Круговорот железа в природе


Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в возникновении и существовании биосферы

На Земле с момента ее возникновения совершается процесс пре­вращения и перемещения веществ, происходит взаимодействие живых существ с неживой природой, а также зеленых растений с животным миром. Роль зеленых растений в том, что они путем фотосинтеза стро­ят органические соединения из минеральных веществ. Кроме того, раз­лагая диоксид углерода, они выделяют в окружающую среду свобод­ный кислород. Животные и бесхлорофильные растения, лишенные спо­собности строить белок из неорганических соединений, нуждаются в готовых органических веществах и питаются растениями или другими животными. Они постепенно разлагают органические вещества, на­копленные зелеными растениями, до более простых соединений с ос­вобождением большого количества энергии. При этом они используют кислород, который выделяют зеленые растения.

Эта простая и стройная схема взаимоотношений зеленых расте­ний, животных и неживой природы не может объяснить равновесия между живой и неживой природой. Остается неясной причина минера­лизации органических веществ с образованием таких окисленных не­органических соединений, как вода, углекислота, минеральные соли, вполне пригодные для питания растений. В организме животных и ра­стений не все органические вещества окисляются до этих продуктов. С мочой и испражнениями животных, с остатками растений и трупами животных в почву попадает огромное количество органических ве­ществ, непригодных для питания растений. Эти органические остатки завалили бы Землю и сделали бы невозможной дальнейшую жизнь на ней, если бы они не разрушались и не вступали вновь в круговорот веществ в природе. Этот важнейший процесс минерализации органи­ческих соединений осуществляют микробы. Они постепенно разлага­ют сложные органические соединения на простые, доступные для пи­тания растений, и таким образом обеспечивают завершение кругово­рота углерода, азота, фосфора, серы и других элементов. Первым, кто указал на роль микробов как необходимых посредников между живой и неживой природой, был Пастер. Большую роль в изучении участия микробов в круговороте веществ сыграли работы Сергея Николаеви­ча Виноградского и Мартинуса Виллема Бейеринка.

Круговорот азота(рис. 10). С остатками растений, с трупами жи­вотных в почву попадают сложные азотсодержащие соединения, главным образом, белки. Эти вещества подвергаются гниению (аммо­нификации) с участием гнилостных микроорганизмов. Аэробные гни­лостные бактерии (В. subtilis, В. niesentericus, Proteus vulgaris) осуществ­ляют гидролиз белков до аминокислот, затем до конечных продуктов: сероводорода, аммиака и др. При действии анаэробных гнилостных микробов преобладают восстановительные процессы, и распад бел­ков идет не до конечных продуктов. Разложение мочевины осуществ­ляют уробактерии, с образованием аммиака и углекислоты. Аммоний­ные соли подвергаются дальнейшему окислению нитрифицирующими бактериями. Этот процесс идет в два этапа: 1) одни бактерии окисляют аммонийные соли до нитритов; 2) другие бактерии окисляют нитриты до нитратов. Две фазы нитрификации — это пример метабиоза: один микроб живет, используя продукты жизнедеятельности другого микро­ба. Азотнокислые соли наилучшим образом усваиваются растениями, поэтому образование нитратов повышает плодородие почвы.

В почве происходит обратный процесс денитрификации — разло­жение нитритов и нитратов денитрифицирующими бактериями с выде­лением свободного азота, что приводит к снижению плодородия почвы.

В то же время имеются микроорганизмы, которые усваивают ат­мосферный азот и синтезируют азотсодержащие органические соеди­нения. Это две группы микробов: свободноживущие почвенные азот-фиксирующие бактерии и клубеньковые бактерии, живущие в симбио­зе с бобовыми растениями, образуя клубеньки на корнях. Азотфиксиру-ющие бактерии обогащают почву азотом, повышая ее плодородие.

