硫桿菌屬

硫桿菌屬（thiobacillus）是土壤和自然水體中最常見的一種無色硫細菌，一般是無芽孢的短桿菌，革蘭氏陰性，端生鞭毛，能將硫化物氧化成單質硫或硫酸鹽，或將硫代硫酸鹽氧化為硫酸鹽。

基本介紹

• 中文名：硫桿菌屬
• 外文名：thiobacillus
• 領域：分子生物學

硫化作用

還原態無機硫化物如H2S、S或FeS2等在微生物作用下進行氧化，最後生成硫酸及其鹽類的過程，稱為硫化作用，進行硫化作用的微生物主要是硫細菌，可分為無色硫細菌和有色硫細菌兩大類。
1．無色硫細菌 其中包括化能自養菌和化能異養菌。下面介紹幾個不同類型的代表。
（1）硫桿菌 土壤與水中最重要的化能自養硫化細菌是硫桿菌屬（Thiobacillus）的許多種，它們能夠氧化硫化氫、黃鐵礦、元素硫等形成硫酸，從氧化過程中獲取能量。

2H₂S+O₂→2H₂O+2S⁺能量

2FeS₂+7O₂+2H₂O→2FeSO₄+2H₂SO₄⁺能量

2S+3O₂+2H₂O→2H₂SO₄⁺能量

除脫氮硫桿菌（T．denitrificans）是一種兼性厭氧菌外，其餘都是需氧微生物。生長最適溫度為28℃～30℃。有的硫桿菌能忍耐很酸的環境，甚至嗜酸。常見的有氧化硫硫桿菌（T．thiooxidans）和氧化亞鐵硫桿菌（T．ferrooxidans），排硫硫桿菌（T．thioparus）等。

（2）絲狀硫磺細菌 它們屬化能自養菌，有的也能營腐生生活。生存於含硫的水中，能將H2S氧化為元素硫。主要有兩個屬，即貝氏硫菌屬（Beggiatoa）和發硫菌屬（Thiothrix），前者絲狀體游離，後者絲狀體通常固著於固體基質上。

此外，菌體螺旋狀的硫螺菌屬（Thiospira）、球形細胞帶有裂片的硫化葉菌屬（Sul－folobus）、細胞圓形到卵圓形的卵硫菌屬（Thiovulum）等胞內都含硫粒，也都能代謝硫磺。

2．有色硫細菌 有色硫細菌主要指含有光合色素的利用光能營養的硫細菌，它們從光中獲得能量，依靠體內含有特殊的光合色素，進行光合作用同化CO₂。主要分為兩大類：

（1）光能自養型 這類光合細菌在進行光合作用時，能以元素硫和硫化物作為同化CO2的電子供體，常見的如著色菌科（Chromatiaceae）和綠菌科（Chlorobiaceae）中的有關種（俗稱紫硫菌和綠硫菌）。

2）光能異養型 該類光合細菌主要以簡單的脂肪酸、醇等作為碳源或電子供體，也可以硫化物或硫代硫酸鹽（但不能以元素硫）作為電子供體。能進行光照厭氧或黑暗微好氧呼吸。多用於高濃度有機廢水的處理。常見種類大多為紅螺菌科（Rhodospirillaceae），如球形紅桿菌（Rhodobacter spheroides），沼澤紅桿菌（R．palustris）等。

反硫化作用

在厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原為H₂S的過程稱為反硫化作用。參與這一過程的微生物稱為硫酸鹽還原菌。反硫化作用具有高度特異性，主要是由脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）來完成。如脫硫脫硫弧菌（D．desulfuricans）是一典型反硫化作用的代表菌，其反應式為：
C₆H₁₂O₆+3H₂SO₄→6CO₂+6H₂O+3H₂S+能量

產生的H₂S與鐵化學氧化產生的Fe²⁺形成FeS和Fe（OH）₂，這是造成鐵鏽蝕的主要原因。

嗜酸硫桿菌屬硫氧化系統

金屬硫化物在酸性條件下, 金屬硫化礦在H⁺和Fe³⁺作用下, 金屬硫化礦中分解, 其中的硫原子轉變為元素硫和硫代硫酸鹽, 其過程屬於化學反應的範疇;但是, 嗜酸硫桿菌屬等微生物等參與對亞鐵和還原性硫的氧化作用產生金屬循環不斷溶出所需要的Fe³⁺和H⁺。化學反應產生的元素硫和硫代硫酸鹽經由細菌細胞轉運到細胞周質區域被氧化, 其中單質S在氧化的過程中不釋放電子參與能量物質ATP的長生, 但轉變為其它可溶性的硫化合物, 為其它還原性硫化合物氧化還原酶, 如亞硫酸鹽-受體氧化還原酶、硫代硫酸鹽-輔酶Q氧化還原酶等提供底物, 在S活化時產生少量的H2S則作為硫化物-輔酶Q氧化還原酶的底物, 被氧化為元素硫, 這些酶催化氧化還原反應產生的電子進入呼吸鏈後參與細菌生長代謝所需能量的生產。