Bakterije nitrifiziraju. Važnost nitrificirajućih bakterija

Prema vrsti hrane, svi poznati živi organizmi podijeljeni su u dvije velike vrste: hetero- i autotrofi. Značajka posljednje je njihova sposobnost da samostalno konstruiraju nove elemente iz ugljičnog dioksida i drugih anorganske tvari.

Ovaj članak će biti posvećen najčešće grupi - nitrozirajuće bakterije.

Povijest otkrića

Sredinom 19. stoljeća, njemački znanstvenici su dokazali da je proces nitrifikacije bio biološki. Eksperimentalno su pokazali da dodavanje kloroforma u kanalizacijsku vodu zaustavlja oksidaciju amonijaka. Ali nisu mogli objasniti zašto se to događa.

To je nekoliko godina kasnije postigao ruski znanstvenik Vinogradsky. On je izdvojio dvije skupine bakterija koje su postupno sudjelovale u procesu nitrifikacije. Tako je jedna skupina osigurala oksidaciju amonijaka u kiselinski dušik, a druga skupina bakterija odgovorna je za transformaciju u nitratnu. Sve nitrificirajuće bakterije uključene u ovaj proces su gram-negativne.

Značajke oksidacijskog procesa

Postupak formiranja nitrita amonij oksidacijom ima nekoliko stupnjeva, tijekom kojih nastaju spojevi koji sadrže dušik s različitim stupnjevima oksidacije NH skupine.

Prvi proizvod oksidacije amonijaka je hidroksilamin. Najvjerojatnije je formirana zbog uključivanja molekularnog kisika u NH skupinu₄, iako ovaj proces nije konačno dokazan i ostaje kontroverzan.

Daljnji hidroksilamin se prevede u nitrit. Vjerojatno, postupak se provodi formiranjem NOH (giponitrita) oslobađanjem dušičnog oksida. U ovom slučaju, znanstvenici razmatraju proizvode dušični oksid samo nusproizvod sinteze, zbog smanjenja nitrita.

Uz proizvodnju kemijskih elemenata, tijekom procesa denitrofikacije, velika količina energije se oslobađa. Slično onome što se događa u heterotrofnim aerobnim organizmima, u ovom slučaju sinteza ATP molekula je povezana s procesima redukcije oksidacije, zbog čega se elektroni prenose u kisik.

Tijekom oksidacije nitrita, važnu ulogu igra proces preokretnog elektronskog transporta. Njegovo uključivanje u krug elektrona odvija izravno u (citokroma P-tipa i / ili A-tipa), a to zahtijeva relativno veliki utrošak energije. Kao rezultat toga, chemoautotrophic Nitrificirajuće bakterije u potpunosti osigurao potrebnu opskrbu energijom, koji se koristi za proces izgradnje i asimilacije ugljičnog dioksida.

Vrste nitrificirajućih bakterija

U prvoj fazi nitrifikacije, sudjeluju četiri vrste nitrobakterija:

• Nitrosomonas;
• nitrotsistis;
• nitrosolyubus;
• Nitrospira.

Usput, na predloženu sliku možete vidjeti nitrificirajuće bakterije (foto pod mikroskopom).

Eksperimentalni način među njima je prilično teško, a često je nemoguće izdvojiti jedan od usjeva, stoga je njihovo razmatranje uglavnom složeno. Svi ovi mikroorganizmi imaju veličinu do 2-2,5 mikrona i pretežno su ovalni ili zaobljeni (s izuzetkom nitrospires, koji izgledaju kao štap). Oni su sposobni za binarnu podjelu i usmjereni pokret zbog flagella.

Druga faza nitrifikacije uključuje:

• gen Nitrobacter;
• rod nitrosoina;
• nitrokokus.

Najčešće proučavana vrsta bakterija roda Nitrubacter, nazvana po svom otkriću, Vinogradsky. Ove nitrificirajuće bakterije imaju kruške oblike stanica, pomnožite se s pupoljkom, uz formiranje mobilnog (zbog flagellum) kći stanica.

Struktura bakterija

Istražene nitrificirane bakterije imaju sličnu staničnu strukturu s ostalim Gram-negativnim mikroorganizmima. Neki od njih imaju dovoljno razvijen sustav unutarnjih membrana koji stvaraju stog u središtu ćelije, dok su u drugima više na periferiji ili oblikuju strukturu u obliku zdjelice koja se sastoji od nekoliko listova. Očigledno, to su ove formacije koje su povezane s enzimima koji su uključeni u oksidaciju specifičnih supstrata nitrifiera.

Vrsta hrane nitrificirajuće bakterije

Nitrobakterije pripadaju obveznim autotrofima jer ne mogu koristiti egzogene organska tvar. Međutim, sposobnost nekih sojeva nitrificirajućih bakterija da koriste određene organske spojeve ipak je pokazana eksperimentalno.

Utvrđeno je da supstrat koji sadržava autolizate kvasca, serin i glutamat u niskim koncentracijama, stimulira rast nitrobakterija. To se događa i u prisutnosti nitrita i u odsustvu u nutrientni medij, iako je proces znatno sporiji. Obrnuto, prisutnost nitrata procesa oksidacije acetat potisnut, ali je uključivanje ugljika u proteinu, različite aminokiseline i ostale stanične komponente znatno povećava.

Kao rezultat višestrukih eksperimenata, dobiveni su podatci da se nitrificirajuće bakterije još uvijek mogu prebaciti na heterotrofnu prehranu, ali kako produktivno i koliko dugo mogu postojati u takvim uvjetima ostaje da se vidi. Iako su podaci sasvim kontradiktorni, donijeti konačni zaključak o tome.

Stanište i važnost nitrificirajućih bakterija

Nitrificirajuće bakterije pripadaju kemoterapijama i široko su raspoređene u prirodi. Oni se nalaze posvuda: u tlu, raznim supstratima, kao i rezervoarima. Proces njihove vitalne aktivnosti čini veliki doprinos cjelokupnom ciklus dušika u prirodi i u stvarnosti može doći do ogromnih razmjera.

Na primjer, mikroorganizam kao što su oceanovi nitrocystisa, izolirani iz Atlantskog oceana, odnose se na obvezne halofile. Može postojati samo u morskoj vodi ili supstratima koji ga sadrže. Za takve mikroorganizme, ne samo stanište je važno, već i konstante kao što su pH i temperatura.

Sve poznate nitrificirajuće bakterije klasificirane su kao obvezne aerobne. Da bi oksidirao amonij u dušičnu kiselinu, i dušičnu kiselinu do dušične kiseline, trebaju kisik.

Uvjeti staništa

Još jedna važna točka koju su znanstvenici otkrili jest da mjesto gdje živimo nitrificirajuće bakterije ne bi smjelo sadržavati organske tvari. Predložena je teorija da ti mikroorganizmi ne mogu načelno koristiti organske spojeve izvana. Čak su se zvali i obvezni autotrofi.

Posljedično, štetni učinci glukoze, uree, peptona, glicerola i ostalih organskih spojeva na nitrificirajuće bakterije više puta su dokazani, ali eksperimenti se ne zaustavljaju.

Važnost nitrificirajućih bakterija za tlo

Do nedavno se vjerovalo da nitrifieri povoljno utječu na tlo, povećavajući njihovu plodnost cijepanjem amonijaka u nitrate. Potonji ne samo da su biljke dobro apsorbirane, nego i sami po sebi povećavaju topljivost određenih minerala.

Međutim, posljednjih godina znanstvena gledišta su prošla izmjene. Otkriven je negativan učinak mikroorganizama koji su opisani na plodnost tla. Bakterije nitrificiraju, stvaraju nitrate, zakiseljavaju okoliš, što nije uvijek pozitivan trenutak, a u većoj mjeri izaziva zasićenje tla s amonijevim ionima od nitrata. Štoviše, nitrati imaju sposobnost da se oporave do N₂ (u procesu denitrifikacije), što opet dovodi do oduzimanja tla s dušikom.

Koja je opasnost od nitrificirajućih bakterija?

Neki sojevi nitrobakterija u prisustvu organskog supstrata mogu oksidirati amonij, stvarajući hidroksilamin, a potom i nitrite i nitrate. Također, kao rezultat takvih reakcija, mogu se pojaviti hidroksamske kiseline. Štoviše, broj bakterija izvodi proces nitrifikacije različitih spojeva koji sadrže dušik (oksimi, amini, amidi, hidroksamati i drugi nitro spojevi).

Ljestvica heterotrofne nitrifikacije pod određenim uvjetima može biti ne samo ogromna već i vrlo štetna. Opasnost leži u činjenici da tijekom takvih transformacija dolazi do stvaranja toksičnih tvari, mutagena i kancerogenih tvari. Stoga znanstvenici usko surađuju na proučavanju ove teme.

