқынды тіршілік етуі үшін темірдің шала тотығын көп мөлшерде тотықтырулары тиіс. Темір бактериялары тіршілік еткен жерде темірдің гидрат тотығының бір жерге жиналуы да, міне, осы темір бактерияларының әсерінен деп білуі керек. Кейде осындай гидрат тотықтар көп жиналып, су ағатын құбырды бітеп қалатын да жағдай болады.

Темір бактерияларының ішінде шар тәрізді және жіпше тәрізділері де кездеседі.

1947 жылы таскөмір шахтасының ащы суынан Thiobacillus ferrooxidans табылды. Бұл микроб грамтеріс, қозғалмалы (монотрих) таяқша, қышқыл ортада, 20-30 $℃$ температурада тіршілік етеді. Көміртегін атмосфера көміртегі диоксидінен, ал оны сіңіру үшін энергияны - темір шала тотығы және басқа металдар сульфидтерін тотықтырудан алады.

Темір бактериялар - аэробтар, көбіне батпақта, тоғандарда суында темір болатын қайнарда кездеседі. Бұндай суда олар темір шала тотығын тотықтырады, сондықтан бұларға жарықта оттегін бөліп шығаратын жасыл балдырлар өсетін орта ең қолайлы мекен болады. Темір бактериялар тіршілік әрекеті процесінде темір тотығы түзіледі, темір тотығы клеткадан тыс, қынап деп аталатын бөлімінде тұнып жиналады және оны қоңыр түске бояйды.

Өлген темір бактериялардың (темір тотығы гидраты) көп жиналуы-нан ағынсыз сулар түбінде батпақ рудасы түзіледі, бұның мөлшері орасан көп болуы мүмкін.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.