Mengikut jenis pemakanan, semua organisma hidup yang diketahui dibahagikan kepada dua jenis besar: hetero- dan autotrof. Ciri tersendiri yang kedua ialah keupayaan mereka untuk membina unsur baharu secara bebas daripada karbon dioksida dan bahan bukan organik lain.
Sumber tenaga yang menyokong aktiviti pentingnya menentukan pembahagiannya kepada fotoaftotrof (sumbernya ringan) dan kemoautotrof (sumbernya ialah mineral). Dan bergantung pada nama substrat yang dioksidakan oleh chemoauthorthophytes, mereka dibahagikan kepada bakteria hidrogen dan nitrifikasi, serta bakteria sulfur dan besi.
Artikel ini akan ditumpukan kepada kumpulan yang paling biasa di kalangan mereka - bakteria nitrifikasi.
Sejarah penemuan
Walaupun pada pertengahan abad ke-19, saintis Jerman membuktikan bahawa proses nitrifikasi adalah biologi. Secara empirik, mereka menunjukkan bahawa apabila kloroform ditambahkan ke dalam air kumbahan, pengoksidaan ammonia berhenti. Tetapi untuk menjelaskan mengapa ini berlaku, mereka tidak melakukannyaboleh.
Ini dilakukan beberapa tahun kemudian oleh saintis Rusia Vinogradsky. Beliau mengenal pasti dua kumpulan bakteria yang secara beransur-ansur mengambil bahagian dalam proses nitrifikasi. Oleh itu, satu kumpulan memastikan pengoksidaan ammonium kepada asid nitrus, dan kumpulan kedua bakteria bertanggungjawab untuk penukarannya kepada asid nitrik. Semua bakteria nitrifikasi yang terlibat dalam proses ini adalah Gram-negatif.
Ciri-ciri proses pengoksidaan
Proses pembentukan nitrit melalui pengoksidaan ammonium mempunyai beberapa peringkat, di mana sebatian yang mengandungi nitrogen dengan darjah pengoksidaan berbeza kumpulan NH terbentuk.
Hasil pengoksidaan ammonium pertama ialah hidroksilamin. Kemungkinan besar, ia terbentuk kerana kemasukan oksigen molekul dalam kumpulan NH4, walaupun proses ini belum terbukti akhirnya dan masih boleh dipertikaikan.
Seterusnya, hidroksilamin ditukar kepada nitrit. Agaknya, proses itu dijalankan melalui pembentukan NOH (hiponitrit) dengan pembebasan nitrus oksida. Dalam kes ini, saintis menganggap pengeluaran nitrus oksida hanya sebagai hasil sampingan sintesis, disebabkan oleh pengurangan nitrit.
Selain penghasilan unsur kimia, sejumlah besar tenaga dibebaskan semasa denitrifikasi. Sama seperti yang berlaku dalam organisma aerobik heterotropik, dalam kes ini sintesis molekul ATP dikaitkan dengan proses redoks, akibatnya elektron dipindahkan ke oksigen.
Apabila nitrit teroksida, proses pengangkutan terbalik memainkan peranan pentingelektron. Kemasukan elektronnya dalam rantai berlaku secara langsung dalam sitokrom (jenis C dan / atau jenis A), dan ini memerlukan jumlah tenaga yang agak besar. Akibatnya, bakteria chemoautotrophic nitrifying dibekalkan sepenuhnya dengan rizab tenaga yang diperlukan, yang digunakan untuk proses membina dan mengasimilasikan karbon dioksida.
Jenis bakteria nitrifikasi
Empat genera nitrobakteria mengambil bahagian dalam fasa pertama nitrifikasi:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
By the way, anda boleh melihat bakteria nitrifikasi dalam imej yang dicadangkan (foto di bawah mikroskop).
Secara eksperimen, antaranya adalah agak sukar, dan selalunya mustahil untuk memilih salah satu budaya, jadi pertimbangan mereka adalah rumit. Semua mikroorganisma yang disenaraikan bersaiz sehingga 2-2.5 mikron dan kebanyakannya berbentuk bujur atau bulat (kecuali nitrospira, yang mempunyai bentuk batang). Ia mampu pembelahan binari dan pergerakan terarah disebabkan flagela.
Fasa kedua nitrifikasi mengambil bahagian:
- genus Nitrobacter;
- jenis nitrospin;
- nitrococus.
Terikan bakteria genus Nitrbacter yang paling banyak dikaji, dinamakan sempena penemunya Vinogradsky. Bakteria nitrifikasi ini mempunyai sel berbentuk pir, membiak dengan tunas, dengan pembentukan sel anak mudah alih (disebabkan oleh flagel).
