Нитрифицирующие бактерии nitrosomonas в процессе дыхания. Бактерии нитрифицирующие. Значение нитрифицирующих бактерий. Биологический фильтр, который всегда под рукой

Бактерии встречаются даже в самых отдаленных от берега местах Ледовитого океана. Б. Л. Исаченко обнаружил нитрифицирующие, денитрифицирующие бактерии, а также бактерии, восстанавливающие сернокислые соли и усваивающие атмосферный азот (Azotobactвr и С1. ра,51еиг1апит) на глубине 100 м при общей глубине моря 180 м. Морские микробы лучше развиваются при содержании в воде 2-3% хлористого натрия.[ ...]

Нитрифицирующие бактерии могут повышать потребность в кислороде при анализах по определению БПК, как показано в уравнениях (3.7) и (3.8). К счастью, рост нитрифицирующих бактерий отстает от роста микроорганизмов, осуществляющих окисление углеродсодержащих веществ. Нитрификация обычно начинается через несколько дней после пятисуточного периода, в течение которого определяют БПК5 неочищенной сточной воды. В стоках, поступающих в очистные установки, и в воде водоемов могут быть обнаружены признаки ранней нитрификации, если проба имеет относительно высокую популяцию нитрифицирующих бактерий. Нет ни одного стандартного метода, рекомендуемого для предотвращения нитрификации; однако такие ингибирующие агенты, как тиомочевина или 2-хлор-6-трихлорметилпиридин при использовании специальной лабораторной методики можно применять для; прекращения образования нитратов.[ ...]

Бактерии-симбионты населяют кишечник травоядных животных; бактериальная микрофлора кишечника человека участвует в процессах переваривания целлюлозы (растительной клетчатки). Эти бактерии также синтезируют некоторые витамины. Нитрифицирующие бактерии - симбионты бобовых растений - обогащают почву азотом.[ ...]

Бактерии первой фазы нитрификации представлены четырьмя родами: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosolobus и Nitrosospira. Из них наиболее изучен вид Nitrosomonas euro-раеа, хотя получение чистых культур этих микроорганизмов, как и других нитрифицирующих хемоавтотрофов, до сих пор остается достаточно сложным. Клетки N. europaea обычно овальные (0,6 -1,0 X 0,9-2,0 мкм), размножаются бинарным делением. В процессе развития культур в жидкой среде наблюдаются подвижные формы, имеющие один или несколько жгутиков, и неподвижные зооглеи.[ ...]

Нитрифицирующие бактерии относятся к группе автотрофов, получающих энергию из химических процессов, протекающих с неорганическими соединениями в отличие от фототрофов, использующих энергию света , либо от гетеротрофов, усваивающих углерод органических соединений . Денитрификаторы относятся к гетеротрофным бактериям; при недостатке кислорода они усваивают кислород нитритов и нитратов и используют его для окисления органических веществ. Образующийся при этом азот выделяется в свободном виде и возвращается в атмосферу. Некоторые виды микроорганизмов могут восстанавливать нитраты до аммиака . В настоящее время в процессах кругооборота азота в природе отмечается отставание процессов денитрификации от фиксации .[ ...]

Нитрифицирующие бактерии представлены двумя основными зидами: Nitrosomosonas и Nitrobacter. Почти всегда в больших или меньших количествах в илах присутствуют нитчатые бактерии Sphaerotilus u Cladothrix.[ ...]

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.[ ...]

Нитрифицирующие бактерии чувствительны к присутствию ингибиторов в коммунальных стоках (см. разд. 3.4.4). Ингибирование может привести к необходимости в изменении вида уравнения роста и(или) значений констант. Для описания таких ситуаций существует несколько новых формулировок уравнения роста и введены новые параметры.[ ...]

Нитрифицирующие бактерии являются доминирующими в третьем реакторе, поскольку в воде осталось мало органического вещества.[ ...]

Для нитрифицирующих бактерий характерны низкие скорости роста, что связано с низким энергетическим выходом реакций окисления аммиака и нитрита. Медленный рост таких бактерий - основная проблема при нитрификации на станциях биологической очистки стоков.[ ...]

Для адаптации нитрифицирующих бактерий I фазы берется среда с аммонийно-магнезиальным фосфатом. Затем в нее вносят 1 мл/л воды, содержащей нитризомонас и немного испытуемого вещества.[ ...]

