Bacteriën nitrifiserend. Het belang van nitrifiserende bacteriën

Volgens het type voedsel zijn alle bekende levende organismen verdeeld in twee grote soorten: hetero- en autotrofen. Een kenmerkend kenmerk van deze laatste is hun vermogen om zelfstandig nieuwe elementen uit kooldioxide en andere anorganische stoffen te bouwen.

Bronnen van energie die hun vitale activiteit ondersteunen, veroorzaken hun verdeling in foto-fluotrofen (bronlicht) en chemoautotrofen (bron-minerale stoffen). En afhankelijk van de naam van het substraat, dat chemoauthortopaten oxidiseert, worden ze verdeeld in waterstof en nitrifiserende bacteriën, evenals zwavel- en ijzerbacteriën.

Dit artikel wordt gewijd aan de meest voorkomende groep - nitroserende bacteriën.

Geschiedenis van de ontdekking

In het midden van de 19e eeuw bleek de Duitse wetenschappers dat het proces van nitrificatie biologisch is. Experimenteel bleek dat de toevoeging van chloroform aan het rioolwater de oxidatie van ammoniak stopte. Maar ze konden niet uitleggen waarom dit gebeurt.

Dit werd enkele jaren later door de Russische wetenschapper Vinogradsky bereikt. Hij noemde twee groepen bacteriën, die geleidelijk aan deelnamen aan het nitrificatieproces. Zo verzekerde één groep de oxidatie van ammonium aan een stikstofzuur, en de tweede groep bacteriën was verantwoordelijk voor de omzetting ervan naar salpeterzuur. Alle nitrifiserende bacteriën die bij dit proces betrokken zijn, zijn gram-negatief.

Kenmerken van het oxidatieproces

Het proces van nitrietvorming door ammoniumoxidatie heeft verschillende fasen, waarbij stikstofbevattende verbindingen met verschillende oxydatiegraden van de NH-groep worden gevormd.

Het eerste product van ammoniumoxidatie is hydroxylamine. Waarschijnlijk wordt het gevormd door de opname van moleculaire zuurstof in de NH4-groep, hoewel dit proces nog niet definitief is bewezen en controversieel blijft.

Verdere hydroxylamine wordt omgezet naar nitriet. Vermoedelijk wordt het proces uitgevoerd door de vorming van NOH (giponitrite) met de bevrijding van stikstofoxide. In dit geval beschouwen wetenschappers de productie van stikstofoxide als slechts een bijproduct van de synthese, door de reductie van nitriet.

Naast de productie van chemische elementen wordt tijdens het proces van denitroficatie een grote hoeveelheid energie vrijgegeven. Soortgelijk aan wat er gebeurt in heterotrofische aërobe organismen, in dit geval is de synthese van ATP-moleculen geassocieerd met oxidatie-reductie processen, waardoor elektronen overgebracht worden naar zuurstof.

Tijdens de oxidatie van nitriet wordt een belangrijke rol gespeeld door het omgekeerde elektrondransportproces. Inclusief elektronen in de keten komt direct voor in cytochromen (C-type en / of A-type), en dit vereist een vrij grote uitgave van energie. Als gevolg hiervan zijn chemoautotrofe nitrifiserende bacteriën volledig voorzien van het nodige energiereservoir, dat wordt gebruikt voor de processen om kooldioxide op te bouwen en te assimileren.

Soorten nitrifiserende bacteriën

In de eerste fase van nitrificatie nemen vier soorten nitrobacteriën deel aan:

• Nitrosomonas;
• nitrotsistis;
• nitrosolyubus;
• Nitrosospira.

Terloops, op het voorgestelde beeld kun je nitrifiserende bacteriën zien (foto onder de microscoop).

Experimentele weg tussen hen is vrij moeilijk, en vaak is het onmogelijk om één van de gewassen uit te geven, daarom is hun overweging meestal complex. Al deze micro-organismen hebben een grootte van maximaal 2-2,5 micron en zijn overwegend ovaal of afgerond (met uitzondering van nitrospires, die een stok hebben). Ze zijn in staat om binaire verdeling en gerichte beweging door flagella.

De tweede fase van nitrificatie houdt in:

• Genus Nitrobacter;
• Genus van nitrosoïne;
• nitrokokus.

De meest gestudeerde stam van bacteriën van het genus Nitrubacter, genoemd naar zijn ontdekker, Vinogradsky. Deze nitrifiserende bacteriën hebben een peerachtige vorm van cellen, vermenigvuldigd door ontluikend, met de vorming van een mobiel (door de flagellum) dochtercel.

Structuur van bacteriën

De geitrifieerde bacteriën hebben een vergelijkbare cellulaire structuur met andere gram-negatieve micro-organismen. Sommige van hen hebben een voldoende ontwikkeld systeem van inwendige membranen die een stapel vormen in het midden van de cel, terwijl in anderen ze meer op de periferie liggen of een structuur vormen in de vorm van een kom bestaande uit meerdere vellen. Blijkbaar is het bij deze formaties dat enzymen geassocieerd worden die betrokken zijn bij het oxidatieproces van specifieke substraten door nitrifiers.

Type voeding van nitrifiserende bacteriën

Nitrobacteriën behoren tot verplichte autotrofen omdat ze geen exogene organische stoffen kunnen gebruiken . Echter, het vermogen van sommige stammen van nitrifiserende bacteriën om bepaalde organische verbindingen te gebruiken is niettemin experimenteel aangetoond.

Er werd gevonden dat een substraat dat gist bevat, autolysaat, serine en glutamaat in lage concentraties stimuleert de groei van nitrobacteriën. Dit komt zowel in de aanwezigheid van nitriet als in zijn afwezigheid in het voedingsmedium voor, hoewel het proces langzamer gaat. Omgekeerd wordt de oxidatie van acetaat in aanwezigheid van nitriet onderdrukt, maar de opname van zijn koolstof in het eiwit, verschillende aminozuren en andere cellulaire componenten wordt significant verhoogd.

Als gevolg van meerdere experimenten zijn gegevens verkregen die nitrifiserende bacteriën nog kunnen overschakelen naar heterotrofe voeding, maar hoe productief en hoe lang ze in dergelijke omstandigheden kunnen bestaan, is nog te zien. Hoewel de gegevens voldoende tegenstrijdig zijn om definitieve conclusies over deze zaak te maken.

Habitat en het belang van nitrifiserende bacteriën

Nitrifiserende bacteriën behoren tot chemoautotrophs en zijn in grote mate verdeeld in de natuur. Ze zijn overal gevonden: in bodem, diverse substraten, en ook reservoirs. Het proces van hun vitale activiteit levert een grote bijdrage aan de algemene cyclus van stikstof in de natuur en kan in feite enorme proporties bereiken.

Bijvoorbeeld, een micro-organisme zoals de nitrocystis oceanen, geïsoleerd uit de Atlantische Oceaan, verwijst naar verplichte halofiele. Het kan alleen bestaan in zeewater of substraten die het bevatten. Voor dergelijke micro-organismen is niet alleen de habitat belangrijk, maar ook constanten zoals pH en temperatuur.

Alle bekende nitrifiserende bacteriën worden ingedeeld als verplichte aerobes. Om ammonium aan stikstofzuur en stikstofzuur tot salpeterzuur te oxideren, hebben ze zuurstof nodig.

Habitat voorwaarden

Een ander belangrijk punt, welke wetenschappers ontdekten, was dat de plaats waar nitrifiserende bacteriën leven geen organische stoffen bevatten. Een theorie was geavanceerd dat deze micro-organismen in principe geen organische verbindingen van buiten kunnen gebruiken. Ze werden zelfs verplichte autotrofeen genoemd.

Vervolgens zijn de schadelijke effecten van glucose, ureum, pepton, glycerol en andere organische stoffen op nitrifiserende bacteriën herhaaldelijk bewezen, maar de experimenten stoppen niet.

Het belang van nitrifiserende bacteriën voor bodem

Tot voor kort werd aangenomen dat nitrifiers de grond gunstig beïnvloeden, waardoor de vruchtbaarheid verhoogd werd door ammonium op nitraten te splitsen. Deze laatste worden niet alleen goed door de planten geabsorbeerd, maar ook op zichzelf de oplosbaarheid van bepaalde mineralen verhogen.

In de afgelopen jaren hebben wetenschappelijke standpunten echter veranderingen ondergaan. Het negatieve effect van de micro-organismen die beschreven werd op de vruchtbaarheid van de bodem werd geopenbaard. Bacteriën die nitrateren, nitraten vormen, het milieu verzuren, wat niet altijd een positief moment is, en ook in grotere mate de verzadiging van de grond met ammoniumionen dan nitraten veroorzaken. Bovendien hebben nitraten de mogelijkheid om te worden gereduceerd tot N ₂ (tijdens denitrificatie), wat op zijn beurt leidt tot een uitputting van de bodem met stikstof.

Wat is het gevaar van nitrifiserende bacteriën?

Sommige stammen van nitrobacteriën in aanwezigheid van een organisch substraat kunnen ammonium oxideren, waardoor hydroxylamine, en daarna nitriten en nitraten worden gevormd. Ook als gevolg van dergelijke reacties kunnen hydroxamzuren optreden. Bovendien voeren een aantal bacteriën het proces van nitrificatie van verschillende verbindingen die stikstof bevatten (oximen, aminen, amiden, hydroxamaten en andere nitroverbindingen).