Struktur bakteria
Bakteria nitrifikasi yang dikaji mempunyai struktur selular yang serupa dengan mikroorganisma gram-negatif yang lain. Sebahagian daripada mereka mempunyai sistem membran dalaman yang agak maju yang membentuk timbunan di tengah-tengah sel, sementara yang lain terletak lebih di pinggir atau membentuk struktur dalam bentuk cawan, yang terdiri daripada beberapa daun. Nampaknya, dengan pembentukan inilah enzim dikaitkan yang terlibat dalam proses pengoksidaan substrat tertentu oleh nitrifier.
jenis makanan bakteria nitrifikasi
Nitrobakteria ialah autotrof obligat, kerana mereka tidak boleh menggunakan bahan organik eksogen. Walau bagaimanapun, keupayaan beberapa strain bakteria nitrifikasi untuk menggunakan beberapa sebatian organik telah ditunjukkan secara eksperimen.
Didapati bahawa substrat yang mengandungi yis autolysates, serin dan glutamat dalam kepekatan rendah, merangsang pertumbuhan nitrobakteria. Ini berlaku dengan kehadiran nitrit dan ketiadaannya dalam medium nutrien, walaupun prosesnya lebih perlahan. Sebaliknya, dengan kehadiran nitrit, pengoksidaan asetat ditindas, tetapi penggabungan karbonnya ke dalam protein, pelbagai asid amino dan komponen selular lain meningkat dengan ketara.
Hasil daripada pelbagai eksperimen, data diperoleh bahawa bakteria pennitriti masih boleh bertukar kepada pemakanan heterotropik, tetapi sejauh mana produktif dan berapa lama ia boleh wujud dalam keadaan sedemikian masih belum dapat dilihat. Asalkan data mencukupitidak konsisten untuk membuat kesimpulan akhir tentang perkara ini.
Habitat dan kepentingan bakteria nitrifikasi
Bakteria nitrifikasi ialah kemoautotrof dan diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Mereka ditemui di mana-mana: di dalam tanah, pelbagai substrat, serta badan air. Proses aktiviti penting mereka memberi sumbangan besar kepada keseluruhan kitaran nitrogen di alam semula jadi dan sebenarnya boleh mencapai perkadaran yang besar.
Sebagai contoh, mikroorganisma seperti nitrocystis oceanus, terpencil dari Lautan Atlantik, tergolong dalam halofil obligat. Ia hanya boleh wujud dalam air laut atau substrat yang mengandunginya. Bagi mikroorganisma sedemikian, bukan sahaja habitat adalah penting, tetapi juga pemalar seperti pH dan suhu.
Semua bakteria nitrifikasi yang diketahui dikelaskan sebagai aerobes obligat. Mereka memerlukan oksigen untuk mengoksidakan ammonium kepada asid nitrus dan asid nitrus kepada asid nitrik.
Keadaan habitat
Satu lagi perkara penting yang dikenal pasti oleh saintis ialah tempat tinggal bakteria nitrifikasi tidak seharusnya mengandungi bahan organik. Teori dikemukakan bahawa mikroorganisma ini, pada dasarnya, tidak boleh menggunakan sebatian organik dari luar. Mereka bahkan telah dipanggil autotrof obligat.
Seterusnya, kesan buruk glukosa, urea, pepton, gliserin dan bahan organik lain pada bakteria nitrifikasi telah berulang kali terbukti, tetapi eksperimen tidak berhenti.
Kepentingan bakteria nitrifikasi untuktanah
Sehingga baru-baru ini, dipercayai bahawa nitrifier mempunyai kesan yang baik pada tanah, meningkatkan kesuburannya dengan memecahkan ammonium kepada nitrat. Yang terakhir ini bukan sahaja diserap dengan baik oleh tumbuhan, tetapi juga dengan sendirinya meningkatkan keterlarutan mineral tertentu.
Namun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pandangan saintifik telah berubah. Kesan negatif mikroorganisma yang diterangkan terhadap kesuburan tanah telah didedahkan. Bakteria nitrifikasi, membentuk nitrat, mengasidkan alam sekitar, yang tidak selalu merupakan perkara yang positif, dan juga mencetuskan ketepuan tanah dengan ion ammonium ke tahap yang lebih besar daripada nitrat. Selain itu, nitrat mempunyai keupayaan untuk dikurangkan kepada N2 (semasa denitrifikasi), yang seterusnya membawa kepada penyusutan tanah dalam nitrogen.
Apakah bahaya bakteria nitrifikasi?
Sesetengah strain nitrobakteria dengan kehadiran substrat organik boleh mengoksidakan ammonium, membentuk hidroksilamin, dan seterusnya nitrit dan nitrat. Juga, akibat tindak balas sedemikian, asid hidroksamik boleh berlaku. Selain itu, beberapa bakteria menjalankan proses nitrifikasi pelbagai sebatian yang mengandungi nitrogen (oksim, amina, amida, hidroksamat dan sebatian nitro lain).
Skala nitrifikasi heterotropik dalam keadaan tertentu bukan sahaja besar, tetapi juga sangat memudaratkan. Bahayanya terletak pada hakikat bahawa dalam proses transformasi sedemikian, pembentukan bahan toksik, mutagen dan karsinogen berlaku. Oleh itu, para saintis sangat rapatsedang berusaha untuk mempelajari topik ini.
