Активная реакция среды и окислительно-восстановительный потенциал

Бактерия, участвующая в круговороте серы,— Thiobacillus thiooxydans—напротив, устойчива к кислой реакции среды, для нее оптимальное значение рН 2—4.

Кислую реакцию среды хорошо переносят многие низшие грибы и дрожжи. Они хорошо растут при рН 4—5. При этом следует иметь в виду, что некоторые грибы хорошо растут и при рН 8—10.

Для некоторых организмов способность жить при низких значениях рН служит приспособлением для защиты от конкуренции других бактерий. Это относится, например, к уксуснокислым бактериям. Другие группы микроорганизмов, выделяющие кислые продукты в среду, сами угнетаются чрезмерным подкислением, в результате чего их рост прекращается.

Изменение реакции среды может служить хорошим примером активного воздействия микроорганизмов на среду обитания. Многие организмы способны до некоторой степени менять свой обмен так, чтобы нейтрализовать продукты, вредно отражающиеся на их жизнедеятельности. Так, многие бактерии, получающие энергию в процессах брожения, при накоплении в среде кислых продуктов—органических кислот—переходят к синтезу нейтральных продуктов—спиртов.

В живых системах, в том числе в культурах микроорганизмов, постоянно идут окислительно-восстановительные реакции. При этом одно вещество, теряя электроны, приобретает положительный заряд и окисляется, а другое, приобретая электроны, заряжается отрицательно и восстанавливается. Между ними возникает разность электрических потенциалов, называемая окислительно-восстановительным потенциалом, или редоксипотенциалом.

Соотношение окисленной и восстановленной форм для каждого компонента среды при определенном значении Eh одинаково, и поэтому об окислительно-восстановительном потенциале для всей среды можно судить по соотношению в ней окисленной и восстановленной формы одного из компонентов. Для этого обычно пользуются соотношением в среде ионов и молекул водорода. Концентрация ионов водорода в среде характеризуется величиной рН, а концентрация молекул водорода—величиной гН2, которая представляет собой отрицательный логарифм молекулярного давления газа. Чем больше величина rH2, тем больше окислительная способность среды и, наоборот, чем выше восстановительная способность среды, тем меньше rH2. Таким образом, окислительно-восстановительные свойства среды можно характеризовать как величиной редоксииотенциала Eh, так и единицами гН2.

Eh, rH2 и рН связаны между собой зависимостью

Рисунок

Величина гН2 изменяется в пределах от 0 до 41. При полном насыщении среды кислородом она равна 41. Это соответствует концентрации кислорода 40 мг/л. При полном насыщении жидкости водородом ее гН2=0.

Насыщенность среды кислородом—один из самых важных факторов, влияющих на рост и развитие микроорганизмов. Недостаток кислорода в среде часто служит причиной угнетения роста микроорганизмов. В то же время избыток кислорода (гН2>30) губительно действует на все микробные клетки. Питательные среды для выращивания аэробных микроорганизмов обычно имеют Eh от 0,2 до 0,4В при нейтральном значении рН. В процессе роста аэробов редоксипотенциал снижается до 0, а иногда и до отрицательных значений.

Анаэробные микроорганизмы обычно не развиваются при Eh выше 0,2 В, но, добавляя в питательную среду вещества, снижающие окислительно-восстановительный потенциал, можно добиться выращивания анаэробов в присутствии кислорода.

Губительное действие кислорода на анаэробные микроорганизмы, по-видимому, связано с отсутствием у анаэробов ферментов каталаз, расщепляющих перекись водорода, которая образуется в процессе переноса водорода на молекулярный кислород.