geolmsuВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯMoscow University Bulletin. Series 4. Geology0579-9406Издательский Дом МГУ10.33623/0579-9406-2021-3-99-112geolmsu-417Research ArticleСТАТЬИARTICLESФракционирование редкоземельных элементов и иттрия в водных средах: роль органотрофных бактерийFractionation of rare earth elements and yttrium in aqueous media: the role of organotrophic bacteriaКазакЕ. С.KazakE. S.

геологический факультет, кафедра гидрогеологии, ст. науч. с., канд. геол.-минер. н.

119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1

119991, Moscow, GSP-1, Leninskiye Gory, 1

Kanigu@mail.ruЛебедеваЕ. Г.LebedevaN. A.

лаборатория геохимии гипергенных процессов, ст. науч. с., канд. геол.-минер. н.

690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

690022, Vladivostok, Prospekt 100-letiya, 159

microbiol@mail.ruХаритоноваН. А.KharitonovaN. A.

геологический факультет кафедра гидрогеологии; докт. геол.-минер. н., профессор, гл. науч. с.

119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1; 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

119991, Moscow, GSP-1, Leninskiye Gory, 1; 690022, Vladivostok, Prospekt 100-letiya, 159

tchenat@mail.ruЧелноковГ. А.ChelnokovG. A.

лаборатория тепломассопереноса, вед. науч. с., канд. геол.-минер. н.

 119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 1

119017, Moscow, Pyzhevsky lane 7, bld. 1

geowater@mail.ruЕловскийЕ. В.ElovskyE. V.

лаборатория аналитической химии, мл. науч. с.

690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

690022, Vladivostok, Prospekt 100-letiya, 159

matri@list.ruФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФГБУН Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения РАНРоссияFar East Geological Institute (FEGI FEB RAS)Russian FederationФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»; ФГБУН Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Far East Geological Institute (FEGI FEB RAS)Russian FederationФГБУН Геологический институт РАНРоссияGIN RASRussian Federation2021280120221399112Copyright © Казак Е.С., Лебедева Е.Г., Харитонова Н.А., Челноков Г.А., Еловский Е.В., 20222022Казак Е.С., Лебедева Е.Г., Харитонова Н.А., Челноков Г.А., Еловский Е.В.Kazak E.S., Lebedeva N.A., Kharitonova N.A., Chelnokov G.A., Elovsky E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.geol.msu.ru/jour/article/view/417

Представлены результаты экспериментального изучения фракционирования редкоземельных элементов (РЗЭ) и иттрия (вместе REY) в природных водах в присутствии живых и инактивированных органотрофных бактерий (Curtobacterium sp., Ralstonia sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp., Brevibacterium sp., Microbacterium sp.) при их различной концентрации и в разных условиях кислотности водной среды. Показано, что процесс фракционирования регулируется преимущественно двумя факторами: рН водного раствора и видом бактерий. Установлено значительное влияние кислотности воды на сорбционную емкость бактерий — для всех изученных штаммов выявлено снижение сорбции REY при увеличении рН, что обусловлено более низким поглощением REY на клеточных стенках бактерий. Отмечено, что процесс фракционирования (биосорбции) REY живыми бактериями протекает интенсивнее, чем в присутствии инактивированной биомассы микроорганизмов. При нейтральных значениях рН все изученные штаммы бактерий больше сорбируют легкие REY (лантан, празеодим, неодим), в более кислых растворах (рН 2) наблюдается увеличение значений Kd для тяжелых REY (лютеций, европий). Показано, влияние концентрации биомассы бактерий на процесс биосорбции REY. Сорбция REY снижается при увеличении концентрации как живых, так и инактивированных клеток бактерий.

The paper presents the experimental results of the rare earth elements and yttrium (REY) biosorption in the natural surface waters and groundwater in the presence of living and inactivated organotrophic bacteria (Curtobacterium sp., Ralstonia sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp., Brevibacterium sp., Microbacterium sp.,) under different environmental pH conditions. We find that the biosorption process is mainly regulated by two factors: the aqueous solution’s pH and the bacteria strains concertation. The water acidity significantly effects on the bacteria sorption capacity for all studied strains. We discover a decrease in REY sorption with an increase in pH due to lower absorption of REY on the cell walls of bacteria. The process of REY biosorption proceeds more intensively by living bacteria than in the presence of inactivated microorganisms. We observe that at neutral pH values all studied bacterial strains sorb light REY (lanthanum, praseodymium, neodymium), in more acidic solutions (pH 2) the heavy ones (lutetium, europium). The REY sorption decreased with an increase in the living and inactivated bacterial concentration.

