التحولات الميكروبية للحديد - الجزء الأول 

التحولات الميكروبية للحديد في التربة

^مقدمة^

& على الرغم من الحديد يعتبر أحد العناصر الغذائية الصغرى بالنسبة لنمو معظم الأحياء الدقيقة في التربة ، إلا أن هذا العنصر يتم تحويله بسرعة عن طريق النشاط الميكروبي . تعمل الكائنات الدقيقة في مجال تحولات الحديد بعدة طرق تختلف عن بعضها تماما والصورة التي يوجد عليها هذا العنصر يحددها عدد من العوامل الحيوية المختلفة :

• بعض الأنواع من البكتريا لها القدرة على أكسدة مركبات الحديدوز إلى حديديك التي تترسب في صورة هيدروكسيد الحديديك.
• كثير من الأنواع غير ذاتية التغذية تهاجم أملاح الحديد العضوية الذائبة وتحولها إلى صورة غير عضوية قليلة الذوبان فتترسب في محلول التربة.
• تقوم الكائنات الدقيقة بتغيير جهد الأكسدة والاختزال في محيط وجودها,ويؤدي انخفاض جهد الأكسدة والاختزال الناشئ عن النمو الميكروبي إلى تحويل أيونات الحديديك غير الذائبة إلى مركبات الحديدوز الأكثر ذوبانا.
• تقوم أعداد لا حصر لها من البكتريا والفطريات بإنتاج الأحماض مثل الكربونيك والنتريك والكبريتيك بالإضافة إلى الأحماض العضوية وهذه جميعها تؤدي إلى زيادة الحموضة التي تعمل على تحويل الحديد إلى صورة ذائبة.
• بالظروف اللاهوائية يمكن ان يعمل الكبريتيد المتكون من الكبريتات أو مركبات الكبريت  العضوية على إزالة الحديد من المحاليل بترسيبه بصورة كبريتيد حديدوز.
• كثير ما يتسبب إنتاج الكائنات الدقيقة لبعض الأحماض العضوية ونواتج التمثيل الغذائي الكربونية الأخرى في تكوين مركبات حديد ,عضوية ذائبة. &

& وبالتالي الحديد يمكن أن يترسب الحديد في الطبيعة بفعل البكتريا المؤكسدة للحديد أو بتأثير الكائنات غير ذاتية التغذية عند تحليلها للشق العضوي من أملاح الحديد أو بتأثير إنتاج الأكسجين بواسطة الطحالب , كما يترسب الحديد عندما يتحول الوسط إلى ناحية القلوية . وعلى العكس ، فإن إذابة هذا العنصر قد تتم من خلال تكوين الأحماض أو تخليق نواتج عضوية معينة أو نتيجة وجود ظروف مختزلة . &

& ومن الناحية الكيميائية فإن أيونات الحديد تصبح هي السائدة عندما تصل درجة pH المحلول إلى 5.0 , بينما يناسب تكوين أيونات الحديديك ارتفاع رقم  pH المحلول عن  6.0. ومن ناحية أخرى فعند انخفاض جهد الأكسدة والاختزال إلى أقل من 0.2 فولت فان الجزء الأكبر من الحديد يوجد على حالة حديدوز , بينما تؤدي زيادة الجهد عن 0.3 فولت إلى وجود معظم الايونات في صورة حديديك , وبالتالي فإن زيادة الاختزال سوف يعمل على تراكم الحديد في صورة حديدوز ذائبة ، ويحدث العكس عندما تصبح الأوساط البيئية أكثر أكسدة. &

*تواجد الحديد في الريزوسفير*

& وهي تشابه كثيراً ديناميكية المنجنيز ((Bohn, McNeal, and OConnor 1985  ، يتواجد الحديد في التربة بشكل ثلاثي التكافؤ Fe⁺³  كمركب غير ذائب من المعادن ,  Goethite (FeOOH) أو hematite (Fe₂O₃) (Lindsay  1979) . &

& يمكن لبكتريا الريزوسفير والتي تتضمن (Bacillus,  Pseudomonas,  Geobacter, Alcaligenes, Clostridium, Entero-bacter,  ) اختزال الحديد الثلاثي التكافؤ إلى شكل ثنائي التكافؤ ليكون صالح ليستفيد منه النبات .

حيث تكون الإلكترونات والبروتونات متواجدة في الريزوسفير بشكل متاح وبناءً عليه يكون الحديد بشكله المختزل أو يعاد ترسيبه (Mullen1999) ، وتفاعلات الإختزال كالتالي :

& عند نقص الحديد , تنتج بكتريا الريزوسفير وبالأخص Pseudomonas مركبات الشيلات من المناطق المجاورة (side-rophores) الذي يشكل معقدات ذائبة مع الحديد Fe⁺² ، وبالتالي يكون متاحاً لهذه البكتريا (Marschner 1997) . &

& وجد Scher  (1986 ) تكاثر للميكروبات Fusarium-suppressive و Pseudomonas  putida بعد العزل التربة ودراسة مركبات الـ side-rophores المرتبطة بالحديد ، وأثبتت دراسته أن معقد siderophores-Fe يمكنه استخدامه بواسطة P.putida وليس فقط بواسطة Fusarium , التي تتطلب الحديد لتركيب الأنزيمات المستخدمة لهدم جدران الخلية النباتية . وعند إضافة السماد بشكل Fe-EDTA تفقد السيطرة الحيوية لأن Fusarium يمكنه أن يستفيد من الحديد الموجود بالسماد الشلاتي وبالتالي ستنخفض فعالية معالجة أعراض نقص الحديد في ترب ذات pH يزيد عن 7 . &

& إن شيلات الحديد من نوع Fe-EDDA ذات ثبات عالية حتى بحالة التربة القلويةpH=10  ويحسن ذلك من تأثير بكتريا P. putida . وقد وجد تأثير مشابه مع مركبات الشيلات من نوع EDDHA Peer  et  al; 1990)) . &

& وهناك إشارات جديدة إلى امكانية استخدام مركبات siderophores التي يتم انتاجها من البكتريا كمركبات شيلات للحديد ، حيث بينت النتائج بأنها ذات مقدرة جيدة على اختراق الأوراق ولكن مازال هناك حاجة لمعرفة معدلات انتشارها عبر سطوح الأوراق وتوزعها ضمن النبات (Fernandes et al; 2005) . من ناحية أخرى , الحديد هو عنصر مكون لمجموعة الـ heme في أنزيمات catalase و  peroxidaes , والتي تساعد في بناء اللجنين ( (Marschner  1997. &

 جدول يوضح العلاقة بين درجة pH التربة (في منطقة الريزوسفير Rhizosphere لنبات الترمس الأبيض والمنطقة البعيدة عن الجذور Bulk soil ) ودرجة إتاحة العناصر الصغرى فيها (مستخلص بمحلول EDTA ميكرومول /كغ تربة)  (Dinkelaker, Romheld and Marschner 1989) 

& وفي منطقة الريزوسفير ينخفض تركيز الأكسجين ويرتفع تركيز غاز  CO₂، نتيجة لتنفس الجذور والميكروبات (Dur-and and Bellon, 1993) ، وهذا يعني أن الإلكترونات ستنتج من أكسدة المادة العضوية كما في المعادلة Sposito, 1989)). &