Beroende på typ av näring delas alla kända levande organismer in i två stora typer: hetero- och autotrofer. En utmärkande egenskap hos de senare är deras förmåga att självständigt bygga nya grundämnen från koldioxid och andra oorganiska ämnen.
Källorna till energi som stöder deras vitala aktivitet bestämmer deras uppdelning i fotoaftotrofer (källan är ljus) och kemoautotrofer (källan är mineraler). Och beroende på namnet på substratet som oxideras av kemoauthortofyter delas de in i väte och nitrifierande bakterier, samt svavel- och järnbakterier.
Den här artikeln kommer att ägnas åt den vanligaste gruppen bland dem - nitrifierande bakterier.
Upptäcktshistorik
Även i mitten av 1800-talet bevisade tyska vetenskapsmän att nitrifikationsprocessen är biologisk. Empiriskt visade de att när kloroform sattes till avloppsvattnet upphörde oxidationen av ammoniak. Men för att förklara varför detta händer gör de inte detkunde.
Detta gjordes några år senare av den ryske vetenskapsmannen Vinogradsky. Han identifierade två grupper av bakterier som gradvis deltog i nitrifikationsprocessen. Således säkerställde en grupp oxidationen av ammonium till salpetersyrlighet, och den andra gruppen av bakterier var ansvarig för dess omvandling till salpetersyra. Alla nitrifierande bakterier som är involverade i denna process är gramnegativa.
Funktioner i oxidationsprocessen
Nitritbildningsprocessen genom ammoniumoxidation har flera steg, under vilka kväveh altiga föreningar med olika grader av oxidation av NH-gruppen bildas.
Den första produkten av ammoniumoxidation är hydroxylamin. Troligtvis bildas den på grund av inkluderingen av molekylärt syre i gruppen NH4, även om denna process inte har bevisats slutgiltigt och förblir diskutabel.
Nästa omvandlas hydroxylamin till nitrit. Förmodligen genomförs processen genom bildning av NOH (hyponitrit) med frigöring av dikväveoxid. I det här fallet anser forskare att produktionen av dikväveoxid bara är en biprodukt av syntesen, på grund av minskningen av nitrit.
Förutom produktionen av kemiska grundämnen frigörs en stor mängd energi vid denitrifiering. I likhet med vad som händer i heterotrofa aeroba organismer, i detta fall är syntesen av ATP-molekyler associerad med redoxprocesser, som ett resultat av vilka elektroner överförs till syre.
När nitrit oxideras spelar processen med omvänd transport en viktig rollelektroner. Inklusionen av dess elektroner i kedjan sker direkt i cytokromerna (C-typ och / eller A-typ), och detta kräver en ganska stor mängd energi. Som ett resultat är kemoautotrofa nitrifierande bakterier helt försedda med den nödvändiga energireserven, som används för processerna för att bygga och assimilera koldioxid.
Typer av nitrifierande bakterier
Fyra släkten nitrobakterier deltar i den första fasen av nitrifikation:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Förresten, du kan se nitrifierande bakterier i den föreslagna bilden (foto under ett mikroskop).
Experimentellt, bland dem är det ganska svårt, och ofta helt omöjligt att peka ut en av kulturerna, så deras övervägande är övervägande komplext. Alla de listade mikroorganismerna är upp till 2-2,5 mikron stora och är övervägande ovala eller runda till formen (med undantag för nitrospira, som har formen av en pinne). De är kapabla till binär fission och riktad rörelse på grund av flageller.
Den andra fasen av nitrifikationen deltar:
- genus Nitrobacter;
- nitrospin-typ;
- nitrococus.
Den mest studerade bakteriestammen av släktet Nitrbacter, uppkallad efter dess upptäckare Vinogradsky. Dessa nitrifierande bakterier har päronformade celler, förökar sig genom knoppning, med bildandet av en mobil (på grund av flagellum) dottercell.
Bakteriestruktur
De studerade nitrifierande bakterierna har en liknande cellstruktur som andra gramnegativa mikroorganismer. Vissa av dem har ett ganska utvecklat system av inre membran som bildar en stapel i mitten av cellen, medan de i andra är placerade mer i periferin eller bildar en struktur i form av en kopp, bestående av flera blad. Tydligen är det med dessa formationer som enzymer är associerade som är involverade i processen för oxidation av specifika substrat genom nitrifierare.
Nitrifierande bakterier mattyp
Nitrobakterier är obligatoriska autotrofer, eftersom de inte kan använda exogena organiska ämnen. Förmågan hos vissa stammar av nitrifierande bakterier att använda vissa organiska föreningar har dock visats experimentellt.
Det visade sig att substratet som innehöll jästautolysat, serin och glutamat i låga koncentrationer, stimulerade tillväxten av nitrobakterier. Detta sker både i närvaro av nitrit och i dess frånvaro i näringsmediet, även om processen är mycket långsammare. Omvänt, i närvaro av nitrit, undertrycks oxidationen av acetat, men inkorporeringen av dess kol i protein, olika aminosyror och andra cellulära komponenter ökar avsevärt.
Som ett resultat av flera experiment erhölls data om att nitrifierande bakterier fortfarande kan byta till heterotrofisk näring, men hur produktivt och hur länge de kan existera under sådana förhållanden återstår att se. Så länge uppgifterna är tillräckligainkonsekvent att dra slutsatser i denna fråga.
Habitat och betydelsen av nitrifierande bakterier
Nitrifierande bakterier är kemoautotrofer och är utbredda i naturen. De finns överallt: i jorden, olika substrat, såväl som vattenkroppar. Processen med deras vitala aktivitet ger ett stort bidrag till den övergripande kvävekretsloppet i naturen och kan faktiskt nå enorma proportioner.
Till exempel, en sådan mikroorganism som nitrocystis oceanus, isolerad från Atlanten, tillhör obligatoriska halofiler. Det kan bara existera i havsvatten eller substrat som innehåller det. För sådana mikroorganismer är inte bara livsmiljön viktig, utan även sådana konstanter som pH och temperatur.
Alla kända nitrifierande bakterier klassificeras som obligatoriska aerober. De behöver syre för att oxidera ammonium till salpetersyrlighet och salpetersyrlighet till salpetersyra.
Habitatförhållanden
En annan viktig punkt som forskare har identifierat är att platsen där nitrifierande bakterier lever inte bör innehålla organiskt material. Teorin framfördes att dessa mikroorganismer i princip inte kan använda organiska föreningar utifrån. De har till och med kallats obligatoriska autotrofer.
Därefter bevisades den skadliga effekten av glukos, urea, pepton, glycerin och andra organiska ämnen på nitrifierande bakterier upprepade gånger, men experiment slutar inte.
Vikten av att nitrifiera bakterier förjord
Tills nyligen trodde man att nitrifikatorer har en gynnsam effekt på jorden och ökar dess fertilitet genom att bryta ner ammonium till nitrater. De senare absorberas inte bara väl av växter, utan ökar också i sig själva lösligheten av vissa mineraler.
Men under de senaste åren har vetenskapliga åsikter förändrats. Den negativa effekten av de beskrivna mikroorganismerna på markens bördighet avslöjades. Nitrifierande bakterier, bildar nitrater, försurar miljön, vilket inte alltid är positivt, och provocerar också mättnad av mark med ammoniumjoner i större utsträckning än nitrater. Dessutom har nitrater förmågan att reduceras till N2 (under denitrifiering), vilket i sin tur leder till utarmning av kväve i marken.
Vad är faran med nitrifierande bakterier?
Vissa stammar av nitrobakterier i närvaro av ett organiskt substrat kan oxidera ammonium och bilda hydroxylamin och därefter nitriter och nitrater. Som ett resultat av sådana reaktioner kan hydroxamsyror också förekomma. Dessutom utför ett antal bakterier processen för nitrifikation av olika föreningar som innehåller kväve (oximer, aminer, amider, hydroxamater och andra nitroföreningar).
Omfattningen av heterotrofisk nitrifikation under vissa förhållanden kan inte bara vara enorm, utan också mycket skadlig. Faran ligger i det faktum att det under sådana omvandlingar uppstår bildning av giftiga ämnen, mutagener och cancerframkallande ämnen. Därför är forskarna näraarbetar med att studera detta ämne.
