Фракционирование редкоземельных элементов и иттрия в водных средах: роль органотрофных бактерий

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 K_d 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.

1. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 267 с.

2. 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.

3. Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1979. 340 с.

4. Гусев М.В., Минеева Л.В. Микробиология. М.: Издво Моск. ун-та, 1992. 464 с.

5. Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 224 с.

6. 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.

7. Кореневский А.А., Сорокин В.В., Каравайко Г.И. Взаимодействие ионов РЗЭ с клетками Candida utilis // Микробиология. 1997. Т. 66. С. 198–205.

8. Beveridge T.J., Doyle R.J. Metal ions and bacteria. N.Y.: Wiley, 1989. 461 p.

9. 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.

10. Châtellier X., Fortin D. Adsorption of ferrous ions onto Bacillus subtilis cells // Chem. Geol. 2004. Vol. 212. P. 209–228.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Salton M.R.J., Kim K.-S. Medical Microbiology. Chpt. 2. Srtucture. Texas, Univ. of Texas Medical Branch, 1994. 1273 p.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.