Penapis biologi yang sentiasa ada
Bakteria pengnitrifan bukanlah konsep abstrak, tetapi satu bentuk kehidupan yang sangat biasa. Lebih-lebih lagi, ia sering digunakan oleh manusia.
Sebagai contoh, bakteria ini adalah sebahagian daripada penapis biologi untuk akuarium. Pembersihan jenis ini lebih murah dan tidak sesusah pembersihan mekanikal, tetapi pada masa yang sama ia memerlukan pematuhan dengan syarat tertentu untuk memastikan pertumbuhan dan aktiviti penting bakteria nitrifikasi.
Iklim mikro yang paling sesuai untuk mereka ialah suhu ambien (dalam kes ini air) dalam urutan 25-26 darjah Celsius, bekalan oksigen yang berterusan dan kehadiran tumbuhan akuatik.
bakteria nitrifikasi dalam pertanian
Untuk meningkatkan hasil, petani menggunakan pelbagai baja yang mengandungi bakteria nitrifikasi.
Pemakanan tanah dalam kes ini disediakan oleh nitrobakteria dan azotobakteria. Bakteria ini mengekstrak bahan yang diperlukan dari tanah dan air, yang membentuk jumlah tenaga yang cukup besar semasa proses pengoksidaan. Ini adalah apa yang dipanggil proses kemosintesis, apabila tenaga yang diterima digunakan untuk membentuk molekul kompleks asal organik daripada karbon dioksida dan air.
Mikroorganisma ini tidak memerlukan nutrien daripada persekitarannya - mereka boleh menghasilkannya sendiri. Jadi, jika tumbuhan hijau, yang juga autotrof, perlucahaya matahari, maka ia tidak diperlukan untuk bakteria nitrifikasi.
Tanah membersihkan diri
Tanah ialah substrat yang ideal untuk pertumbuhan dan pembiakan bukan sahaja tumbuhan, tetapi juga banyak organisma hidup. Oleh itu, keadaan normal dan komposisi seimbang adalah amat penting.
Perlu diingat bahawa bakteria nitrifikasi juga menyediakan pembersihan biologi tanah. Mereka, berada di dalam tanah, takungan atau humus, menukar ammonia, yang dikeluarkan oleh mikroorganisma lain dan bahan organik sisa, menjadi nitrat (untuk lebih tepat, menjadi garam asid nitrik). Keseluruhan proses terdiri daripada dua langkah:
- Pengoksidaan ammonia kepada nitrit.
- Pengoksidaan nitrit kepada nitrat.
Pada masa yang sama, setiap peringkat disediakan oleh jenis mikroorganisma yang berasingan.
Kononnya lingkaran setan
Peredaran tenaga dan pengekalan kehidupan di Bumi adalah mungkin disebabkan oleh pematuhan undang-undang tertentu tentang kewujudan semua makhluk hidup. Pada pandangan pertama, sukar untuk memahami perkara yang dipertaruhkan, tetapi sebenarnya semuanya agak mudah.
Mari bayangkan gambar berikut dari buku teks sekolah:
- Bahan tak organik diproses oleh mikroorganisma dan dengan itu mewujudkan keadaan yang baik di dalam tanah untuk pertumbuhan dan pemakanan tumbuhan.
- Mereka pula merupakan sumber tenaga yang sangat diperlukan untuk kebanyakan herbivor.
- Rantai seterusnya dari mata rantai kehidupan ini ialah pemangsa, tenaga untuknya,masing-masing, rakan herbivor mereka.
- Orang ramai dikenali sebagai pemangsa puncak, yang bermaksud kita boleh mendapatkan tenaga daripada dunia tumbuhan dan haiwan.
- Dan masih ada kehidupan kita sendiri, serta tumbuhan dan haiwan, berfungsi sebagai substrat nutrien untuk mikroorganisma.
Oleh itu, lingkaran ganas diperoleh, berfungsi secara berterusan dan menyediakan kehidupan untuk semua kehidupan di Bumi. Mengetahui prinsip-prinsip ini, tidak sukar untuk membayangkan betapa pelbagai rupa dan sebenarnya kekuatan alam semula jadi dan semua makhluk hidup yang tidak terhad.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kami cuba menjawab soalan tentang bakteria nitrifikasi dalam biologi. Seperti yang anda lihat, walaupun terdapat bukti yang tidak dapat dinafikan tentang aktiviti penting, fungsi dan pengaruh mikroorganisma ini, masih terdapat banyak isu kontroversi yang memerlukan penyelidikan eksperimen lanjut.
Bakteria pengnitrifan dikelaskan sebagai kemotrof. Pelbagai mineral berfungsi sebagai sumber tenaga untuk mereka. Walaupun saiz mikroskopiknya, organisma hidup ini mempunyai kesan yang besar terhadap dunia di sekelilingnya.
Seperti yang anda ketahui, kemotrof tidak dapat menyerap sebatian organik yang berada dalam substrat (tanah atau air). Sebaliknya, mereka menghasilkan bahan binaan untuk mencipta sel yang hidup dan berfungsi.
