 |
|
|
БИОЛОГИЯ ПОЧВ |
Окисление углеводородов микроорганизмами. Метан. Лигнин
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Итак, большинство углеводородов окисляется микроорганизмами. Этот процесс важен в аспекте самоочищения почвы от загрязнений нефтью и продуктами ее переработки. В настоящее время предлагается много коммерческих препаратов на микробной основе для уничтожения нефтяных загрязнений почв.
Однако эффективность их не так высока: необходимо вносить очень большое количество микробной биомассы и создавать благоприятные условия для роста микроорганизмов (обычно бактерий). Особенно медленно идет очистка почвы от нефти в холодном климате. В настоящее время огромные площади почв загрязнены нефтью из скважин и разрывов нефтепроводов. Очиститься от нефти они могут только через сотни лет.
Для ускорения очистки необходимо применять следующие мероприятия: 1) повышение аэрации, например простая вспашка почв, для окисления углеводородов необходим кислород, 2) добавление минеральных удобрений в том числе и микроэлементов, 3) внесение поверхностно-активных веществ (ПАВ), увеличивающих площадь соприкосновения микроорганизмов с нефтепродуктами, 4) внесение легкоразлагаемых веществ (косубстратов), например органических удобрений, способствующих разложению труднодоступных веществ, 5) фитоме- лиорация с подбором специфических видов растений, 6) внесение нефтеразлагающих микроорганизмов. Внесение микроорганизмов стоит на последнем месте, так как в любой почве все эти микроорганизмы имеются, однако массированное внесение (тонны на 1 га) может существенно ускорить процесс. В дальнейшем, вероятно, с успехом будут применяться генно-инженерные штаммы. Быстрая мелиорация нефтезагрязненных почв даже в условиях теплого и влажного климата является очень дорогим мероприятием (100 тыс. руб. на 1 га).
Метан — это особый углеводород. Его потребляют специфические группы бактерий, не способные использовать другие углеводороды. Их относят к бактериям, утилизирующим одноуглеродные соединения. Они характеризуются рядом особенностей строения, спецификой биохимии и физиологии. В настоящее время описано 12 родов облигатных метанотрофных бактерий, способных непосредственно окислять метан, а также другие одноуглеродные соединения (метанол, метилированные амины, диметиловый эфир, формальдегид и формиат). Ранее их называли метилотрофными микроорганизмами, что повлияло на их названия: Methylomonas, Methylobacter, Methylococcus, Methylosinus, Methylocystis, Methylovorus, Methylovibrio, Methylomicrobium и другие, т.е. они делятся на роды по морфологии клеток. Окисление метана в метанол сопровождается включением в молекулу одного атома кислорода, эту реакцию катализирует метаноксигеназа: СН4 + 02 -»СН3ОН -> НСНО -» НСООН -> С02 + 4Н. Вещество клеток синтезируется из формальдегида.
Образование метана осуществляется метаногенами в анаэробных условиях. В оструктуренных почвах метан образуется внутри агрегатов, но окисляется на их поверхности и таким образом не происходит бесполезной потери энергонесущего вещества из экосистемы. Делаются попытки использовать метанотрофы для борьбы с метаном в шахтах. Много шахтеров гибнет из-за взрывов метана. В принципе метан можно использовать для получения микробной массы и ряда микробных физиологически активных веществ.
Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) синтезируется высшими растениями и в количественном отношении уступает только целлюлозе и ксиланам. В древесине лиственных пород деревьев лигнина содержится 18-25%, хвойных — до 30%. В растительном организме это вещество выполняет только механические функции: оно относится к инкрустирующим веществам клеточной стенки. Лигнин вызывает одревеснение клеток и придает им большую прочность. Если целлюлозные микрофибриллы сравнить с арматурой железобетонных конструкций, то лигнину следует отвести роль бетона. Химическое строение лигнина окончательно не установлено. Известно, что в разных растениях он неоднороден. Сложность структуры определяется большим числом полимеризованных мономерных блоков, которые представляют собой производные фенилпропана. Основной мономер лигнина — конифериловый спирт; он составляет главную часть лигнина хвойных. В лигнине лиственных пород есть еще синаповый спирт, а в лигнине из соломы злаков — кумаровый спирт:
Лигнин не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях, но растворяется в щелочи, извлекается из древесины диоксаном, дает цветные реакции, характерные для фенолов. Микробные ферменты лигниназы — сложный комплекс различных ферментов. К ним относятся специфические пероксидазы, удаляющие электрон от арильных колец. Процесс разложения лигнина в природе протекает очень медленно, поэтому промежуточные продукты накапливаются в почве, а также и сам лигнин.
Основные деструкторы лигнина — базидиальные грибы. Некоторые из них разрушают лигнин даже в живых растениях, например осенний опенок Armillaria mellea. Древоразрушающие базидиомицеты, вызывающие белую гниль древесины, — наиболее активные разрушители лигнина вместе с некоторыми подстилочными сапротрофами. Можно проследить сукцессию видов при разложении лигнина. Процесс начинается еще в растущем дереве, на котором поселяются базидиомицеты — паразиты родов Forties, Polyporus, Armillaria и др. На мертвой древесине появляется другая группировка грибов — это Ceratostomella, Cladosporium. Далее частично разрушенную древесину заселяют подстилочные сапротрофы родов Collybia, Marasmius, Мусепа, и, наконец, в поздней стадии происходит колонизация остатков почвенными грибами из группы несовершенных: Fusarium, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Rhizoctonia. На более поздних стадиях в разложении лигнина участвуют и бактерии, причем только грамотрицатель- ные. Древесина и опад лиственных деревьев разрушаются быстрее, чем хвойных.
Разрушающаяся под действием грибов древесина активно заселяется азотфиксирующими бактериями. Разложение лигнина идет обычно параллельно с распадом целлюлозы, причем оба эти процесса могут вызывать одни и те же организмы. Например, у Polyporus abietinus найдено до 20 внеклеточных ферментов, среди которых есть и целлюлазы, и ферменты, разлагающие лигнин, и кроме того, ферментативный комплекс, воздействующий на пектины, крахмал, ксиланы. Несомненно, что в природе разложение лигнина совершается сложным комплексом микроорганизмов и высших грибов, и этот процесс идет значительно интенсивнее, чем при лабораторных анализах с чистыми культурами. Способность грибов расти на лигнинсодержащем субстрате используется на практике при культивировании ценного съедобного гриба вешенки обыкновенной Pleurotus ostreatus на кусках осиновой древесины.
|
|
К содержанию книги: Почвоведение - биология почвы
|
Последние добавления:
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков
Книги по русской истории Император Пётр Первый