Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НИКЕЛЯ, ХРОМА И МОЛИБДЕНА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НИКЕЛЯ, ХРОМА И МОЛИБДЕНА"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ШКР0БИ0Л01Ш

На правах рукописи

Елена Владимировна

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГВОХИШЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ НА МЕСТОРОЖДКШЯХ НИКЕЛЯ, ХРОМА И МОЛИБДЕНА

(03.00.07 - микробиология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических неук -Ф

Москва 1980

fMibKsf) ûO Pna-Muh-^ r'f л^/ г-'Гу > •

Работа выполнена в Институте микробиологии АН СССР

Научный руководитель:

член-корреспондент АН СССР С.И. Кузнецов

Официальные оппоненты:

член-корреспондент АН СССР Г.А. Заварзнн доктор биологических наук C.B. Летунова

Ведущее учреждение - Почвенный факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра, биологии почв

Защита состоится " / 1980 г. в 12ч. 30 м.

на заседании Специализированного совета Д.002.64,01 в Институте микробиологии АН СССР Адрес: II73X2, г.Москва, проопект 60-летия Октября, д.7, корп.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института микробиологии АН СССР

Автореферат разослан " ')"" " {'¿¿¿^Ц/ЦШЮ г.

yvxvC t " ., Специализированного совета

•fci-uiiHv с::.; : '"чческих наук Л.К. Осющкая

■ ■■■■ . -и--

■.- -i У-. -

биологии АН СССР, 1980

ВВЕДЕНИЕ * ' '"'

Акттальнооть проблемы. Преобразование минералов пел воздействием микроорганизмов изучалось в основной на примере сульфидов. В то хе время многие несульфвдные минералы, содержащие элемента с переменной валентностью* а также силикатные минералы и различные окислы, будучи химически устойчивыми в технологических процессах» легко изменяются в природных условиях, что позволяет предполагать участие микроорганизмов в их" преобразовании.

Микроорганизмы могут непосредственно использовать элементы о переменной валентностью в процесса! энергетического метаболизма в качестве донора или конечного акцептора электронов. Более часто микроорганизмы участвуют в.геохимических процессах косвенно, через активные продукты их хнзве-. деятельности, которые могут вызывать разрушение горных пород и превращение рудных минералов.

Изучение роли микроорганизмов в разрушении горных пород и миграции элементов тесно связано с разработкой теории формирования кор выветривания и с задачей создания искусственных месторождений полезных ископаемых путей концентрации рудных элементов. Б связд.с этим поиск новых микроорганизмов и изучение геохимических процессов, приводящих к преобразованию рудных минералов и разрушению горных;пород, является весьма актуальным. .

Цель и задачи исслгеповятая. Целью настоящей работы являлось изучение роли микроорганизмов в процессах выветривания горных пород, а также в преобразовании и миграции рудных минералов никеля, хрома и молибдена.;

Конкретные задачи исследования состояли в следуюцем.

1. Выяснить участие микроорганизмов в разрушении силикатных минералов серпентинизированных ультрабаэитов..

2. Определить роль микроорганизмов в преобразовании минералов хрома. ,

3. Выяснить возможность участия микроорганизмов в окислении молибдена. * '

Научная новизна работы. Впервые доказано участиенитрж-«^ипируяшиг • баитетшй в разрушение мг^ятян» минералов сер-Цгнтр. мучпаэ Ыя'ж-^м ...

Mica. орд. Лспзка eajib'scs. шд, их К, A. Тваиллал

пеатиюгажро ванных ультрабазятов. Из этих пород били выделены ИНагоЪлсЬвг »1првгайлкЛ,»1*гововр1га Ъг±еш»1в, Я11;го-■ааовавеигорам (чистые культуры) и Н1*гоао1оЪив ти1-*ИГоги±»' (накопительная культура).

Впервые получена накопительная культура бактерий,.осу-щеотаяящнх окислеяие двуокиси молибдена с переходом Но4* в Мо , ранее биологическая природа этого явления не была из-1 вества. В лабораторных опытах показано, что минерал повел- \ лит (СаМо04) может образовываться Сиогенно при участии этих! бактерий. Выделен и изучен новый вид хромвоостанавливающих бактерий — ршвиаодюпав еЬгош&ЪорЬИа вр, пот., осущест— влягщих превращение шестивалентного хрома в крокоите £ (РЬСг04) • в трехвалентный. Таком образом, был расширен круг соединений Г' которые могут вовлекаться микроорганизма-' | ми в энергетический метаболизм.

