Ayon sa uri ng nutrisyon, ang lahat ng kilalang buhay na organismo ay nahahati sa dalawang malalaking uri: hetero- at autotroph. Ang isang natatanging tampok ng huli ay ang kanilang kakayahang mag-isa na bumuo ng mga bagong elemento mula sa carbon dioxide at iba pang mga inorganikong sangkap.
Ang mga mapagkukunan ng enerhiya na sumusuporta sa kanilang mahahalagang aktibidad ay tumutukoy sa kanilang paghahati sa mga photoaphtotroph (ang pinagmulan ay magaan) at mga chemoautotroph (ang pinagmulan ay mga mineral). At depende sa pangalan ng substrate na na-oxidize ng chemoauthorthophytes, nahahati sila sa hydrogen at nitrifying bacteria, pati na rin sa sulfur at iron bacteria.
Ang artikulong ito ay ilalaan sa pinakakaraniwang pangkat sa kanila - nitrifying bacteria.
Kasaysayan ng pagtuklas
Kahit sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo, napatunayan ng mga German scientist na ang proseso ng nitrification ay biological. Sa empirikal, ipinakita nila na kapag ang chloroform ay idinagdag sa tubig ng dumi sa alkantarilya, huminto ang oksihenasyon ng ammonia. Ngunit upang ipaliwanag kung bakit ito nangyayari, hindi nila ginagawapwede.
Ginawa ito makalipas ang ilang taon ng Russian scientist na si Vinogradsky. Tinukoy niya ang dalawang grupo ng bakterya na unti-unting nakibahagi sa proseso ng nitrification. Kaya, tiniyak ng isang grupo ang oksihenasyon ng ammonium sa nitrous acid, at ang pangalawang grupo ng bakterya ay responsable para sa conversion nito sa nitric acid. Ang lahat ng nitrifying bacteria na kasangkot sa prosesong ito ay Gram-negative.
Mga tampok ng proseso ng oksihenasyon
Ang proseso ng pagbuo ng nitrite sa pamamagitan ng ammonium oxidation ay may ilang yugto, kung saan nabuo ang mga nitrogen-containing compound na may iba't ibang antas ng oxidation ng NH group.
Ang unang produkto ng ammonium oxidation ay hydroxylamine. Malamang, ito ay nabuo dahil sa pagsasama ng molecular oxygen sa NH4 na pangkat, bagama't ang prosesong ito ay hindi pa napatunayan sa wakas at nananatiling debatable.
Susunod, ang hydroxylamine ay na-convert sa nitrite. Marahil, ang proseso ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbuo ng NOH (hyponitrite) na may paglabas ng nitrous oxide. Sa kasong ito, itinuturing ng mga siyentipiko na ang paggawa ng nitrous oxide ay isang by-product lamang ng synthesis, dahil sa pagbawas ng nitrite.
Bilang karagdagan sa paggawa ng mga kemikal na elemento, malaking halaga ng enerhiya ang inilalabas sa panahon ng denitrification. Katulad ng nangyayari sa mga heterotrophic aerobic na organismo, sa kasong ito, ang synthesis ng mga molekula ng ATP ay nauugnay sa mga proseso ng redox, bilang resulta kung saan ang mga electron ay inililipat sa oxygen.
Kapag na-oxidize ang nitrite, may mahalagang papel ang proseso ng reverse transportmga electron. Ang pagsasama ng mga electron nito sa kadena ay nangyayari nang direkta sa mga cytochromes (C-type at / o A-type), at nangangailangan ito ng medyo malaking halaga ng enerhiya. Bilang resulta, ang chemoautotrophic nitrifying bacteria ay ganap na binibigyan ng kinakailangang reserbang enerhiya, na ginagamit para sa mga proseso ng pagbuo at pag-asimilate ng carbon dioxide.
Mga uri ng nitrifying bacteria
Apat na genera ng nitrobacteria ang nakikibahagi sa unang yugto ng nitrification:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Nga pala, makikita mo ang nitrifying bacteria sa iminungkahing larawan (larawan sa ilalim ng mikroskopyo).