Хв,д или Хдвт - нитрифицирующие организмы, размерность - масса(ХПК)/м3. Нитрифицирующие организмы ответственны за процессы нитрификации стока. Во многих моделях принимают, что нитрифицирующие организмы окисляют аммоний Змн4 непосредственно в нитрат БN0,4> т- е- чт0 в эт°й группе присутствуют и аммоний- и нитрит-окисляющие бактерии (часто их называют М гозотопав и №1;гоЬайег).[ ...]

Среди почвенных бактерий особую функцию выполняют нитрифицирующие (азотфиксирующие), играющие важнейшую роль в круговороте азота в природе. За год бактериями фиксируется 160-170 млн т азота.[ ...]

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-вто-рых, образование нитратов иногда приводит к нежелательному подкислению среды. В-третьих, нитраты могут восстанавливаться в результате денитрификации до N2, что приводит к обеднению почвы азотом.[ ...]

Чувствительность нитрифицирующих бактерий к органическим веществам характерна только для жидких культур, т. е. при выращивании этих бактерий на жидких питательных средах или при развитии их в водоемах и водотоках. При их развитии в почве подобное явление не наблюдается. Это объясняется тем, что нитрификация тормозится присутствием только воднорастворимого органического вещества, способного проникать в клетки нитрифицирующих бактерий. Таких веществ в почве не бывает в большом количестве.[ ...]

Зная скорость роста нитрифицирующих бактерий /Лнабл,А,расщ можно из выражения (6.3) определить необходимый возраст ила х.д, а из выражения (6.2) - необходимый объем реактора нитрификации.[ ...]

Как и все прочие виды бактерий, нитрифицирующие бактерии особенно чувствительны к резким изменениям температуры (рис. 3.8). Если температура возрастает быстро (за несколько часов), то повышение скорости роста идет медленнее, чем предсказывает расчет. А вот при резком уменьшении температуры активность, напротив, падает сильнее, чем следует из рис. 3.7. Насколько нам известно, в термофильных условиях (при 50-60 °С) нитрификация не происходит.[ ...]

Индекс «А» относится к нитрифицирующим бактериям, индекс «общ» - к общей биомассе.[ ...]

Хв,А,1 = 0 (очень немногие нитрифицирующие бактерии в сточных водах могут достигать концентрации 0,1-1 г/м3).[ ...]

В отличие от большинства нитрифицирующих бактерий, а также некоторых тионовых бактерий, все известные представители водородных бактерий хорошо растут на органических средах в отсутствие молекулярного водорода. При этом органические соединения служат для них энергетическими субстратами и основными источниками углерода.[ ...]

Данные относительно таких нитрифицирующих бактерий, как Nitrospina gracilis и Nitrococcus mobilis, пока весьма ограниченны. По имеющимся описаниям, клетки N. gracilis палочковидные (0,3-0,4 X 2,7-6,5 мкм), но обнаружены и сферические формы. Бактерии неподвижны. Напротив, N. mobilis обладает подвижностью. Клетки его округлые, диаметром около 1,5 мкм, с одним-двумя жгутиками.[ ...]

На рис. 11.4 показаны изменения фракции нитрифицирующих бактерий в двух пилотных установках за год. Эти изменения в основном являются результатом изменения состава подаваемых на обработку стоков и ингибирования нитрифицирующих бактерий.[ ...]

Хемосинтез осуществляется бесцветными бактериями. Процесс хемосинтеза был открыт в 1888 г. знаменитым микробиологом С. Н. Виноградским у нитрифицирующих бактерий. Нитрифицирующая бактерия Nitrosomonas окисляет NH3 в азотистую кислоту.[ ...]

Эти совпадения в развитии аэробных целлюлозоразлагающих и нитрифицирующих бактерий, вероятно, не случайны. В последние годы некоторые ученые (Е. Ф. Березова) занимаются вопросом о взаимоотношениях нитрифицирующих » целлюлозоразлагающих бактерий и имеют данные о способности целлюлозоразлагающих бактерий к денитрификации. В будущем необходимо более детально заняться изучением процессов нитрификации и разложения клетчатки в почвах вырубок.[ ...]