Biološki filtar, koji je uvijek pri ruci

Nitrificirajuće bakterije nisu apstraktni koncept, već vrlo česti oblik života. Štoviše, često ih koristi čovjek.

Na primjer, u biološkim filtrima za akvarije upravo su ove bakterije. Ova vrsta čišćenja je jeftinija, a ne kao radna snaga kao i mehaničko čišćenje, ali istodobno zahtijeva zadovoljavanje određenih uvjeta kako bi se osigurao rast i vitalna aktivnost nitrificirajućih bakterija.

Najpovoljnija mikroklima za njih je temperatura okoline (u ovom slučaju voda) reda od 25-26 stupnjeva Celzija, stalna opskrba kisikom i prisutnost vodenih biljaka.

Nitrificirajuće bakterije u poljoprivredi

Kako bi povećali prinos, poljoprivrednici koriste razna gnojiva koja sadrže nitrificirajuće bakterije.

Nutricionizam tla u ovom slučaju osigurava nitrobakteri i azotobakterije. Ove bakterije izvode potrebne tvari iz tla i vode, koje tijekom oksidacije tvore dovoljno veliku količinu energije. To je tzv proces kemosinteze, kada se energija koristi za stvaranje složenih molekula organskog porijekla iz ugljičnog dioksida i vode.

Za ove mikroorganizme, ne nužno dobavu hranjivih tvari iz njihovog okoliša - mogu ih proizvesti sami. Dakle, ako zelene biljke, koje su također autotrofovi, trebaju sunčevo svjetlo, tada nije nužno za nitrificirajuće bakterije.

Samočišćenje tla

Tlo je idealni supstrat za rast i reprodukciju ne samo biljaka, već i mnogih živih organizama. Stoga je njezino normalno stanje i uravnotežen sastav vrlo važan.

Treba imati na umu da se biološko čišćenje tla pruža, između ostalog, nitrificirajućim bakterijama. Su u tlu, humusa ili rezervoara, koji prevodi amonijak izlučivanja druge mikroorganizme i otpadnih materijala organske nitrate, (točnije, sol dušične kiseline). Cijeli proces se sastoji od dvije faze:

1. Oksidacija amonijaka u nitrit.
2. Oksidacija nitrita u nitrat.

U ovom slučaju svaka faza osigurava zasebne vrste mikroorganizama.

Takozvani začarani krug

Ciklus energije i održavanje života na Zemlji moguć je zbog poštivanja određenih zakonitosti u postojanju svih živih bića. Na prvi pogled teško je razumjeti ono što je u pitanju, ali u stvari sve je vrlo jednostavno.

Zamislimo sljedeću sliku iz udžbenika:

1. Anorganske tvari se prerađuju mikroorganizmima i time stvaraju povoljne uvjete u tlu za rast biljaka i prehranu.
2. Oni zauzvrat predstavljaju neophodan izvor energije za većinu biljojeda.
3. Sljedeći lanac ove vitalne veze su predatori, čija je energija, odnosno, njihovi herbivorni kolege.
4. Poznato je da ljudi pripadaju višim grabežljivcima, što znači da možemo primiti energiju iz biljnog svijeta i životinje.
5. A već i naši ostaci vitalne aktivnosti, kao i one biljaka i životinja, služe kao hranjivi supstrat za mikroorganizme.

Tako se ispostavlja začarani krug, koji kontinuirano funkcionira i osigurava život cijelog života na Zemlji. Poznavajući ove principe, nije teško zamisliti kako je mnoštvo i stvarno neograničeno snaga prirode i svih živih stvari.

zaključak

U ovom smo članku pokušali odgovoriti na pitanje, što je nitrificirajuće bakterije u biologiji. Kao što možete vidjeti, unatoč ogromnim dokazom života, djelovanja i utjecaja tih mikroorganizama, postoje mnoge kontroverzna pitanja koja zahtijevaju daljnja eksperimentalna istraživanja.

Nitrificirajuće bakterije nazivaju se kemotrofi. Izvor energije za njih su razni minerali. Unatoč njihovoj mikroskopskoj veličini, ti životi imaju ogroman utjecaj na svijet oko sebe.

Kao što je poznato, kemotrofi ne mogu apsorbirati organske spojeve koji su u supstratu (tlo ili voda). Naprotiv, oni stvaraju građevinski materijal za stvaranje žive i funkcionalne ćelije.