Нитрифицирующие бактэрыі. Значэнне нитрифицирующих бактэрый

Па тыпу харчавання ўсе вядомыя жывыя арганізмы дзеляцца на два вялікіх выгляду: гетэра - і автотрофы. Адметнай асаблівасцю апошніх з'яўляецца іх здольнасць да самастойнага пабудове новых элементаў з вуглекіслаты і іншых неарганічных рэчываў.

Крыніцы энергіі, якія падтрымліваюць іх жыццядзейнасць, абумоўліваюць іх дзяленне на фотоафтотрофы (крыніца – святло) і хемоавтотрофы (крыніца – мінеральныя рэчывы). А ў залежнасці ад назвы субстрата, які акісляюць хемоавтортофы, яны падзяляюцца на вадародныя і нитрифицирующие бактэрыі, а таксама на шэра - і железобактерии.

Дадзеная артыкул будзе прысвечана найбольш распаўсюджанай сярод іх групе – нитрофицирующим бактэрыям.

Гісторыя адкрыцця

Яшчэ ў сярэдзіне 19 стагоддзя нямецкімі навукоўцамі было даказана, што працэс нитрификации з'яўляецца біялагічным. Дасведчаным шляхам яны паказалі, што пры даданні да каналізацыйным водах хлараформу спынялася акісленне аміяку. Але растлумачыць, чаму так адбываецца, яны не змаглі.

Гэта ўдалося зрабіць некалькімі гадамі пазней рускаму навукоўцу Виноградскому. Ён вылучыў дзве групы бактэрый, якія паэтапна бралі ўдзел у працэсе нитрификации. Так, адна група забяспечвала акісленне амонія да азоцістай кіслаты, а ўжо другая група бактэрый адказвала за яе ператварэнне ў азотную. Усе задзейнічаныя ў гэтым працэсе нитрифицирующие бактэрыі з'яўляюцца грамотрицательными.

Асаблівасці працэсу акіслення

Працэс адукацыі нітрытаў шляхам акіслення амонія мае некалькі этапаў, у ходзе якіх утвараюцца азотазмяшчальныя злучэння з рознай ступенню окисленности групы NH.

Больш:

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам у нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органаў, тканін і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імп...

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Пры выбары сваёй будучай прафесіі не варта абапірацца на чые-то рэкамендацыі і парады, тым больш не трэба падпарадкоўвацца сваім бацькам, якія даволі часта вырашаюць без вас самастойна, куды паступіць пасля 11 класа. Варта задумацца, наколькі паспяхо...

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл прайшла доўгі шлях фарміравання ў ходзе эвалюцыйнага развіцця свету. Яна ўтварылася на месцы рудыментарных частак першаснай паражніны цела, якая ў вышэйшых жывёл была выцесненая целломом, або другаснай паражніной цела. У пра...

Першым прадуктам акіслення амонія з'яўляецца гидроксиламин. Верагодней за ўсё, ён утвараецца з-за ўключэння малекулярнага кіслароду ў групу NH₄, хоць канчаткова гэты працэс не даказаны і застаецца дискутабельным.

Далей гидроксиламин ператвараецца ў нітрыт. Як мяркуецца, працэс ажыццяўляецца праз адукацыю NOH (гипонитрита) з вылучэннем закісу азоту. У гэтым выпадку навукоўцы лічаць прадукцыю закісу азоту ўсяго толькі пабочным прадуктам сінтэзу, з-за аднаўлення нітрыту.

Акрамя прадукцыі хімічных элементаў, у ходзе денитрофикации выдзяляецца вялікая колькасць энергіі. Падобна да таго, што адбываецца ў аэробных гетеротрофных арганізмаў, у дадзеным выпадку сінтэз малекул АТФ звязаны з акісляльна-аднаўленчымі працэсамі, у выніку якіх на кісларод перадаюцца электроны.

Пры акісленні нітрыту вялікую ролю гуляе працэс зваротнага транспарту электронаў. Ўключэнне яго электронаў у ланцуг адбываецца непасрэдна ў цитохромах (З-тыпу і/ці А-тыпу), а для гэтага патрабуецца досыць вялікія выдаткі энергіі. Як вынік, хемоавтотрофные нитрифицирующие бактэрыі цалкам забяспечаны патрэбным запасам энергіі, якая выкарыстоўваецца для працэсаў пабудовы і засваення вуглекіслаты.