Круговорот углерода.Зеленые растения и фотосинтезирующие бак­терии усваивают диоксид углерода (СО2)атмосферного воздуха, син­тезируя углеводы (глюкозу, фруктозу), полимерные соединения: цел­люлозу, крахмал, пектин. Образовавшиеся органические соединения используются человеком и животными для питания. После гибели рас­тений и животных органические вещества попадают в почву.

Возвращение диоксида углерода в атмосферу происходит в про­цессе окисления аэробными микроорганизмами углеводов с образова­нием СО2, в процессе брожения. Микробная природа брожений была впервые установлена Пастером. В зависимости от образующихся про-

дуктов различают следующие виды брожения: спиртовое, уксуснокис­лое, молочнокислое, маслянокислое, а также разложение целлюлозы (клетчатки). Микроорганизмы, вызывающие брожение, имеют про­мышленное значение.

Спиртовое брожение — распад углеводов с образованием этило­вого спирта и диоксида углерода — вызывают дрожжевые грибы. Этот вид брожения известен давно и используется при изготовлении спирт­ных напитков.

Уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт в аэробных ус­ловиях до уксусной кислоты. Они используются в промышленности, но при попадании в вино или пиво могут приводить к их порче.

Молочнокислое брожение вызывают лактобактерии. Конечным продуктом процесса является молочная кислота, которая губительно действует на гнилостные микробы кишечника. Молочнокислые бакте­рии применяют для изготовления кисломолочных продуктов: просток­ваши, йогурта, ацидофилина. Препарат лактобактерии, применяемый для устранения дисбактериоза, содержит культуру живых молочно­кислых бактерий.

Маслянокислое брожение осуществляют анаэробные бактерии. Ко­нечным продуктом брожения является масляная кислота, образование которой вызывает порчу консервированных продуктов.

Процессы разложения клетчатки, составляющей оболочку расти­тельных клеток, и брожение пектина — межклеточного вещества рас­тений — имеют большое значение в круговороте углерода в природе.

Предыдущая891011121314151617181920212223Следующая

Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 672;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Презентация. Круговорот железа

Круговорот железа

Круговорот железа в природе происходит за счет жизнедеятельности железобактерий.

Они широко распространены в водоемах, содержащих закись железа. Аутотрофные железобактерии используют растворимые закисные соли железа как источник получения энергии для биосинтетических процессов в клетке. Они переводят закисное железо в окисное.

Образующийся гидрат окиси железа откладывается в виде чехла в их слизистой оболочке. После отмирания железобактерий образуются болотные или озерные руды
 

.

Иногда большое количество железобактерий, находящихся в просветах водопроводных труб, может сужать их. Накапливаясь в водоемах, железобактерии могут вызвать гибель молодняка рыб.

Среди железобактерий имеются и гетеротрофные микроорганизмы.

 

. Основные группы цикла железа: аэробные железобактерии, железоредукторы, магентитобразующие бактерии, магнитотактические бактерии.

Химический элемент железо широко распространен в природе, встречается в виде органических и минеральных соединений, входит в состав животных и растительных организмов. Содержится в гемоглобине крови и дыхательных ферментах цитохромах, необходим для образования хлорофилла у растений, хотя и не входит в его состав.

При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску. Железо бывает в форме нерастворимого окисного Fe3+ и растворимого закисного Fe2+.

 

>

Ответ оставил Гость

Круговорот серы осуществляется в результате жизнедеятельности бактерий, окисляющих или восстанавливающих ее. Процессы восстановления серы происходят несколькими путями. Под влиянием гнилостных бактерий – клостридий, протея в анаэробных условиях при гниении белков, содержащих серу, происходит образование сероводорода и, реже, меркаптана. Большие количества сероводорода накапливается также в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий.

Они восстанавливают сульфаты почвы, ила и воды. Сероводород, образовавшийся в процессе восстановления частично, улетучивается в атмосферу, а частично накапливаются в почве и воде. В дальнейшем он окисляется. Процессы окисления сероводорода совершаются при участии серобактерий и тиобацилл. Серобактерии используют сероводород в биоэнергетических процессах окисления, обеспечивая себя энергией.