Практическая пенноо^ь исследования. Изучение роли]мик-! роорганкзмов в формировании кор выветривания имеет не толь-: ко теоретическое, но й практическое значение, так как раек-рыме законов образования кор выветривания дает возможность уточнить условия формирования и закономерности размещения связанных с ними рудных месторождений, что может оказать существенную помощь в установленки критериев для их поиска.; Полученные данные использованы в ИГЕМ АН СССР для разработки теории формирования кор выветривания. ]

Расширен круг хромвосстанавливаших бактерий, которые уже нашли практическое применение для очистки промышленных стоков от соединений шестивалентвого хрома. л

На основании изучения преобразования минералов под I действием микроорганизмов был предложен метод сулъфидизащш | окисленных минералов и получено авторское свидетельство 1 Л 588832 на изобретение "Модификатор для флотации сульфид- | ных и окисленных минералов". ;

' Аттробягртя работы. Материалы диссертации были доложены ! на 71 конференции молодых ученых "Проблемы ьлнробиологии и вирусологии" (Рига, 1975) , на заседании 7 съезда ВМО (Ереван, 1975), на Всесоюзном совещании "Вопросы теории образования коры'выветривания" (Москва, 1978), на Всесоюзном со- ; вещании по гидрогеохимическим методам поисков скрытого ! Ьрудевения (Томск, 1978).

Публикация результатов исоледорания. По материалам диссертации опубликовано 8 работ и'получено авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоитиз введения, пяти глаз, заключения выводов. Содержание работы изложено на 101 странице машинописного текста, имеются 23 таблицы и 32 рисунка. Список литературы включает 205 работ, в том числе 101 - отечественных и 104 - иностранных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ, ИССЛЕДОВАНИЯ , ..

Работа по изучению роли микроорганизмов в геохимичес-' ких процессах проводилась на трех типах месторождений: никелевых, хроматовых и молибденовых, а также на отдельных Обнажениях кор выветривания на Кавказе и в Тульской области. Основное внимание мы уделили ваделекию тех групп микроорганизмов, которые согласно теоретическим соображениям могли воздействовать на рудные тела и вмещающие породы в природ-. ннх условиях. В зависимоетч от типа минералов мы изучали тионовые, нитрифицирующие, сульфатвосстанавливашие и хром-восстанавливаюшие бактерии, ранее неизвестные макроорганизмы, осуществляющие окисление Мо4* в Мо^", а также бактерии типа Alcaligenes paradoxus, являющиеся продуцентами органических кислот. В табл> I приводятся данные о географическом расположении исследованных месторождений и отдельных обнажений кор выветривания, а также перечисляются группы микроорганизмов, выделенные на этих, участках.

Дня выделения и культивирования аммонийокисляших

"TL • ' ' i i-

бактерий использовали среды Хармза (Harms et. al., 1976) ^ и Сориано и Уокера (Soriano, walker, 1968). Для нитрит-окисляющих бактерий применяли модифицированную среду Ват-еоиа и Уотербери (vratson, Waterbury, 1971). Перед использованием в среды вносили микроэлементы по Пфеннигу и Лип-"' перту (Pfennig, Upperfc, 1966). " - : '

Учет нитрифккаторов проводили методом наиболее вероят- ° ного числа в модификации Белсера и Шмидта (Beiser, Schmidt, 1978). Чистые культуры нитрифицирующих бактерий выделяли методом разведений. Чистоту культур проверяли согласно указаниям Рубан (1961), Кларка и Шмидта (Clark, Schmidt, 1967).

Тионовые бактерии .учитывали на элективных средах Лете-

Таблица I Характеристика объектов исследования:

Объекты исследования

Географическое положение

Выделенные микроорганизмы

Никелевые месторождения

Череышанское

'Литовское

Кимперсайское

т -.г -

Деренюхинсков

Хрошповые месторождения

Сарановское

, Кшшерсайское

Молибден-воль-фрадааоеТыр-ныаузское месторождение

Отдельные обнажения кор выветривания

Средний Урал

Там же Южный Урал

УССР

Средний Урал Южный Урал

Северный Кавказ

Северный Кавказ, плато Бечасш

Приморская Аджария

Тульская обл.

Нитрифицирующие, тионовые Те же

Те же, а также бактерии, близкие К AXcaligenes paradoxus -

Нитрифицирующие

Те же i

Хромвосстанавливатеие .

Молибденокисляюшие, нит- i рифицирушие, тионовые, сульфатвосстанавливашие I

г

Нитр^ицирутадае, тионовые | Те же ■ | Те не

на ( Leathen et.ei., 1951), Ваксмана и Дкоффи ( яакшшш, Joffe, 1922),и Бейеринка { Beijerinele, 1904), а сульфатвос-станаввиваотие - на среде "С" Постгейта С Postgate, 1966).)