В каждом грамме ила примерно содержится: а) от 100 тыс. до 1 млн. бактерий, восстанавливающих сульфаты; б) от 10 до 100 тыс. тионовых бактерий; в) около 1000 нитрифицирующих бактерий; г) от 10 до 100 тыс. денитрифицирующих бактерий; д) примерно по 100 анаэробных и аэробных разрушителей клетчатки.[ ...]

Процессы окисления аммиака и азотистой кислоты называются нитрификацией, а бактерии - нитрифицирующими или нитрифика-торами. Для нормального протекания процесса нитрификации необходимо определенное значение pH. Первая стадия имеет оптимум pH 8,5, а вторая - 8,3-9,3. Образующиеся при нитрификации азотистая и азотная кислоты могут вызывать разрушение подводных бетонных сооружений.[ ...]

В заключение следует отметить, что результаты опытов по определению токсичности для сапрофитных и нитрифицирующих бактерий какого-либо вещества, входящего в состав промышленных сточных вод, являются исходным материалом при проведении исследований по установлению его ПДК. для биохимической оценки.[ ...]

В работе лесной опытной станции были случаи, когда в гумусе удавалось вызвать нитрификацию прививкой почвы нитрифицирующими бактериями. Лесные растения после такой прививки начинали лучше развиваться, образуя хорошо развитую корневую систему. Конечно, вызвать процесс нитрификации прививкой нитратных бактерий можно не у всякой почвы, а лишь у такой, где условия для этого процесса складываются более или менее благоприятно, а сами бактерии еще отсутствуют.[ ...]

Аммиак находится в природных водах в основном в виде иона аммония- ЫН "; постепенно он окисляется в результате нитрифицирующего действия бактерий в нитритный - N0 , а затем нитратный - N0 ионы. Образуется аммиак главным образом при биохимических процессах, протекающих при участии бактерий и ферментов, обусловливающих гидролитическое расщепление конечного продукта распада белковых веществ - аминокислот. При неполном разложении белковых веществ аммониевая группа остается в составе сложных соединений, находящихся в коллоидном состоянии (альбуминоидный азот). Частично МН -ион может образоваться и при восстановлении нитратов и нитритов в болотистых водах, содержащих большое количество гуматов; эти же ионы могут восстанавливаться сероводородом, закисным железом и др. Содержание аммиака в природных водах обычно не превышает десятых долей миллиграмма (иногда достигает 1 мг) в литре; в редких случаях, при наличии биологических загрязнений, концентрация его выше.[ ...]

С. Н. Виноградский сыграл большую роль в развитии микробиологии. Им были изучены серобактерии (1887), железобактерии (1888) и нитрифицирующие бактерии (1890), исследования которых дали результаты важного научного значения. Эти бактерии обладали способностью развиваться на средах, не содержащих органических веществ, и синтезировать составные части своего тела за счет углерода угольной кислоты. Необходимую энергию эти бактерии получают за счет биохимических процессов, протекающих при окислении азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, или за счет окисления двухвалентного железа в трехвалентное. Такой своеобразный процесс синтеза органического вещества из угольной кислоты и воды называется хемосинтезом. Это явилось крупнейшим открытием в области физиологии микроорганизмов.[ ...]

Среди азотсодержащих загрязнений в сточных водах аммиак- один из наиболее опасных. Он является главным источником питания для нитрифицирующих бактерий; увеличивая pH, он способствует жизнедеятельности последних. При биологическом окислении аммиака расходуется наибольшее количество кислорода. Так, по данным , расход кислорода составляет 4,57 кг/кг аммиака, 1,14 кг/кг нитритов и 2,67 кг/кг углеводородов.[ ...]

Это наиболее часто используемый подход, отличительной особенностью которого является следующее: в нем не учитывается ни содержание аммония в стоке, ни концентрация нитрифицирующих бактерий в иле.[ ...]

При аэробном окислении эффект очистки достигает 95-98 . Очистка органически загрязненных сточных вод заканчивается нитрификацией и денитрификацией под воздействием специальных бактерий. Нитрификация заключается в том, что ашюнийные соли, образующиеся в сточных водах, в результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий окисляются сначала до нитритов, а затем до нитратов.[ ...]

Один из модифицированных способов проектирования основан на таком параметре, как возраст аэробного ила. В данном случае в центре внимания находятся условия, необходимые для развития нитрифицирующих бактерий в реакторе. Однако по-прежнему основными параметрами для проектирования являются содержание органического вещества в сточной воде и общая масса ила.[ ...]

На практике нитрификацию осуществляет очень ограниченная группа автотрофных микроорганизмов. Процесс проходит в два этапа. На первом этапе аммоний окисляется до нитрита под действием бактерий, часто называемых №(;гозотопаз. Затем нитрит окисляется до нитрата под действием другой группы бактерий, часто называемых 1>ШгоЬас1ег. В процессах очистки стоков участвует значительное количество различных нитрифицирующих микроорганизмов. Однако те нитрифицирующие бактерии, которые были идентифицированы с помощью ДНК-зондов, по-видимому, не слишком сильно отличаются по своей активности от известных бактерий Г гозотопаз и 1ЧИ;гоЬа;ег. Таким образом, с инженерной точки зрения нитрификацию можно рассматривать как двухстадийный процесс, с хорошо известной стехиометрией и кинетикой, в котором задействованы две группы бактерий.[ ...]

Концентрацию активного ила можно измерять в кгВВ/м3, кг БВБ/м3 или кг ХПК(Б)/м3. В каждом случае следует указывать размерность. Под БВБ, например, может подразумеваться общее БВБ в иле, либо содержание нитрифицирующих бактерий в иле, измеренное в единицах БВБ, либо содержание денитрифицирующих бактерий и т. д. Однако, если Х2 - это концентрация активной биомассы (живые бактерии), то соответствующая скорость реакции должна иметь в знаменателе ту же размерность.[ ...]

Вероятно, наиболее распространенной проблемой, связанной с очисткой бытовых сточных вод, является чрезмерная аэрация, приводящая к вспуханию активного ила. Когда сооружение работает при расчетной нагрузке, нитрифицирующие бактерии в аэротенке могут превращать азот аммиака в нитраты. Во время последующего отстаивания во вторичном отстойнике нитраты могут служить источником кислорода в анаэробных условиях; при этом выделяется азот, приводящий к всплыванию хлопьев активного ила. Наилучшее решение этой проблемы - увеличение сброса ила, приводящее к сокращению популяций нитрифицирующих бактерий, и уменьшение подачи воздуха для снижения концентрации растворенного кислорода при условии, что эти меры контроля не повлекут за собой уменьшения эффективности снижения ВПК.[ ...]

Микробиологические исследования свидетельствовали о том, что данная технология биоочистки нефтешлама приводила к появлению и дальнейшему увеличению численности аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов и нитрифицирующих бактерий. Известно, что аэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы и нитрифицирующие бактерии наиболее чувствительны к загрязнению почвы нефтью и длительное время испытывают ее угнетающее воздействие, отвечая на это уменьшением численности микробных клеток (Исмаилов, 1968). Наблюдающийся прирост численности аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов и нитрифицирующих бактерий является дополнительным свидетельством того, что происходила очистка твердого нефтешлама от нефти и нефтепродуктов.[ ...]

Судьба адсорбированных почвой микробов может быть двоякой: они или выживают и входят в состав постоянного микробного комплекса в качестве деятельных участников микробиальных процессов, или отмирают. Основное количество бактерий, адсорбированных почвой, относится к сапрофитам. После того, как пройдет начальная фаза минерализации органического вещества и начнется процесс нитрификации, в активном почвенном слое интенсивно развиваются прототрофы, главным образом нитрификаторы. Количество нитрифицирующих бактерий на полях фильтрации в 100 раз больше, чем в обычной окультуренной почве.[ ...]

Азотсодержащие вещества (белки, например) подвергаются процессу аммонификации, связанному с образованием аммиака, а далее - солей аммония, доступных в ионной форме для ассимиляции растениями. Однако часть аммиака под воздействием нитрифицирующих бактерий подвергается нитрификации, т. е. окислению сначала до азотистой, далее - азотной кислоты, а далее - при взаимодействии последней с основаниями почвы - происходит образование солей азотной кислоты. В каждом процессе участвует особая группа бактерий. В анаэробных условиях соли азотной кислоты подвергаются денитрификации с образованием свободного азота.[ ...]