В результате этих процессов сероводород окисляется до серы, которая накапливается в цитоплазме бактерий, которая накапливается в цитоплазме бактерий. После того, как запасы сероводорода во внешней среде исчерпаны, сера окисляется до серной кислоты и сульфатов, используемых растениями.

Тиобациллы окисляют серу, сероводород, гипосульфит. Они накапливают серу внутри клетки и вне ее, иногда окисляют серу до сульфатов. Среди тиобацилл встречаются аутотрофы и гетеротрофы. Практическое использование: бактерии, в процессе окисления серы образуют используемые растениями сульфаты, бактерии гниения разлагают останки животных

Значение бактерий

Ø Участвуют в экосистемах в разрушении мертвого органи­ческого материала и тем самым принимают непосредст­венное участие в круговороте углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.

Ø С активностью бактерий связаны такие важнейшие про­цессы в природе, как симбиотическая (клубеньковые бактерии) и несимбиотическая (азотобактерии) фикса­ция молекулярного азота.

Ø Многие виды бактерий человек использует в народном хозяйстве: получение органических продуктов в резуль­тате брожения (уксуснокислые).

Ø Служат источником для получения антибиотиков (стрептомицин).

Ø Бактерии используются для создания новых способов получения важнейших для промышленности веществ, в том числе спиртов, органических кислот, сахаров, аминокислот и ряда ферментов.

Ø Симбиотические бактерии кишечника млекопитающих (микрофлора) участвуют в синтезе ряда витаминов груп­пы В и витамина К, а также расщепляют клетчатку.

Ø На основе знаний генетики и молекулярной биологии работы на микроорганизмах проводятся при помощи манипуляций с индивидуальными генами (генетическая инженерия).

В настоящее время удалось успешно пере­нести гены человеческого инсулина в геном кишечной палочки и уже началось промышленное получение этого гормона.

Ø Многие виды бактерий служат причиной болезни расте­ний и животных, в том числе человека.

Сине-зеленые водоросли (цианобактерии)

Сине-зеленые водоросли — наиболее древние водоросли или — реже — почвенные автотрофные организмы.

Клетки имеют толстые многослойные стенки (состоят из полисаха­ридов, пектиновых веществ и целлюлозы), часто одеты сли­зистым чехлом. Цианобактерии живут в виде отдельных клеток или образуют нити и колонии. Их прокариотические клетки по строению сходны с бактериями. У сине-зеле­ных водорослей найдены пигменты: хлорофилл, синий пигмент фикоциан, несколько каротинов. Поэтому окрас­ка у цианей варьируется от сине-зеленой до фиолетовой.

Пластиды и вакуоли у них совершенно отсутствуют, и хло­рофилл находится прямо в цитоплазме. У многих видов сине-зеленых водорослей в цитоплазме встречаются напол­ненные азотом вакуоли.

Эти вакуоли регулируют плаву­честь клетки и позволяют ей парить в толще воды.

Размножаются сине-зеленые водоросли обычно путем деления клетки надвое, колониальные и нитчатые — распадом колоний или нитей.

При неблагоприятных условиях могут образовывать споры.

Сине-зеленые водоросли широко распространены в био­сфере, но основная масса видов населяет пресноводные во­доемы, некоторые виды живут в морях и на суше. Виды, обитающие в водоемах, входят в состав планктона и бенто­са. Они способны очищать воду, минерализуя продукты гниения. Некоторые сине-зеленые водоросли способны к фиксации азота. Сине-зеленые водоросли встречаются в ка­честве симбионтов во многих лишайниках. Цианобактерии первыми осваивают безжизненные места обитания — вул­канические острова, лавовые потоки.

Цветение воды в водоемах часто вызывается сине-зеле­ными водорослями, которые, как гетеротрофы, питаются остатками органических веществ, что отрицательно сказы­вается на жизни обитателей водоема.

ü С1.

В чём состоит роль бактерий в круговороте веществ?

