Kulingana na aina ya lishe, viumbe hai vyote vinavyojulikana vimegawanywa katika aina mbili kubwa: hetero- na autotrophs. Kipengele tofauti cha mwisho ni uwezo wao wa kuunda vipengele vipya kwa kujitegemea kutoka kwa kaboni dioksidi na vitu vingine isokaboni.
Vyanzo vya nishati vinavyosaidia shughuli zao muhimu huamua mgawanyiko wao kuwa photoaphtotroph (chanzo ni nyepesi) na chemoautotrophs (chanzo ni madini). Na kulingana na jina la substrate iliyooksidishwa na chemoauthorthophytes, imegawanywa katika bakteria ya hidrojeni na nitrifying, pamoja na bakteria ya sulfuri na chuma.
Makala haya yatatolewa kwa kundi linalojulikana zaidi kati yao - bakteria za nitrifying.
Historia ya uvumbuzi
Hata katikati ya karne ya 19, wanasayansi wa Ujerumani walithibitisha kwamba mchakato wa nitrification ni wa kibayolojia. Empirically, walionyesha kwamba wakati klorofomu iliongezwa kwa maji ya maji taka, oxidation ya amonia ilisimama. Lakini kueleza kwa nini hii hutokea, hawanainaweza.
Hii ilifanywa miaka michache baadaye na mwanasayansi wa Urusi Vinogradsky. Alibainisha makundi mawili ya bakteria ambayo hatua kwa hatua yalishiriki katika mchakato wa nitrification. Kwa hivyo, kikundi kimoja kilihakikisha uoksidishaji wa amonia hadi asidi ya nitrojeni, na kundi la pili la bakteria liliwajibika kwa ubadilishaji wake kuwa asidi ya nitriki. Bakteria zote za nitrifying zinazohusika katika mchakato huu ni Gram-negative.
Vipengele vya mchakato wa oksidi
Mchakato wa uundaji wa nitriti kwa uoksidishaji wa amonia una hatua kadhaa, wakati ambapo misombo iliyo na nitrojeni na viwango tofauti vya oxidation ya kundi la NH huundwa.
Bidhaa ya kwanza ya oxidation ya ammoniamu ni hidroksilamine. Uwezekano mkubwa zaidi, imeundwa kutokana na kujumuishwa kwa oksijeni ya molekuli katika kundi la NH4, ingawa mchakato huu haujathibitishwa hatimaye na bado unaweza kujadiliwa.
Inayofuata, haidroksilamine inabadilishwa kuwa nitriti. Labda, mchakato huo unafanywa kupitia malezi ya NOH (hyponitrite) na kutolewa kwa oksidi ya nitrous. Katika hali hii, wanasayansi wanachukulia utengenezwaji wa oksidi ya nitrojeni kuwa ni bidhaa ndogo tu ya usanisi, kutokana na kupunguzwa kwa nitriti.
Mbali na utengenezaji wa elementi za kemikali, kiasi kikubwa cha nishati hutolewa wakati wa kutofautisha. Sawa na kile kinachotokea katika viumbe vya aerobiki vya heterotrofiki, katika hali hii usanisi wa molekuli za ATP huhusishwa na michakato ya redoksi, kwa sababu hiyo elektroni huhamishwa hadi oksijeni.
Nitriti inapooksidishwa, mchakato wa usafiri wa kurudi nyuma huwa na jukumu muhimuelektroni. Kuingizwa kwa elektroni zake kwenye mnyororo hutokea moja kwa moja kwenye cytochromes (aina ya C na / au A-aina), na hii inahitaji kiasi kikubwa cha nishati. Kwa hivyo, bakteria ya chemoautotrophic nitrifying hutolewa kikamilifu na akiba inayohitajika ya nishati, ambayo hutumika kwa michakato ya kujenga na kumeza dioksidi kaboni.
Aina za bakteria ya kuongeza nitrifi
Jenera nne za nitrobacteria hushiriki katika awamu ya kwanza ya nitrification:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Kumbe, unaweza kuona bakteria ya kuongeza nitrifi kwenye picha iliyopendekezwa (picha chini ya darubini).
Kwa majaribio, miongoni mwao ni vigumu sana, na mara nyingi haiwezekani kabisa kutofautisha moja ya tamaduni, kwa hivyo uzingatiaji wao ni changamano. Vijidudu vyote vilivyoorodheshwa vina ukubwa wa hadi mikroni 2-2.5 na kwa kiasi kikubwa ni mviringo au mviringo kwa umbo (isipokuwa nitrospira, ambayo ina umbo la fimbo). Zina uwezo wa kutenganisha mfumo wa jozi na harakati zinazoelekezwa kutokana na flagella.
Awamu ya pili ya nitrification inashiriki:
- jenasi ya Nitrobacter;
- aina ya nitrospini;
- nitrococus.
Aina ya bakteria iliyochunguzwa zaidi ya jenasi Nitrbacter, iliyopewa jina la mgunduzi wake Vinogradsky. Bakteria hawa wanaotia nitrifi wana seli zenye umbo la peari, huzidisha kwa chipukizi, na kuunda seli ya binti inayotembea (kutokana na flagellum).
Muundo wa bakteria
Bakteria iliyochunguzwa ya kuongeza nitrifi ina muundo sawa wa seli na vijidudu vingine hasi vya gram. Baadhi yao wana mfumo mzuri wa utando wa ndani ambao huunda safu katikati ya seli, wakati kwa zingine ziko zaidi kwenye pembezoni au huunda muundo kwa namna ya kikombe, kilicho na majani kadhaa. Inavyoonekana, ni kwa miundo hii ambapo vimeng'enya huhusishwa katika mchakato wa uoksidishaji wa substrates maalum kwa nitrifiers.
Aina ya chakula cha bakteria wanaolisha
Nitrobacteria ni obligates ototrofu, kwa kuwa hawawezi kutumia vitu vya kikaboni vya kigeni. Hata hivyo, uwezo wa baadhi ya aina za bakteria zinazotia nitrifi kutumia baadhi ya misombo ya kikaboni umeonyeshwa kwa majaribio.
Ilibainika kuwa mkatetaka ulio na chachu hujisawirisha, serine na glutamate katika viwango vya chini, vilichochea ukuaji wa nitrobacteria. Hii hutokea kwa uwepo wa nitriti na kwa kutokuwepo kwa kati ya virutubisho, ingawa mchakato ni polepole sana. Kinyume chake, mbele ya nitriti, oxidation ya acetate inakandamizwa, lakini kuingizwa kwa kaboni yake katika protini, amino asidi mbalimbali, na vipengele vingine vya seli huongezeka kwa kiasi kikubwa.
Kutokana na majaribio mengi, data ilipatikana kwamba bakteria zinazotia nitrifi bado zinaweza kubadili lishe ya heterotrofiki, lakini ni jinsi gani zinaweza kuwa na tija na kwa muda gani zinaweza kuwepo katika hali kama hizo bado hazijaonekana. Ilimradi data inatoshahaiendani katika kutoa hitimisho la mwisho kuhusu jambo hili.
Makazi na umuhimu wa bakteria ya kuongeza nitrifi
Bakteria za nitrifying ni chemoautotrofi na husambazwa kwa wingi kimaumbile. Wanapatikana kila mahali: katika udongo, substrates mbalimbali, pamoja na miili ya maji. Mchakato wa shughuli zao muhimu hutoa mchango mkubwa kwa mzunguko wa jumla wa nitrojeni katika asili na kwa kweli unaweza kufikia idadi kubwa.
Kwa mfano, vijidudu kama vile nitrocystis oceanus, vilivyotengwa na Bahari ya Atlantiki, ni mali ya halofili zinazohitajika. Inaweza kuwepo tu katika maji ya bahari au substrates zilizomo. Kwa vijidudu kama hivyo, sio tu makazi ni muhimu, lakini pia vitu vya kudumu kama vile pH na halijoto.
Bakteria zote zinazojulikana za kuongeza nitrifi huainishwa kuwa obligate aerobes. Wanahitaji oksijeni ili kuongeza oksidi ya ammoniamu hadi asidi ya nitrojeni na asidi ya nitrojeni hadi asidi ya nitriki.
Masharti ya makazi
Jambo lingine muhimu ambalo wanasayansi wamebainisha ni kwamba mahali ambapo bakteria watiayo nitrifi huishi hapapaswi kuwa na mabaki ya viumbe hai. Nadharia iliwekwa mbele kwamba microorganisms hizi, kimsingi, haziwezi kutumia misombo ya kikaboni kutoka nje. Hata zimeitwa obligate autotrophs.
Baadaye, athari mbaya ya glukosi, urea, peptoni, glycerini na viumbe hai vingine kwenye bakteria ya kuongeza nitrifi ilithibitishwa mara kwa mara, lakini majaribio hayakoma.
Umuhimu wa kutia nitrojeni bakteria kwaudongo
Hadi hivi majuzi, iliaminika kuwa nitrifiers zina athari ya manufaa kwenye udongo, na kuongeza rutuba yake kwa kuvunja amonia hadi nitrati. Mimea hii hufyonzwa vizuri tu, bali pia yenyewe huongeza umumunyifu wa baadhi ya madini.
Hata hivyo, katika miaka ya hivi karibuni, maoni ya kisayansi yamekuwa yakibadilika. Athari mbaya ya microorganisms iliyoelezwa juu ya rutuba ya udongo ilifunuliwa. Bakteria ya nitrifying, kutengeneza nitrati, acidify mazingira, ambayo si mara zote jambo chanya, na pia kumfanya kueneza kwa udongo na ioni amonia kwa kiwango kikubwa kuliko nitrati. Zaidi ya hayo, nitrati ina uwezo wa kupunguzwa hadi N2 (wakati wa kutofautisha), jambo ambalo husababisha kupungua kwa udongo katika nitrojeni.
Ni hatari gani ya kutia nitrifisha bakteria?
Baadhi ya aina za nitrobakteria iliyo na sehemu ndogo ya kikaboni inaweza kuongeza oksidi ya ammoniamu, kutengeneza haidroksilamini, na baadaye nitriti na nitrati. Pia, kama matokeo ya athari kama hizo, asidi ya hydroxamic inaweza kutokea. Zaidi ya hayo, idadi ya bakteria hufanya mchakato wa nitrati ya misombo mbalimbali ambayo ina nitrojeni (oksimu, amini, amidi, hidroksamati na misombo mingine ya nitro).
Kiwango cha nitrification ya heterotrofiki chini ya hali fulani inaweza kuwa si kubwa tu, bali pia ni hatari sana. Hatari iko katika ukweli kwamba wakati wa mabadiliko hayo, uundaji wa vitu vya sumu, mutagens na kansa hutokea. Kwa hiyo, wanasayansi ni karibuwanashughulikia kusoma mada hii.
Chujio cha kibayolojia ambacho kiko karibu kila wakati
Bakteria ya nitrify si dhana dhahania, lakini aina ya maisha ya kawaida. Zaidi ya hayo, mara nyingi hutumiwa na wanadamu.
Kwa mfano, bakteria hizi ni sehemu ya vichujio vya kibayolojia vya viumbe vya majini. Usafishaji wa aina hii ni wa gharama ya chini na si wa kazi ngumu kama usafishaji wa kimitambo, lakini wakati huo huo unahitaji kufuata masharti fulani ili kuhakikisha ukuaji na shughuli muhimu ya bakteria ya kuongeza nitrifi.
Hali ndogo ya hali ya hewa inayowafaa zaidi ni halijoto iliyoko (katika hali hii ya maji) ya mpangilio wa nyuzi joto 25-26, usambazaji wa oksijeni usiobadilika na uwepo wa mimea ya majini.
Bakteria wa kuongeza lishe kwenye kilimo
Ili kuongeza mavuno, wakulima wanatumia mbolea mbalimbali zenye vimelea vya nitrifying.
Lishe ya udongo katika kesi hii hutolewa na nitrobacteria na azotobacteria. Bakteria hizi hutoa vitu muhimu kutoka kwa udongo na maji, ambayo huunda kiasi kikubwa cha nishati wakati wa mchakato wa oxidation. Huu ni mchakato unaoitwa chemosynthesis, wakati nishati inayopokelewa inatumiwa kuunda molekuli changamano za asili ya kikaboni kutoka kwa kaboni dioksidi na maji.
Viumbe hawa wadogo hawahitaji virutubisho kutoka kwa mazingira yao - wanaweza kujizalisha wenyewe. Kwa hiyo, ikiwa mimea ya kijani, ambayo pia ni autotrophs, inahitajimwanga wa jua, basi si lazima kwa bakteria ya nitrifying.
Udongo unaojisafisha
Udongo ni substrate bora kwa ukuaji na uzazi wa sio mimea tu, bali pia viumbe hai vingi. Kwa hivyo, hali yake ya kawaida na utungaji sawia ni muhimu sana.
Ikumbukwe kwamba bakteria ya kuongeza nitrifi pia hutoa usafishaji wa kibayolojia wa udongo. Wao, wakiwa kwenye udongo, hifadhi au humus, hubadilisha amonia, ambayo hutolewa na microorganisms nyingine na kupoteza vifaa vya kikaboni, katika nitrati (kuwa sahihi zaidi, katika chumvi za asidi ya nitriki). Mchakato mzima una hatua mbili:
- Uoksidishaji wa amonia hadi nitriti.
- Uoksidishaji wa nitriti hadi nitrati.
Wakati huo huo, kila hatua hutolewa na aina tofauti za vijidudu.
Kinachojulikana duara mbaya
Mzunguko wa nishati na utunzaji wa uhai Duniani unawezekana kutokana na uzingatiaji wa sheria fulani za kuwepo kwa viumbe vyote vilivyo hai. Kwa mtazamo wa kwanza, ni vigumu kuelewa ni nini kiko hatarini, lakini kwa kweli kila kitu ni rahisi sana.
Hebu tufikirie picha ifuatayo kutoka kwa kitabu cha kiada cha shule:
- Vitu visivyo hai huchakatwa na vijidudu na hivyo kuleta hali nzuri kwenye udongo kwa ukuaji na lishe ya mimea.
- Wao, kwa upande wake, ni chanzo cha lazima cha nishati kwa wanyama wengi walao majani.
- Msururu unaofuata wa kiungo hiki cha maisha ni wanyama wanaowinda wanyama wengine, nishati ambayo kwao ni,mtawalia, wenzao walao majani.
- Watu wanajulikana kuwa wanyama wanaokula wenzao, kumaanisha kuwa tunaweza kupata nishati kutoka kwa ulimwengu wa mimea na wanyama.
- Na tayari maisha yetu yamesalia, pamoja na mimea na wanyama hao, hutumika kama sehemu ya virutubishi kwa viumbe vidogo.
Kwa hivyo, mduara mbaya hupatikana, unaoendelea kufanya kazi na kutoa uhai kwa viumbe vyote Duniani. Kujua kanuni hizi, si vigumu kufikiria jinsi nguvu nyingi na zisizo na kikomo za asili na viumbe vyote vilivyo hai.
Hitimisho
Katika makala haya, tulijaribu kujibu swali la ni bakteria gani ya kuongeza nitrifi katika baolojia. Kama unavyoona, licha ya uthibitisho usiopingika wa shughuli muhimu, utendakazi na ushawishi wa viumbe vidogo hivi, bado kuna masuala mengi yenye utata ambayo yanahitaji utafiti zaidi wa majaribio.
Bakteria za nitrifying huainishwa kama kemotrofi. Madini mbalimbali hutumika kama chanzo cha nishati kwao. Licha ya ukubwa wao wa hadubini, viumbe hai hawa wana athari kubwa kwa ulimwengu unaowazunguka.
Kama unavyojua, kemotrofi haziwezi kunyonya misombo ya kikaboni iliyo kwenye substrate (udongo au maji). Kinyume chake, hutoa nyenzo za ujenzi kwa ajili ya kuunda seli hai na inayofanya kazi.