Накопительную культуру молибденокисляших бактерий выделяли на'минеральной среде с молибденитом (Мо32-) или ; двуокисью молибдена (MoOg). f j

Чистую культуру громвос станавливаших бактерий ввделя-' ли на модифицированной среде Романенко.(Романенко, Кузнецов, 1974). Способность бактерий использовать различные источники углерода в анаэробных условиях проверяли на среде, содержавшей соединение шестивалентного хрома (НН4)2Сго^ * с добавлением 0,1% испытуемого органического вещества. При куль-.тжвироввнии в аэробных условиях из состава среды исключали

(НН4)2Сг04.

Культура бактерий* близких к А1са11еэпв8 рагайохиа, * была выделена на среде Ваксмана с сахарозой (Романенко, Кузнецов» 1974). Способность культуры использовать различные источники углерода оценивали путем посева на минеральную основу среды Ваксмана с добавлением 0,15? испытуемого органического вещества.

Ионы саг+, мв2+, нн£, N0*2» коз» ,, а таете н4вю4 определяли согласно методикам, указанным в руководстве Резникова и др. (1970)'. сг6+, ш.2*, моб+ определяли по методикам, содержащимся в соответствующих руководствах (Алима--рин, Фрвд, 1961; Сендел, 1964; Зайчикова, 1949). Содержание 1Ц-пар в ДНК определяли по методу-Ванпшна (1964). Белок -определяли по Лоури ( ьошгу е*. а1.,1951) и микробиуретовым методом (Бэйли, 1965). Рентгеноструктурный анализ минералов проводили в рентгено структурной лаборатории ИГЕИ АН СССР. Содержание общего азота в породах определяли хроматографи-чески в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского АН СССР. Поровые растворы-из пород получали вытеснением этиловым спиртом по методу Комаровой (1956).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ■

При 'изучении роли микроорганизмов в геохимических процессах на месторовдениях никеля, хрома и молибдена работа проводилась по двум направлениям: во-первых, непосредственно исследовали микрофлору пород и экологические условия"ее обитания, во-вторых, ставили эксперименты, позволяющие проследить влияние отдельных микроорганизмов на рудные минералы и вмещающие породы в заранее заданных условиях.

Основное внимание было уделено изучению цроцесса вы- ' ветривания силикатных минералов в серпентинизировашшхуль-трабазитах. Познание закономерностей разрушения этих пород представляет большой научно-практический интерес, так как к их корам выветривания приурочены крупнейшие месторождения ряда полезных ископаемых, в частности никеля.

I. Участие бактерий в выветривании серпентинизи-рованных ультрабазитов

Серпентинизированные ультрабаэиты представляют собой горную породу, состоящую в основном из серпентина

4рво с Различным количеством реликтовых отрокеенов и оливинов. При выветривании этих пород про- ; исходит закономерная сиена минерального состава в следующей | последовательности: свежий серпентинит выщелоченный:се- I рпентинит' нонтронит охра. Содержание никеля в сер- ' пентинитах составляет десятые доли процента. По мере пере- • хода к конечным продуктам.выветривания содержание магния и. \ 1фемния■уменьшается, а никеля и железа - увеличивается, до- I стигая рудных-концентраций. )

| Как правило, процессы выветривания протекают в течение :

очень продолжительного времени, исчисляемого сотнями тысяч |

лет, но иногда этот срок заметно сокращается. Это позволило | нам предположить/ что в таких случаях, помимо абиотических

факторов, в процессах выветривания активно участвуют микро- ;

организмы. ■ 1

а)'Нитрифицирующие бактерии ■

Участие нитрифицирующих бактерий в выветривании серпен-1

типизированных ультраСазитов мы рассмотрели на ряде место- 1

рождений никеля: Черемшанском, Кимперсайском и Деренюхинс- ;

ком. Особый интерес с микробиологической точки зрения пред- |

ставляло Деренншшское месторождение, на котором глыбы сер- |

пентинита,.откинутые во время разработки, в течение десяти !

лет превратились в рыхлый нонтронитизированный серпентинит. ' ИзвестноГчто горные породы содержат азот, которыЙ~изо-, ыор$но замещает калий в кристаллической решетке силикатных минералов; при атом на долю аммиачной формы приходится 5167£ общего азота силикатов. Определение содержания общего

азота в серпентинизированвых породах показало;. что по мере ! перехода от свежих серпентинитов к охре количество азота в

них уменьшается (табл. 2)-. , I

' Поровые растворы, отжатые непосредственно из пород, также содержали восстановленные и окисленные соединения ми- ; нерального азота (табл. 3). Поскольку на Дерешшшском месторождении образцы отбирали из давно отработанных участков | карьера, где привнос соединений азота человеком исключался, ! окисленные соединения азота должны были иметь биогенное происхождение. Учет нитрифицирующих бактерий, проведенный на Дерешзханском месторождении, показал присутствие значитель- |

Таблица 2

Содержание общего азота в серпентиниэи-рованных ультрабазитах

Свежий серпентинит 980

Выщелоченный серпентинит 540

Нонтронитизированный серпентинит 550

Охра ,380"

Таблица 5

Результаты учета нитрифицирующих бактерий в корах выветривания Деренюхинского месторождения

Число клеток нит- - Содержание сое-

Хягзякт#>г)истиия рифишруших бак- динений азота в терий в I г породы поровых растворах

образца -окисление:-- из П0Р°** «г/л

НН+ -^KOg NOg -^KOj NH+ NO" ЫО~

Выщелоченный серпентинит

Нонтронит

Охра

Примечания. Знак " " указывает на возможность присутствия большего количества аммонийокнсляющих бактерий; прочерк означает» что определение не проводили.

ного количества нитрификаторов в породах, разрушенных в разной степени.(табл. 3). Максимальное содержание аммонийокнсляющих бактерий составляло 2,5-10^, а нитритокисляюших -

>2,5. Ю5 1,5-Ю5

1,2«10® - 0,4 3,5 0,34

4,5-Ю5 0,6 1.5

2,5-I04 2.5.I05

9,5*ГО3 3,5- Ю6 _ _ _

2,0* ГО2 2,0*I02 0,6 0,65 0

>2,5.Ю5 4,5.104' - - —

2,5. Ю2 2.5.I04 '.,, 0,15 1,25

7,5.I02 4.5.I03 .0,02

4,5-10 ,2,5-Ю3 ол 3,5 —

3,5*10s клеток в I г породы.

В корах выветривания по серпентиниэированшм ультраба-гитам нами были обнаружены и выделены Hltrotacter winog-.

radskyi, Nitrososplra brlensls, Nltrosomonas europaea (чистые культуры) nuitrosolobus multiformis (накопительная культура), а также отмечены единичные случаи развития бактерий с характерной морфологией Kitrosovibrio tenuis.; Наличие разнообразной нитрифицирующей микрофлоры позволяет утверждать, что процесс автотрофной нитрификации в' природе нельзя сводить к деятельности только двух организмов (Nlt-

robacter winogradekyi и Nitrosomonas europaea), как ЭТО

принято считать. Наши исследования показали, что по крайней мере первая фаза нитрификации осуществляется большой группой микроорганизмов,.

Измерение рН и окислительно-восстановительного потенциала в породах показало, что нитрифицирующие бактерии в природной обстановке могут развиваться в микроаэрофильных условиях. Например, культура Nitrosolobus multiformis была выделена из заболоченного участка с гН, 14,4. Способность верификаторов развиваться в природной обстановке в микроаэрофильных условиях была отмечена М. Лораном (Laurent, * I97D, изучавшим процесс нитрификации в ил ах. Не исключена также возможность существования и ацидофильных нитрификато-ров. Нами был обнаружен процесс нитрификации при рН 4,5-4,8 в латеритных корах выветривания сод чайными плантациями в Приморской Аджарии, однако, поскольку возбудитель не был* выделен, в этом случае необходимо принимать во внимание ■ возможность гетеротрофной нитрификации. Т

Известно, что активные продукты жизнедеятельности нит-рификаторов - азотистая и азотная кислоты оказывают разрушающее действие на горные породы и каменные сооружения. В лабораторных опытах нами было прослежено действие нитрифицирующих бактерий на серпентинизированные породы. Опыты по разрушению серпентиниэированкых пород под действием микроорганизмов проводили на минеральной среде следующего состава (ь г/л дистиллированной воды): (nh^)2so4- o,5i kdi -0,05; KBgPO^ - 0,1, с добавлением определенных навесок жэ мельченного в порошок стерильного серпентинита разной ствпенж выветренности. В колбы на 100 мл вносили по I г +

порода, 50 мл среды и 2 мл накопительной культуры нитрифицирующих бактерий. pH среды устанавливался в интервале 8,1 -8,5. Посевы инкубировали в стационарных условиях. При развитии бактерий происходило разрушение пород, сопровождавшееся переходом в раствор ионов магния и кремния. Степень воздействия тарификаторов на породу оценивали то интенсивности перехода в раствор этих ионов.'Подученные результаты показали, что накопительная культура нитрифицирующих бактерий наиболее интенсивно разрушала серпентинит с выходом в раствор, в основном, ионов магния и кремния и в меньшей степени воздействовала на выщелоченный нонтронитизированный серпентинит. Динамика разрушения серпентинита под действием накопительной культуры нитрифицирующих бактерий представлена на рис. I. - ■ .