Более сложным является круговорот азота (рис. 218), самым большим резервуаром которого служит атмосфера (около 80%). Поскольку большинство растений и животных не может использовать атмосферный азот (N3), то он конвертируется почвенными азот-фиксирущими бактериями, корневой системой бобовых растений и цианобактериями в нитриты (М02), а затем в нитраты (N0,). Этот процесс получил название нитрификации. Растения восстанавливают нитраты, т. е. усваивают азот и синтезируют белки. Круговорот азота далее заключается в том, что почвенные микроорганизмы разрушают животные отходы и остатки мертвых организмов, в результате чего освобождается аммоний, который конвертируется нитрифицирующими бактериями в растворимые соли нитратов, используемые в производстве белков в растениях. В результате поедания растений травоядными животными растительные белки в их организме превращаются в животные.[ ...]

При проведении экспериментов применяли микробиологические методы исследований: определение количества клеток чашечным методом Коха; определение микробной биомассы в жидкой минеральной среде с помощью мембранных фильтров; определение количества нитрифицирующих бактерий и аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов общепринятыми методами путем высева на соответствующие среды (среда Виноградского и Гетчинсо-на).[ ...]

Длительное воздействие нефти на почву приводит к изменениям микробиологических свойств почвы. Появляются специализированные формы микроорганизмов, способные окислять твердые парафины, газообразные углеводороды, ароматические углеводороды; это - бактерии родов Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Nocardia, Pseudomonas, Rhodococcus, спорогенные дрожжи родов Candida, Cryptococcus, Rhodo-torula, Rhodosporidium, SporoboJomyces, Totulopsis, Trichosporon. Нефтяное загрязнение влияет на изменение численности актиномицетов, грибов, причем наименее чувствительны грибы Rhizopus nigricans, Fusarium moniliforme, Aspergillus flavus и A. ustus. Чувствительными к воздействию нефти являются нитрифицирующие бактерии. В присутствии значительных количеств нефти подавляется развитие целлюлозолитических микроорганизмов. Высокую чувствительность к нефти проявляют зеленые и желтозеленые водоросли.[ ...]

Еще в первых работах с нитрификатором Виноградский отметил, что для их роста неблагоприятно присутствие в среде органических веществ, таких, как пептон, глюкоза, мочевина, глицерин и др. Отрицательное действие органических веществ на хемоавтотрофные нитрифицирующие бактерии неоднократно отмечалось и в дальнейшем. Сложилось даже мнение, что эти микроорганизмы вообще не способны использовать экзогенные органические соединения. Поэтому их стали называть «облигатными автотрофами». Однако в последнее время показано, что использовать некоторые органические соединения эти бактерии способны, но возможности их ограничены. Так, отмечено стимулирующее действие на рост Nitro-bacter в присутствии нитрита дрожжевого автолизата, пиридоксина, глутамата и серина, если они в низкой концентрации вносятся в среду. Известно, кроме того, что Nitrobacter медленно, но окисляет формиат. Включение 14С из ацетата, пирувата, сукцината и некоторых аминокислот, преимущественно в белковую фракцию, обнаружено при добавлении этих субстратов к суспензиям клеток Nitrosomonas europaea. Ограниченная ассимиляция глюкозы, пирувата, глутамата и аланина установлена для Nitrosocy-stis oceanus. Есть данные об использовании 14С-ацетата Nitrosolobus multiformis.[ ...]

Модель применяли к системе из четырех последовательно расположенных реакторов идеального перемешивания, обрабатывающих коммунальные стоки . При этом предполагалось, что биопленка толщиной 3 мм равномерно распределена по всем четырем реакторам. В первом реакторе нитрификации не происходит, поскольку нитрифицирующие бактерии вытесняются гетеротрофными организмами. В последующих реакторах нитрифицирующие бактерии могут конкурировать с гетеротрофными организмами, и в этих реакторах нитрификация происходит с невысокими скоростями, которые можно рассчитать. Расчетное пространственное распределение гетеротрофных и нитрифицирующих бактерий представлено на рис. 11.1. Обозначены пространственные скорости реакции.[ ...]

Выщелоченные черноземы занимают 14% общей площади Республики Башкортостан. Богатство почв органическими веществами в сочетании с механическим составом обеспечивают высокую, максимальную гигроскопичность. Отмечается сравнительно высокое содержание кремнезема и серы и несколько пониженное - кальция, натрия, магния. Отношение С;Ы указывает на обогащенность гумуса азотом . Выщелоченные черноземы недостаточно обеспечены подвижными формами марганца, кобальта, молибдена, цинка и меди. Они отличаются высокой микробиологической активностью, в составе их преобладают спорообразуюшие бактерии, участвующие в процессах минерализации органических веществ. Здесь также широко распространены нитрифицирующее и а?отфлксирующие бактерии .

