Beslenme türüne göre, bilinen tüm canlı organizmalar iki büyük türe ayrılır: hetero- ve ototroflar. İkincisinin ayırt edici bir özelliği, karbon dioksit ve diğer inorganik maddelerden bağımsız olarak yeni elementler oluşturma yetenekleridir.
Yaşamsal aktivitelerini destekleyen enerji kaynakları, onların fotoaftotroflara (kaynak ışıktır) ve kemoototroflara (kaynak minerallerdir) bölünmelerini belirler. Ve kemo-otofitler tarafından oksitlenen substratın adına bağlı olarak, hidrojen ve nitrifikasyon bakterilerinin yanı sıra kükürt ve demir bakterilerine ayrılırlar.
Bu makale, aralarında en yaygın olan gruba ayrılacaktır - nitrifikasyon bakterileri.
Keşif geçmişi
19. yüzyılın ortalarında bile Alman bilim adamları nitrifikasyon sürecinin biyolojik olduğunu kanıtladılar. Deneysel olarak, kanalizasyon suyuna kloroform eklendiğinde amonyağın oksidasyonunun durduğunu gösterdiler. Ama bunun neden olduğunu açıklamak için,olabilir.
Bu birkaç yıl sonra Rus bilim adamı Vinogradsky tarafından yapıldı. Nitrifikasyon sürecine kademeli olarak katılan iki bakteri grubu tanımladı. Böylece, bir grup amonyumun nitröz aside oksidasyonunu sağladı ve ikinci grup bakteri onun nitrik aside dönüştürülmesinden sorumluydu. Bu sürece dahil olan tüm nitrifikasyon bakterileri Gram negatiftir.
Oksidasyon işleminin özellikleri
Amonyum oksidasyonu ile nitrit oluşumu süreci, NH grubunun farklı oksidasyon derecelerine sahip nitrojen içeren bileşiklerin oluştuğu birkaç aşamaya sahiptir.
Amonyum oksidasyonunun ilk ürünü hidroksilamindir. Büyük olasılıkla, moleküler oksijenin NH4 grubuna dahil edilmesi nedeniyle oluşur, ancak bu süreç nihai olarak kanıtlanmamıştır ve tartışmalıdır.
Sonra, hidroksilamin nitrite dönüştürülür. Muhtemelen işlem, azot oksit salınımı ile NOH (hiponitrit) oluşumu yoluyla gerçekleştirilir. Bu durumda, bilim adamları, nitritin indirgenmesi nedeniyle nitröz oksit üretimini, sentezin sadece bir yan ürünü olarak görüyorlar.
Kimyasal elementlerin üretimine ek olarak, denitrifikasyon sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar. Heterotrofik aerobik organizmalarda olanlara benzer şekilde, bu durumda ATP moleküllerinin sentezi redoks süreçleriyle ilişkilidir ve bunun sonucunda elektronlar oksijene aktarılır.
Nitrit oksitlendiğinde, ters taşıma işlemi önemli bir rol oynarelektronlar. Elektronlarının zincire dahil edilmesi doğrudan sitokromlarda (C tipi ve / veya A tipi) gerçekleşir ve bu oldukça büyük miktarda enerji gerektirir. Sonuç olarak, kemoototrofik nitrifikasyon bakterileri, karbondioksit oluşturma ve özümseme süreçleri için kullanılan gerekli enerji rezerviyle tamamen sağlanır.
Nitrifiye edici bakteri türleri
Nitrifikasyonun ilk aşamasında dört tür nitrobakteri yer alır:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Bu arada, önerilen görüntüde nitrifikasyon bakterilerini görebilirsiniz (mikroskop altında fotoğraf).
Deneysel olarak, aralarında kültürlerden birini ayırt etmek oldukça zordur ve çoğu zaman tamamen imkansızdır, bu nedenle bunların değerlendirilmesi ağırlıklı olarak karmaşıktır. Listelenen mikroorganizmaların tümü 2-2,5 mikron boyutundadır ve ağırlıklı olarak oval veya yuvarlaktır (çubuk şeklindeki nitrospira hariç). Flagella nedeniyle ikili bölünme ve yönlendirilmiş hareket yeteneğine sahiptirler.
Nitrifikasyonun ikinci aşaması yer alır:
- cins Nitrobacter;
- nitrospin tipi;
- nitrokokus.
Nitrbacter cinsinin en çok çalışılan bakteri türü, adını keşfedicisi Vinogradsky'den almıştır. Bu nitrifikasyon bakterileri armut biçimli hücrelere sahiptir, tomurcuklanarak çoğalır ve hareketli (kamçı nedeniyle) bir yavru hücre oluşur.
Bakterilerin yapısı
Çalışılan nitrifikasyon bakterileri, diğer gram-negatif mikroorganizmalarla benzer bir hücresel yapıya sahiptir. Bazıları hücrenin merkezinde bir yığın oluşturan oldukça gelişmiş bir iç zar sistemine sahipken, diğerlerinde daha çok çevre üzerinde bulunurlar veya birkaç yapraktan oluşan bir kap şeklinde bir yapı oluştururlar. Görünüşe göre, belirli substratların nitrifiye ediciler tarafından oksidasyon sürecinde yer alan enzimlerin ilişkili olduğu bu oluşumlarla ilgilidir.
Nitrifiye edici bakteri gıda türü
Nitrobakteriler, eksojen organik maddeleri kullanamadıkları için zorunlu ototroflardır. Bununla birlikte, bazı nitrifikasyon bakteri suşlarının bazı organik bileşikleri kullanma yeteneği deneysel olarak gösterilmiştir.
Düşük konsantrasyonlarda maya otolizatları, serin ve glutamat içeren substratın nitrobakterilerin büyümesini uyardığı bulundu. Bu, süreç çok daha yavaş olmasına rağmen, hem nitritin varlığında hem de besin ortamında yokluğunda meydana gelir. Tersine, nitritin varlığında asetatın oksidasyonu baskılanır, ancak karbonunun proteine, çeşitli amino asitlere ve diğer hücresel bileşenlere dahil edilmesi önemli ölçüde artar.
Çoklu deneyler sonucunda, nitrifikasyon bakterilerinin hala heterotrofik beslenmeye geçebileceğine dair veriler elde edildi, ancak bu koşullarda ne kadar üretken ve ne kadar süre var olabilecekleri henüz bilinmiyor. Veriler yeterli olduğu sürecebu konuda nihai sonuçlara varmak tutarsız.
Nitrifikasyon bakterilerinin habitatı ve önemi
Nitrifikasyon bakterileri kemoototroflardır ve doğada yaygın olarak bulunurlar. Her yerde bulunurlar: toprakta, çeşitli yüzeylerde ve su kütlelerinde. Hayati aktivitelerinin süreci, doğadaki genel nitrojen döngüsüne büyük katkı sağlar ve aslında çok büyük oranlara ulaşabilir.
Örneğin, Atlantik Okyanusu'ndan izole edilen nitrocystis oceanus gibi bir mikroorganizma, zorunlu halofillere aittir. Sadece deniz suyunda veya onu içeren substratlarda bulunabilir. Bu tür mikroorganizmalar için sadece habitat değil, pH ve sıcaklık gibi sabitler de önemlidir.
Bilinen tüm nitrifikasyon bakterileri zorunlu aeroblar olarak sınıflandırılır. Amonyumu nitröz aside ve nitröz asidi nitrik aside oksitlemek için oksijene ihtiyaçları vardır.
Habitat koşulları
Bilim adamlarının tespit ettiği bir diğer önemli nokta ise nitrifikasyon bakterilerinin yaşadığı yerin organik madde içermemesi gerektiğidir. Teori, bu mikroorganizmaların prensip olarak dışarıdan organik bileşikler kullanamayacakları ileri sürüldü. Hatta zorunlu ototroflar olarak adlandırıldılar.
Ardından, glikoz, üre, pepton, gliserin ve diğer organiklerin nitrifikasyon bakterileri üzerindeki zararlı etkisi defalarca kanıtlandı, ancak deneyler durmadı.
Nitrifikasyon bakterilerinin önemitoprak
Yakın zamana kadar, nitrifikasyonların toprak üzerinde faydalı bir etkiye sahip olduğuna ve amonyumu nitratlara parçalayarak doğurganlığı artırdığına inanılıyordu. İkincisi sadece bitkiler tarafından iyi emilmez, aynı zamanda kendi başlarına belirli minerallerin çözünürlüğünü de arttırır.
Ancak son yıllarda bilimsel görüşler değişiyor. Tarif edilen mikroorganizmaların toprak verimliliği üzerindeki olumsuz etkisi ortaya çıktı. Nitrifikasyon bakterileri, nitratlar oluşturur, her zaman olumlu bir şey olmayan çevreyi asitleştirir ve ayrıca toprağın amonyum iyonlarıyla doygunluğunu nitratlardan daha fazla kışkırtır. Ayrıca, nitratlar (denitrifikasyon sırasında) N2'a indirgenme özelliğine sahiptir ve bu da toprakta azotun azalmasına neden olur.
Bakterilerin nitrifikasyon tehlikesi nedir?
Bazı nitrobakteri türleri, organik bir substrat varlığında amonyağı oksitleyerek hidroksilamin ve ardından nitritler ve nitratlar oluşturabilir. Ayrıca, bu tür reaksiyonların bir sonucu olarak hidroksamik asitler oluşabilir. Ayrıca nitrojen içeren çeşitli bileşiklerin (oksimler, aminler, amidler, hidroksamatlar ve diğer nitro bileşikleri) nitrifikasyon işlemini bir takım bakteriler gerçekleştirir.
Belirli koşullar altında heterotrofik nitrifikasyon ölçeği sadece çok büyük değil, aynı zamanda çok zararlı olabilir. Tehlike, bu tür dönüşümler sırasında toksik maddelerin, mutajenlerin ve kanserojenlerin oluşumunun meydana gelmesidir. Bu nedenle, bilim adamları yakındanbu konuyu incelemek için çalışıyoruz.
Her zaman elinizin altında olan biyolojik filtre
Nitrifikasyon bakterileri soyut bir kavram değil, çok yaygın bir yaşam biçimidir. Ayrıca, genellikle insanlar tarafından kullanılırlar.
Örneğin, bu bakteriler akvaryumların biyolojik filtrelerinin bir parçasıdır. Bu temizlik türü daha ucuzdur ve mekanik temizlik kadar zahmetli değildir ancak aynı zamanda nitrifikasyon bakterilerinin büyümesini ve hayati aktivitesini sağlamak için belirli koşullara uyulmasını gerektirir.
Onlar için en uygun mikro iklim, 25-26 santigrat derecelik ortam sıcaklığı (bu durumda su), sürekli oksijen kaynağı ve su bitkilerinin varlığıdır.
Tarımda nitrifikasyon bakterileri
Verimi artırmak için çiftçiler nitrifikasyon bakterileri içeren çeşitli gübreler kullanırlar.
Toprağın beslenmesi bu durumda nitrobakteriler ve azotobakteriler tarafından sağlanır. Bu bakteriler, oksidasyon işlemi sırasında yeterince büyük miktarda enerji oluşturan toprak ve sudan gerekli maddeleri çıkarır. Bu, alınan enerjinin karbondioksit ve sudan organik kökenli karmaşık moleküller oluşturmak için kullanıldığı sözde kemosentez sürecidir.
Bu mikroorganizmalar çevrelerinden besin gerektirmez - bunları kendileri üretebilirler. Dolayısıyla, aynı zamanda ototrof olan yeşil bitkilerin degüneş ışığı, o zaman bakterilerin nitrifikasyonu için gerekli değildir.
Kendi kendini temizleyen toprak
Toprak sadece bitkilerin değil birçok canlı organizmanın büyümesi ve üremesi için ideal bir substrattır. Bu nedenle normal durumu ve dengeli bileşimi son derece önemlidir.
Nitrifiye edici bakterilerin toprağın biyolojik temizliğini de sağladığı unutulmamalıdır. Toprakta, rezervuarlarda veya humusta bulunurlar, diğer mikroorganizmalar ve atık organik maddeler tarafından salınan amonyağı nitratlara (daha doğrusu nitrik asit tuzlarına) dönüştürürler. Tüm süreç iki adımdan oluşur:
- Amonyak nitrite oksidasyonu.
- Nitritin nitrata oksidasyonu.
Aynı zamanda, her aşama ayrı mikroorganizma türleri tarafından sağlanır.
Sözde kısır döngü
Dünyadaki enerjinin dolaşımı ve yaşamın sürdürülmesi, tüm canlıların varoluşunun belirli yasalarına uyulması nedeniyle mümkündür. İlk bakışta neyin tehlikede olduğunu anlamak zor ama aslında her şey oldukça basit.
Bir okul ders kitabından aşağıdaki resmi hayal edelim:
- İnorganik maddeler mikroorganizmalar tarafından işlenir ve böylece toprakta bitkilerin büyümesi ve beslenmesi için uygun koşullar yaratır.
- Onlar da çoğu otobur için vazgeçilmez bir enerji kaynağıdır.
- Bu yaşam bağlantısının bir sonraki zinciri, enerjileri,sırasıyla, onların otçul muadilleri.
- İnsanların apeks yırtıcıları olduğu biliniyor, bu da hem bitki hem de hayvan dünyasından enerji alabileceğimiz anlamına geliyor.
- Ve zaten kendi hayatımız, o bitki ve hayvanların yanı sıra mikroorganizmalar için bir besin substratı olarak hizmet ediyor.
Böylece, sürekli işleyen ve Dünyadaki tüm yaşam için yaşam sağlayan bir kısır döngü elde edilir. Bu ilkeleri bilerek, doğanın ve tüm canlıların gücünün ne kadar çok yönlü ve aslında sınırsız olduğunu hayal etmek zor değil.
Sonuç
Bu yazımızda biyolojide nitrifikasyon bakterileri nelerdir sorusuna cevap vermeye çalıştık. Gördüğünüz gibi, bu mikroorganizmaların hayati aktivitesi, işleyişi ve etkisine dair reddedilemez kanıtlara rağmen, hala daha fazla deneysel araştırma gerektiren birçok tartışmalı konu var.
Nitrifikasyon bakterileri kemotroflar olarak sınıflandırılır. Çeşitli mineraller onlar için bir enerji kaynağı olarak hizmet eder. Mikroskobik boyutlarına rağmen, bu canlı organizmalar etraflarındaki dünya üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.
Bildiğiniz gibi, kemotroflar substrattaki (toprak veya su) organik bileşikleri ememezler. Aksine, yaşayan ve işleyen bir hücre oluşturmak için yapı malzemesini üretirler.
