Что такое нитрифицирующие бактерии
Нитрифицирующие бактерии
Смотреть что такое «Нитрифицирующие бактерии» в других словарях:
Нитрифицирующие бактерии — Еще в 1870 г. Шлезинг и Мюнц (Schloesing, Miintz) доказали, что нитрификация имеет биологическую природу. Для этого они добавляли к сточным водам хлороформ. В результате окисление аммиака прекращалось. Однако специфические микроорганизмы … Биологическая энциклопедия
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — почвенные и водные, аэробные бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты (виды родов Nitrosomonas, Nitrobacter и др.). См. Нитрификация. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской… … Экологический словарь
нитрифицирующие бактерии — Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие аммиак и соли аммония до нитритов и нитратов [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nitrifying bacteria … Справочник технического переводчика
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоемах … Большой Энциклопедический словарь
нитрифицирующие бактерии — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах. * * * НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной… … Энциклопедический словарь
нитрифицирующие бактерии — nitrifikatoriai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nitritinės (Nitrosomonas genties) ir nitratinės (Nitrobacter genties) bakterijos, paverčiančios amonio druskas nitratais. atitikmenys: angl. nitrifiers; nitrifying bacteria vok … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах … Естествознание. Энциклопедический словарь
Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия
БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ — проводят реакции окисления восстановленных соединений азота. Представители рода Nitrosomonas окисляют аммиак до нитритов, а бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов. Относятся к автотрофным хемосинтезирутощим аэробным… … Геологическая энциклопедия
ХЕМОАВТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ — По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником… … Биологическая энциклопедия
Нитрифицирующие бактерии
Полезное
Смотреть что такое «Нитрифицирующие бактерии» в других словарях:
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — почвенные и водные, аэробные бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты (виды родов Nitrosomonas, Nitrobacter и др.). См. Нитрификация. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской… … Экологический словарь
нитрифицирующие бактерии — Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие аммиак и соли аммония до нитритов и нитратов [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nitrifying bacteria … Справочник технического переводчика
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоемах … Большой Энциклопедический словарь
нитрифицирующие бактерии — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах. * * * НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной… … Энциклопедический словарь
нитрифицирующие бактерии — nitrifikatoriai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nitritinės (Nitrosomonas genties) ir nitratinės (Nitrobacter genties) bakterijos, paverčiančios amonio druskas nitratais. atitikmenys: angl. nitrifiers; nitrifying bacteria vok … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Нитрифицирующие бактерии — бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты; аэробны, грамотрицательны, подвижны (имеют жгутики); обитают в почве и водоёмах. Выделены и описаны в 1890 рус. микробиологом С. Н. Виноградским (См. Виноградский) (их открытие… … Большая советская энциклопедия
НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах … Естествознание. Энциклопедический словарь
Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия
БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ — проводят реакции окисления восстановленных соединений азота. Представители рода Nitrosomonas окисляют аммиак до нитритов, а бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов. Относятся к автотрофным хемосинтезирутощим аэробным… … Геологическая энциклопедия
ХЕМОАВТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ — По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником… … Биологическая энциклопедия
Фотосинтез
Типы питания
Фотосинтез
Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.
В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»
Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.
Светозависимая фаза (световая)
Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.
Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):
Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).
При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:
Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2 в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.
Светонезависимая (темновая) фаза
При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.
Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.
Значение фотосинтеза
Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.
Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.
Значение хемосинтеза
Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.
Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Нитрифицирующие бактерии — центр аквариумной жизни
Аквариум — это маленькая изолированная экосистема, мало зависящая от внешнего мира, но по своим пищевым цепочкам и взаимосвязям между организмами очень схожая с биосферой. В аквариуме присутствует свою микрофлора, которая может быть полезной, а может вступить в антагонизм с другими обитателями. Именно поэтому для обеспечения симбиоза и нормальной жизнедеятельности в водоеме необходимо поддерживать присутствие полезных бактерий.
Характеристика
Нитрифицирующие бактерии считаются одними из главных очистителей водных экосистем. Впервые их получил великий русский микробиолог С. Н. Виноградов.
Нитрификаторы — граммотрицательные симбиотические бактерии, относятся к облигатным аэробам, обитают в почве и воде. По типу питания — автотрофы — т.е. организмы, способные производить органические молекулы, необходимые для питания, из неорганических веществ. Энергия для биохимического синтеза берется при распаде химических связей неорганики.
Внимание, распространенная ошибка! В некоторых источниках нитрифицирующие бактерии называют анаэробами. Это неверно. Кислород — один из главных участников азотистого обмена.
Бактерии способны быстро увеличивать свои колонии, используя для жизнедеятельности аммиак, азот и ионы аммония.
Свои полезные свойства проявляют в удивительной способности расти и размножаться, перерабатывая азот, аммиак и аммоний, окисляя нитриты.
Классификация
В зависимости от строения клеточной стенки прокариоты разделяют на 17 групп.
Нитрифицирующие бактерии получают энергию в процессе окисления аммиака до нитрита (NO2) и нитрата (NO3), поэтому они включены в 12 группу вместе с другими хемотрофами (серо- и железоокисляющими микроорганизмами).
Окисления аммиака происходит в два этапа, каждый из которых требует особого набора ферментов и выполняется двумя разными группами бактерий.
В зависимости участия в стадии процесса нитрификации данные бактерии разделяют на две секции.
Секция А: окисление аммиака до нитритов производят бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira и др.
Секция В: окисление нитритов до нитратов обеспечивают роды Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus
Являясь дополняющими друг друга видами, бактерии могут преобразовывать неорганические соединения в органические путем хемосинтеза.
Среда обитания
В природе нитрифицирующие бактерии распространены повсеместно — в водоемах, почве, на различных субстратах. Но предпочтения для местообитания есть как у отдельных видов, так у всей группы. Вид Nitrocistis Oceanus, обитающий в Атлантическом океане, выживает только в морской воде (облигатный галофил). Для многих видов необходимы особые параметры водородного показателя, солености.
Дополнительная информация! Ученые заметили, что колонии нитрифицирующих организмов разрастаются в местах, где практически отсутствуют органические вещества. Была выдвинута теория, что эти бактерии вообще не могут использовать органические вещества извне, а потому являются облигатными хемотрофами. Позже выяснили, что глюкоза, мочевина, глицерин и др. гибельны для нитрификаторов.
Питание
Нитрифицирующие микроорганизмы культивируются на минеральных смесях, куда входят окисляемые вещества (аммиак и нитриты) и углекислота.
Применение в различных сферах
Люди научились применять полезные свойства нитрификаторов еще в Средние века. Позже нитробактерии стали использовать для получения калийной селитры — одного из основных компонентов пороха.
Занимательная технология! Для этого близ скотобоен разрыхляли участки земли и обильно поливали их кровью забитых животных. Кровь содержит белки, построенные из длинных цепей аминокислот. Последние организуются из углеродного скелета, карбоксильной и аминной групп. Азотная часть трансформировалась в аммиак, который дальше окислялся до нитрата. Почву смешивали с золой и получали калийную селитру.
Сегодня нитробактерии используются для создания симбиотической микрофлоры в аквариумах, обогащения азотом культурных растений в сельском хозяйстве и в качестве биоиндикаторов.
Невидимый биологический фильтр и его роль в аквариумистике
Нитрификаторы играют одну ключевую роль в трансформации токсичных аммиака и аммония в менее опасные нитраты, осущестляя естественную очистку микроэкосистемы. Это особенно важно в первые месяцы запуска нового аквариума.
Опаснейшими веществами, выделяющимися от испражнений гетеротрофов, являются аммиак, фосфаты, азот и другие неорганические соединения.
Если бы не существовало механизмов очищения, обитатели водоемов попросту бы отравились токсичными веществами собственных экскрементов, опустившихся на дно и разлагающихся остатков корма.
Важно! В аквариум заселяют бактерии-нитрификаторы, которые входят в состав специальных растворов и порошков и производятся промышленным способом. Интернетные советы по самостоятельному заселению микрофлоры путем заброски в аквариум куска гнилой селедки могут привести к непоправимым последствиям.
Бактериям необходимы точки фиксации в водоеме. Для этого идеально подходит грунт, на котором они образовывают свои колонии.
Не засевать бактерии в пустой аквариум, ведь им нужна питательная среда. Для начала можно поселить в него несколько неприхотливых рыб, а после того, как бактерии размножатся (около 2 недель), заселить остальных.
Сельское хозяйство
Для повышения урожайности растений в почву активно вносят различные удобрения, содержащие нитрификаторы.
Анионы азотной кислоты необходимы клеткам растений для синтеза своих аминокислот и постройки белковых молекул. Достаточное поступление нитратов в организм растений является залогом их здоровья и плодородия.
Опасность бактерия
Отдельные штаммы нитрификаторов в присутствии органического субстрата способны окислять ионы аммония (NH4+) до гидроксиламина (NH₂OH) и далее до нитратов и нитритов. Особенность органических реакций, в том числе с участием нитрификатов, — большое количество побочных соединений (молекулы гидроксамовой кислоты, аминов, оксимов и т.д.), которые являются токсинами, мутагенами и провоцируют развитие опухолей.
Конкуренция с водорослями и растениями
Растения, водоросли и нитрифицирующие бактерии являются конкурентами, поскольку нуждаются в однинаковых ресурсах, необходимых для жизнедеятельности и питания. Это микроэлементы и кислород. Поэтому важно соблюдать баланс между обитателями маленького водоема, о нарушении чего свидетельствует быстрое помутнение свежей воды.
Как не навредить бактериям в аквариуме?
Автотрофные организмы особенно чувствительны физико-химическим параметрам окружающей среды.
Ущерб для бактериальных колоний может нанести:
В комментариях Вы можете написать свое мнение о статье и о своем опыте применения нитрифицирующих бактерий.
Нитрифицирующие бактерии
В 1870 году Шлезинг и Мюнц (Schloesing, Muntz) доказали, что нитрификация имеет биологическую природу. Для этого они добавляли к сточным водам хлороформ. В результате окисление аммиака прекращалось. Однако специфические микроорганизмы, вызывающие этот процесс, были выделены лишь Виноградским. Им же было показано, что хемоавтотрофные нитрификаторы могут быть подразделены на бактерий, осуществляющих первую фазу этого процесса, а именно окисление аммония до азотистой кислоты (NH4+ —> NO2-), и бактерий второй фазы нитрификации, переводящих азотистую кислоту в азотную (NO2- —> NO3-). И те и другие микроорганизмы являются грамотрицательными. Их относят к семейству Nitrobacteriaceae.
Среди бактерий второй фазы нитрификации различают три рода: Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus.
Большая часть исследований проведена с разными штаммами Nitrobacter, многие из которых могут быть отнесены к Nitrobacter winogradskyi, хотя описаны и другие виды. Бактерии имеют преимущественно грушевидную форму клеток. Как показано Г. А. Заварзиным, размножение Nitrobacter происходит путем почкования, причем дочерняя клетка бывает обычно подвижна, так как снабжена одним латерально расположенным жгутиком. Отмечают также сходство Nitrobacter с почкующимися бактериями рода Hyphomicrobium по составу жирных кислот, входящих в липиды.
По строению клеток исследованные нитрифицирующие бактерии похожи, на другие грамотрицательные микроорганизмы. У некоторых видов обнаружены развитые системы внутренних мембран, которые образуют стопку в центре клетки (Nitrosocystis oceanus), или располагаются по периферии параллельно цитоплазматической мембране (Nitrosomonas europaea), или образуют чашеподобную структуру из нескольких слоев (Nitrobacter winogradskyi). Видимо, с этими образованиями связаны ферменты, участвующие в окислении нитрификаторами специфических субстратов.
Нитрифицирующие бактерии растут на простых минеральных средах, содержащих окисляемый субстрат в виде аммония или нитритов и углекислоту. Источником азота в конструктивных процессах могут быть, кроме аммония, гидроксиламин и нитриты.
Показано также, что Nitrobacter и Nitrosomonas europaea восстанавливают нитриты с образованием аммония.
Такой микроорганизм, как Nitrosocystis oceanus, выделенный из Атлантического океана, относится к облигатным галофилам и растет на среде, содержащей морскую воду. Область значений рН, при которой наблюдается рост разных видов и штаммов нитрифицирующих бактерий, приходится на 6,0-8,6, а оптимальное значение рН чаще всего 7,0-7,5. Среди Nitrosomonas europaea известны штаммы, имеющие температурный оптимум при 26 или около 40° C, и штаммы, довольно быстро растущие при 4° C.
Все известные нитрифицирующие бактерии являются облигатными аэробами. Кислород необходим им как для окисления аммония в азотистую кислоту:
так и для окисления азотистой кислоты в азотную:
Но весь процесс превращения аммония в нитраты происходит в несколько этапов с образованием соединений, где азот имеет разную степень окисленности.
Первым продуктом окисления аммония является гидроксиламин, который, возможно, образуется в результате непосредственного включения в NH+4 молекулярного кислорода:
Однако окончательно механизм окисления аммония до гидроксиламина не выяснен. Превращение гидроксиламина в нитрит:
как предполагают, идет через образование гипонитрита NOH, а также окись азота (NO). Что касается закиси азота (N2O), обнаруживаемой при окислении Nitrosomonas europaea аммония и гидроксиламина, то большинство исследователей считает ее побочным продуктом, образующимся в основном в результате восстановления нитрита.
Исследование окисления Nitrobacter нитрита с использованием в опытах тяжелого изотопа кислорода (18O) показало, что образующиеся нитраты содержат значительно больше 18O, когда меченой является вода, а не молекулярный кислород. Поэтому предполагают, что сначала происходит образование комплекса NO2-H2O, который далее окисляется до NO3-. При этом происходит передача электронов через промежуточные акцепторы на кислород. Весь процесс нитрификации можно представить в виде следующей схемы (рис. 1), отдельные этапы которой требуют, однако, уточнения.
Таким образом происходит обеспечение хемоавтотрофных нитрифицирующих бактерий не только АТФ, но и НАДН, необходимых для усвоения углекислоты и для других конструктивных процессов.
Согласно расчетам эффективность использования свободной энергии Nitrobacter может составлять 6,0-50,0%, a Nitrosomonas — и больше.
Ассимиляция углекислоты происходит в основном в результате функционирования пентозофосфатного восстановительного цикла углерода, иначе называемого циклом Кальвина. Итог его выражают следующим уравнением:
где [CH2O] означает образующиеся органические вещества, имеющие уровень восстановленности углеродов. Однако в действительности в результате ассимиляции углекислоты через цикл Кальвина и другие реакции, прежде всего путем карбоксилирования фосфоенолпирувата, образуются не только углеводы, но и все другие компоненты клеток — белки, нуклеиновые кислоты, липиды и т. д. Показано также, что Nitrococcus mobilis и Nitrobacter winogradskyi могут образовывать в качестве запасных продуктов поли-?-оксибутират и гликогеноподобный полисахарид. Такое же соединение обнаружено в клетках Nitrosolobus multiformis. Кроме углеродсодержащих запасных веществ, нитрифицирующие бактерии способны накапливать полифосфаты, входящие в состав метахроматиновых гранул.
Недавно установлено также, что некоторые штаммы Nitrobacter растут на среде с ацетатом и дрожжевым автолизатом не только в присутствии, но и в отсутствие нитрита, хотя и медленно. При наличии нитрита окисление ацетата подавляется, но включение его углерода в разные аминокислоты, белок и другие компоненты клеток увеличивается. Имеются, наконец, данные, что возможен рост Nitrosomonas и Nitrobacter на среде с глюкозой в диализируемых условиях, которые обеспечивают удаление продуктов ее метаболизма, оказывающих ингибиторное действие на данные микроорганизмы. На основании этого делается вывод о способности нитрифицирующих бактерий переключаться на гетеротрофный образ жизни. Однако для окончательных выводов необходимо большее число экспериментов. Важно прежде всего выяснить, как долго нитрифицирующие бактерии могут расти в гетеротрофных условиях при отсутствии специфических окисляемых субстратов.
Хемоавтотрофные нитрифицирующие бактерии имеют широкое распространение в природе и встречаются как в почве, так и в разных водоемах. Осуществляемые ими процессы могут происходить весьма в крупных масштабах и имеют существенное значение в круговороте азота в природе. Раньше считали, что деятельность нитрификаторов всегда способствует плодородию почвы, поскольку они переводят аммоний в нитраты, которые легко усваиваются растениями, а также повышают растворимость некоторых минералов. Сейчас, однако, взгляды на значение нитрификации несколько изменились. Во-первых, показано, что растения усваивают аммонийный азот и ионы аммония лучше удерживаются в почве, чем нитраты. Во-вторых, образование нитратов иногда приводит к нежелательному подкислению среды. В-третьих, нитраты могут восстанавливаться в результате денитрификации до N2, что приводит к обеднению почвы азотом.
Показано, что Arthrobacter sp. окисляет в присутствии органических субстратов аммоний с образованием гидроксиламина и далее нитритов и нитратов. Кроме того, может образовываться гидроксамовая кислота. У ряда бактерий выявлена способность осуществлять нитрификацию органических азотсодержащих соединений: амидов, аминов, оксимов, гидроксаматов, нитросоединений и др. Пути их превращения представляют следующим образом:
Размеры гетеротрофной нитрификации в некоторых случаях бывают довольно большие. Кроме того, при этом образуются некоторые продукты, обладающие токсичным, канцерогенным, мутагенным действием и соединения с химиотерапевтическим эффектом. Поэтому исследованию данного процесса и выяснению его значения для гетеротрофных микроорганизмов сейчас уделяют значительное внимание.