Tài liệu: 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...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Chu trình lưu huỳnh (S) Chu trình lưu huỳnh (S)Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14trong vỏ Trái Đất, là thành phần rấtquan trọng trong cấu trúc sinh học nhưcác axit amin, cystein, metionin và chutrình của nó đóng vai trò thiết yếu trongviệc điều hòa các muối dinh dưỡng khácnhư oxy, phốt pho... Trung tâm của chutrình lưu huỳnh có liên quan với sự thuhồi sunphat (SO2-) của sinh vật sản xuấtqua rễ của chúng và sự giải phóng và biến đổi của lưu huỳnh ở nhiều côngđoạn khác nhau, cũng như những biếnđổi dạng của nó, bao gồm sunphuahydryl (-SH), sunphua hydro (H2S), thiosunphat (SO2-) và lưu huỳnhnguyên tố. Tương tự như chu trình nitơ,chu trình lưu huỳnh rất phức tạp, song lại khác với chu trình ni tơ ở chỗ nó không lắng đọng vào những bướcđóng gói riêng biệt như sự cố địnhđạm, amon hóa...+ Sự đồng hóa và giải phóng lưu huỳnhbởi thực vậtLưu huỳnh đi vào xích dinh dưỡng của thực vật trên cạn qua sự hấp thụ của rễdưới dạng sunphat (CaSO4, Na2SO4)hoặc sự đồng hóa trực tiếp các axit aminđược giải phóng do sự phân hủy của xácchết hay các chất bài tiết. Sự khoáng hóa của vi khuẩn và nấm (Aspergillus và Neurospora) đối với cácchất sunphuahydryl hữu cơ trong thànhphần các axit amin. Kèm theo sự oxy hóadẫn đến sự hình thành sunphat làm giàunguồn khoáng cho sự tăng trưởng củathực vật.Trong điều kiện yếm khí, axit sunphuric(H2SO4) có thể trực tiếp bị khử chosunphit, bao gồm hydrosunphit do các vikhuẩn Escherichia và Proteus (SO42+ +2H+ = H2S + 2O2).Sunphat cũng bị khử trong điều kiện kỵ khí để cho lưu huỳnh nguyên tốhay sunphit, bao gồm hydrosunphit, docác vi khuẩn dị dưỡng như Desulfovibrio, Escherichia và Aerobacter. Những vi khuẩn khửsunphat yếm khí là những loài dị dưỡng,sử dụng sunphat như chất nhận hydrotrong oxy hóa trao đổi chất, tương tự nhưvi khuẩn phản nitrat sử dụng nitrit haynitrat.Cho đến nay, người ta thừa nhận rằng sựkhử sunphat xảy ra trong điều kiện kỵkhí, song cũng phát hiện thấy phản ứngnày xuất hiện cả ở nơi có “vết” oxy,nitrat hay các chất nhận điện tử khác,thậm chí người ta còn thấy sự khửsunphat xảy ra cả ở tầng trên, nơi tạothành oxy của tầng quang hợp của nhómvi sinh vật ưa mặn tại Baja California,Mexico (D.E. Canfield và D.J. DesMarais, 1991). Như vậy, sự khử sunphatlà một quá trình kỵ khí không nghiêmngặt, tuy nhiên mức độ đóng góp của sựkhử hiếu khí sunphat trên bình diện rộngcòn tiếp tục được nghiên cứu và xácđịnh.Sự có mặt số lượng lớn của hydrosunphit ở tầng sâu kỵ khí trong phần lớncác hệ sinh thái ở nước là thù địch củahầu hết sự sống. Chẳng hạn, ở biển Đendo giàu sunphat, vi khuẩn Desulfovibriotrong quá trình phân hủy đã sinh ra mộtkhối lượng lớn H2S tồn tại rất lâu ở đáy,cản trở không cho bất kỳ một loài độngvật nào có thể sống ở đây, kể cả trongtầng nước dưới độ sâu 200m.Sự tồn tại của các loài vi khuẩn khửsunphat như Methanococcusthermolithotrophicus vàMethanobacterium thermautotrophium ởnhiệt độ rất cao (70 - 1000C). Có thể giảithích được quá trình hình thành H2Strong các vùng đáy biển sâu(Hydrothermal), các giếng dầu... (Stettervà nnk., 1987). Ở trạng thái cân bằng thìchất độc của loài này đe dọa loài khác,hoạt động của loài này chống lại hoạtđộng của loài kia, hoặc hỗ trợ cho nhau.Những vi khuẩn lưu huỳnh là một bằngchứng. Vi khuẩn lưu huỳnh không màu như các loài của Beggiatoa oxy hóa hydrosunphit đến lưu huỳnh nguyên tố,các đại diện của Thiobacillus, loài thìoxy hóa lưu huỳnh nguyên tố đếnsunphat, loài thì oxy hóa sunphit đến lưuhuỳnh. Ngay đối với một số loài trongmột giống, quá trình oxy hóa chỉ có thểxuất hiện khi có mặt oxy, còn đối với loàikhác khả năng kiếm oxy cho sự oxy hóalại không thích hợp vì chúng là vi khuẩn tự dưỡng hóa tổng hợp, sử dụng năng lượng được giải phóng trongquá trình oxy hóa để khai thác cacbonbằng một phản ứng khử cacbon dioxit.6CO2 + 12 H2S → C6H12O6 + 6 H2O + 12SNhững vi khuẩn này có thể so sánh vớicác vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng, hóatổng hợp mà nhóm này oxy hóa amoniacđến nitrit rồi từ nitrit đến nitrat. Hơn nữa,chúng cũng bao gồm các vi khuẩn màuxanh, màu đỏ quang tổng hợp, sử dụnghydro của hydrosunphit như chất nhậnđiện tử trong việc khử cacbon dioxyt.Các vi khuẩn màu xanh rõ ràng có thểoxy hóa sunphit chỉ đến lưu huỳnhnguyên tố, trong khi đó, vi khuẩn màu đỏcó thể thực hiện oxy hóa đến giai đoạnsunphat:6CO2 + 12H2O + 3H2S → C6H12O6 +6 H2O + 3 SO42- + 6H+- Lưu huỳnh trong khí quyểnLưu huỳnh trong khí quyển được cung cấp từ nhiều nguồn: sự phânhủy hay đốt cháy các chất hữu cơ, đốtcháy nhiên liệu hóa thạch và sự khuếchtán từ bề mặt đại dương hay hoạt độngcủa núi lửa. Những dạng thường gặp trong khí quyển là SO2 cùng với những dạng khác như lưu huỳnhnguyên tố, hydro sunphit. Chúng bịoxy hóa để cho lưu huỳnh trioxit(SO3) mà chất này kết hợp với nướctạo thành axit sunphuric (H2SO4).Lưu huỳ ...