редкоземельные элементы (РЗЭ)биосорбциягетеротрофные бактериикоэффициент сорбцииподземные водырНrare earth elements (REE)biosorptionrare earth elements yttrium (REY)geterotrophic bacteriasorption coefficientgroundwaterpHReferencesБалашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 267 с.Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 267 с.Бузолева Л.С. Безвербная И.П., Журавель Е.В., Калитина Е.Г. Микробиологический мониторинг качества морской среды окраинных морей Российского Дальнего Востока // Океанология. 2006. Т. 46. С. 55–62.Бузолева Л.С. Безвербная И.П., Журавель Е.В., Калитина Е.Г. Микробиологический мониторинг качества морской среды окраинных морей Российского Дальнего Востока // Океанология. 2006. Т. 46. С. 55–62.Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1979. 340 с.Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1979. 340 с.Гусев М.В., Минеева Л.В. Микробиология. М.: Издво Моск. ун-та, 1992. 464 с.Гусев М.В., Минеева Л.В. Микробиология. М.: Издво Моск. ун-та, 1992. 464 с.Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 224 с.Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 224 с.Казак Е.С., Калитина Е.Г., Харитонова Н.А. и др. Биосорбция редкоземельных элементов и иттрия в водной среде гетеротрофными бактериями // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2018. № 2. С. 73–80.Казак Е.С., Калитина Е.Г., Харитонова Н.А. и др. Биосорбция редкоземельных элементов и иттрия в водной среде гетеротрофными бактериями // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2018. № 2. С. 73–80.Кореневский А.А., Сорокин В.В., Каравайко Г.И. Взаимодействие ионов РЗЭ с клетками Candida utilis // Микробиология. 1997. Т. 66. С. 198–205.Кореневский А.А., Сорокин В.В., Каравайко Г.И. Взаимодействие ионов РЗЭ с клетками Candida utilis // Микробиология. 1997. Т. 66. С. 198–205.Beveridge T.J., Doyle R.J. Metal ions and bacteria. N.Y.: Wiley, 1989. 461 p.Beveridge T.J., Doyle R.J. Metal ions and bacteria. N.Y.: Wiley, 1989. 461 p.Brantley S.L., Liermann L., Bau M., Wu S. Uptake of trace metals and rare earth elements from hornblende by a soil bacterium // Geomicrobiol. J. 2001. Vol. 18. P. 37–61.Brantley S.L., Liermann L., Bau M., Wu S. Uptake of trace metals and rare earth elements from hornblende by a soil bacterium // Geomicrobiol. J. 2001. Vol. 18. P. 37–61.Châtellier X., Fortin D. Adsorption of ferrous ions onto Bacillus subtilis cells // Chem. Geol. 2004. Vol. 212. P. 209–228.Châtellier X., Fortin D. Adsorption of ferrous ions onto Bacillus subtilis cells // Chem. Geol. 2004. Vol. 212. P. 209–228.Doyle R.J., Matthews T.H., Streips U.N. Chemical basis for selectivity of metal ions by the Bacillus subtilis cell wall // J. Bacteriology. 1980. Vol. 143. P. 471–480.Doyle R.J., Matthews T.H., Streips U.N. Chemical basis for selectivity of metal ions by the Bacillus subtilis cell wall // J. Bacteriology. 1980. Vol. 143. P. 471–480.Fein J.B., Martin A.M., Wightman P.G. Metal adsorption onto bacterial surfaces: development of a predictive approach // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2001. Vol. 65. P. 4267–4273.Fein J.B., Martin A.M., Wightman P.G. Metal adsorption onto bacterial surfaces: development of a predictive approach // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2001. Vol. 65. P. 4267–4273.Ferris F.G., Beveridge T.J. Binding of a paramagnetic metal cation to Escherichia coli K-12 outer-membrane vesicles // FEMS Microbiol. Lett. 1984. Vol. 24. P. 43–46.Ferris F.G., Beveridge T.J. Binding of a paramagnetic metal cation to Escherichia coli K-12 outer-membrane vesicles // FEMS Microbiol. Lett. 1984. Vol. 24. P. 43–46.Harris P.O., Ramelow G.J. Binding of metal ions by particulate biomass derived from Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda // Environm. Sci. & Technol. 