Наличие чистых культур нитрифицирующих бактерий позволило повторить опыты по разрушению серпентинита, используя чистую культуру Hitrosospira Ъг-iensis и смесь чистых культур N.briensis и Nitrobacter winogradskyi. В качестве источника аммонийного азота в этом случае использовали мочевину. Результаты опыта, представленные на рис. 2, показывают хорошую корреляцию между увеличением количества нитритов и переходом в раствор ионов магния за счет разрушения серпентинита. Полученные данные позволяют подойти к пониманию механизма воздействия нитрифицирующих бактерий на сер- -пентинизированные породы. Nl-fcr os osp ira briensls окисляет ионы аммония с образованием нитрит-ионов и ионов гидрок-сония (НдО+), что приводит к аодкисленшо среды. Выделяющаяся кислота растворяет серпентинит и переводит в раствор ионы магния. При совместном действии Nitrosoeplra briensie и Nitrobaoter winogradsiryi образуется сильная.азотная кислота, что сопровождается более интенсивным переходом в раствор ионов магния.

Исследования, проведенные с помощью электронного микроскопа, показали, что под действием нитрифицирующих бактерий плотные куски серпентинита превращаются в частицы коллоидной размерности. Лабораторные опыты с применением метода дифрактографяи подтвердили, что изменение отдельных минералов, входящих в состав серпентинита, в частности анти-горита, происходит в том же направлении, что а при процес-

мг/л

80

**---/

■ 3

* -

' ■ - ' : г, :

7.

Z1

39 US Сутки

% *t

Рис. I.' Разрушение серпентинита накопительной культурой нятрифицируштос бактерий.

:1- опыт, 2 - стерильный контроль; В4аю4' : 3 - опыт, 4 - стерильный контроль.

Рио* 2. Разрушение серпентинита чистыми культурами нитрифицирующих бактерий Nitrosospira "briensls И Hitrobacter winogradsiyl. Hgs+t I,- опыт, смесь культур H.tnriensls и K.winog-radskyi; 2 - опыт, H.brien-в±в% 3 - стерильный контроль.

XQgt 4 - ОПЫТ, H.briensisj

5 - стерильный контроль.

иио зво гво zoo

1ZO

ьо о

Суткик

сах выветривания, а именно: выщелачиваются более подвижные элемент, что в конечном итоге приводит к образованию глинистых пород. Следует заметить, что силикаты никеля устойчивы к действию нитрифтаторов, Таким образом, деятельность нитрифицирующих бактерий в природе способствует выщелачиванию более подвижных элементов и тем самым концентрации менее подвижных, например, никеля, который образует остаточные месторождения.

б) Тионовые бактерии

Процесс сернокислотного выветривания с участием тионовых бактерий имеет локальный характер и определяется наличием сульфидных минералов.

Распространение тионовых бактерий было изучено, в основном, в пиритоносных песчаниках карстового выполнения на Че-ремщанском и Липовском никелевых месторождениях, в корах выветривания на участке Бечасын (Северный Кавказ), в Приморской Аджарии и в Тульской области. Результаты учета тионовых бактерий приводятся в табл. 4. Отмечено, что в местах развития тионовых бактерий величины рН выветренных пород снижались, а значения Eh, увеличивались, что свидетельствовало о создании резко окислительной обстановки на этих участках. Доказательством прошедшего сернокислотного выветривания являлось присутствие сульфатеодержапотх минералов, которые в целом не характерны для серпентинизироьанных пород. На Черемшанском месторождении в некоторых разновидностях карстового выполнения никель присутствовал в. виде доренози-та (Ni[so^l>71^0), .На Лазаревском обнажении в Тульской области был обнаружен алунит ( кА1^[(он)б<зо^)г] ).

в) Участие гетеротрофных бактерий на примере Alcaligenes paradoxus в процессе мИГра—

mm никеля

Для изучения роли гетеротрофных микроорганизме в в разложении никелевых силикатов из заболоченного участка Ким-персайского месторождения была выделена культура кислотообразующих бактерий, близких к Alcaligenes paradoxus. опыты проводились о добавлением в питательную среду органических соединений. О ходе процесса судили по переходу в раствор ионов никеля, содержание которых определяли как непосредственно. в растворе, так и после предварительного его выпа-

Таблица 4

Результаты количественного учета тионовых бактерий на Черемшанском и Литовском никелевых месторождениях,' в корах выветривания Кавказа и Тульской области

Число клеток в География -Характеристика I г породы

участка образца 1 рН Tb.fer- тъ.

мв rooxi- thio-

dans oxi- вырос-B породах dans

еринка

Средний Урал

Черемщанское - Пиритизирован-месторохдение ные сланцы +580 3,0 4,5-Ю4 ю6 Ï06

Липовское - .Лигнитовая гли-месторождение на с пиритом " - 7,4 0 ю4 ■ -

■■ ■ Пиритизирован-ная порода - ■ - 4,5. Ю5 ю5

"" Пиритизирован-ные мраморы - - л с -

Северный.Кав- - Каолинитовые каз, плато глины с пи-Бечасын - ,ритом +680 4,0 Ю4 ю6 10

Приморская ■ ' Пиритизирован-Аддария, р-н ные мраморы т.Цихисдзири / +625 3,2 га2 ю4 . -

Тульская обл. Бурая глина с Лазаревское - остатками пи-обнажение рита — 5,5 « 0 10

Примечание.*;Прочерк означает, что определение не проводили

ривания^к прокаливания сухого осадка для разрушения органо-минеральных комплексов. Результаты анализов, представленные в табл. 5, показывают резкое усиление миграции никеля под действием микроорганизмов. Обращает на себя внимание то, что никель переходил в раствор главным образом в виде орга-номинеральных комплексов. Последнее совпадает с данными Ю.Ю.Бугельского и Л.С.Цимлянской (1973), изучавших формы миграции никеля в природных водах.

Выше мы рассмотрели некоторые геохимические процессы, происходящие под действием продуктов жизнедеятельности мик-

Таблица 5

Воздействие культуры Alcaligenee paradoxus на никелевые силикаты (врет инкубирования 30 суток)

Условия

рН

Содержание никеля, мг/л

до прокаливания

после прокаливания

опыт контр. опыт контр. опыт контр.

Среда Ваксмана •

+ 0,5% сахарозы 5,5 7,7 6,5 0,1 10,0 0,25

+ 5,6 5,0 0,05

+ 0,05$ ацетата 8,1 7,8 0,15 0,1 0,5 0,3

натрия

роорганизмов. Следующей задачей было изучение возможности прямого использования микроорганизмами элементов с переменной валентностью в процессах энергетического метаболизма. Поскольку молибден и хром являются элементами переменной валентности, и в месторождениях присутствуют минералы, в которых эти элементы находятся в окисленной или в восстановленной форме, мы провели поиск и выделение микроорганизмов*< участвующих в превращении этих элементов.

2. Восстановление крокоита культурой Pseudотonas chromatophllа sp.nov.

Из образцов воды, скопившейся на дне карьера Кимпер-сайского хромнтового месторождения, а также из сточных заводских вод, содержавших окислы хрома, были выделены две культуры хромвосстанавливающих бактерий, оказавшихся идентичными. Согласно определителю бактерий Берги-8 (Bergey's Manual, 197^-)» выделенный организм относится к сем. Pseudo-monadaceae. Поскольку по совокупности признаков он не мог быть отнесен ни к одному из известных видов псевдомонад, а также отличался от Рз. dechromatleans (Романенко, Корень« ков, 1977), мы выделили его в новый вид и предложили назвать

Pseudomonas chromatophila ер. nov..

С чистой культурой этих бактерий был поставлен опыт по восстановлению шестивалентного, хрома в крокоите (РЬСгО^) -минерале, встречающемся в зоне окисления тромитовых месторождений. Результаты рентгеноструктурного анализа подтвер-

лили, что:крокоит, подвергшийся месячному воздействию хром-восстанавливающих бактерий в анаэробных условиях, перешел в новообразованный минерал. Сравнение межплоскостных расстояний этого минерала и Сг2о^ показало, что имеются три наиболее усильные линии,. характерные для трехокиси хрома, однако их интенсивность уменьшена в 10 раз (табл. 6). Вероятно , снижение.интенсивности можно объяснить несовершенством кристаллической структуры образовавшегося соединения.

Таблица 6

■ ..Сравнение межплоскостных расстояний новообразованного минерала и трехокиси хрома

Новообразованный минерал Сг203 (АБТМ8-209)

. Г-Д -.' <1, А " I о А

10, .', 2,60 2,49 . ' 1,673 . 100 96 90 2; 66 2,48 1,673

Примечание.' " I " - интенсивность, "<а" - межплоскостные ..„.;,. расстояния.

Таким;образом, обнаружение хромвосстанавливаюших бактерий в хромитовом месторождении в сочетании с результатами лабораторных опытов позволяют считать, что в природе при наличии благоприятных условий происходит восстановление трехвалентного хрома в крокоите. ;

' ' 3. Молибден окисляющие бактерии и их участие в образовании повеллита ТСаМоО^)

Основным рудным минералом молибдена является молибденит (Мо32), в котором молибден четырехвалентен. В зоне окисления. молибденовых месторождений Мо^ переходит в Мо^1" с образованием повеллита (СаМо04), чему способствуют щелочные воды гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава. Н.Н.Ляликова (1976) предположила существование бактерий, использующих энергию окисления Мо в В результате

паших-исследований,проведенных на Тырныаузском молибден-вольфрамовом месторождении, была выделена накопительная культура.бактерий, осуществляющих окисление Мо4* в Мо^4*.