Sa pamamagitan ng eksperimento, sa mga ito ay medyo mahirap, at kadalasan ay ganap na imposibleng iisa ang isa sa mga kultura, kaya ang kanilang pagsasaalang-alang ay higit na kumplikado. Ang lahat ng mga nakalistang microorganism ay hanggang sa 2-2.5 microns ang laki at higit sa lahat ay hugis-itlog o bilog (maliban sa nitrospira, na may anyo ng isang stick). Ang mga ito ay may kakayahang binary fission at nakadirekta sa paggalaw dahil sa flagella.
May bahagi ang ikalawang yugto ng nitrification:
- genus Nitrobacter;
- uri ng nitrospin;
- nitrococus.
Ang pinaka-pinag-aralan na strain ng bacteria ng genus Nitrbacter, pinangalanang ayon sa nakatuklas nitong Vinogradsky. Ang mga nitrifying bacteria na ito ay may mga cell na hugis peras, na dumarami sa pamamagitan ng pag-usbong, na may pagbuo ng isang mobile (dahil sa flagellum) na daughter cell.
Istruktura ng bacteria
Ang pinag-aralan na nitrifying bacteria ay may katulad na cellular structure sa iba pang gram-negative na microorganism. Ang ilan sa kanila ay may isang medyo binuo na sistema ng mga panloob na lamad na bumubuo ng isang stack sa gitna ng cell, habang sa iba ay matatagpuan sila nang higit pa sa paligid o bumubuo ng isang istraktura sa anyo ng isang tasa, na binubuo ng ilang mga dahon. Tila, kasama ng mga pormasyong ito na nauugnay ang mga enzyme na kasangkot sa proseso ng oksihenasyon ng mga partikular na substrate ng mga nitrifier.
Nitrifying bacteria uri ng pagkain
Ang
Nitrobacteria ay mga obligadong autotroph, dahil hindi sila nakakagamit ng mga exogenous na organic substance. Gayunpaman, ang kakayahan ng ilang strain ng nitrifying bacteria na gumamit ng ilang organic compound ay ipinakita sa eksperimentong paraan.
Napag-alaman na ang substrate na naglalaman ng yeast autolysates, serine at glutamate sa mababang konsentrasyon, ay nagpasigla sa paglago ng nitrobacteria. Ito ay nangyayari kapwa sa pagkakaroon ng nitrite at sa kawalan nito sa nutrient medium, kahit na ang proseso ay mas mabagal. Sa kabaligtaran, sa pagkakaroon ng nitrite, ang oksihenasyon ng acetate ay pinipigilan, ngunit ang pagsasama ng carbon nito sa protina, iba't ibang amino acid, at iba pang bahagi ng cellular ay tumataas nang malaki.
Bilang resulta ng maraming eksperimento, nakuha ang data na ang nitrifying bacteria ay maaari pa ring lumipat sa heterotrophic na nutrisyon, ngunit kung gaano ka produktibo at kung gaano katagal sila maaaring umiral sa mga ganitong kondisyon ay nananatiling nakikita. Hangga't sapat ang datahindi naaayon sa paggawa ng mga huling konklusyon sa bagay na ito.
Tirahan at kahalagahan ng nitrifying bacteria
Ang
Nitrifying bacteria ay chemoautotrophs at malawak na ipinamamahagi sa kalikasan. Ang mga ito ay matatagpuan sa lahat ng dako: sa lupa, iba't ibang mga substrate, pati na rin ang mga katawan ng tubig. Ang proseso ng kanilang mahahalagang aktibidad ay gumagawa ng isang malaking kontribusyon sa pangkalahatang siklo ng nitrogen sa kalikasan at sa katunayan ay maaaring umabot ng malalaking sukat.
Halimbawa, ang mikroorganismo gaya ng nitrocystis oceanus, na nakahiwalay sa Karagatang Atlantiko, ay kabilang sa mga obligadong halophile. Maaari lamang itong umiral sa tubig dagat o mga substrate na naglalaman nito. Para sa mga naturang microorganism, hindi lamang ang tirahan ang mahalaga, kundi pati na rin ang mga pare-pareho gaya ng pH at temperatura.
Lahat ng kilalang nitrifying bacteria ay inuri bilang obligate aerobes. Kailangan nila ng oxygen para ma-oxidize ang ammonium sa nitrous acid at nitrous acid sa nitric acid.
Mga kondisyon ng tirahan
Ang isa pang mahalagang punto na natukoy ng mga siyentipiko ay ang lugar kung saan nakatira ang nitrifying bacteria ay hindi dapat maglaman ng organikong bagay. Ang teorya ay iniharap na ang mga microorganism na ito, sa prinsipyo, ay hindi maaaring gumamit ng mga organikong compound mula sa labas. Tinawag pa nga silang obligate autotroph.
Kasunod nito, paulit-ulit na napatunayan ang masamang epekto ng glucose, urea, peptone, glycerin at iba pang organic sa nitrifying bacteria, ngunit hindi tumitigil ang mga eksperimento.
Ang kahalagahan ng nitrifying bacteria para salupa
Hanggang kamakailan, pinaniniwalaan na ang mga nitrifier ay may kapaki-pakinabang na epekto sa lupa, na nagpapataas ng pagkamayabong nito sa pamamagitan ng pagbagsak ng ammonium sa nitrates. Ang huli ay hindi lamang mahusay na hinihigop ng mga halaman, kundi pati na rin sa kanilang mga sarili ay nagpapataas ng solubility ng ilang mga mineral.
Gayunpaman, sa mga nakalipas na taon, nagbabago ang mga pananaw sa siyensya. Ang negatibong epekto ng inilarawan na mga mikroorganismo sa pagkamayabong ng lupa ay nahayag. Nitrifying bacteria, bumubuo ng nitrates, acidify ang kapaligiran, na kung saan ay hindi palaging isang positibong bagay, at din pukawin ang saturation ng lupa na may ammonium ions sa isang mas malawak na lawak kaysa sa nitrates. Bukod dito, ang mga nitrates ay may kakayahang mabawasan sa N2 (sa panahon ng denitrification), na humahantong naman sa pagkaubos ng nitrogen sa lupa.
Ano ang panganib ng nitrifying bacteria?
Ang ilang mga strain ng nitrobacteria sa pagkakaroon ng isang organikong substrate ay maaaring mag-oxidize ng ammonium, na bumubuo ng hydroxylamine, at pagkatapos ay nitrite at nitrates. Gayundin, bilang resulta ng gayong mga reaksyon, maaaring mangyari ang mga hydroxamic acid. Bukod dito, maraming bacteria ang nagsasagawa ng proseso ng nitrification ng iba't ibang compound na naglalaman ng nitrogen (oximes, amines, amides, hydroxamates at iba pang nitro compounds).
Ang sukat ng heterotrophic nitrification sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon ay maaaring hindi lamang malaki, ngunit lubhang nakapipinsala. Ang panganib ay nakasalalay sa katotohanan na sa kurso ng naturang mga pagbabago, ang pagbuo ng mga nakakalason na sangkap, mutagens at carcinogens ay nangyayari. Samakatuwid, ang mga siyentipiko ay malapitnagsusumikap sa pag-aaral ng paksang ito.
Biological filter na laging nasa kamay
Ang
Nitrifying bacteria ay hindi isang abstract na konsepto, ngunit isang napaka-karaniwang anyo ng buhay. Bukod dito, madalas itong ginagamit ng mga tao.
Halimbawa, ang bacteria na ito ay bahagi ng biological filter para sa mga aquarium. Ang ganitong uri ng paglilinis ay mas mura at hindi kasing hirap ng mekanikal na paglilinis, ngunit kasabay nito ay nangangailangan ito ng pagsunod sa ilang partikular na kundisyon upang matiyak ang paglaki at mahalagang aktibidad ng nitrifying bacteria.
Ang pinakakanais-nais na microclimate para sa kanila ay ang ambient temperature (sa kasong ito ng tubig) sa pagkakasunud-sunod na 25-26 degrees Celsius, isang patuloy na supply ng oxygen at ang pagkakaroon ng aquatic plants.
Nitrifying bacteria sa agrikultura
Upang tumaas ang ani, gumagamit ang mga magsasaka ng iba't ibang pataba na naglalaman ng nitrifying bacteria.
Nutrisyon ng lupa sa kasong ito ay ibinibigay ng nitrobacteria at azotobacteria. Kinukuha ng mga bakteryang ito ang mga kinakailangang sangkap mula sa lupa at tubig, na bumubuo ng sapat na malaking halaga ng enerhiya sa panahon ng proseso ng oksihenasyon. Ito ang tinatawag na proseso ng chemosynthesis, kapag ang enerhiyang natanggap ay ginagamit upang bumuo ng mga kumplikadong molekula ng organikong pinagmulan mula sa carbon dioxide at tubig.
Ang mga micro-organism na ito ay hindi nangangailangan ng mga sustansya mula sa kanilang kapaligiran - maaari silang gumawa ng mga ito mismo. Kaya, kung kailangan ng mga berdeng halaman, na mga autotroph dinsikat ng araw, kung gayon hindi kinakailangan para sa nitrifying bacteria.
Naglilinis ng sarili na lupa
Ang lupa ay isang mainam na substrate para sa paglaki at pagpaparami hindi lamang ng mga halaman, kundi pati na rin ng maraming buhay na organismo. Samakatuwid, ang normal na kondisyon at balanseng komposisyon nito ay napakahalaga.
Dapat tandaan na ang nitrifying bacteria ay nagbibigay din ng biological na paglilinis ng lupa. Sila, na nasa lupa, mga reservoir o humus, ay nagko-convert ng ammonia, na inilabas ng iba pang mga mikroorganismo at nag-aaksaya ng mga organikong materyales, sa mga nitrates (upang maging mas tumpak, sa mga asing-gamot ng nitric acid). Ang buong proseso ay binubuo ng dalawang hakbang:
- Oxidation ng ammonia sa nitrite.
- Oxidation ng nitrite sa nitrate.
Kasabay nito, ang bawat yugto ay ibinibigay ng magkakahiwalay na uri ng mga mikroorganismo.
Ang tinatawag na vicious circle
Ang sirkulasyon ng enerhiya at ang pagpapanatili ng buhay sa Earth ay posible dahil sa pagsunod sa ilang mga batas ng pagkakaroon ng lahat ng nabubuhay na bagay. Sa unang tingin, mahirap maunawaan kung ano ang nakataya, ngunit sa katunayan ang lahat ay medyo simple.
Isipin natin ang sumusunod na larawan mula sa isang aklat-aralin sa paaralan:
- Ang mga di-organikong sangkap ay pinoproseso ng mga mikroorganismo at sa gayon ay lumilikha ng mga kanais-nais na kondisyon sa lupa para sa paglaki at nutrisyon ng mga halaman.
- Sila naman ay isang kailangang-kailangan na pinagmumulan ng enerhiya para sa karamihan ng mga herbivore.
- Ang susunod na kadena ng kawing ng buhay na ito ay mga mandaragit, ang enerhiya kung saan ay,ayon sa pagkakabanggit, ang kanilang mga herbivorous na katapat.
- Kilala ang mga tao bilang mga apex predator, na nangangahulugang makakakuha tayo ng enerhiya mula sa mundo ng halaman at sa mundo ng hayop.
- At nananatili na ang ating sariling buhay, gayundin ang mismong mga halaman at hayop, na nagsisilbing nutrient substrate para sa mga microorganism.
Kaya, ang isang mabisyo na bilog ay nakuha, patuloy na gumagana at nagbibigay ng buhay para sa lahat ng buhay sa Earth. Dahil alam ang mga prinsipyong ito, hindi mahirap isipin kung gaano karami at talagang walang limitasyon ang kapangyarihan ng kalikasan at lahat ng nabubuhay na bagay.
Konklusyon
Sa artikulong ito, sinubukan naming sagutin ang tanong kung ano ang nitrifying bacteria sa biology. Gaya ng nakikita mo, sa kabila ng hindi maikakaila na katibayan ng mahahalagang aktibidad, paggana at impluwensya ng mga microorganism na ito, marami pa ring kontrobersyal na isyu na nangangailangan ng karagdagang eksperimental na pananaliksik.
Ang
Nitrifying bacteria ay inuri bilang chemotrophs. Ang iba't ibang mineral ay nagsisilbing mapagkukunan ng enerhiya para sa kanila. Sa kabila ng kanilang mikroskopikong laki, ang mga buhay na organismong ito ay may malaking epekto sa mundo sa kanilang paligid.
Tulad ng alam mo, hindi maaaring sumipsip ng mga organikong compound ang mga chemotroph na nasa substrate (lupa o tubig). Sa kabaligtaran, gumagawa sila ng materyales sa pagtatayo para sa paglikha ng isang buhay at gumaganang cell.
