Бактэрыі нитрифицирующие. Значэнне нитрифицирующих бактэрый

Па тыпу харчавання ўсе вядомыя жывыя арганізмы дзеляцца на два вялікіх выгляду: гетэра- і Автотрофей. 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 падзел 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 жалезабактэрый.

Дадзены артыкул будзе прысвечана найбольш распаўсюджанай сярод іх групе - нитрофицирующим бактэрыям.

Гісторыя адкрыцця

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

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

Асаблівасці працэсу акіслення

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

Першым прадуктам акіслення амонія з'яўляецца гидроксиламин. Верагодней за ўсё, ён утвараецца з-за ўключэння малекулярнага кіслароду ў групу NH _4, 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 таму, што адбываецца ў гетеротрофных аэробных арганізмаў, у дадзеным выпадку сінтэз малекул АТФ звязаны з акісляльна-аднаўленчымі працэсамі, у выніку якіх на кісларод перадаюцца электроны.

Пры акісленні нітрыту вялікую ролю адыгрывае працэс зваротнага транспарту электронаў. Ўключэнне яго электронаў у ланцуг адбываецца непасрэдна ў цытахром (С-тыпу і / або 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 роды нитробактерий:

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

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

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

У другой фазе нитрификации бяруць удзел:

• род нитробактер;
• род нитроспина;
• нитрококус.

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

будова бактэрый

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

Тып харчавання нитрифицирующих бактэрый

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

Было выяўлена, што субстрат, які змяшчае дражджавыя автолизаты, серіна і глутамат у нізкіх канцэнтрацыях, стымулюючым чынам паўплываў 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 ацэтату душыцца, але значна павялічваецца ўключэнне яго вугляроду ў бялок, розныя амінакіслоты і іншыя клеткавыя кампаненты.

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

Асяроддзе пражывання і значэнне нитрифицирующих бактэрый

Нитрифицирующие бактэрыі ставяцца да хемоавтотрофам і маюць шырокае распаўсюджанне 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 аэробов. Для таго каб акісліць амоній ў азоцістую кіслату, а азоцістую кіслату ў азотную, ім патрэбны 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 Автотрофей.

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

Значэнне нитрифицирующих бактэрый для глебы

Да нядаўняга часу лічылася, што нитрификаторы спрыяльна ўплываюць на глебу, павялічваючы яе ўрадлівыя шляхам расшчаплення амонія да нітратаў. Апошнія не толькі добра абсарбуюцца 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 ўрадлівую глебу. Бактэрыі нитрифицирующие, утвараючы нітраты, подкисляют сераду, што не заўсёды з'яўляецца станоўчым момантам, а таксама ў большай ступені правакуюць насычэнне глебай іёнаў амонія, чым нітратаў. Больш за тое, нітраты маюць здольнасць аднаўляцца да N ₂ (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 наступным нітрыты і нітраты. Таксама ў выніку такіх рэакцый могуць узнікаць гидроксамовые кіслаты. Больш за тое, шэраг бактэрый ажыццяўляе працэс нитрификации розных злучэнняў, у склад якіх уваходзіць азот (оксимы, аміны, Амід, гидроксаматы і іншыя нитросоединения).

Маштабы гетеротрофные нитрификации пры пэўных умовах могуць быць не толькі велізарнымі, але і вельмі згубныя. Небяспека заключаецца ў тым, што падчас такіх ператварэнняў адбываецца адукацыя таксічных рэчываў, мутагенным і канцерогенов. Таму навукоўцы пільна працуюць над вывучэннем гэтай тэмы.

Біялагічны фільтр, які заўсёды пад рукой

Нитрифицирующие бактэрыі - гэта не абстрактнае паняцце, а вельмі распаўсюджаная форма жыцця. Больш за тое, 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) парадку 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 навакольным іх асяроддзя - яны могуць прадукаваць іх самастойна. Так, калі зялёным раслінамі, якія таксама з'яўляюцца Автотрофей, 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 важна яе нармальны стан і збалансаваны склад.

Варта памятаць, што біялагічную ачыстку глебы забяспечваюць у тым ліку і нитрифицирующие бактэрыі. Яны, знаходзячыся ў глебе, вадаёмах або перагной, ператвараюць аміяк, які вылучаюць іншыя мікраарганізмы і адпраўныя 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, пра што ідзе гаворка, але на самой справе ўсё досыць проста.

Давайце прадставім наступную карцінку са 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 вышэйшых 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, служаць пажыўным субстратам для мікраарганізмаў.

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

заключэнне

У дадзеным 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 або водным). Яны, наадварот, прадукуюць будаўнічы матэрыял для стварэння жывы і функцыянуе клеткі.