I henhold til type ernæring deles alle kjente levende organismer inn i to store typer: hetero- og autotrofer. Et særtrekk ved sistnevnte er deres evne til selvstendig å bygge nye grunnstoffer fra karbondioksid og andre uorganiske stoffer.
Kildene til energi som støtter deres vitale aktivitet bestemmer deres inndeling i fotoaftotrofer (kilden er lys) og kjemoautotrofer (kilden er mineraler). Og avhengig av navnet på substratet oksidert av kjemoauthortofytter, deles de inn i hydrogen og nitrifiserende bakterier, samt svovel- og jernbakterier.
Denne artikkelen vil bli viet den vanligste gruppen blant dem - nitrifiserende bakterier.
Oppdagelseshistorikk
Selv på midten av 1800-tallet beviste tyske forskere at prosessen med nitrifikasjon er biologisk. Empirisk viste de at når kloroform ble tilsatt kloakkvann, stoppet oksidasjonen av ammoniakk. Men for å forklare hvorfor dette skjer, gjør de det ikkekunne.
Dette ble gjort noen år senere av den russiske forskeren Vinogradsky. Han identifiserte to grupper av bakterier som gradvis deltok i nitrifikasjonsprosessen. Dermed sørget den ene gruppen for oksidasjon av ammonium til salpetersyre, og den andre gruppen av bakterier var ansvarlig for omdannelsen til salpetersyre. Alle nitrifiserende bakterier involvert i denne prosessen er gramnegative.
Funksjoner ved oksidasjonsprosessen
Prosessen med nitrittdannelse ved ammoniumoksidasjon har flere stadier, hvor det dannes nitrogenholdige forbindelser med ulik grad av oksidasjon av NH-gruppen.
Det første produktet av ammoniumoksidasjon er hydroksylamin. Mest sannsynlig er det dannet på grunn av inkludering av molekylært oksygen i NH4-gruppen, selv om denne prosessen ikke er endelig bevist og fortsatt kan diskuteres.
Deretter omdannes hydroksylamin til nitritt. Antagelig utføres prosessen gjennom dannelse av NOH (hyponitritt) med frigjøring av lystgass. I dette tilfellet anser forskere produksjonen av lystgass som bare et biprodukt av syntesen, på grunn av reduksjonen av nitritt.
I tillegg til produksjon av kjemiske grunnstoffer, frigjøres en stor mengde energi ved denitrifikasjon. I likhet med det som skjer i heterotrofe aerobe organismer, er i dette tilfellet syntesen av ATP-molekyler assosiert med redoksprosesser, som et resultat av at elektroner overføres til oksygen.
Når nitritt oksideres, spiller prosessen med omvendt transport en viktig rolleelektroner. Inkluderingen av elektronene i kjeden skjer direkte i cytokromene (C-type og / eller A-type), og dette krever en ganske stor mengde energi. Som et resultat blir kjemoautotrofe nitrifiserende bakterier fullt utstyrt med den nødvendige energireserven, som brukes til prosessene med å bygge og assimilere karbondioksid.
Typer nitrifiserende bakterier
Fire slekter med nitrobakterier deltar i den første fasen av nitrifikasjon:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Du kan forresten se nitrifiserende bakterier i det foreslåtte bildet (bilde under et mikroskop).
Eksperimentelt, blant dem er det ganske vanskelig, og ofte helt umulig å skille ut en av kulturene, så deres vurdering er overveiende kompleks. Alle de listede mikroorganismene er opptil 2-2,5 mikron store og er overveiende ovale eller runde i form (med unntak av nitrospira, som har form av en pinne). De er i stand til binær fisjon og rettet bevegelse på grunn av flageller.
Den andre fasen av nitrifikasjon deltar:
- genus Nitrobacter;
- nitrospin-type;
- nitrococus.
Den mest studerte bakteriestammen av slekten Nitrbacter, oppk alt etter oppdageren Vinogradsky. Disse nitrifiserende bakteriene har pæreformede celler, formerer seg ved å spire, med dannelse av en mobil (på grunn av flagellum) dattercelle.
Bakteriestruktur
De studerte nitrifiserende bakteriene har en lignende cellulær struktur som andre gramnegative mikroorganismer. Noen av dem har et ganske utviklet system av indre membraner som danner en stabel i midten av cellen, mens i andre er de plassert mer i periferien eller danner en struktur i form av en kopp, bestående av flere blader. Tilsynelatende er det med disse formasjonene enzymer er assosiert som er involvert i prosessen med oksidasjon av spesifikke substrater ved hjelp av nitrifikatorer.
Nitrifiserende bakterier mattype
Nitrobakterier er obligatoriske autotrofer, siden de ikke er i stand til å bruke eksogene organiske stoffer. Imidlertid har noen stammer av nitrifiserende bakteriers evne til å bruke noen organiske forbindelser blitt vist eksperimentelt.
Det ble funnet at substratet som inneholdt gjærautolysater, serin og glutamat i lave konsentrasjoner, stimulerte veksten av nitrobakterier. Dette skjer både i nærvær av nitritt og i fravær i næringsmediet, selv om prosessen er mye langsommere. Omvendt, i nærvær av nitritt, undertrykkes oksidasjonen av acetat, men inkorporeringen av dets karbon i protein, forskjellige aminosyrer og andre cellulære komponenter øker betydelig.
Som et resultat av flere eksperimenter ble det innhentet data om at nitrifiserende bakterier fortsatt kan gå over til heterotrof ernæring, men hvor produktivt og hvor lenge de kan eksistere under slike forhold gjenstår å se. Så lenge dataene er tilstrekkeligeinkonsekvent å trekke endelige konklusjoner om denne saken.
Habitat og viktigheten av nitrifiserende bakterier
Nitrifiserende bakterier er kjemoautotrofer og er vidt utbredt i naturen. De finnes over alt: i jorda, forskjellige substrater, så vel som vannforekomster. Prosessen med deres vitale aktivitet gir et stort bidrag til den generelle nitrogensyklusen i naturen og kan faktisk nå enorme proporsjoner.
For eksempel hører en slik mikroorganisme som nitrocystis oceanus, isolert fra Atlanterhavet, til obligatoriske halofiler. Det kan bare eksistere i sjøvann eller substrater som inneholder det. For slike mikroorganismer er ikke bare habitatet viktig, men også slike konstanter som pH og temperatur.
Alle kjente nitrifiserende bakterier er klassifisert som obligate aerobe. De trenger oksygen for å oksidere ammonium til salpetersyre og salpetersyre til salpetersyre.
Habitatforhold
Et annet viktig poeng som forskere har identifisert, er at stedet der nitrifiserende bakterier lever ikke bør inneholde organisk materiale. Teorien ble fremsatt om at disse mikroorganismene i prinsippet ikke kan bruke organiske forbindelser utenfra. De har til og med blitt k alt obligatoriske autotrofer.
Deretter ble den skadelige effekten av glukose, urea, pepton, glyserin og andre organiske stoffer på nitrifiserende bakterier gjentatte ganger bevist, men eksperimenter stopper ikke.
Betydningen av nitrifisering av bakterier forjord
Inntil nylig ble det antatt at nitrifikatorer har en gunstig effekt på jorda, og øker fruktbarheten ved å bryte ned ammonium til nitrater. Sistnevnte blir ikke bare godt absorbert av planter, men øker også i seg selv løseligheten til visse mineraler.
De siste årene har imidlertid vitenskapelige synspunkter endret seg. Den negative effekten av de beskrevne mikroorganismene på jordens fruktbarhet ble avslørt. Nitrifiserende bakterier, danner nitrater, forsurer miljøet, noe som ikke alltid er positivt, og provoserer også metningen av jord med ammoniumioner i større grad enn nitrater. Dessuten har nitrater evnen til å reduseres til N2 (under denitrifikasjon), noe som igjen fører til nedbryting av nitrogen i jorda.
Hva er faren ved å nitrifisere bakterier?
Noen stammer av nitrobakterier i nærvær av et organisk substrat kan oksidere ammonium og danne hydroksylamin, og deretter nitritter og nitrater. Også, som et resultat av slike reaksjoner, kan hydroksamsyrer oppstå. Dessuten utfører en rekke bakterier prosessen med nitrifisering av forskjellige forbindelser som inneholder nitrogen (oksimer, aminer, amider, hydroksamater og andre nitroforbindelser).
Omfanget av heterotrofisk nitrifikasjon under visse forhold kan ikke bare være enormt, men også svært skadelig. Faren ligger i det faktum at det i løpet av slike transformasjoner oppstår dannelse av giftige stoffer, mutagener og kreftfremkallende stoffer. Derfor er forskere tettjobber med å studere dette emnet.
Biologisk filter som alltid er tilgjengelig
Nitrifiserende bakterier er ikke et abstrakt begrep, men en veldig vanlig livsform. Dessuten brukes de ofte av mennesker.
Disse bakteriene er for eksempel en del av de biologiske filtrene for akvarier. Denne typen rengjøring er rimeligere og ikke så arbeidskrevende som mekanisk rengjøring, men samtidig krever den overholdelse av visse betingelser for å sikre vekst og vital aktivitet til nitrifiserende bakterier.
Det mest gunstige mikroklimaet for dem er omgivelsestemperaturen (i dette tilfellet vann) i størrelsesorden 25-26 grader Celsius, konstant tilførsel av oksygen og tilstedeværelsen av vannplanter.
Nitrifiserende bakterier i landbruket
For å øke avlingene bruker bøndene forskjellige gjødsel som inneholder nitrifiserende bakterier.
Ernæring av jorda i dette tilfellet leveres av nitrobakterier og azotobakterier. Disse bakteriene trekker ut de nødvendige stoffene fra jord og vann, som danner en tilstrekkelig stor mengde energi under oksidasjonsprosessen. Dette er den såk alte kjemosynteseprosessen, når den mottatte energien brukes til å danne komplekse molekyler av organisk opprinnelse fra karbondioksid og vann.
Disse mikroorganismene krever ikke næringsstoffer fra miljøet – de kan produsere dem selv. Så, hvis grønne planter, som også er autotrofer, trengersollys, da er det ikke nødvendig for nitrifisering av bakterier.
Selvrensende jord
Jord er et ideelt substrat for vekst og reproduksjon av ikke bare planter, men også mange levende organismer. Derfor er dens normale tilstand og balanserte sammensetning ekstremt viktig.
Det skal huskes at nitrifiserende bakterier også sørger for biologisk rensing av jorda. De, som er i jord, reservoarer eller humus, omdanner ammoniakk, som frigjøres av andre mikroorganismer og avfallsorganiske materialer, til nitrater (for å være mer presis, til s alter av salpetersyre). Hele prosessen består av to trinn:
- Oksidasjon av ammoniakk til nitritt.
- Oksidasjon av nitritt til nitrat.
Samtidig leveres hvert trinn av separate typer mikroorganismer.
Den såk alte onde sirkelen
Sirkulasjon av energi og opprettholdelse av liv på jorden er mulig på grunn av overholdelse av visse lover for eksistensen av alle levende ting. Ved første øyekast er det vanskelig å forstå hva som står på spill, men faktisk er alt ganske enkelt.
La oss forestille oss følgende bilde fra en skolebok:
- Uorganiske stoffer bearbeides av mikroorganismer og skaper dermed gunstige forhold i jorda for vekst og næring av planter.
- De er på sin side en uunnværlig energikilde for de fleste planteetere.
- Den neste kjeden i dette livsleddet er rovdyr, energien som er,deres planteetende kolleger.
- Folk er kjent for å være apex-rovdyr, noe som betyr at vi kan hente energi fra både planteverdenen og dyreverdenen.
- Og allerede gjenstår vårt eget liv, så vel som disse plantene og dyrene, som et næringssubstrat for mikroorganismer.
Dermed oppnås en ond sirkel som kontinuerlig fungerer og gir liv til alt liv på jorden. Når du kjenner disse prinsippene, er det ikke vanskelig å forestille seg hvor mangefasettert og faktisk grenseløs kraften i naturen og alle levende ting.
Konklusjon
I denne artikkelen prøvde vi å svare på spørsmålet om hva nitrifiserende bakterier er i biologien. Som du kan se, til tross for de ugjendrivelige bevisene på den vitale aktiviteten, funksjonen og påvirkningen til disse mikroorganismene, er det fortsatt mange kontroversielle spørsmål som krever ytterligere eksperimentell forskning.
Nitrifiserende bakterier er klassifisert som kjemotrofer. Ulike mineraler tjener som en energikilde for dem. Til tross for deres mikroskopiske størrelse, har disse levende organismene en enorm innvirkning på verden rundt dem.
Som du vet, kan ikke kjemotrofer absorbere organiske forbindelser som er i underlaget (jord eller vann). Tvert imot produserer de byggematerialet for å skape en levende og fungerende celle.
