Микробная железоредукция в арктических пробах, сопряженная с образованием метана

• Main Authors: Зиновьева, О.В., Захарюк, А.Г., Щербакова, В.А.
• Format: Text
• Language: Russian
• Published: Издательство ГЕОС 2021
• Subjects: микробная железоредукция; окислительно-восстановительные реакции; метаногенез; Арктика; многолетнемерзлые отложения
• Online Access: https://dx.doi.org/10.34756/geos.2021.17.37891; https://elibrary.ru/item.asp?id=47427307

Учитывая, что железо относится к химическим элементам с переменной валентностью и является одним из самых распространенных в земной коре, окислительно-восстановительные реакции с участием этого элемента имеют большое значение для поддержания значительных микробных популяций в почве и осадках. Показано, что микробные процессы восстановления железа могут создавать благоприятные условия для развития сообщества метаногенных архей, стимулируя тем самым биогенный процесс метанообразования [1–3]. Из данных, полученных японскими учеными следует, что наличие в среде оксидов железа (III) стимулировало клеточный перенос электронов от железовосстанавливающих бактерий (ЖВБ) к метаногенам через небиологические материалы, минералы, содержащие в себе железо, что приводило к ускорению метаногенеза [4].Целью работы было определение процессов микробной железоредукции и метаногенеза в накопительных культурах, полученных из проб многолетнемерзлых отложений (ММО) Российской Арктики.В работе использовались пробы мерзлоты, предоставленные лабораторией криологии почв (ИФХиБПП РАН). Пробы были отобраны в районах Мамонтовой Хайяты (горизонты: Bg; н\м; 2–4 (в мерзлоте) см) и Ивашкиной лагуны (Tg; G2; GC3m (70)), находящихся на губе Буор-Хая, в южной части моря Лаптевых, к юго-востоку от дельты реки Лена.Из различных горизонтов ММО нами было получено 24 накопительные культуры железовосстанавливающих бактерий, способных восстанавливать соединения железа (III) с формиатом и ацетатом, в качестве источника углерода и донора электронов при температурах культивирования 6 и 15 °С. В качестве терминальных акцепторов электронов были использованы такие распространенные формы восстанавливаемого железа как слабокристаллический оксид железа в виде аморфной гидроокиси окисного железа (АГОЖ) и цитрат железа.Через 30 суток культивирования при температуре инкубации 15 °C содержание ионов Fe (II) в накопительных культурах (н/к) варьировало от 0,2 мМ до 15 мМ. Максимальные количество (15 мМ) Fe (II) было зафиксировано в н/к в/м, полученной из пробы, отобранной в мерзлоте (2-4 см) и выращенной с АГОЖ в качестве акцептора электронов. Количество восстановленного железа при температуре 6 °C в накопительных культурах составляло от 0,3 до 10 мМ. Максимальное значение наблюдалось в н/к Tg (10 мМ), отобранной из почвенных проб верхнего горизонта Ивашкиной лагуны, выращенной с цитратом Fe (III).В результате микроскопических исследований полученных н/к ЖВБ, было обнаружено несколько морфотипов клеток бактерий. В каждом из рассмотренных образцов присутствовали подвижные и неподвижные палочки разных размеров. При микроскопии таких н/к как Tg, Bg и в/м встречались клетки со спорами.Во всех н/к ЖВБ был исследован процесс метанообразования. Максимальное количество метана было зафиксировано в н/к Tg, полученной из пробы, отобранной с верхнего горизонта мерзлоты в районе Ивашкиной лагуны, инкубированной при 15 °C – 11% СН4, и при 6 °C – 10% СН4 с АГОЖ в качестве акцептора электронов. Минимальное значение получено в н/к G2, взятой из среднего горизонта Ивашкиной лагуны, выращенной с цитратом Fe (III) в качестве акцептора электронов при температуре 15 °C 0,4% СН4, и из н/к н/м, полученной из почвенной пробы с Мамонтовой Хаяты, отобранной над мерзлотой, инкубируемой при 6 °С и результатом 0,2% метана. В десяти н/к ЖВБ метан не был обнаружен (рис. 1).Таким образом, проведенные исследования показали, что в экстремально холодных местах обитания с постоянно низкой температурой активно функционирует микробное сообщество, восстанавливающее трехвалентное железо. В ходе работы были получены накопительные культуры психрофильных и психротолерантных ЖВБ. Цитрат Fe (III) оказался более предпочтительным акцептором электронов. Показано, что температура инкубации влияет на активность процесса восстановления железа (III). В 60% полученных накопительных культур ЖВБ было зафиксировано образование метана. Дальнейшее изучение и описание процессов, связанных с восстановлением трехвалентного железа, позволят оценить вклад ЖВБ в биогенный процесс метанобразования.