1) бактерии-гетеротрофы — редуценты разлагают органические вещества до минеральных, которые усваиваются растениями;

2) бактерии-автотрофы (фото, хемотрофы) — продуценты синтезируют органические вещества из неорганических, обеспечивая круговорот кислорода, углерода, азота и др.

ü С3. Какое значение в природе имеют бактерии? Укажите не менее 4-х значений. 1) участвуют в круговороте веществ, выполняя роль всех функциональных групп биосферы; 2) участвуют в почвообразовании и поддержании плодородия почвы; 3) являются возбудителями болезней растений и животных; 4) вступают в симбиоз.

ü Какое значение в природе имеют бактерии?

Укажите не менее 4-х значений.

1) участвуют в круговороте веществ, выполняя роль всех функциональных групп биосферы;

Продуценты- бактерии — хемосинтетики и фотосинтетики участвуют в образовании органического вещества;

Консументы- бактерии-паразиты вызывают различные заболевания у растений и животных;

Редуценты — бактерии — разрушители органических веществ, образуют перегной, минерализуют органические вещества и завершают круговорот веществ в природе;

2) участвуют в почвообразовании и поддержании плодородия почвы;

3) бактерии участвуют в образовании полезных ископаемых: нефти, каменного угля, торфа, природного газа, серы, фосфора;

4) вступают в симбиоз; азотфиксирующие бактерии улучшают азотное питание растений;

ü С3.

Какова роль бактерий в природе? Приведите не менее 4-х значений

1) бактерии — разрушители органических веществ, образуют перегной, минерализуют органические вещества и завершают круговорот веществ в природе;

2) бактерии участвуют в образовании полезных ископаемых: нефти, каменного угля, торфа, природного газа, серы, фосфора;

3) бактерии-хемосинтетики и фотосинтетики участвуют в образовании органического вещества;

4) азотфиксирующие бактерии улучшают азотное питание растений;

5) бактерии-паразиты вызывают различные заболевания у растений и животных.

ü С1.

Почему при отсутствии сапротрофных бактерий жизнь на Земле была бы невозможна? Укажите не менее двух причин. 1) сапротрофные бактерии это редуценты, разрушающие органические вещества до неорганических, при их отсутствии на земной поверхности скопились бы органические вещества;

2) отсутствие разложения орган.

в-в нарушит поступление в биосферу химических элементов и разорвет их круговорот.

ü С3. Чем бактерии отличаются от организмов других царств живой природы? Укажите не менее 3-х отличий.

1) отсутствует оформленное ядро, ядерная оболочка; 2) отсутствует ряд органоидов: митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи и др.; 3) имеют одну кольцевую хромосому.

ü С2. Найдите ошибки в приведённом тексте.

1. У бактерий, как и у всех живых организмов, происходит обмен веществ и превращение энергии. 2. По способу питания их делят на автотрофов и гетеротрофов. 3. Хемотрофные бактерии, синтезируя органические вещества из неорганических, используют энергию света.

4. Фотосинтез в автотрофных бактериях протекает в хлоропластах, как у растений. 5. Все бактерии дышат кислородом.3 — хемотрофы, которые используют не световую энергию, а энергию химических р-ций; 4 — в клетках автотрофных бактерий отсутствуют хлоропласты; 5- анаэробные бактерии не используют кислород для дыхания.

Предыдущая18192021222324252627282930313233Следующая

Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 4651;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Участие микроорганизмов в круговороте веществ

В природе постоянно совершается круговорот веществ, которые необходимы для жизни растений и животных.

Особенно важно превращение веществ, входящих в состав живой материи,— так называемых органогенов. Это углерод, азот, сера, фосфор, кислород и водород, из которых строятся белки, жиры, углеводы.

В круговороте веществ в природе огромная роль принадлежит зеленым растениям и различным микроорганизмам. Благодаря их биохимической активности менее сложные химические соединения превращаются в более сложные, органические и, наоборот, более сложные органические соединения распадаются на простые химические элементы.

