Karakteristike nitrifikacijskih bakterija (nitrifikatora)

Živi organizmi se prema vrsti ishrane dijele na autotrofe i heterotrofe. Potonji samostalno grade nove elemente od ugljičnog dioksida i drugih anorganskih tvari. Nitrifikujuće bakterije su dobro poznat oblik života, koji se često koristi u svakodnevnom životu i domaćinstvu. Ove vrste su uključene u uređaje za čišćenje akvarija.

Glavna karakteristika

Izvori energije koji podržavaju uslove života organizama određuju njihovu podjelu na fotoautotrofe i kemoautotrofe, koji zavise od sunčeve energije i mineralnih komponenti. Ovisno o oksidirajućem agensu kemoautotrofa, oslobađaju se vodik i nitrifikacijske bakterije, sumporne i željezne bakterije.

Svrha i klasifikacija

Početkom 19. vijeka naučnici su dokazali da nitrifikacija pripada biologiji. Da bi to učinili, dodali su hloroform u otpadnu vodu.

Među autotrofima koji proizvode složene organske tvari iz jednostavnih anorganskih molekula, poznati su organizmi koji koriste energiju. To su alge, bakterije koje proizvode organsku tvar iz ugljičnog dioksida i vode. Prisustvo autotrofa je zbog prisustva kiseonika i niske vlažnosti.

Među bakterijama su identificirani organizmi koji primaju energiju oksidacijom i redukcijom (kemoautotrofi). U pogledu fizioloških, bioloških i hemijskih svojstava i značaja, ovi mikroskopski organizmi su od interesa za određena područja poljoprivrede.

Tokom istraživanja završen je proces oksidacije amonijaka. Vinogradski je podijelio nitrifikatore na bakterije koje obavljaju prvu fazu ovog procesa (oksidaciju amonijaka u dušičnu kiselinu), a drugu, pretvaranje ove kiseline u dušičnu kiselinu. Gram-negativne bakterije se klasificiraju kao nitrobakterije.

Predstavnici prve faze Nitroa:

• Somonas (Somonas);
• Socistis (Sosystis);
• Solobus (Solobus);
• Sospira.

Vrsta Somonas je više proučavana, iako se čini da je stvaranje pravih usjeva teško. Ćelije su ovalnog oblika, razmnožavaju se stvaranjem kćeri prokariota iz matične ćelije. Kao rezultat razvoja mikroorganizama u tečnom mediju, javljaju se pokretni oblici sa nekoliko flagela i nepokretnih zooglea.

Nitrososti se odlikuju okruglim oblikom, veličine do 2 mikrona. Neki predstavnici dosežu 10 mikrona. Kreću se zahvaljujući jednom biču, formiraju zoogleu i ciste. Nitrosolobus je jednak 1-1,5 * 1-2,5 mikrona. Ćelije su podijeljene na dijelove, pa je vanjski oblik nepravilan.

Ćelije Nitrosospira su štapićaste ili vijugave, veličine 0,9-1 * 1,5-2,60 mikrona, imaju do 5 flagela.

Nitro bakterije faze II:

• Bakter
• Spina (leđa);
• Coccus.

Štetno dejstvo organskih supstanci na hemoautotrofne organizme zabeleženo je i u istraživanju naučnika. Ne koriste egzogene organske elemente i nazivaju se obveznim autotrofima. Pojedinačna jedinjenja mogu koristiti bakterije sa ograničenim mogućnostima.

Rast Nitrobacter se poboljšava u prisustvu autolizata kvasca nitrita, piridoksina, glutamata i serina, ako se unose u podlogu u slaboj koncentraciji.

Glavna struktura nitrifikatora:

• Formiran sistem membrana u obliku naslaga u centru ćelije, u sredini.
• Struktura nalik čaši, koja se sastoji od nekoliko listova.

Nitrobacter ćelije izgledaju kao kruška. Razmnožava se pupanjem. Informacije o bakterijama Nitrospina i Nitrokokus su ograničene.

U pogledu ćelijske strukture, proučavane bakterije su slične drugim gram-negativnim mikroorganizmima. Neki imaju formirane sisteme unutrašnjih membrana koje formiraju snop u sredini ćelije (Nitrosocystis), postavljene su paralelno sa citoplazmatskom membranom (Nitrosomonas) ili formiraju čašastu strukturu slojeva (Nitrobacter Vinogradsky). Kiseonik je neophodan za oksidaciju amonijaka u azotnu kiselinu:

Nitrobacter i Nitrosomonas rekonstituišu nitrite amonijumom. Uz nitrificirajuće kemotrofe, postoje heterotrofi koji imaju slične procese. To uključuje gljive iz roda Fusamm i bakterije Alcaligenes, Sorinebacterium, Achromoba-kter, Pseudomonas, Arfrobakter. Nocardia oksidira amonijum da bi stvorio hidroksilamin, nitrite i nitrate. Kao rezultat, nastaje hidroksamska kiselina.

Dušik je esencijalni sastojak nukleinske kiseline i proteina. Veličine heterotrofne nitrifikacije su ogromne. Stvaraju se proizvodi toksičnog, otrovnog, kancerogenog, mutagenog i hemoterapeutskog dejstva. Iz tog razloga, mnogo pažnje je posvećeno proučavanju procesa i razjašnjavanju njegovog značaja za heterotrofne kulture.

Formiranje hemijskih spojeva za stvaranje energije je kemosinteza kroz koju stanice rastu i razvijaju se. Hemoautotrofni tipovi su uobičajeni u prirodi i uočeni su u tlu i vodenim tijelima. Procesi koje oni proizvode odvijaju se u velikom obimu i imaju najvažnije značenje u ciklusu dušika.

Naučnici prošlog stoljeća vjerovali su da učinak nitrifikatora obogaćuje tlo, jer pretvaraju amonijum u nitrate, koje biljke lako apsorbiraju, a također povećavaju apsorpciju minerala. Biljke, koje asimiliraju amonijum azot i amonijum ione, bolje se skladište u tlu od nitrata. Formirani nitrati zakiseljavaju stanište, iscrpljuju sastav tla u smislu količine dušika.

Ishrana mikroorganizama

Nitrifikujuće bakterije su autotrofi, jer ne koriste egzogenu organsku materiju. Baza sa autolizatom kvasca, serinom i glutamatom u niskoj koncentraciji utiče na rast bakterija. To je zbog nitrita u hranljivom mediju. Oksidacija acetata je smanjena, ali se povećava dodavanje njegovog ugljika proteinima, aminokiselinama i drugim komponentama.

Kao rezultat provedenih studija došlo se do podataka da bakterije prelaze na heterotrofnu prehranu.

Stanište i opasnost

Nitrifikacijske bakterije su česte u okolišu. Prisutni su u tlu, raznim supstratima i vodenim tijelima. Proces njihovog funkcionisanja daje značajan doprinos opštem stadijumu kretanja azota u prirodi.

Nitrifikatori žive u jednostavnom mineralnom okruženju koje sadrži supstrat koji se može oksidirati u obliku amonijaka, nitrita i ugljičnog dioksida.

U okolnom svijetu mikroorganizmi prerađuju neorganske tvari i stvaraju uvjete za ishranu biljaka u tlu. Flora je izvor energije za životinje. Čovjek jede biljke i životinje. Ostaci vitalne aktivnosti flore i faune služe kao hrana za bakterije. Ciklus je zatvoren.

Mikroorganizam kao što je Nitrosocystis izolovan je iz voda Atlantika. Spada u obavezne galofile i živi u slanoj sredini. pH (reakcija vodika) za rast bakterija je 8,7, a optimalno 7,5.

Među vrstama Somonas postoje tipovi koji imaju temperaturni režim na 26 ili oko 40°C, i sojevi koji brzo rastu na 4°C. Povoljna klima je stanište (voda) 24-27 stepeni. Mora postojati stalna opskrba kisikom i prisustvo vodene vegetacije.

Najjednostavnije bakterije su klasifikovane kao obvezni aerobi. Da bi oksidirali amonijak u azotnu kiselinu, a dušičnu kiselinu u dušičnu kiselinu, potreban im je kisik. Stanište ne smije sadržavati organska jedinjenja. Istraživanja su potvrdila destruktivni učinak glukoze, herbicida, uree, peptona, glicerina i drugih organskih tvari na bakterije.

Neki sojevi nitrobakterija, u prisustvu organske komponente, oksidiraju amonijum, stvarajući hidroksilamin, nitrite i nitrate. Kao rezultat takvih reakcija nastaju hidroksamske kiseline. Bakterije provode proces nitrifikacije različitih spojeva koji sadrže dušik.

Količina heterotrofne nitrifikacije u posebnim okolnostima može biti katastrofalna. Opasnost je da se stvaraju toksini, mutageni i karcinogeni.

Primjena u raznim oblastima

Upotreba nitrifikujućih bakterija u različitim oblastima donosi svoje prednosti i nedostatke. Mikroorganizmi stvaraju povoljne uslove za život riba u akvariju, obogaćivanje tla, kao i poljoprivredne procese.

Biološki filter za akvarijum

Nitrobakterije igraju važnu ulogu u pretvaranju toksičnog amonijaka u nitrate. Ovo je važno prilikom pokretanja novog akvarijuma. Ovi mikroorganizmi čine mali udio bakterija i biofiltri su. Uspiju na bilo kojoj površini (filterski medij, tlo ili biljke). Ako alge u akvariju je velika količina, tada se akvarij u potpunosti smatra biofilterom. Važno je stvoriti povoljno okruženje za rast korisnih bakterija.

Nedostatak kisika, višak ugljičnog dioksida, sniženi pH i upotreba dezinficijensa mogu smanjiti populaciju bakterija u akvariju. Bakterije koje nitrifikuju biljke uskraćuju ishranu algama. Žive bakterije za akvarijum se primenjuju tokom pripreme rezervoara za upotrebu.

Značaj mikroorganizama je veliki, jer pročišćavaju vodu od nečistoća, bioloških i organskih ostataka, sedimenata i fekalija. Stoga je mikroflora u rezervoarima u kojima žive idealna.

Nitrifikujuće bakterije su glavni čistači staništa riba i školjki. Aktivno se razmnožavaju u okruženju zasićenom amonijem, nitritima, dušikom i amonijakom.

Za pokretanje akvarija koriste se preparati marke "Sera" koji sadrže žive nitrifikatore i vulkansku prašinu - besprijekorno okruženje za brzu reprodukciju i rast. Ovaj supstrat se taloži na dno i postaje dio tla. Nekoliko bakterija kolonizira akvarij odjednom.

Većina proizvoda koji se isporučuju u specijalizirane trgovine za kućne ljubimce sadrže kulture heterotrofnih bakterija.

Značaj za poljoprivredu

Za povećanje prinosa poljoprivrednici koriste sve vrste gnojiva koja sadrže nitrifikacijske bakterije.

Tlo je idealan supstrat za procese rasta, razmnožavanja biljaka i živih organizama, stoga je važno održavati njegov pravilan sadržaj i složeni sastav.

Biološku obradu tla provode prirodni čistači - nitrifikacijske bakterije. Ne treba im pristup tvarima iz vanjskog okruženja - mogu ih samostalno proizvoditi. Na primjer, autotrofne zelene biljke trebaju sunčevu svjetlost, ali nitrobakterije su indiferentne.

Kada su prisutni u tlu, humusu ili vodenom okruženju, oni pretvaraju oslobođeni amonijak u nitrate (sol dušične kiseline). Svaka faza se provodi uz pomoć različitih bakterija.

Proces pretvaranja amonijaka u nitrate:

• Oksidacija amonijaka u nitrit. Ovaj proces se ne odvija od strane jedne vrste bakterija, već različitih. Neke vrste mikroorganizama se pretvaraju u nitrit, dok se druge pretvaraju u nitrate. Važan uslov treba da bude temperatura od 4 stepena, vlažnost i obilje kiseonika.
• Oksidacija nitrita u nitrate.

Nitrifikatori imaju pozitivan učinak na tlo, povećavajući njegovu plodnost zbog razgradnje amonijaka. Međutim, naučnici su identifikovali i negativan uticaj. Bakterije zakiseljuju tlo, što nije povoljan trenutak, a također zasićuju tlo amonijum jonima. Nakon toga, tlo se iscrpljuje u količini hranjivih tvari.

Različiti minerali su izvor energije za hemotrofe. Ekosistem je stvoren umjetno, ali za uspješan razvoj pokreću se uspostavljeni procesi koje reguliraju stanovnici rezervoara, na primjer, akvarijum.

Uprkos svojoj maloj veličini, ovi živi organizmi utiču na svet oko sebe. Nitrobakterije se nalaze u zemljištu, morskoj i slatkoj vodi, igraju važnu ulogu u tretmanu otpadnih voda.