De omvang van heterotrofe nitrificatie onder bepaalde omstandigheden kan niet alleen enorm maar ook zeer nadelig zijn. Het gevaar ligt in het feit dat tijdens dergelijke transformaties toxische stoffen, mutagenen en carcinogene stoffen worden gevormd. Daarom werken wetenschappers nauw samen aan de studie van dit onderwerp.

Biologisch filter, dat is altijd bij de hand

Nitrifiserende bacteriën zijn geen abstract concept, maar een veel voorkomende vorm van leven. Bovendien worden ze vaak door de mens gebruikt.

Bijvoorbeeld in de biologische filters voor aquaria zijn precies deze bacteriën. Dit soort reiniging is minder duur en niet zo arbeidsbesparend als mechanische reiniging, maar tegelijkertijd moet er worden voldaan aan bepaalde voorwaarden om de groei en vitale activiteit van nitrifiserende bacteriën te waarborgen.

Het meest gunstige microklimaat voor hen is de omgevingstemperatuur (in dit geval water) in de orde van 25-26 graden Celsius, een constante zuurstoftoevoer en de aanwezigheid van waterplanten.

Nitriferende bacteriën in de landbouw

Om de opbrengst te verhogen, gebruiken boeren verschillende meststoffen die nitrifiserende bacteriën bevatten.

Bodemvoeding in dit geval wordt geleverd door nitrobacteriën en azotobacteriën. Deze bacteriën extracten noodzakelijke stoffen uit de bodem en water, die een voldoende grote hoeveelheid energie vormen tijdens het oxidatieproces. Dit is het zogenaamde proces van chemosynthese, wanneer de verkregen energie gaat tot de vorming van complexe moleculen van organische oorsprong uit kooldioxide en water.

Voor deze micro-organismen, niet noodzakelijkerwijs de voeding van voedingsstoffen uit hun omgeving - ze kunnen ze zelf produceren. Dus, als groene planten, die ook autotrofen zijn, zonlicht nodig hebben, dan voor nitrifiserende bacteriën is het niet nodig.

Zelfreinigende grond

Grond is een ideaal substraat voor de groei en de voortplanting van niet alleen planten, maar ook veel levende organismen. Daarom is zijn normale staat en evenwichtige samenstelling extreem belangrijk.

Men moet eraan herinneren dat biologische reiniging van de bodem onder andere door nitrifiserende bacteriën wordt verschaft. Ze veranderen in ammoniak, die in de bodem, waterlichamen of humus verdeelt, die andere micro-organismen afscheidt en organische stoffen afvallen in nitraten (om preciezer te zijn in het zout van salpeterzuur). Het hele proces bestaat uit twee fasen:

1. Oxidatie van ammoniak naar nitriet.
2. Oxidatie van nitriet tot nitraat.

In dit geval wordt elke fase voorzien van afzonderlijke typen micro-organismen.

De zogenaamde vicieuze cirkel

De cyclus van energie en het behoud van het leven op aarde is mogelijk door het in acht nemen van bepaalde regelmatigheden in het bestaan van alle levende dingen. Op het eerste gezicht is het moeilijk om te begrijpen wat er aan de orde is, maar in feite is alles heel simpel.

Laten we de volgende foto uit het schoolboek lezen:

1. Anorganische stoffen worden door micro-organismen verwerkt en daardoor gunstige condities in de bodem ontstaan voor plantengroei en voeding.
2. Zij zijn op hun beurt een onontbeerlijke bron van energie voor de meeste herbivoren.
3. De volgende keten van deze vitale link is roofdieren, waarvan de energie respectievelijk hun kruidachtige tegenhangers is.
4. Mensen zijn bekend om te horen bij hogere roofdieren, wat betekent dat we energie van zowel de plantenwereld als het dier kunnen ontvangen.
5. En al onze eigen residuen van vitale activiteit, evenals die van planten en dieren, dienen als voedingsubstraat voor micro-organismen.

Zo blijkt het een vicieuze cirkel, die voortdurend functioneert en het leven van alle levens op Aarde waarborgt. Het kennen van deze principes is niet moeilijk te voorstellen hoe veelzijdig en feitelijk onbeperkt de kracht van de natuur en alle levende dingen is.

conclusie

In dit artikel probeerden we de vraag te beantwoorden van welke nitrifiserende bacteriën in de biologie zijn. Zoals u kunt zien, ondanks onweerlegbaar bewijs van de vitale activiteit, werking en invloed van deze micro-organismen, zijn er nog veel controversiële problemen die verder experimenteel onderzoek vereisen.

Nitrifiserende bacteriën worden aangeduid als chemotrofen. De bron van energie voor hen zijn verschillende mineralen. Ondanks hun microscopische omvang hebben deze levende organismen een enorme invloed op de wereld om hen heen.

Zoals bekend, kunnen chemotrofen geen organische verbindingen opnemen die in het substraat zijn (grond of water). Zij produceren integendeel bouwmateriaal voor het creëren van een levende en functionerende cel.