Chu trình lưu huỳnh (S)

Chu trình lưu huỳnh (S) Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14 trong vỏ Trái Đất, là thành phần rất quan trọng trong cấu trúc sinh học như các axit amin, cystein, metionin và chu trình của nó đóng vai trò thiết yếu trong việc điều hòa các muối dinh dưỡng khác như oxy, phốt pho... Trung tâm của chu trình lưu huỳnh có liên quan với sự thu hồi sunphat (SO2-) của sinh vật sản xuất qua rễ của chúng và sự giải phóng và biến đổi của lưu huỳnh ở nhiều công đoạn khác nhau, cũng như...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chu trình lưu huỳnh (S) Chu trình lưu huỳnh (S)Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14 trongvỏ Trái Đất, là thành phần rất quan trọngtrong cấu trúc sinh học như các axit amin,cystein, metionin và chu trình của nó đóng vaitrò thiết yếu trong việc điều hòa các muối dinhdưỡng khác như oxy, phốt pho... Trung tâmcủa chu trình lưu huỳnh có liên quan với sựthu hồi sunphat (SO2-) của sinh vật sản xuấtqua rễ của chúng và sự giải phóng và biến đổi của lưu huỳnh ở nhiều công đoạnkhác nhau, cũng như những biến đổi dạng củanó, bao gồm sunphua hydryl (-SH), sunphua hydro (H2S), thiosunphat (SO2-) và lưu huỳnh nguyên tố. Tương tự như chu trìnhnitơ, chu trình lưu huỳnh rất phức tạp, song lại khác với chu trình ni tơ ở chỗ nó không lắng đọng vào những bước đónggói riêng biệt như sự cố định đạm, amonhóa...+ Sự đồng hóa và giải phóng lưu huỳnh bởithực vậtLưu huỳnh đi vào xích dinh dưỡng của thực vật trên cạn qua sự hấp thụ của rễ dướidạng sunphat (CaSO4, Na2SO4) hoặc sựđồng hóa trực tiếp các axit amin được giảiphóng do sự phân hủy của xác chết hay cácchất bài tiết. Sự khoáng hóa của vi khuẩn và nấm (Aspergillus và Neurospora) đối vớicác chất sunphuahydryl hữu cơ trong thànhphần các axit amin. Kèm theo sự oxy hóa dẫnđến sự hình thành sunphat làm giàu nguồnkhoáng cho sự tăng trưởng của thực vật.Trong điều kiện yếm khí, axit sunphuric(H2SO4) có thể trực tiếp bị khử cho sunphit,bao gồm hydrosunphit do các vi 2+ +khuẩn Escherichia và Proteus (SO4 + 2H =H2S + 2O2).Sunphat cũng bị khử trong điều kiện kỵ khí để cho lưu huỳnh nguyên tố haysunphit, bao gồm hydrosunphit, do các vikhuẩn dị dưỡng như Desulfovibrio, Escherichia và Aerobacter. Những vi khuẩn khử sunphat yếm khí là những loài dịdưỡng, sử dụng sunphat như chất nhận hydrotrong oxy hóa trao đổi chất, tương tự như vikhuẩn phản nitrat sử dụng nitrit hay nitrat.Cho đến nay, người ta thừa nhận rằng sự khửsunphat xảy ra trong điều kiện kỵ khí, songcũng phát hiện thấy phản ứng này xuất hiệncả ở nơi có “vết” oxy, nitrat hay các chất nhậnđiện tử khác, thậm chí người ta còn thấy sựkhử sunphat xảy ra cả ở tầng trên, nơi tạothành oxy của tầng quang hợp của nhóm visinh vật ưa mặn tại Baja California, Mexico(D.E. Canfield và D.J. Des Marais, 1991). Nhưvậy, sự khử sunphat là một quá trình kỵ khíkhông nghiêm ngặt, tuy nhiên mức độ đónggóp của sự khử hiếu khí sunphat trên bìnhdiện rộng còn tiếp tục được nghiên cứu và xácđịnh.Sự có mặt số lượng lớn của hydro sunphit ởtầng sâu kỵ khí trong phần lớn các hệ sinh tháiở nước là thù địch của hầu hết sự sống.Chẳng hạn, ở biển Đen do giàu sunphat, vikhuẩnDesulfovibrio trong quá trình phân hủyđã sinh ra một khối lượng lớn H2S tồn tại rấtlâu ở đáy, cản trở không cho bất kỳ một loàiđộng vật nào có thể sống ở đây, kể cả trongtầng nước dưới độ sâu 200m.Sự tồn tại của các loài vi khuẩn khử sunphatnhư Methanococcusthermolithotrophicus vàMethanobacteriumthermautotrophium ở nhiệt độ rất cao (70 -1000C). Có thể giải thích được quá trình hìnhthành H2S trong các vùng đáy biển sâu(Hydrothermal), các giếng dầu... (Stetter vànnk., 1987). Ở trạng thái cân bằng thì chất độccủa loài này đe dọa loài khác, hoạt động củaloài này chống lại hoạt động của loài kia, hoặchỗ trợ cho nhau. Những vi khuẩn lưu huỳnh làmột bằng chứng. Vi khuẩn lưu huỳnh không màu như các loài của Beggiatoa oxy hóa hydrosunphit đến lưu huỳnh nguyên tố, cácđại diện của Thiobacillus, loài thì oxy hóa lưuhuỳnh nguyên tố đến sunphat, loài thì oxy hóasunphit đến lưu huỳnh. Ngay đối với một sốloài trong một giống, quá trình oxy hóa chỉ cóthể xuất hiện khi có mặt oxy, còn đối với loàikhác khả năng kiếm oxy cho sự oxy hóa lạikhông thích hợp vì chúng là vi khuẩn tự dưỡng hóa tổng hợp, sử dụng năng lượngđược giải phóng trong quá trình oxy hóa đểkhai thác cacbon bằng một phản ứng khửcacbon dioxit.6CO2 + 12 H2S → C6H12O6 + 6 H2O + 12SNhững vi khuẩn này có thể so sánh với các vikhuẩn nitrat hóa tự dưỡng, hóa tổng hợp mànhóm này oxy hóa amoniac đến nitrit rồi từnitrit đến nitrat. Hơn nữa, chúng cũng baogồm các vi khuẩn màu xanh, màu đỏ quangtổng hợp, sử dụng hydro của hydrosunphitnhư chất nhận điện tử trong việc khử cacbondioxyt.Các vi khuẩn màu xanh rõ ràng có thể oxy hóasunphit chỉ đến lưu huỳnh nguyên tố, trong khiđó, vi khuẩn màu đỏ có thể thực hiện oxy hóađến giai đoạn sunphat:6CO2 + 12H2O + 3H2S → C6H12O6 + 6H2O + 3 SO42- + 6H+- Lưu huỳnh trong khí quyểnLưu huỳnh trong khí quyển được cung cấp từ nhiều nguồn: sự phân hủy hay đốtcháy các chất hữu cơ, đốt cháy nhiên liệu hóathạch và sự khuếch tán từ bề mặt đại dươnghay hoạt động của núi lửa. Những dạngthường gặp trong khí quyển là SO2 cùng với những dạng khác như lưu huỳnh nguyên tố, hydro sunphit. Chúng bị oxy hóa để cho lưu huỳnh trioxit (SO3) màchất này kết hợp với nước tạo thành axit sunphuric (H2SO4).Lưu huỳnh trong ...