Віды нитрифицирующих бактэрый

У першай фазе нитрификации бяруць удзел чатыры роду нитробактерий:

• нитросомонас;
• нитроцистис;
• нитросолюбус;
• нитрососпира.

Кстати на прапанаваным малюнку вы можаце бачыць нитрифицирующие бактэрыі (фота пад мікраскопам).

Эксперыментальным шляхам сярод іх дастаткова складана, а часцяком і зусім немагчыма вылучыць адну з культур, таму іх разгляд пераважна комплекснае. Усе з пералічаных мікраарганізмаў маюць памер да 2-2,5 мкм і пераважна авальную або круглявую форму (за выключэннем нитроспиры, якія маюць выгляд палачкі). Яны здольныя да бінарнага дзялення і накіраванаму руху за кошт жгутиков.

Ва другой фазе нитрификации прымаюць удзел:

• род нитробактер;
• род нитроспина;
• нитрококус.

Найбольш вывучаны штам бактэрый роду нитрбактер, які мае назву ў гонар свайго першаадкрывальніка Виноградского. Гэтыя нитрифицирующие бактэрыі маюць грушападобную форму клетак, якія размнажаюцца адлучэннем, з адукацыяй рухомай (за кошт жгутика) даччынай клеткі.

Будынак бактэрый

Даследаваныя нитрифицируюшие бактэрыі маюць падобнае клеткавае будынак з іншымі грамотрицательными мікраарганізмамі. Некаторыя з іх маюць дастаткова развітую сістэму ўнутраных мембран, якія ўтвараюць чарку ў цэнтры клеткі, тады як у іншых яны размяшчаюцца больш па перыферыі або ўтвараюць структуру ў выглядзе чары, якая складаецца з некалькіх лісткоў. Па ўсёй бачнасці, менавіта з гэтымі ўтварэннямі звязаныя ферменты, якія ўдзельнічаюць у працэсе акіслення нитрификаторами спецыфічных субстратаў.

Тып харчавання нитрифицирующих бактэрый

Нитробактерии ставяцца да облигатным автотрофам, паколькі не здольныя выкарыстоўваць экзагенныя арганічныя рэчывы. Аднак эксперыментальным шляхам ўсё ж паказана здольнасць некаторых штамаў нитрифицирующих бактэрый выкарыстоўваць некаторыя арганічныя злучэння.

Было выяўлена, што субстрат, які змяшчае дражджавыя автолизаты, серин і глутамат у нізкіх канцэнтрацыях, стымулюючым чынам узьдзейнічаў на рост нитробактерий. Гэта адбываецца як пры наяўнасці нітрыту, так і пры яго адсутнасці ў пажыўнай асяроддзі, хоць працэс працякае значна павольней. І наадварот, пры наяўнасці нітрыту працэс акіслення ацэтатудушыцца, але значна павялічваецца ўключэнне яго вугляроду ў бялок, розныя амінакіслоты і іншыя клеткавыя кампаненты.

У выніку шматлікіх эксперыментаў былі атрыманы дадзеныя аб тым, што нитрифицирующие бактэрыі ўсё ж могуць перамыкацца на гетеротрофные харчаванне, але наколькі прадуктыўна і як доўга яны могуць існаваць у такіх умовах, яшчэ трэба будзе высветліць. Пакуль звесткі досыць супярэчлівыя, каб рабіць канчатковыя высновы па гэтай нагоды.

Асяроддзе пражывання і значэнне нитрифицирующих бактэрый

Нитрифицирующие бактэрыі ставяцца да хемоавтотрофам і маюць шырокае распаўсюджванне ў прыродзе. Яны сустракаюцца паўсюдна: у глебе, розных субстратах, а таксама вадаёмах. Працэс іх жыццядзейнасці ўносіць вялікі ўклад у агульны кругазварот азоту ў прыродзе і ў рэчаіснасці можа дасягаць велізарных маштабаў.

Напрыклад, такі мікраарганізм, як нитроцистис океанус, вылучаны з Атлантычнага акіяна, ставіцца да облигатным галофилам. Ён можа існаваць толькі ў марской вадзе або субстратах, якія змяшчаюць яе. Для такіх мікраарганізмаў важная не толькі асяроддзе пражывання, але і такія канстанты, як рН і тэмпература.

Усе вядомыя нитрифицирующие бактэрыі адносяць да облигатным аэробам. Для таго каб окислить амоній ў азоцістых кіслату, а азоцістых ў азотную кіслату, ім патрэбен кісларод.

Умовы пражывання

Яшчэ адным важным момантам, які выявілі навукоўцы, стала тое, што месца, дзе жывуць нитрифицирующие бактэрыі, не павінна ўтрымліваць арганічных рэчываў. Была вылучана тэорыя, што гэтыя мікраарганізмы ў прынцыпе не могуць выкарыстоўваць арганічныя злучэнні з па-за. Іх нават назвалі облигатными автотрофами.

У далейшым неаднаразова было даказана згубны ўплыў глюкозы, мачавіны, пептона, гліцэрыны і іншай арганікі на нитрифицирующие бактэрыі, але эксперыменты не спыняюцца.

Значэнне нитрифицирующих бактэрый для глебы

Да нядаўняга часу лічылася, што нитрификаторы спрыяльна ўплываюць на глебу, павялічваючы яе ўрадлівымі шляхам расшчаплення амонія да нітратаў. Апошнія не толькі добра абсарбуецца раслінамі, але і самі па сабе павышаюць растваральнасць некаторых мінеральных рэчываў.

Аднак, у апошнія гады навуковыя погляды перажываюць змены. Выяўлена адмоўнае дзеянне апісваных мікраарганізмаў на ўрадлівыя глебы. Нитрифицирующие бактэрыі, утвараючы нітраты, подкисляют сераду, што не заўсёды з'яўляецца станоўчым момантам, а таксама ў большай ступені правакуюць насычэнне глебай іёнаў амонія, чым нітратаў. Больш таго, нітраты маюць здольнасць аднаўляцца да N₂ (у працэсе денитрифакации), што ў сваю чаргу вядзе да збяднення глебы азотам.

У чым небяспека нитрифицирующих бактэрый?

Некаторыя штамы нитробактерий ў прысутнасці арганічнага субстрата могуць акісляць амоній, утвараючы гидроксиламин, а ў далейшым нітрыты і нітраты. Таксама ў выніку такіх рэакцый могуць узнікаць гидроксамовые кіслаты. Больш таго, шэраг бактэрый ажыццяўляе працэс нитрификации розных злучэнняў, у склад якіх уваходзіць азот (оксимы, аміны, амідаў, гидроксаматы і іншыя нитросоединения).

Маштабы гетеротрофной нитрификации пры пэўных умовах могуць быць не толькі вялікімі, але і вельмі згубнымі. Небяспека заключаецца ў тым, што ў ходзе такіх ператварэнняў адбываецца адукацыя таксічных рэчываў, мутагенным і канцерогенов. Таму навукоўцы пільна працуюць над вывучэннем дадзенай тэмы.

Біялагічны фільтр, які заўсёды пад рукой

Нитрифицирующие бактэрыі - гэта не абстрактнае паняцце, а вельмі распаўсюджаная форма жыцця. Больш таго, яны часта выкарыстоўваюцца чалавекам.

Напрыклад, у склад біялагічных фільтраў для акварыўмаў ўваходзяць менавіта гэтыя бактэрыі. Дадзены выгляд ачысткі менш затратны і не такі працаёмкі, як механічная ачыстка, але ў той жа час патрабуе захавання пэўных умоў, каб забяспечыць рост і жыццядзейнасць нитрифицирующим бактэрыям.

Найбольш спрыяльным мікракліматам для іх з'яўляецца тэмпература навакольнага асяроддзя (у дадзеным выпадку вады) каля 25-26 градусаў Цэльсія, пастаянны прыток кіслароду і наяўнасць водных раслін.

Нитрифицирующие бактэрыі ў сельскай гаспадарцы

Для таго каб павысіць ураджайнасць, аграрыі выкарыстоўваюць розныя ўгнаенні, якія змяшчаюць нитрифицирующие бактэрыі.

Харчаванне глебы ў такім выпадку забяспечваецца нитробактериями і азотобактериями. Гэтыя бактэрыі здабываюць з глебы і вады неабходныя рэчывы, якія ў працэсе акіслення ўтвараюць досыць вялікая колькасць энергіі. Гэта так званы працэс хемосинтеза, калі атрыманая энергія ідзе на адукацыю складаных малекул арганічнага паходжання з вуглякіслага газу і вады.

Для гэтых мікраарганізмаў не абавязкова паступленне пажыўных рэчываў з навакольнага іх асяроддзя - яны могуць прадукаваць іх самастойна. Так, калі зялёным раслінамі, якія таксама з'яўляюцца автотрофами, неабходны сонечнае святло, то для нитрифицирующих бактэрый ён не абавязковы.

Самаачысткі глебы

Глеба – гэта ідэальны субстрат для росту і размнажэння не толькі раслін, але і мноства жывых арганізмаў. Таму вельмі важнаяе нармальны стан і збалансаваны склад.

Варта памятаць, што біялагічную ачыстку глебы забяспечваюць у тым ліку і нитрифицирующие бактэрыі. Яны, знаходзячыся ў глебе, вадаёмах або перегное, ператвараюць аміяк, які вылучаюць іншыя мікраарганізмы і адыходныя арганічныя матэрыялы, у нітраты (калі быць больш дакладнымі, то ў солі азотнай кіслаты). Увесь працэс складаецца з двух этапаў:

1. Акісленне аміяку да нітрыту.
2. Акісленне нітрыту да нітрату.

Пры гэтым кожны этап забяспечваецца асобнымі відамі мікраарганізмаў.

Так званы замкнёнае кола

Кругазварот энергіі і падтрыманне жыцця на Зямлі магчыма дзякуючы захаванню пэўных заканамернасцяў існавання ўсяго жывога. На першы погляд цяжка зразумець, аб чым ідзе гаворка, але на самай справе ўсё досыць проста.

Давайце прадставім наступную карцінку з школьнага падручніка:

1. Неарганічныя рэчывы перапрацоўваюцца мікраарганізмамі і тым самым ствараюць спрыяльныя ўмовы ў глебе для росту і харчавання раслін.
2. Яны, у сваю чаргу, з'яўляюцца незаменным крыніцай энергіі для большасці траваедных жывёл.
3. Наступнай ланцужком гэтага жыццёвага звяна з'яўляюцца драпежнікі, энергіяй для якіх з'яўляюцца, адпаведна, іх траваедныя субраты.
4. Людзі, як вядома, ставяцца да вышэйшым драпежнікам, а гэта значыць, што мы можам атрымліваць энергію як ад расліннага свету, так і ад жывёлы.
5. А ўжо нашы ўласныя рэшткі жыццядзейнасці, а таксама тых самых раслін і жывёл, якія служаць пажыўным субстратам для мікраарганізмаў.

Такім чынам, атрымліваецца замкнёнае кола, бесперапынна функцыянуе і забяспечвае жыццё ўсяго жывога на Зямлі. Ведаючы гэтыя прынцыпы, не складана ўявіць, наколькі шматгранная і на самай справе бязмежная сіла прыроды і ўсяго жывога.

Заключэнне

У дадзенай артыкуле мы паспрабавалі даць адказ на пытанне, што такое нитрифицирующие бактэрыі ў біялогіі. Як бачыце, нягледзячы на неабвержныя доказы жыццядзейнасці, функцыянавання і ўплыву гэтых мікраарганізмаў, існуе яшчэ мноства спрэчных пытанняў, якія патрабуюць далейшых эксперыментальных даследаванняў.

Нитрифицирующие бактэрыі адносяць да хемотрофам. Крыніцай энергіі для іх служаць розныя мінеральныя рэчывы. Нягледзячы на свае мікраскапічныя памеры, гэтыя жывыя арганізмы аказваюць вялікі ўплыў на навакольны іх свет.

Як вядома, хемотрофы не могуць засвойваць арганічныя злучэнні, якія знаходзяцца ў субстраце (глебавым ці водным). Яны, наадварот, прадукуюць будаўнічы матэрыял для стварэння жывы і функцыянуе клеткі.