Biologiskt filter som alltid finns till hands
Nitrifierande bakterier är inget abstrakt begrepp, utan en mycket vanlig livsform. Dessutom används de ofta av människor.
De här bakterierna är till exempel en del av de biologiska filtren för akvarier. Denna typ av rengöring är billigare och inte lika mödosam som mekanisk rengöring, men samtidigt kräver den att vissa villkor uppfylls för att säkerställa tillväxt och vital aktivitet hos nitrifierande bakterier.
Det mest gynnsamma mikroklimatet för dem är omgivningstemperaturen (i detta fall vatten) i storleksordningen 25-26 grader Celsius, en konstant tillförsel av syre och närvaron av vattenväxter.
Nitrifierande bakterier i jordbruket
För att öka avkastningen använder bönder olika gödselmedel som innehåller nitrifierande bakterier.
Näring av jorden i detta fall tillhandahålls av nitrobakterier och azotobakterier. Dessa bakterier utvinner nödvändiga ämnen från marken och vattnet, som bildar en tillräckligt stor mängd energi under oxidationsprocessen. Detta är den så kallade kemosyntesprocessen, när den mottagna energin används för att bilda komplexa molekyler av organiskt ursprung från koldioxid och vatten.
Dessa mikroorganismer kräver inga näringsämnen från sin miljö – de kan producera dem själva. Så, om gröna växter, som också är autotrofer, behöversolljus, då är det inte nödvändigt för nitrifiering av bakterier.
Självrengörande jord
Jord är ett idealiskt substrat för tillväxt och reproduktion av inte bara växter utan även många levande organismer. Därför är dess normala kondition och balanserade sammansättning extremt viktiga.
Man bör komma ihåg att nitrifierande bakterier också ger biologisk rening av jorden. De, som finns i jorden, reservoarer eller humus, omvandlar ammoniak, som frigörs av andra mikroorganismer och avfallsorganiska material, till nitrater (för att vara mer exakt, till s alter av salpetersyra). Hela processen består av två steg:
- Oxidation av ammoniak till nitrit.
- Oxidation av nitrit till nitrat.
Samtidigt tillhandahålls varje steg av separata typer av mikroorganismer.
Den så kallade onda cirkeln
Cirkulationen av energi och upprätthållandet av liv på jorden är möjlig på grund av iakttagandet av vissa lagar för existensen av allt levande. Vid första anblicken är det svårt att förstå vad som står på spel, men i själva verket är allt ganska enkelt.
Låt oss föreställa oss följande bild från en skolbok:
- Oorganiska ämnen bearbetas av mikroorganismer och skapar därmed gynnsamma förhållanden i jorden för växternas tillväxt och näring.
- De är i sin tur en oumbärlig energikälla för de flesta växtätare.
- Nästa kedja av denna livslänk är rovdjur, vars energi är,deras växtätande motsvarigheter.
- Människor är kända för att vara apex-rovdjur, vilket betyder att vi kan få energi från både växtvärlden och djurvärlden.
- Och redan finns vårt eget liv kvar, liksom just dessa växter och djur, som ett näringssubstrat för mikroorganismer.
Därmed erhålls en ond cirkel som kontinuerligt fungerar och ger liv åt allt liv på jorden. Genom att känna till dessa principer är det inte svårt att föreställa sig hur mångfacetterad och faktiskt gränslös kraften i naturen och allt levande.
Slutsats
I den här artikeln försökte vi svara på frågan om vad nitrifierande bakterier är inom biologin. Som du kan se, trots de obestridliga bevisen för dessa mikroorganismers vitala aktivitet, funktion och inflytande, finns det fortfarande många kontroversiella frågor som kräver ytterligare experimentell forskning.
Nitrifierande bakterier klassificeras som kemotrofer. Olika mineraler fungerar som en energikälla för dem. Trots sin mikroskopiska storlek har dessa levande organismer en enorm inverkan på världen omkring dem.
Kemotrofer kan som ni vet inte absorbera organiska föreningar som finns i substratet (jord eller vatten). Tvärtom producerar de byggmaterialet för att skapa en levande och fungerande cell.