Зеленые растения планеты и фотосинтезирующие микроорганизмы используют углекислоту атмосферного воздуха, воду, минеральные вещества почвы и энергию солнечных лучей для синтеза органических соединений, из которых построены различные компоненты клеток.

Органические вещества растительного происхождения употребляются затем в пищу травоядными животными. В свою очередь плотоядные животные и человек используют органические вещества в качестве продуктов питания.

Как только животное или растение погибает, органические соединения, входящие в состав их клеток, разрушаются микроорганизмами до более простых и вновь используются для синтеза растительными организмами. Наиболее важную роль микроорганизмы выполняют в круговороте углерода, азота, фосфора и железа.

Круговорот углерода

Круговорот углерода складывается из двух взаимосвязанных процессов: 1) потребления углекислоты атмосферного воздуха зелеными растениями и многими аутотрофными микробами; 2) возвращения, пополнения запасов углекислоты в атмосфере.

Потребление СО2 атмосферного воздуха совершается зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами.

При фотосинтезе образуются различные органические соединения. Основная масса фиксированного углерода отлагается в растениях в форме различных Сахаров — полимеров (целлюлоза, крахмал, пектин) или мономеров (глюкоза, фруктоза и др.). Образовавшиеся органические соединения используются животными и человеком для питания. После гибели растений и животных органические вещества переходят в почву.

Возвращение углекислоты в атмосферу происходит в результате процессов, в которых значительную роль играют микроорганизмы почвы и воды. Большое количество углекислоты поступает обратно в атмосферу при минерализации органических остатков растений и животных почвенными бактериями и грибами.


Рис.1. Круговорот углерода в биосфере

В процессе минерализации микробы почвы и воды не только переводят углерод органических соединений в СО2, но и возвращают в круговорот остальные биоэлементы (азот, фосфор, сера).

Главными субстратами процессов минерализации в природе являются сахара в форме полимеров. Использование глюкозы в качестве основного энергетического материала при процессах биологического окисления (брожение и дыхание) приводит к высвобождению углекислоты и пополнению ее запасов в атмосфере. Большая часть углекислоты поступает в атмосферу также при сжигании нефти, каменного угля и метана.

Дополнительный цикл круговорота углерода обусловлен анаэробными почвенными микроорганизмами.

Одни из них (метанобактерии, метанокок- ки и некоторые клостридии) в условиях влажных почв восстанавливают СО2 в метан (СН4). Другие, наоборот, окисляют метан в углекислоту (метаномонас, псевдомонас).

Одним из этапов круговорота углерода в природе являются процессы брожения. Они происходят при участии микроорганизмов. Продукты, образующиеся в результате этих процессов, имеют огромное значение в народном хозяйстве.

Спиртовое брожение характеризуется распадом углеводов с образованием этилового спирта и углекислого газа: С6Н120Н— 2С2Н50Н + 2С02.

ЭТОТ процесс осуществляется при участии дрожжей из рода Saccharomyces. Спиртовое брожение известно очень давно. Его используют при изготовлении спиртных напитков (вино, пиво) из винограда и зерна. Процесс спиртового брожения может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Спиртовое брожение вызывают также дрожжи из рода Torula и некоторые плесени, например Mucor.

Уксуснокислое брожение происходит при попадании в вино или пиво уксуснокислых бактерий.

Они окисляют этиловый спирт в аэробных условиях до уксусной кислоты: С2Н50Н + 02—СН3СООН + Н20. Уксуснокислые бактерии могут образовывать до 10—14% уксусной кислоты и приводить к порче вина и пива.

Молочнокислое брожение вызывается бактериями семейства Lactobacteriaceae.

При брожении бактерии выделяют ферменты, гидролизующие лактозу молока (молочный сахар) до моносахаридов (глюкоза). Глюкоза используется микроорганизмами в процессе биологического окисления, конечным продуктом которого является молочная кислота. Она губительно действует на другие микробы, находящиеся в кислом молоке, а также на гнилостные микробы кишечника.

Молочнокислые бактерии широко используют при изготовлении молочнокислых продуктов: Lact.

bulgaricum — для приготовления простокваши, Lact. acidophilum — ацидофилина. Некоторые молочнокислые бактерии применяют для получения декстрана, полисахарида, который употребляют как кровезаменитель при потере крови, лечении шоковых состояний. Молочнокислое брожение могут вызвать также молочнокислые стрептококки, сливочный стрептококк, а также капустная и кишечная палочки.

Маслянокислое брожение осуществляется строгими анаэробами из рода Bacillus и Clostridium.

Конечным продуктом брожения является масляная кислота, образование которой вызывает порчу овощей, молока, сыров, консервов. Более сложным типом маслянокислого брожения является расщепление пектиновых веществ (пектин — студень), межклеточного вещества растительной ткани. В нем участвуют как анаэробные бактерии, так и аэробные. В результате брожения пектина волокна растений легко отделяются друг от друга и используются для приготовления пряжи.

Анаэробное разложение клетчатки (целлюлозы) имеет очень большое значение в круговороте углерода в природе, так как благодаря ему клетчатка, являющаяся составным элементом оболочек растительных клеток, разрушается.

В результате водородного брожения образуются масляная и уксусная кислоты, углекислота и водород, а при втором типе брожения (метановый) вместо водорода — метан. Анаэробное разложение клетчатки происходит в глубине почвы. В аэробных условиях клетчатка разрушается различными плесенями, актиномицетами и бактериями.

Круговорот азота

Наиболее изучен в настоящее время круговорот азота в природе.

Он складывается из трех основных процессов: 1) фиксации азота атмосферы; 2) окисления азота — нитрификации; 3) восстановления азота, включающего процессы аммонификации, или гниения, и де- нитрификации.

Каждый из этих процессов осуществляется определенной группой бактерий.

Фиксация азота атмосферы, который находится в свободном состоянии, возможна только с помощью двух групп азотфиксирующих микроорганизмов. Это свободноживущие азотфиксирующие бактерии и микробы-симбионты— клубеньковые бактерии. Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Фиксируя азот атмосферы, эти микроорганизмы синтезируют сложные органические соединения.

Значение азотфиксирующих микроорганизмов велико. Они обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию. Аммонификация, или гниение, — процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты.

Последние в свою очередь могут разрушаться до конечных продуктов — аммиака.


Рис.2. Круговорот азота в биосфере

В процессах расщепления белка активное участие принимают аэробные микроорганизмы: В.

subtilis, В. mycoides, В. mesentericus и пигментообразующие бактерии: В. pseudomonas fluorescens. В анаэробных условиях процессы разложения белка могут осуществлять протей, кишечная палочка, а также актиномицеты и плесневые грибы. В этих случаях, помимо аммиака и углекислого газа, образуются продукты промежуточного обмена: органические кислоты, спирты, амины и др. Существуют бактерии, расщепляющие мочевину до аммиака.

Частично он улетучивается в атмосферу, но в основном подвергается дальнейшим превращениям в почве при так называемых процессах нитрификации.

Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют почвенные бактерии. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности. На первом этапе нитрификации нитрозные бактерии (нитрозомонас, нитрозоцистис, нитрозоспира) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни.

На втором этапе нитратные бактерии (нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную. Азотная кислота, растворяя, например, фосфат кальция, приводит к образованию фосфатов, которые легко усваиваются растениями.

Процессы денитрификации возможны в природных условиях при наличии в почве микробов-денитрификаторов, которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота.

Эти процессы протекают на глубине 10—15 см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитратов.

Образовавшийся азот улетучивается в атмосферу.

Круговорот серы, фосфора и железа

Круговорот серы совершается в результате жизнедеятельности бактерий, окисляющих или восстанавливающих ее. Процессы восстановления серы происходят несколькими путями. Под влиянием гнилостных бактерий — клостридий, протея — в анаэробных условиях при гниении белков, содержащих серу, происходит образование сероводорода и, реже, меркаптана.

Большие количества сероводорода накапливаются также в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Они восстанавливают сульфаты почвы, ила и воды. Сероводород, образовавшийся в процессе восстановления, частично улетучивается в атмосферу, а частично накапливается в почве и воде. В дальнейшем он окисляется.


Рис.3. Круговорот серы в биосфере

Процессы окисления, которым подвергается образовавшийся сероводород, совершаются при участии серобактерий и тиобацилл.

Серобактерии используют сероводород в биоэнергетических процессах окисления, обеспечивая себя энергией. В результате этих реакций сероводород окисляется до серы, которая накапливается в цитоплазме бактерий. После того как запасы сероводорода во внешней среде исчерпаны, сера окисляется до серной кислоты и сульфатов, используемых растениями.

Тиобациллы окисляют серу, сероводород, гипосульфит. Они накапливают серу внутри клетки и вне ее, иногда окисляют серу до сульфатов. Среди тиобацилл встречаются аутотрофы и гетеротрофы.

Круговорот фосфора несколько отличается от круговорота остальных элементов. Освобождение фосфора из органических соединений происходит в результате процессов гниения.

Однако до сих пор не обнаружены микроорганизмы, которые могли бы осуществлять процессы окисления и восстановления фосфора. Фосфорные бактерии, находящиеся в почве и воде, используют для своей жизнедеятельности нерастворимые соединения фосфора, переводя их в растворимые.

Эти соединения затем могут быть использованы растениями. Переходу нерастворимых соединений фосфора в растворимые способствуют также нитрифицирующие и серные бактерии, образующие кислоты при процессах брожения.


Рис.4. Круговорот фосфора в биосфере

В природе очень широко распространены процессы окисления закисных солей железа и марганца, растворимых в воде, в окисные соединения, нерастворимые в воде.

Этот процесс осуществляется особой специфической группой бактерий, называемых железобактериями. Физиологию их хорошо изучил С. Н. Виноградский (1888).

Наиболее важное значение в этом процессе имеют следующие группы бактерий:

1. Нитевидные бактерии — Leptothrix, Crenothrix и др. Клетки их покрыты общим слизистым влагалищем. Образовавшийся гидрат окиси железа откладывается у них во влагалищах в очень большом количестве, так что поперечник влагалища во много раз превышает поперечник бактерии

2.

Одноклеточные железобактерии — Gallionella, Spirophyllum и др. Окисление закиси железа происходит внутри клетки, а откладывается окись железа снаружи ее. Выпуклой стороной клетка поглощает из воды закисную соль железа, а вогнутой стороной выделяет гидрат окиси.

Железобактерии — аэробы, автотрофы.

Углерод они усваивают из углекислоты. Энергию для усвоения углекислоты и для всей своей жизнедеятельности получают путем окисления закисного железа по уравнению:

2FeCО3+3Н2О+1/2О2=2Fe(ОН)3+2СО2+29 ккал.

На построение 1 г своего тела им надо окислить 279 г закисного железа с образованием 534 г гидрата окиси железа. Отсюда видно, какое большое количество окиси железа они должны производить.

Отмершие железобактерии, нагруженные окисью железа, падают на дно, постепенно уплотняются, и в конце концов образуется озерная, болотная руда. Железобактерии как бы собирают в одно место рассеянные в воде по крупицам железо и всегдашний спутник железа — марганец в железные и марганцевые конкреции, скопления которых образуют болотные руды. Железобактерии чаще всего находятся в болотах, озерах, прудах, реках, а также в железистых источниках. Воды в них постоянно содержат растворимые соли закиси железа.  При размножении железобактерий Crenothrix polyspora в водопроводных трубах наблюдались случаи закупорки их просвета.


Рис.5.

Круговорот железа в биосфере

Железобактерии окисляют гидрат закиси железа и карбонаты железа, обладая ферментом, ускоряющим превращение Fe" в Fe"’; окисляя огромное количество закиси железа, выносимой на поверхность земли подземными водами, железобактерии превращают ее в нерастворимую гидроокись этого металла, активно участвуя в круговороте железа в биосфере.

