Volgens die tipe voeding word alle bekende lewende organismes in twee groot tipes verdeel: hetero- en outotrofe. 'n Kenmerkende kenmerk van laasgenoemde is hul vermoë om onafhanklik nuwe elemente uit koolstofdioksied en ander anorganiese stowwe te bou.
Die bronne van energie wat hul lewensbelangrike aktiwiteit ondersteun, bepaal hul verdeling in fotoaftotrofe (die bron is lig) en chemo-outotrofe (die bron is minerale). En afhangende van die naam van die substraat wat deur chemooutortofiete geoksideer word, word hulle verdeel in waterstof en nitrifiserende bakterieë, sowel as swael- en ysterbakterieë.
Hierdie artikel sal gewy word aan die mees algemene groep onder hulle - nitrifiserende bakterieë.
Ontdekkinggeskiedenis
Selfs in die middel van die 19de eeu het Duitse wetenskaplikes bewys dat die proses van nitrifikasie biologies is. Empiries het hulle getoon dat wanneer chloroform by rioolwater gevoeg is, die oksidasie van ammoniak opgehou het. Maar om te verduidelik hoekom dit gebeur, doen hulle niekon.
Dit is 'n paar jaar later deur die Russiese wetenskaplike Vinogradsky gedoen. Hy het twee groepe bakterieë geïdentifiseer wat geleidelik aan die nitrifikasieproses deelgeneem het. So het een groep die oksidasie van ammonium tot salpetersuur verseker, en die tweede groep bakterieë was verantwoordelik vir die omskakeling daarvan in salpetersuur. Alle nitrifiserende bakterieë wat by hierdie proses betrokke is, is Gram-negatief.
Kenmerke van die oksidasieproses
Die proses van nitrietvorming deur ammoniumoksidasie het verskeie stadiums, waartydens stikstofbevattende verbindings met verskillende grade van oksidasie van die NH-groep gevorm word.
Die eerste produk van ammoniumoksidasie is hidroksielamien. Heel waarskynlik word dit gevorm as gevolg van die insluiting van molekulêre suurstof in die NH4-groep, hoewel hierdie proses nie finaal bewys is nie en debatteerbaar bly.
Volgende word hidroksielamien na nitriet omgeskakel. Vermoedelik word die proses uitgevoer deur die vorming van NOH (hiponitriet) met die vrystelling van stikstofoksied. In hierdie geval beskou wetenskaplikes die produksie van stikstofoksied as net 'n neweproduk van die sintese, as gevolg van die vermindering van nitriet.
Benewens die produksie van chemiese elemente, word 'n groot hoeveelheid energie tydens denitrifikasie vrygestel. Soortgelyk aan wat in heterotrofiese aërobiese organismes gebeur, word die sintese van ATP-molekules in hierdie geval met redoksprosesse geassosieer, as gevolg waarvan elektrone na suurstof oorgedra word.
Wanneer nitriet geoksideer word, speel die proses van omgekeerde vervoer 'n belangrike rolelektrone. Die insluiting van sy elektrone in die ketting vind direk in die sitochrome (C-tipe en/of A-tipe) plaas en dit verg 'n redelike groot hoeveelheid energie. Gevolglik word chemo-outotrofiese nitrifiserende bakterieë ten volle voorsien van die nodige energiereserwe, wat gebruik word vir die prosesse om koolstofdioksied op te bou en te assimileer.
Tipes nitrifiserende bakterieë
Vier genera nitrobakterieë neem deel aan die eerste fase van nitrifikasie:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Terloops, jy kan nitrifiserende bakterieë in die voorgestelde beeld sien (foto onder 'n mikroskoop).
Eksperimenteel, onder hulle is dit nogal moeilik, en dikwels heeltemal onmoontlik om een van die kulture uit te sonder, so hul oorweging is oorwegend kompleks. Al die gelyste mikroörganismes is tot 2-2,5 mikron groot en is oorwegend ovaal of rond van vorm (met die uitsondering van nitrospira, wat die vorm van 'n stok het). Hulle is in staat tot binêre splitsing en gerigte beweging as gevolg van flagella.
Die tweede fase van nitrifikasie neem deel:
- genus Nitrobacter;
- nitrospin-tipe;
- nitrokokus.
Die mees bestudeerde bakterieë van die genus Nitrbacter, vernoem na sy ontdekker Vinogradsky. Hierdie nitrifiserende bakterieë het peervormige selle, vermeerder deur bot, met die vorming van 'n mobiele (as gevolg van die flagellum) dogtersel.
Struktuur van bakterieë
Die bestudeerde nitrifiserende bakterieë het 'n soortgelyke sellulêre struktuur as ander gram-negatiewe mikroörganismes. Sommige van hulle het 'n redelik ontwikkelde stelsel van interne membrane wat 'n stapel in die middel van die sel vorm, terwyl hulle in ander meer aan die omtrek geleë is of 'n struktuur in die vorm van 'n koppie vorm, wat uit verskeie blare bestaan. Dit is blykbaar met hierdie formasies dat ensieme geassosieer word wat betrokke is by die proses van oksidasie van spesifieke substrate deur nitrifiseerders.
Nitrifiserende bakterieë voedseltipe
Nitrobakterieë is verpligte outotrofe, aangesien hulle nie eksogene organiese stowwe kan gebruik nie. Die vermoë van sommige stamme nitrifiserende bakterieë om sommige organiese verbindings te gebruik, is egter eksperimenteel getoon.
Daar is gevind dat die substraat wat gisoutolisate, serien en glutamaat in lae konsentrasies bevat, die groei van nitrobakterieë gestimuleer het. Dit vind plaas in die teenwoordigheid van nitriet en in die afwesigheid daarvan in die voedingsmedium, hoewel die proses baie stadiger is. Omgekeerd, in die teenwoordigheid van nitriet, word die oksidasie van asetaat onderdruk, maar die inkorporering van sy koolstof in proteïene, verskeie aminosure en ander sellulêre komponente neem aansienlik toe.
As gevolg van veelvuldige eksperimente is data verkry dat nitrifiserende bakterieë steeds na heterotrofiese voeding kan oorskakel, maar hoe produktief en vir hoe lank hulle in sulke toestande kan bestaan, moet nog gesien word. Solank die data voldoende isinkonsekwent om finale gevolgtrekkings oor hierdie saak te maak.
Habitat en belangrikheid van nitrifiserende bakterieë
Nitrifiserende bakterieë is chemo-outotrofe en kom wydverspreid in die natuur voor. Hulle word oral aangetref: in die grond, verskillende substrate, sowel as waterliggame. Die proses van hul lewensbelangrike aktiwiteit lewer 'n groot bydrae tot die algehele stikstofsiklus in die natuur en kan in werklikheid groot afmetings bereik.
Byvoorbeeld, so 'n mikro-organisme soos nitrocystis oceanus, geïsoleer van die Atlantiese Oseaan, behoort aan verpligte halofiele. Dit kan slegs bestaan in seewater of substrate wat dit bevat. Vir sulke mikroörganismes is nie net die habitat belangrik nie, maar ook sulke konstantes soos pH en temperatuur.
Alle bekende nitrifiserende bakterieë word as verpligte aërobe geklassifiseer. Hulle het suurstof nodig om ammonium tot salpetersuur te oksideer en salpetersuur na salpetersuur.
Habitattoestande
Nog 'n belangrike punt wat wetenskaplikes geïdentifiseer het, is dat die plek waar nitrifiserende bakterieë leef nie organiese materiaal moet bevat nie. Die teorie is voorgehou dat hierdie mikroörganismes in beginsel nie organiese verbindings van buite kan gebruik nie. Hulle is selfs verpligte outotrofe genoem.
Daarna is die nadelige effek van glukose, ureum, peptoon, gliserien en ander organiese stowwe op nitrifiserende bakterieë herhaaldelik bewys, maar eksperimente hou nie op nie.
Die belangrikheid van nitrifiserende bakterieë virgrond
Tot onlangs was daar geglo dat nitrifiseerders 'n voordelige uitwerking op die grond het, wat die vrugbaarheid daarvan verhoog deur ammonium tot nitrate af te breek. Laasgenoemde word nie net goed deur plante opgeneem nie, maar verhoog ook op sigself die oplosbaarheid van sekere minerale.
In onlangse jare het wetenskaplike sienings egter verander. Die negatiewe effek van die beskryfde mikroörganismes op grondvrugbaarheid is aan die lig gebring. Nitrifiserende bakterieë, die vorming van nitrate, versuur die omgewing, wat nie altyd 'n positiewe ding is nie, en ontlok ook die versadiging van grond met ammoniumione in 'n groter mate as nitrate. Boonop het nitrate die vermoë om tot N2 (tydens denitrifikasie) gereduseer te word, wat weer lei tot gronduitputting in stikstof.
Wat is die gevaar van nitrifiserende bakterieë?
Sommige stamme van nitrobakterieë in die teenwoordigheid van 'n organiese substraat kan ammonium oksideer, wat hidroksielamien vorm, en daarna nitriete en nitrate. Ook, as gevolg van sulke reaksies, kan hidroksamiensure voorkom. Boonop voer 'n aantal bakterieë die proses uit van nitrifikasie van verskeie verbindings wat stikstof bevat (oksieme, amiene, amiede, hidroksamate en ander nitroverbindings).
Die skaal van heterotrofiese nitrifikasie onder sekere toestande kan nie net groot nie, maar ook baie nadelig wees. Die gevaar lê in die feit dat in die loop van sulke transformasies die vorming van giftige stowwe, mutagene en karsinogene plaasvind. Daarom, wetenskaplikes is nouwerk daaraan om hierdie onderwerp te bestudeer.
Biologiese filter wat altyd byderhand is
Nitrifiserende bakterieë is nie 'n abstrakte konsep nie, maar 'n baie algemene vorm van lewe. Boonop word hulle dikwels deur mense gebruik.
Byvoorbeeld, hierdie bakterieë is deel van die biologiese filters vir akwariums. Hierdie tipe skoonmaak is goedkoper en nie so moeisaam soos meganiese skoonmaak nie, maar dit vereis terselfdertyd voldoening aan sekere voorwaardes om die groei en lewensbelangrike aktiwiteit van nitrifiserende bakterieë te verseker.
Die gunstigste mikroklimaat vir hulle is die omgewingstemperatuur (in hierdie geval water) van die orde van 25-26 grade Celsius, 'n konstante toevoer van suurstof en die teenwoordigheid van waterplante.
Nitrifiserende bakterieë in die landbou
Om opbrengste te verhoog, gebruik boere verskeie kunsmisstowwe wat nitrifiserende bakterieë bevat.
Voeding van die grond word in hierdie geval deur nitrobakterieë en azotobakterieë verskaf. Hierdie bakterieë onttrek die nodige stowwe uit die grond en water, wat 'n voldoende groot hoeveelheid energie tydens die oksidasieproses vorm. Dit is die sogenaamde chemosintese-proses, wanneer die energie wat ontvang word, gebruik word om komplekse molekules van organiese oorsprong uit koolstofdioksied en water te vorm.
Hierdie mikro-organismes benodig nie voedingstowwe uit hul omgewing nie – hulle kan dit self produseer. Dus, as groen plante, wat ook outotrofe is, nodig hetsonlig, dan is dit nie nodig vir nitrifiserende bakterieë nie.
Selfreinigende grond
Grond is 'n ideale substraat vir die groei en voortplanting van nie net plante nie, maar ook baie lewende organismes. Daarom is sy normale toestand en gebalanseerde samestelling uiters belangrik.
Daar moet onthou word dat nitrifiserende bakterieë ook biologiese skoonmaak van die grond verskaf. Hulle, wat in die grond, reservoirs of humus is, omskep ammoniak, wat deur ander mikroörganismes en afvalorganiese materiaal vrygestel word, in nitrate (om meer presies te wees, in soute van salpetersuur). Die hele proses bestaan uit twee stappe:
- Oksidasie van ammoniak na nitriet.
- oksidasie van nitriet na nitraat.
Terselfdertyd word elke stadium deur afsonderlike tipes mikroörganismes verskaf.
Die sogenaamde bose kringloop
Die sirkulasie van energie en die instandhouding van lewe op Aarde is moontlik as gevolg van die nakoming van sekere wette van die bestaan van alle lewende dinge. Met die eerste oogopslag is dit moeilik om te verstaan wat op die spel is, maar eintlik is alles redelik eenvoudig.
Kom ons stel ons die volgende prent uit 'n skoolhandboek voor:
- Anorganiese stowwe word deur mikroörganismes verwerk en skep dus gunstige toestande in die grond vir die groei en voeding van plante.
- Hulle is op hul beurt 'n onontbeerlike bron van energie vir die meeste herbivore.
- Die volgende ketting van hierdie lewensskakel is roofdiere, die energie waarvoor is,onderskeidelik hul herbivore eweknieë.
- Dit is bekend dat mense top-roofdiere is, wat beteken dat ons energie uit beide die plantwêreld en die dierewêreld kan kry.
- En reeds dien ons eie lewe, sowel as daardie einste plante en diere, as 'n voedingssubstraat vir mikroörganismes.
So word 'n bose kringloop verkry wat voortdurend funksioneer en lewe verskaf aan alle lewe op Aarde. Deur hierdie beginsels te ken, is dit nie moeilik om jou voor te stel hoe veelsydig en eintlik onbeperk die krag van die natuur en alle lewende dinge is nie.
Gevolgtrekking
In hierdie artikel het ons probeer om die vraag te beantwoord oor wat nitrifiserende bakterieë in biologie is. Soos jy kan sien, ten spyte van die onweerlegbare bewyse van die lewensbelangrike aktiwiteit, funksionering en invloed van hierdie mikroörganismes, is daar steeds baie kontroversiële kwessies wat verdere eksperimentele navorsing verg.
Nitrifiserende bakterieë word as chemotrofe geklassifiseer. Verskeie minerale dien as 'n bron van energie vir hulle. Ten spyte van hul mikroskopiese grootte, het hierdie lewende organismes 'n groot impak op die wêreld om hulle.
Soos jy weet, kan chemotrofe nie organiese verbindings wat in die substraat (grond of water) is, absorbeer nie. Inteendeel, hulle vervaardig die boumateriaal vir die skep van 'n lewende en funksionerende sel.
