Sipas llojit të të ushqyerit, të gjithë organizmat e gjallë të njohur ndahen në dy lloje të mëdha: hetero- dhe autotrofë. Një tipar dallues i këtyre të fundit është aftësia e tyre për të ndërtuar në mënyrë të pavarur elementë të rinj nga dioksidi i karbonit dhe substanca të tjera inorganike.
Burimet e energjisë që mbështesin aktivitetin e tyre jetësor përcaktojnë ndarjen e tyre në fotoaftotrofe (burimi është drita) dhe kimiautotrofe (burimi janë mineralet). Dhe në varësi të emrit të substratit të oksiduar nga kemoautortofitet, ato ndahen në hidrogjen dhe baktere nitrifikuese, si dhe baktere të squfurit dhe hekurit.
Ky artikull do t'i kushtohet grupit më të zakonshëm mes tyre - baktereve nitrifikuese.
Historia e zbulimit
Edhe në mesin e shekullit të 19-të, shkencëtarët gjermanë dëshmuan se procesi i nitrifikimit është biologjik. Në mënyrë empirike, ata treguan se kur kloroform u shtua në ujërat e zeza, oksidimi i amoniakut ndaloi. Por për të shpjeguar pse ndodh kjo, ata nuk e bëjnëmund.
Kjo u bë disa vite më vonë nga shkencëtari rus Vinogradsky. Ai identifikoi dy grupe bakteresh që gradualisht morën pjesë në procesin e nitrifikimit. Kështu, një grup siguroi oksidimin e amoniumit në acid nitrik, dhe grupi i dytë i baktereve ishte përgjegjës për shndërrimin e tij në acid nitrik. Të gjitha bakteret nitrifikuese të përfshira në këtë proces janë gram-negative.
Veçoritë e procesit të oksidimit
Procesi i formimit të nitriteve nga oksidimi i amonit ka disa faza, gjatë të cilave formohen komponime që përmbajnë azot me shkallë të ndryshme oksidimi të grupit NH.
Produkti i parë i oksidimit të amonit është hidroksilamina. Me shumë mundësi, ai është formuar për shkak të përfshirjes së oksigjenit molekular në grupin NH4, megjithëse ky proces nuk është vërtetuar përfundimisht dhe mbetet i diskutueshëm.
Më pas, hidroksilamina shndërrohet në nitrit. Me sa duket, procesi kryhet përmes formimit të NOH (hiponitrit) me çlirimin e oksidit të azotit. Në këtë rast, shkencëtarët e konsiderojnë prodhimin e oksidit të azotit si vetëm një nënprodukt të sintezës, për shkak të reduktimit të nitriteve.
Përveç prodhimit të elementeve kimike, një sasi e madhe energjie lirohet gjatë denitrifikimit. Ngjashëm me atë që ndodh në organizmat heterotrofikë aerobikë, në këtë rast sinteza e molekulave të ATP shoqërohet me procese redoks, si rezultat i të cilave elektronet transferohen në oksigjen.
Kur nitrit oksidohet, procesi i transportit të kundërt luan një rol të rëndësishëmelektronet. Përfshirja e elektroneve të tij në zinxhir ndodh drejtpërdrejt në citokromet (lloj C dhe / ose A), dhe kjo kërkon një sasi mjaft të madhe energjie. Si rezultat, bakteret nitrifikuese kemoautotrofike pajisen plotësisht me rezervën e nevojshme të energjisë, e cila përdoret për proceset e ndërtimit dhe asimilimit të dioksidit të karbonit.
Llojet e baktereve nitrifikuese
Katër gjini nitrobakteresh marrin pjesë në fazën e parë të nitrifikimit:
- nitrosomonas;
- nitrocistis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Meqë ra fjala, ju mund të shihni bakteret nitrifikuese në imazhin e sugjeruar (foto nën një mikroskop).
Eksperimentalisht, midis tyre është mjaft e vështirë dhe shpesh krejtësisht e pamundur të veçohet një nga kulturat, kështu që shqyrtimi i tyre është kryesisht kompleks. Të gjithë mikroorganizmat e listuar kanë përmasa deri në 2-2,5 mikron dhe janë kryesisht ovale ose të rrumbullakëta në formë (me përjashtim të nitrospirave, të cilat kanë formën e një shkopi). Ata janë të aftë për ndarje binare dhe lëvizje të drejtuar për shkak të flagjellave.
Faza e dytë e nitrifikimit merr pjesë:
- gjinia Nitrobacter;
- lloji nitrospinë;
- nitrokokus.
Stami më i studiuar i baktereve të gjinisë Nitrbacter, i quajtur sipas zbuluesit të tij Vinogradsky. Këto baktere nitrifikuese kanë qeliza në formë dardhe, të cilat shumohen duke lulëzuar, me formimin e një qelize bijë të lëvizshme (për shkak të flagjelit).
Struktura e baktereve
Bakteret nitrifikuese të studiuara kanë një strukturë qelizore të ngjashme me mikroorganizmat e tjerë gram-negativë. Disa prej tyre kanë një sistem mjaft të zhvilluar membranash të brendshme që formojnë një pirg në qendër të qelizës, ndërsa në të tjera ato janë të vendosura më shumë në periferi ose formojnë një strukturë në formën e një kupe, të përbërë nga disa gjethe. Me sa duket, pikërisht me këto formacione lidhen enzimat që përfshihen në procesin e oksidimit të substrateve specifike nga nitrifikuesit.
Lloji ushqimor i baktereve nitrifikuese
Nitrobakteret janë autotrofe të detyrueshme, pasi ato nuk janë në gjendje të përdorin substanca organike ekzogjene. Megjithatë, aftësia e disa llojeve të baktereve nitrifikuese për të përdorur disa përbërje organike është treguar eksperimentalisht.
U zbulua se substrati që përmban autoliza maja, serinë dhe glutamate në përqendrime të ulëta, stimulon rritjen e nitrobaktereve. Kjo ndodh si në prani të nitriteve ashtu edhe në mungesë të tij në mediumin ushqyes, megjithëse procesi është shumë më i ngadalshëm. Anasjelltas, në prani të nitriteve, oksidimi i acetatit shtypet, por inkorporimi i karbonit të tij në proteina, aminoacide të ndryshme dhe përbërës të tjerë qelizorë rritet ndjeshëm.
Si rezultat i eksperimenteve të shumta, u morën të dhëna se bakteret nitrifikuese ende mund të kalojnë në ushqimin heterotrofik, por sa produktive dhe për sa kohë mund të ekzistojnë në kushte të tilla mbetet për t'u parë. Përderisa të dhënat janë të mjaftueshmejokonsistente për të nxjerrë përfundime përfundimtare për këtë çështje.
Habitati dhe rëndësia e baktereve nitrifikuese
Bakteret nitrifikuese janë kemoautotrofe dhe janë të përhapura gjerësisht në natyrë. Ato gjenden kudo: në tokë, nënshtresa të ndryshme, si dhe trupa ujorë. Procesi i aktivitetit të tyre jetësor jep një kontribut të madh në ciklin e përgjithshëm të azotit në natyrë dhe në fakt mund të arrijë përmasa të mëdha.
Për shembull, një mikroorganizëm i tillë si nitrocystis oceanus, i izoluar nga Oqeani Atlantik, i përket halofileve të detyruar. Mund të ekzistojë vetëm në ujin e detit ose në nënshtresat që e përmbajnë atë. Për mikroorganizma të tillë, jo vetëm habitati është i rëndësishëm, por edhe konstante të tilla si pH dhe temperatura.
Të gjitha bakteret e njohura nitrifikuese klasifikohen si aerobe të detyrueshme. Ata kanë nevojë për oksigjen për të oksiduar amoniumin në acid nitrik dhe acid azotik në acid nitrik.
Kushtet e habitatit
Një pikë tjetër e rëndësishme që shkencëtarët kanë identifikuar është se vendi ku jetojnë bakteret nitrifikuese nuk duhet të përmbajë lëndë organike. U parashtrua teoria se këta mikroorganizma, në parim, nuk mund të përdorin komponime organike nga jashtë. Ata madje janë quajtur autotrofë të detyrueshëm.
Më pas, efekti i dëmshëm i glukozës, uresë, peptonit, glicerinës dhe substancave të tjera organike mbi bakteret nitrifikuese u vërtetua në mënyrë të përsëritur, por eksperimentet nuk ndalen.
Rëndësia e nitrifikimit të baktereve përdheu
Deri kohët e fundit, besohej se nitrifikuesit kanë një efekt të dobishëm në tokë, duke rritur pjellorinë e saj duke zbërthyer amoniumin në nitrate. Këto të fundit jo vetëm që absorbohen mirë nga bimët, por edhe vetvetiu rrisin tretshmërinë e disa mineraleve.
Megjithatë, vitet e fundit, pikëpamjet shkencore kanë ndryshuar. U zbulua efekti negativ i mikroorganizmave të përshkruar në pjellorinë e tokës. Bakteret nitrifikuese, duke formuar nitrate, acidifikojnë mjedisin, gjë që nuk është gjithmonë një gjë pozitive, dhe gjithashtu provokojnë ngopjen e tokës me jonet e amonit në një masë më të madhe sesa nitratet. Për më tepër, nitratet kanë aftësinë të reduktohen në N2 (gjatë denitrifikimit), gjë që nga ana tjetër çon në varfërimin e tokës në azot.
Cili është rreziku i nitrifikimit të baktereve?
Disa shtame nitrobakteresh në prani të një substrati organik mund të oksidojnë amoniumin, duke formuar hidroksilaminë, dhe më pas nitrite dhe nitrate. Gjithashtu, si rezultat i reaksioneve të tilla, mund të ndodhin acide hidroksamike. Për më tepër, një numër bakteresh kryejnë procesin e nitrifikimit të përbërjeve të ndryshme që përmbajnë azot (oksime, amina, amide, hidroksamate dhe komponime të tjera nitro).
Shkalla e nitrifikimit heterotrofik në kushte të caktuara mund të jetë jo vetëm e madhe, por edhe shumë e dëmshme. Rreziku qëndron në faktin se gjatë transformimeve të tilla, ndodh formimi i substancave toksike, mutagjenëve dhe kancerogjenëve. Prandaj, shkencëtarët janë të afërtjanë duke punuar për të studiuar këtë temë.
Filtër biologjik që është gjithmonë pranë
Bakteret nitrifikuese nuk është një koncept abstrakt, por një formë shumë e zakonshme e jetës. Për më tepër, ato përdoren shpesh nga njerëzit.
Për shembull, këto baktere janë pjesë e filtrave biologjikë për akuariume. Ky lloj pastrimi është më pak i kushtueshëm dhe jo aq i mundimshëm sa pastrimi mekanik, por në të njëjtën kohë kërkon respektimin e kushteve të caktuara për të siguruar rritjen dhe aktivitetin jetësor të baktereve nitrifikuese.
Mikroklima më e favorshme për ta është temperatura e ambientit (në këtë rast uji) e rendit 25-26 gradë Celsius, një furnizim konstant me oksigjen dhe prania e bimëve ujore.
Bakteret nitrifikuese në bujqësi
Për të rritur rendimentet, fermerët përdorin plehra të ndryshëm që përmbajnë baktere nitrifikuese.
Ushqyerja e tokës në këtë rast sigurohet nga nitrobakteret dhe azotobakteret. Këto baktere nxjerrin substancat e nevojshme nga toka dhe uji, të cilat formojnë një sasi mjaft të madhe energjie gjatë procesit të oksidimit. Ky është i ashtuquajturi proces i kemosintezës, kur energjia e marrë përdoret për të formuar molekula komplekse me origjinë organike nga dioksidi i karbonit dhe uji.
Këta mikroorganizma nuk kërkojnë lëndë ushqyese nga mjedisi i tyre - ata mund t'i prodhojnë ato vetë. Pra, nëse bimët e gjelbra, të cilat janë gjithashtu autotrofe, kanë nevojërrezet e diellit, atëherë nuk është e nevojshme për nitrifikimin e baktereve.
Tokë vetëpastruese
Toka është një substrat ideal për rritjen dhe riprodhimin jo vetëm të bimëve, por edhe të shumë organizmave të gjallë. Prandaj, gjendja e tij normale dhe përbërja e ekuilibruar janë jashtëzakonisht të rëndësishme.
Duhet të mbahet mend se bakteret nitrifikuese sigurojnë gjithashtu pastrim biologjik të tokës. Ata, duke qenë në tokë, rezervuarë ose humus, shndërrojnë amoniakun, i cili çlirohet nga mikroorganizma të tjerë dhe mbetje organike, në nitrate (për të qenë më të saktë, në kripëra të acidit nitrik). I gjithë procesi përbëhet nga dy hapa:
- Oksidimi i amoniakut në nitrit.
- Oksidimi i nitriteve në nitrat.
Në të njëjtën kohë, çdo fazë sigurohet nga lloje të veçanta mikroorganizmash.
I ashtuquajturi rreth vicioz
Qarkullimi i energjisë dhe ruajtja e jetës në Tokë është i mundur për shkak të respektimit të ligjeve të caktuara të ekzistencës së të gjitha gjallesave. Në shikim të parë, është e vështirë të kuptosh se çfarë është në rrezik, por në fakt gjithçka është mjaft e thjeshtë.
Le të imagjinojmë foton e mëposhtme nga një tekst shkollor:
- Substancat inorganike përpunohen nga mikroorganizmat dhe kështu krijojnë kushte të favorshme në tokë për rritjen dhe ushqyerjen e bimëve.
- Ato, nga ana tjetër, janë një burim i domosdoshëm energjie për shumicën e barngrënësve.
- Zinxhiri tjetër i kësaj lidhjeje jetësore janë grabitqarët, energjia për të cilën është,përkatësisht, homologët e tyre barngrënës.
- Njerëzit njihen si grabitqarë të kulmit, që do të thotë se ne mund të marrim energji si nga bota bimore ashtu edhe nga bota e kafshëve.
- Dhe tashmë jeta jonë ka mbetur, si dhe ato bimë dhe kafshë, shërbejnë si një substrat ushqyes për mikroorganizmat.
Kështu, fitohet një rreth vicioz, i cili funksionon vazhdimisht dhe siguron jetë për të gjithë jetën në Tokë. Duke ditur këto parime, nuk është e vështirë të imagjinohet se sa e shumëanshme dhe në fakt e pakufishme është fuqia e natyrës dhe e të gjitha gjallesave.
Përfundim
Në këtë artikull, ne u përpoqëm t'i përgjigjemi pyetjes se çfarë janë bakteret nitrifikuese në biologji. Siç mund ta shihni, pavarësisht dëshmive të pakundërshtueshme të aktivitetit jetësor, funksionimit dhe ndikimit të këtyre mikroorganizmave, ka ende shumë çështje të diskutueshme që kërkojnë kërkime të mëtejshme eksperimentale.
Bakteret nitrifikuese klasifikohen si kemotrofe. Mineralet e ndryshëm shërbejnë si burim energjie për ta. Pavarësisht nga madhësia e tyre mikroskopike, këta organizma të gjallë kanë një ndikim të madh në botën përreth tyre.
Siç e dini, kemotrofët nuk mund të thithin përbërjet organike që ndodhen në substrat (tokë ose ujë). Përkundrazi, ato prodhojnë materialin ndërtimor për krijimin e një qelize të gjallë dhe funksionale.