Миграция железа в земной коре по направлению от центра Земли к ее поверхности и переход этого элемента из рассеянного состояния в более концентрированное осуществляется при помощи железобактерий, которые играют огромную роль в хозяйственной деятельности человека. Наибольшее влияние на распространение и рост железобактерий оказывает концентрация растворенных в воде закисных соединений железа, особенно двуокисей закисного железа.

Хотя в природных водах могут встречаться и другие соединения железа — соли органических кислот, гуматы, гидрозоли Fe2(OH)6 и т. д., однако для роста и размножения железобактерий наибольшее значение имеют бикарбонаты закиси железа.

Железобактерии, кроме того, участвуют в образовании залежей многих металлических руд: алюминия, марганца, меди, ванадия и др.  Содержание бикарбоната закиси железа в воде различных железистых источников Днепровской биологической станции с. Гористое и ближайших окраин Киева, по данным Н.Г. Холодного, колебалось в пределах 10—30 мг в 1 л. Однако железобактерии могут довольствоваться и более низким содержанием закиси железа, особенно в проточной воде, которая непрерывно добавляет их клеткам все новое количество дыхательного материала.

В горных породах земной коры (до глубины приблизительно 15 км) закись железа содержится в значительном количестве в гранитах, диоритах, габбро, а также в песчаниках, шифере и других осадочных породах.

В кристаллических породах она входит в состав силикатов, а в осадочных — кроме силикатов всегда встречаются карбонаты железа (сидерит, железный шпат). Постоянным компонентом кристаллических и осадочных пород является и окись железа в форме свободных окислов и силикатов.

Широко распространены также сульфиды железа (пирит, мирказит). Поверхностные слои земной коры (до 15 км) содержат 3,39% FeO и 2,69% Fe2O3; следовательно, закиси железа в земной коре больше, чем окиси.



А1. Главная особенность биосферы:

1) наличие в ней живых организмов

2) наличие в ней неживых компонентов, переработанных живыми организмами

3) круговорот веществ, управляемый живыми организмами

4) связывание солнечной энергии живыми организмами

А2. Залежи нефти, каменного угля, торфа образовались в процессе круговорота:

1) кислорода

2) углерода

3) азота

4) водорода

А3.

Найдите неверное утверждение.

Невосполнимые природные ресурсы, образовавшиеся в процессе круговорота углерода в биосфере:

1) нефть

2) горючий газ

3) каменный уголь

4) торф и древесина

А4. Бактерии, расщепляющие мочевину до ионов аммония и углекислого газа, принимают участие в круговороте

1) кислорода и водорода

2) азота и углерода

3) фосфора и серы

4) кислорода и углерода

А5. В основе круговорота веществ лежат такие процессы, как

1) расселение видов 3) фотосинтез и дыхание

2) мутации 4) естественный отбор

А6.

Клубеньковые бактерии включают в круговорот

1) фосфор 3) углерод

2) азот 4) кислород

А7.

Солнечная энергия улавливается

1) продуцентами

2) консументами первого порядка

3) консументами второго порядка

4) редуцентами

А8.

Усилению парникового эффекта, по мнению ученых, в наибольшей степени способствует:

1) углекислый газ 3) двуокись азота

2) пропан 4) озон

А9. Озон, который образует озоновый экран, формируется в:

1) гидросфере

2) атмосфере

3) в земной коре

4) в мантии Земли

А10.

Наибольшее количество видов находится в экосистемах:

1) вечнозеленых лесов умеренного пояса

2) влажных тропических лесов

3) листопадных лесов умеренного пояса

4) тайги

А11. Наиболее опасной причиной обеднения биологического разнообразия – важнейшего фактора устойчивости биосферы – является

1) прямое истребление

2) химическое загрязнение среды

3) физическое загрязнение среды

4) разрушение мест обитания

Дата публикования: 2015-01-10; Прочитано: 635 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *