Բակտերիաների նիտրոնացում: Բակտերիաների նիտրտման կարեւորությունը

Սննդի տեսակի համաձայն, բոլոր հայտնի կենդանի օրգանիզմները բաժանված են երկու խոշոր տեսակների `հեթերո- եւ autotrophs: Վերջինիս առանձնահատկությունն այն է, որ նրանք կարող են ինքնուրույն կառուցել նոր տարրեր ածխաթթու գազի եւ այլ անօրգանական նյութերից:

Էներգիայի աղբյուրները, որոնք պաշտպանում են իրենց կենսական գործունեությունը, իրենց բաժանում են ֆոտոֆոտոֆֆս (աղբյուր-լույս) եւ chemoautotrophs (աղբյուր-հանքային նյութեր): Եվ, կախված submonium- ի անունից, որը chemoauthortopaths- ի օքսիդացնում է, դրանք բաժանվում են ջրածնի եւ նիտրոնացնող բակտերիաների, ինչպես նաեւ ծծմբի եւ երկաթի բակտերիաների:

Այս հոդվածը նվիրված կլինի ամենատարածված խմբին `nitrosating բակտերիաների:

Բացահայտման պատմությունը

19-րդ դարի կեսերին գերմանացի գիտնականները ապացուցեցին, որ նիտրիֆիկացման գործընթացը կենսաբանական է: Փորձարարաբար նրանք ցույց տվեցին, որ քլորոֆորմը կեղտաջրերի ջրի ավելացումը դադարեցրեց ամոնիակի օքսիդացումը: Բայց նրանք չէին կարողանում բացատրել, թե ինչու դա տեղի է ունենում:

Դա մի քանի տարի անց ավարտվեց ռուս գիտնական Վինոգրսկու կողմից: Նա առանձնացրեց երկու խմբերի մանրէներ, որոնք աստիճանաբար մասնակցեցին նիտրիֆիկացման գործընթացին: Այսպիսով, մի խումբ ապահովեց ամոնիումի օքսիդացում ազոտի թթու, իսկ երկրորդ խմբի բակտերիան պատասխանատու էր ազոտաթթվի փոխակերպման համար: Այս գործընթացում ներգրավված բոլոր նիտրուֆային բակտերիաները գրամ բացասական են:

Օքսիդացման գործընթացի առանձնահատկությունները

Ամոնիումի օքսիդացման միջոցով նիտրիտի ձեւավորման գործընթացը մի քանի փուլ է, որի ընթացքում ձեւավորվում են ազոտի պարունակող միացություններ, որոնք տարբեր աստիճանի օքսիդացմամբ են ձեւավորվում NH խմբի մեջ:

Ամոնիումի օքսիդացման առաջին արտադրանքը հիդրեքսամինն է: Ամենայն հավանականությամբ, այն ձեւավորվում է NH4 խմբի մոլեկուլային թթվածնի ներգրավման շնորհիվ, թեեւ այս գործընթացը վերջնականապես չի հաստատվել եւ շարունակում է մնալ հակասական:

Հետագայում հիդրիդիլամինը փոխակերպվում է նիտրիտի: Ենթադրվում է, որ գործընթացը իրականացվում է NOH- ի (հիպոնիտրիտ) ձեւավորման միջոցով `ազոտային օքսիդի ազատագրմամբ: Այս դեպքում գիտնականները համարում են ազոտային օքսիդի արտադրությունը որպես նիտրտի նվազման շնորհիվ սինթեզի միայն մի ապրանք:

Բացի քիմիական տարրերի արտադրությունից, denitrofication- ի ընթացքում մեծ քանակությամբ էներգիա է արձակվում: Նմանապես, երբ տեղի է ունենում heterotrophic aerobic օրգանիզմների, այս դեպքում ATP մոլեկուլների սինթեզը կապված է օքսիդացման նվազեցման գործընթացների հետ, որի արդյունքում էլեկտրոնները փոխանցվում են թթվածին:

Նիտրիտի օքսիդացման ժամանակ կարեւոր դեր է խաղում հակադարձ էլեկտրոն տրանսպորտի գործընթացը: Ցանցում իր էլեկտրոնների ներգրավումը ուղղակիորեն տեղի է ունենում ցիտոքրոմներում (C-type եւ / կամ A-տիպ), եւ դա պահանջում է բավականին մեծ էներգիայի ծախս: Արդյունքում, քիմաոուտատրոֆիկ նիտրուֆինգային բակտերիաները լիովին ապահովված են անհրաժեշտ էներգիայի պաշարով, որն օգտագործվում է ածխածնի երկօքսիդի կառուցման եւ յուրացման գործընթացների համար:

Nitrifying բակտերիաների տեսակները

Nitrification- ի առաջին փուլում մասնակցում են չորս տեսակ nitrobacteria:

• Nitrosomonas;
• Nitrocystis;
• Nitrosolus;
• Nitrospira.

Ի դեպ, առաջարկվող պատկերով դուք կարող եք տեսնել nitrifying բակտերիաներ (լուսանկար `մանրադիտակի տակ):

Դրանց միջեւ փորձարարական ճանապարհը բավականին բարդ է, եւ հաճախ կարելի է առանձնացնել բերքահավաքներից մեկին, հետեւաբար դրանց քննությունը հիմնականում բարդ է: Բոլոր այս միկրոօրգանիզմները ունեն 2-2.5 մկմ չափի եւ հիմնականում օվալաձեւ կամ կլորացված են (բացառությամբ նիտրոսպիրների, որոնք ունեն փայտի տեսք): Նրանք ի վիճակի են երկուական բաժանման եւ ուղղորդված շարժման պատճառով flagella.

Նիտրատման երկրորդ փուլը ներառում է.

• Nitrobacter- ի սեռ.
• Նիտրոզոինի տեսակ:
• Nitrococus.

Nitrubacter- ի սեռի բակտերիաների առավել ուսումնասիրված լարվածությունը `իր հայտնագործող Վինոգրսկու անունով: Այս nitrifying բակտերիաները ունեն տանձի նման բջիջների ձեւ, բազմապատկելով budding, ինչպես նաեւ բջջային (դիպլոմավորված) դուստր բջիջների ձեւավորման միջոցով:

Բակտերիաների կառուցվածքը

Նատրոֆիզացված բակտերիաները ունեն նմանատիպ բջջային կառուցվածք, այլ Գրամի բացասական միկրոօրգանիզմների հետ: Նրանցից ոմանք ունեն բավականաչափ զարգացած ներքին թաղանթների համակարգ, որը բջիջների կենտրոնում կազմ է հավաքում, մինչդեռ մյուսներից նրանք ավելի շատ են գտնվում շրջակա միջավայրում կամ ձեւավորում են մի կառույց, որը բաղկացած է մի քանի թերթերից: Ակնհայտ է, որ այդ ձեւավորումների հետ կապված է, որ զուգորդվում են ֆերմենտները, որոնք ներգրավված են nitrifiers- ի կողմից հատուկ ենթածանների օքսիդացման գործընթացում:

Nitrifying բակտերիաների կերակրման տեսակը

Nitrobacteria պատկանում են պարտադիր autotrophs, քանի որ նրանք չեն կարող օգտագործել էկզոտիկ օրգանական նյութեր: Այնուամենայնիվ, որոշակի օրգանական միացությունների օգտագործման համար նիտրուֆային բակտերիաների որոշ շտամների կարողությունը փորձարկվել է:

Հայտնաբերվել է, որ ցածր կոնցենտրացիաներում խմորիչ ինքնաշարժի, սարինենի եւ գլյուտամատ պարունակող մի նյութ, խթանում է նիտրոբիոլոգիայի աճը: Սա տեղի է ունենում ինչպես նիտրիտի, այնպես էլ բացակայության պայմաններում, սննդային միջավայրում, թեեւ գործընթացը շատ ավելի դանդաղ է ընթանում: Հակառակը, նիտրիտի առկայության դեպքում ացետատի օքսիդացումը ճնշված է, սակայն զգալիորեն ավելանում է նրա ածխածնի սպիտակուցի, տարբեր ամինաթթուների եւ բջջային այլ բաղադրիչների ներգրավումը:

Բազմաթիվ փորձերի արդյունքում ստացվում է, որ նիտրուֆային բակտերիաները կարող են միանգամից անցնել հերերոտրոֆիկ սնուցման, սակայն ինչպես են այն արդյունավետ եւ որքան երկար կարող են գոյություն ունենալ նման պայմաններում: Թեեւ տվյալները բավարար չափով հակասում են այս հարցի վերաբերյալ վերջնական եզրակացություններ անելուն:

Habitat- ը եւ մանրէների նիտրոֆիզմը

Nitrifying բակտերիաները պատկանում են chemoautotrophs եւ լայնորեն տարածվում են բնության մեջ: Դրանք հայտնաբերվում են ամենուրեք `հողում, տարբեր սուբստրատներում, ինչպես նաեւ ջրամբարներում: Իրենց կենսագործունեության գործընթացը զգալիորեն նպաստում է բնության ընդհանուր ազոտի ցիկլին եւ կարող է հասնել հսկայական համամասնությունների:

Օրինակ, միկրոօրգանիզմը, ինչպես օրինակ Ատլանտյան օվկիանոսից մեկուսացած ազոտիստիստական օվկիանոսները, վերաբերում են հալոֆիլներին: Այն կարող է գոյություն ունենալ միայն ծովային հովտում կամ այն պարունակող նյութերով: Նմանօրինակ միկրոօրգանիզմների համար ոչ միայն կենսաբազմազանությունը կարեւոր է, այլեւ կայուն, ինչպես pH եւ ջերմաստիճան:

Բոլոր հայտնի nitrifying բակտերիաները դասվում են որպես պարտադիր aerobes. Ամոնիումի ազոտաթթուին օքսիդացնելը եւ ազոտաթթուին ազոտաթթուին, նրանք թթվածին են պետք:

Հաբիթաթի պայմանները

Մեկ այլ կարեւոր կետ, որը գիտնականները հայտնաբերել են, այն է, որ այն վայրը, որտեղ նիտրյուբինգ բակտերիաները ապրում են, չպետք է պարունակեն օրգանական նյութեր: Մի տեսություն է առաջացել, որ այդ միկրոօրգանիզմները սկզբունքորեն չեն կարող օգտագործել օրգանական միացություններ դրսից: Նրանք նույնիսկ անվանում էին պարտադիր autotrophs:

Հետագայում բազմիցս ապացուցված է մթնոլորտային բակտերիաների վրա գլյուկոզի, քերծության, պեպտոնի, գլիցերինի եւ այլ օրգանիզմի վնասակար ազդեցությունները, սակայն փորձերը չեն դադարում:

Հողի համար մանրէազերծելու մանրէների կարեւորությունը

Մինչեւ վերջերս, ենթադրվում էր, որ nitrifiers նպաստում են հողի վրա, բարձրացնելով պտղաբերությունը ամոնիումի նիտրատներին բաժանելով: Վերջինս ոչ միայն լավ կլանված է բույսերի կողմից, այլեւ ինքնուրույն որոշակի օգտակար հանածոների լուծելիության բարձրացում:

Սակայն վերջին տարիներին գիտական տեսակետները փոփոխություններ են կրել: Բացահայտվել է հողի բերրիության վրա նկարագրված միկրոօրգանիզմների բացասական ազդեցությունը: Բակտերիաների նիտրացիան, ձեւավորելով նիտրատները, սերմանում է շրջակա միջավայրը, որը միշտ չէ, որ դրական պահ է, եւ ավելի մեծ չափով հորդորում է հողի հագեցումը ամոնիումի իոններով, քան նիտրատները: Ավելին, նիտրատները կարող են կրճատվել մինչեւ N ₂ (denitrification ընթացքում), ինչը, իր հերթին, հանգեցնում է հողի սպառումը ազոտի հետ:

Ինչ է վտանգավոր նիտրտացող բակտերիաների վտանգը:

Որոշ նատրոբերմերի շտամներ, օրգանական նյութերի առկայությամբ, կարող են օքսիդացնել ամոնիում, ձեւավորելով հիդրեքսամին, եւ հետագայում `նիտրիտներ եւ նիտրատներ: Բացի այդ, նման ռեակցիաների արդյունքում կարող է առաջանալ հիդրոքսամային թթուներ: Ավելին, մի շարք բակտերիաներ կատարում են ազոտի (oximes, amines, amides, hydroxamates եւ այլ nitro միացություններ) պարունակող տարբեր միացությունների նիտրիֆիկացման գործընթացը:

Որոշ պայմաններում հեկտրոտրոնային նիտրատման մասշտաբը կարող է լինել ոչ միայն հսկայական, այլեւ շատ վնասակար: Վտանգն այն է, որ նման վերափոխումների ժամանակ տեղի է ունենում թունավոր նյութերի, mutagens եւ carcinogens ձեւավորումը: Ուստի գիտնականները սերտորեն աշխատում են այս թեմայի ուսումնասիրության վրա:

Կենսաբանական ֆիլտրը, որը միշտ ձեռքին է

Nitrifying բակտերիաները ոչ թե վերացական հասկացություն են, այլ կյանքի շատ տարածված ձեւ: Ավելին, դրանք հաճախ օգտագործվում են մարդու կողմից:

Օրինակ, ակվարիումի կենսաբանական ֆիլտրերում հենց այս բակտերիաները են: Այս տեսակի մաքրումը ավելի թանկ է եւ ոչ թե որպես սպառող, որպես մեխանիկական մաքրում, բայց միեւնույն ժամանակ պահանջում է որոշակի պայմաններ, որպեսզի ապահովեն մթնոլորտային բորբոքումների մթնոլորտի աճը եւ կենսագործունեությունը:

Նրանց համար առավել բարենպաստ միկլիկատիվը շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը (այս դեպքում ջուրը) 25-26 աստիճան ցելսիուսի կարգի, թթվածնի անընդհատ մատակարարում եւ ջրային բույսերի առկայություն:

Գյուղատնտեսության մեջ ցիտրուսային բակտերիաներ

Ֆերմերները եկամտահարկի բարձրացման համար օգտագործում են ազոտման բակտերիաներ պարունակող տարբեր պարարտանյութեր:

Այս դեպքում հողի սնունդը տրամադրվում է nitrobacteria եւ azotobacteria: Այս բակտերիաները արտացոլում են հողի եւ ջրի անհրաժեշտ նյութերը, որոնք օքսիդացման ընթացքում բավականաչափ մեծ էներգիա են կազմում: Սա քիմմոսինթեզի այսպես կոչված գործընթացն է, երբ ստացված էներգիան գնում է ածխածնի երկօքսիդի եւ ջրի օրգանական ծագման բարդ մոլեկուլների ձեւավորմանը:

Այս միկրոօրգանիզմների համար, անպայման, իրենց շրջակա միջավայրի սննդանյութերի մատակարարումը, նրանք կարող են դրանք արտադրել: Այսպիսով, եթե կանաչ բույսերը, որոնք նույնպես autotrophs, պետք է արեւի լույս, ապա Nitrifying բակտերիաների համար դա անհրաժեշտ չէ:

Հողի մաքրում

Հողը իդեալական նյութ է ոչ միայն բույսերի աճի եւ վերարտադրության, այլեւ բազմաթիվ կենդանի օրգանիզմների համար: Հետեւաբար, նրա նորմալ վիճակն ու հավասարակշռված կազմը չափազանց կարեւոր են:

Պետք է հիշել, որ հողի կենսաբանական մաքրումը ապահովված է, ի թիվս այլ բաների, ըստ nitrifying բակտերիաների: Նրանք, հողում, ջրային մարմիններում կամ հումուսում, փոխում են ամոնիակները, որոնք գաղտնիացնում են այլ միկրոօրգանիզմները եւ թափոնների օրգանական նյութերը նիտրատների մեջ (ավելի ճշգրիտ, ազոտաթթուի աղի մեջ): Ամբողջ գործընթացը բաղկացած է երկու փուլից.

1. Ամոնիակի նիտրիտի օքսիդացում:
2. Նիտրիտի նիտրատի օքսիդացում:

Այս դեպքում յուրաքանչյուր փուլը տրամադրվում է միկրոօրգանիզմների առանձին տեսակների կողմից:

Այսպես կոչված արատավոր շրջան

Էներգիայի ցիկլը եւ Երկրի վրա կյանքի պահպանումը հնարավոր է բոլոր կենդանիների գոյության որոշակի օրինաչափությունների պահպանման շնորհիվ: Առաջին հայացքից դժվար է հասկանալ, թե ինչ է տեղի ունենում, բայց իրականում ամեն ինչ շատ պարզ է:

Եկեք պատկերացնենք դպրոցական դասագրից հետեւյալ պատկերը.

1. Անօրգանական նյութերը մշակվում են միկրոօրգանիզմներով եւ այդպիսով նպաստավոր պայմաններ ստեղծում հողում բույսերի աճի եւ սնուցման համար:
2. Նրանք, իր հերթին, շատ անտառատուփերի համար անփոխարինելի էներգիայի աղբյուր են:
3. Այս կենսական կապի հերթական շղթան այն գիշատիչներն են, որոնց էներգիան համապատասխանաբար, իրենց զավակներինն է:
4. Մարդիկ հայտնի են, որ պատկանում են բարձր գիշատիչներին, ինչը նշանակում է, որ մենք կարող ենք էներգիա ստանալ ինչպես բուսական աշխարհի, այնպես էլ կենդանուց:
5. Եվ արդեն մեր կենսական ակտիվության, ինչպես նաեւ բույսերի եւ կենդանիների մեր մնացորդները ծառայում են որպես միկրոօրգանիզմների սննդարար նյութ:

Այսպիսով, ստացվում է արատավոր շրջանակ, շարունակաբար գործելով եւ ապահովելով երկրի ողջ կյանքի կյանքը: Այս սկզբունքները իմանալը դժվար չէ պատկերացնել, թե որքան բազմազան եւ իրականում անսահմանափակ է բնության ուժը եւ բոլոր կենդանի բաները:

Եզրակացություն

Այս հոդվածում մենք փորձեցինք պատասխանել այն հարցին, թե ինչ ցիտրուսային բակտերիաներ են գտնվում կենսաբանության մեջ: Ինչպես տեսնում եք, չնայած այս միկրոօրգանիզմների կենսագործունեության, գործելակերպի եւ ազդեցության անվերջ վկայությունը, դեռեւս առկա են բազմաթիվ հակասական խնդիրներ, որոնք պահանջում են հետագա փորձարարական հետազոտություններ:

Nitrifying բակտերիաները կոչվում են chemotrophs: Նրանց էներգիայի աղբյուրը տարբեր հանքանյութեր են: Չնայած դրանց մանրադիտակային չափսին, այդ կենդանի օրգանիզմները մեծ ազդեցություն են ունենում նրանց շրջապատող աշխարհի վրա:

Ինչպես հայտնի է, քիմոտրոֆը չի կարող ներծծվել օրգանական միացություններ, որոնք գտնվում են հողում կամ ջրերում: Նրանք, ընդհակառակը, ստեղծում են շինարարական նյութ նյութական եւ կենդանի բջիջների ստեղծման համար: