5. Как и где микроорганизмы образуют н2 в почве? Что происходит далее с н2 в почве? Что такое водородные бактерии?

Н2-самый распространенный элемент во вселенной,

Представлен 2-мя изотопами ¹Н – протий и ²Н (Д) – Дейтерий

Н2О, Д2О (тяжелая вода), НДО -формы воды

Тяжелая вода токсична для м/о.

• Биологический путь:

• Брожение: С6Н12О6  (-O2) HCOOH (формиат) +H2 ↑

СH3-C(=O)-COOH (пируват)+Н2↑

• Азотфиксация

N2+8H+ +8e  (Нитрогеназа) 2NH3 +H2↑

Молибден нужен для азотфиксации, если его нет, то железо.

Ассимиляция молекулярного Н2.

• Рециклизация

В клубеньках бобовых растений при активности бактероидов наблюдается процесс рециклизации водорода. Образуемый нитрогеназой Н2 частично окисляется кислородом и синтезирует АТФ. В то же время водород выступает как донор электронов для нитрогеназы и обеспечивает ассимиляцию С02 (рис. 77). При этом потери водорода составляют всего 4 вместо 25% по расчету. Это способствует высокой эффективности использования клубеньковыми бактериями продуктов фотосинтеза растений (использования энергии). 

N2+8H+ +8e  2NH3+H2

Полученный водород используется как восстановитель в процессе азотфиксации.

• Межвидовой перенос

Широко распространен в природе. На основе межвидового переноса водорода за счет его образования и потребления в природных экосистемах создаются прочные микробные ассоциации, члены которых иногда трудно получить в виде чистых культур. Таковы многие ассоциации с участием метаногенных бактерий, целлюлозосбраживаюших анаэробов, азотфиксаторов. Деятельность такого рода ассоциаций обеспечивает активное протекание сложных многоступенчатых процессов превращения полимерных субстратов в почве, таких как разложение целлюлозы, пектина, ароматических соединений. Водород в этих процессах выступает как ключевой метаболит, связывающий в одну систему работу многих микроорганизмов аэробной и анаэробной зон.

H2(-О2 над стрелочкой)(Н2О под) CO2 CH4+ATP +Н2ОМетаногенез благодаря метаногенным археям.

В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae. Возможно применение различных энзимов для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30 °C и нормальном давлении. 

Биофотолиз воды -  разложение воды на водород и кислород с участием микробиологических систем ,один из способов получения водорода в промышленности.

6. Важнейшие звенья микробиологического цикла углерода в почве, Основные группы микроорганизмов, осуществляющих их.

В цикле углерода можно выделить два звена, имеющих планетарные масштабы и связанных с выделением и поглощением кислорода: 1) связывание С02 в процессе фотосинтеза и генерация кислорода; 2) минерализация органических веществ с выделением С02 и затратой кислорода. Первый процесс совершается в основном растениями, второй — микроорганизмами.

Содержание С02в атмосфере около 0,03%, в почвенном воздухе — на порядок больше. Биологическое связывание С02 происходит в процессах фотосинтеза, хемосинтеза и гетеротрофной фиксации.

 Фотосинтез в основном происходит в наземном слое биосферы, два последних процесса — преимущественно в почве.

Хемосинтез. Фиксация С02 в хемосинтезе происходит за счет энергии окисления внешнего неорганического донора электрона. Этот процесс впервые был описан С.Н. Виноградским в конце прошлого века и назван аноргоксидацией. Хемоавтотрофы известны только среди бактерий (прокариот). К хемосинтезиру- юшим организмам относятся нитрификаторы, серобактерии, железобактерии, водородные бактерии, карбоксидобактерии. Они называются так по субстратам окисления.

Некоторые виды — облигатные хемолитоавтотрофы, другие — факультативные. К последним относятся карбоксидобактерии и водородные бактерии. В отсутствие органических веществ они используют энергию окисления водорода или окиси углерода для фиксации С02

Гетеротрофная фиксация С02. Помимо фото- и хемосинтеза, где углекислота служит единственным источником углерода, она может ассимилироваться гетеротрофно, путем присоединения к готовым углеродным цепям. К гетеротрофному связыванию углекислоты способны и такие фотоавтотрофы как высшие расте  ния, а также животные. Акцепторами С02 могут быть различные органические кислоты, чаще всего, пировиноградная (реакция Вуда-Веркмана).

¹²C -98,892%

¹³C – 1, 108%

Все живые системы избирательно фракционируют легкий изотоп.

+5 радиоактивных изотопов