1990. Vol. 24. P. 220–228.Harris P.O., Ramelow G.J. Binding of metal ions by particulate biomass derived from Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda // Environm. Sci. & Technol. 1990. Vol. 24. P. 220–228.Markai S., Andrès Y., Montavon G., Grambow B. Study of the interaction between europium (III) and Bacillus subtilis: fixation sites, biosorption modeling and reversibility // J. Colloid and Interface Sci. 2003. Vol. 262. P. 351–361.Markai S., Andrès Y., Montavon G., Grambow B. Study of the interaction between europium (III) and Bacillus subtilis: fixation sites, biosorption modeling and reversibility // J. Colloid and Interface Sci. 2003. Vol. 262. P. 351–361.Merroun M.L., Ben Chekroun K., Arias J.M., GonzálezMuñoz M.T. Lanthanum fixation by Myxococcus xanthus: cellular location and extracellular polysaccharide observation // Chemosphere. 2003. Vol. 52. P. 113–120.Merroun M.L., Ben Chekroun K., Arias J.M., GonzálezMuñoz M.T. Lanthanum fixation by Myxococcus xanthus: cellular location and extracellular polysaccharide observation // Chemosphere. 2003. Vol. 52. P. 113–120.Mullen M.D., Wolf D.C., Ferris F.G. et al. Bacterial sorption of heavy metals // Appl. and Environm. Microbiology. 1989. Vol. 55. P. 3143–3149.Mullen M.D., Wolf D.C., Ferris F.G. et al. Bacterial sorption of heavy metals // Appl. and Environm. Microbiology. 1989. Vol. 55. P. 3143–3149.Ozaki T., Gillow J., Francis A. et al. Association of Eu- (III) and Cm(III) with Bacillus subtilis and Halobacterium salinarum // J. Nuclear Sci. and Technol. 2002. Vol. 39. P. 950–953.Ozaki T., Gillow J., Francis A. et al. Association of Eu- (III) and Cm(III) with Bacillus subtilis and Halobacterium salinarum // J. Nuclear Sci. and Technol. 2002. Vol. 39. P. 950–953.Salton M.R.J., Kim K.-S. Medical Microbiology. Chpt. 2. Srtucture. Texas, Univ. of Texas Medical Branch, 1994. 1273 p.Salton M.R.J., Kim K.-S. Medical Microbiology. Chpt. 2. Srtucture. Texas, Univ. of Texas Medical Branch, 1994. 1273 p.Takahashi Y., Châtellier X., Hattori K.H. et al. Adsorption of rare earth elements onto bacterial cell walls and its implication for REE sorption onto natural microbial mats // Chem. Geol., 2005. Vol. 219. P. 53–67.Takahashi Y., Châtellier X., Hattori K.H. et al. Adsorption of rare earth elements onto bacterial cell walls and its implication for REE sorption onto natural microbial mats // Chem. Geol., 2005. Vol. 219. P. 53–67.Takahashi Y., Hirata T., Shimizu H. et al. A rare earth element signature of bacteria in natural waters // Chem. Geol. 2007. Vol. 244. P. 569–583.Takahashi Y., Hirata T., Shimizu H. et al. A rare earth element signature of bacteria in natural waters // Chem. Geol. 2007. Vol. 244. P. 569–583.Texier A.-C., Andrès Y., Illemassene M., Le Cloirec P. Characterization of lanthanide ions binding sites in the cell wall of pseudomonas aeruginosa // Environm. Sci. & Technol. 2000. Vol. 34. P. 610–615.Texier A.-C., Andrès Y., Illemassene M., Le Cloirec P. Characterization of lanthanide ions binding sites in the cell wall of pseudomonas aeruginosa // Environm. Sci. & Technol. 2000. Vol. 34. P. 610–615.Zhou J.L., Kiff R. J. The uptake of copper from aqueous solution by immobilized fungal biomass // Chem. Technol. and Biotechnol. 1991. Vol. 52. P. 317–330.Zhou J.L., Kiff R. J. The uptake of copper from aqueous solution by immobilized fungal biomass // Chem. Technol. and Biotechnol. 1991. Vol. 52. P. 317–330.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.