Культура росла на минеральной среде с двуокисью молибдена (Ш02) и не нуждалась в добавлении органически* соединений. Динамика окисления двуокиси молибдена бактериями представлена на рис. 3. Прекращение процесса окисления шлибдена при добавлении формалина и кипячении доказывало биологическую природу этого явления.

/ини&трацио Но ж/а

Рис. 3. Окисление Мо0£ накопительной культурой бактерий из Тырнкаузского мэ-либден-вольфрамового месторождения.

X - опыт, 2 - стерильный контроль.

В лабораторных опытах мы проверили возможность образования повелшта биогенным путем при взаимодействии двуо- -кис и молибдена с накопительной культурой молибденокислящих бактерий. С этой целью культуральную жидкость после развития шлибденокисляющих бактерий, содержавшую растворенный Мо6*, нейтрализовали мелом и осадок, состоявший из остаточной двуокиси молибдена, мела и новообразованного минерала, подвергли рентгеноструктурному анализу, который показал ' - -присутствие в нем повеллита. Полученные данные подтверждают биогенную природу повеллита, образующегося в зоне окисления молибденовых месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты микробиологических исследований, проведенных на месторождениях никеля, хрома и молибдена, позволили оценить участие отдельных групп микроорганизмов в процессах выветривания серпентинизированных ультрабазитов и преобразовании минералов.

Основное внимание мы уделили изучению участия микроорганизмов' в" разрушении серпентинизированных ультрабазитов, ■ так как.к корам выветривания этих пород приурочены крупнейшие месторождения полезных ископаемых, в частности никеля. Наши исследования показали, что в разрушении этих пород принимают участие нитрифицирующие, некоторые гетеротрофные микроорганизмы, .а при наличии сульфидов - тионовые бактерии. Механизм воздействия микроорганизмов на силикатные минералы носит, в основном, косвенный характер - действие продуктов их жизнедеятельности.

Наиболее "подробно мы рассмотрели процесс азотнокислот-ного выветривания с участием нитрифицирующих бактерий, так как этому вопросу до настоящего времени уделялось мало внимания. На основании собственных исследований, а также данных литературы мы пришли к выводу, что в серпентинизированных ультрабазитах содержится достаточное количество азота, необходимого для жизнедеятельности нитрпфикаторов. Микробиологические работы, проведенные нами в различных географических зонах, обнаружили широкое распространение и разнообразие видового состава этих бактерий в корах выветривания серпентинизированных пород.

В основе разрушения нитрификаторами силикатных минералов в серпентинизированных ультрабазитах, по-видимоцт, лежат два■механизма, прямой, т.е. использование аммония, заключенного в кристаллическую решетку этих минералов,, в качестве источника энергии, и косвенный - воздействие про- ' дуктов 'жизнедеятельности. Результаты лабораторных опытов показали, что нитрифицирующие бактерии разрушают серпенти-низированные ультрабазиты с переходом в раствор породообразующих элементов - магния и кремния.

Таким образом, принимая во внимание наличие восстановленных соединений минерального азота, широкое распростра- • ненне нитрифицирующих бактерий и результаты лабораторных опытов, мы считаем, что азотнокислотное выветривание сер-пентжвиэированных ультрабазиггч играет важную роль в зонах Шпергенеза 'исследованных месторождений.

Хроивосстанавлквающие и молибденокислшошие бактерии, шделенкпе из зоны окисления хромитового и молибденового месторождений соответственно, явили пример того, как мик-

роорганизш участвуют в преобразования минералов, содержащих элементно переменной валентностью. Известно, что хром-восстаналивающие бактерии используют кислород хроматов в качестве акцептора электронов, при этом шестивалентный хром переходит в трехвалентный (Романенко, Кореньков, 1977). На примере культуры Pseudomonas ehromatophilа мы показали, что эти бактерии восстанавливают шестивалентный хром в кро-коите (РЬСг04) - минерале, встречающемся в зоне окисления хромитовых месторождений.

Выделение накопительной культуры бактерий, осуществляющих окисление Мо^1" в на минеральной среде, позволяет предполагать, что микроорганизмы используют энергию этого окисления. В лабораторных опытах установлено, что минерал повеллит (СвМоО^) образуется биогенно при участии этих бактерий. Таким образом, расширен круг соединений, которые могут вовлекаться микроорганизмами в энергетический.метаболизм, ■ ,. .

■ВЬШОШ

1. Установлено, что в преобразовании силикатных минералов серпентдаизированных ультрабазитов принимают участие нитри&ицирувдие, при наличии суль^вдов - тионсвые бактерии и некоторые гетеротрофные микроорганизмы.

2. В серпентинизированных ультраосновных породах обнаружены следующие нитрификаторы: Nitrososplra, nltrosomonas, Mitrosolobus, Nitrosovibrio и Nitrobacter. Отработан метод ввделения этих бактерий. Подучены чистые культуры Nitrobacter winogradskyl, Kltrosomonas europaea и Nitrososplra brlensls, 1 '

3. Механизм воздействия микроорганизмов на силикатные минералы носит, в основном, косвенный характер - действие продуктов их жизнедеятельности, Нитрификаторы, продуцируя азотистую и азотную кислоты, способствуют выщелачиванию более подвижных элементов и тем самым концентрации менее подвижных, например, никеля. Тионовые бактерии, выделяя серную кислоту, приводят к сернокислотному выветриванию аа отдельных участках и образованию сулъфатсодержащих минералов. Гетеротрофные бактерии, образующие органические кислоты, цри воздействии на силикаты никеля способствуют миграции этого элемента в вике органоминеральных комплексов.

4. Показано участие микроорганизмов в преобразовании минералов . хроиа и молибдена. Из Кимперсайского хромитового месторождения выделен и изучен новый вид хромвосстанавлива-ШИХ бактерий Pseudomonas Chromatophilа sp.nov., участвующие в"восстановлении шестивалентного хрома в крокоите (FbCrO^). Из Тырныаузского молибден-вольфрамового месторождения впервые подучена накопительная культура бактерий» осуществляппих окисление Мо^1" в Мо^ на минеральной среде. В лабораторных опытах установлено, что минерал повеллит (СаМэ04) образуется биогенно при участии этих бактерий,

.V " Список работ, опубликованных по теме диссертации'.

' I. Лебедева Б.В. Участие бактерий в разложении силикатных минералов кора, выветривания. - В сб.: Проблемы микробиологии: Тез. докл., Рига: Зинатне, 1975, с.21.

2.^, Лебедева Е.В., Ляликова H.H. Геохимическая роль бактерий в окислении молибдена на примере Тырныаузского молибден-вольфрамового месторождения. - В сб.: У Съезд Всес. микроспад. о-ва! Секция экологии микроорганизмов: Тез. докл., Ереван,.1975, с.34-35.

3."Лебедева" Е.В. Значение нитрифицирующих бактерий в разрушении серпентинизированных ультрабазитов. - В сб.:

I Республиканская научно-теоретическая конференция молодых учешх-микробиологов: Тез, докл., Ташкент: Фан, 1976, с.91-92. ..

4.-Лебедева Е.В. Видовой состав нитрифицирующих бактерий серпентинизированных ультрабазитов. - В сб.: II Республиканская научно-теоретическая конференция молодых ученых-шкробиологов: Тез. докл., Ташкент: Фан, 1978, с.109-110.

5..Бугельский Ю.Ю., Лебедева Е.В. Ляликова H.H. Роль микроорганизмов ,в формировании нор выветривания ультрабазитов. - Кора;выветривания, 1978, А 16, с.9-19.

6. Авторское свидетельство 588892. Модификатор для флотации сульфидных;и окисленных минералов / П.М.Солоясен-кин, Л.Л.Любавина, H.H.Ляликова-Медведева/ Е.В.Лебедияа. - Зарегистрировано 21 сентяоря 1977 г.

7,-Лебедева Е.В., Ляликова H.H., Бугельский Ю.Ю. Учао-тие нитрифицирующих бактерий в выветривании серпеьтинизиро-ванных ультрабазитов. - Микробиология, 1978, т.47, № 6,

c.IIOI-IIO?.

8. Лебедева E.B., Ляликова H.H. Восстановление ирокои-та культурой Pseudomonas Chromatopbila sp. nov. - Микробиология r 1979, т.48, № 3, c.517-522.

9. БугельскиЙ Ю.Ю., Лебедева E.B., Ляликова H.H. Микробиологический фактор выветривания ультрабазитов. - В сб.: Минерагеная зоны гипергенеза. М.: Наука, i960, O.I93-I97,

Подписано к печати 02.07.60. Т-14Ю7 Объем 1,25 я. л. Тир, 200 екз. Зек. 249

Офоетяое производство 3-А типография 1 издательства »Наука» ::/-'Мванж К~43, у п. Жданова, 12/1