По типу питания все известные живые организмы делятся на два больших вида: гетеро- и автотрофы. Отличительной особенностью последних является их способность к самостоятельному построению новых элементов из углекислоты и других

Источники энергии, поддерживающие их жизнедеятельность, обусловливают их деление на фотоафтотрофы (источник - свет) и хемоавтотрофы (источник - минеральные вещества). А в зависимости от названия субстрата, который окисляют хемоавтортофы, они разделяются на водородные и нитрифицирующие бактерии, а также на серо- и железобактерии.

Данная статья будет посвящена наиболее распространенной среди них группе - нитрофицирующим бактериям.

История открытия

Еще в середине 19 века немецкими учеными было доказано, что процесс нитрификации является биологическим. Опытным путем они показали, что при добавлении к канализационным водам хлороформа останавливалось окисление аммиака. Но объяснить, почему так происходит, они не смогли.

Это удалось сделать несколькими годами позже русскому ученому Виноградскому. Он выделил две группы бактерий, которые поэтапно брали участие в процессе нитрификации. Так, одна группа обеспечивала окисление аммония до а уже вторая группа бактерий отвечала за ее превращение в азотную. Все задействованные в этом процессе нитрифицирующие бактерии являются грамотрицательными.

Особенности процесса окисления

Процесс образования нитритов путем окисления аммония имеет несколько этапов, в ходе которых образуются азотсодержащие соединения с различной степенью окисленности группы NH.

Первым продуктом окисления аммония является гидроксиламин. Вероятней всего, он образуется из-за включения молекулярного кислорода в группу NH 4 , хотя окончательно этот процесс не доказан и остается дискутабельным.

Далее гидроксиламин превращается в нитрит. Предположительно, процесс осуществляется через образование NOH (гипонитрита) с выделением закиси азота. В этом случае ученые считают продукцию всего лишь побочным продуктом синтеза, из-за восстановления нитрита.

Кроме продукции химических элементов, в ходе денитрофикации выделяется большое количество энергии. Подобно происходящему у гетеротрофных аэробных организмов, в данном случае синтез молекул АТФ связан с окислительно-восстановительными процессами, в результате которых на кислород передаются электроны.

При окислении нитрита большую роль играет процесс обратного транспорта электронов. Включение его электронов в цепь происходит непосредственно в цитохромах (С-типа и/или А-типа), а для этого требуется достаточно большие затраты энергии. Как результат, хемоавтотрофные нитрифицирующие бактерии полностью обеспечены нужным запасом энергии, которая используется для процессов построения и усвоения углекислоты.

Виды нитрифицирующих бактерий

В первой фазе нитрификации берут участие четыре рода нитробактерий:

нитросомонас;
нитроцистис;
нитросолюбус;
нитрососпира.

Кстати, на предложенном изображении вы можете видеть нитрифицирующие бактерии (фото под микроскопом).

Экспериментальным путем среди них достаточно сложно, а зачастую и вовсе невозможно выделить одну из культур, поэтому их рассмотрение преимущественно комплексное. Все из перечисленных микроорганизмов имеют размер до 2-2,5 мкм и преимущественно овальную или округлую форму (за исключением нитроспиры, которые имеют вид палочки). Они способны к бинарному делению и направленному движению за счет жгутиков.

Во второй фазе нитрификации принимают участие:

род нитробактер;
род нитроспина;
нитрококус.

Наиболее изучен штамм бактерий рода нитрбактер, имеющий название в честь своего первооткрывателя Виноградского. Эти бактерии нитрифицирующие имеют грушевидную форму клеток, размножаются почкованием, с образованием подвижной (за счет жгутика) дочерней клетки.

Строение бактерий

Исследованные нитрифицируюшие бактерии имеют схожее клеточное строение с другими грамотрицательными микроорганизмами. Некоторые из них имеют достаточно развитую систему внутренних мембран, образующих стопку в центре клетки, тогда как у других они располагаются больше по периферии или образуют структуру в виде чаши, состоящую из нескольких листков. По всей видимости, именно с этими образованиями связаны ферменты, которые участвуют в процессе окисления нитрификаторами специфических субстратов.

нитрифицирующих бактерий

Нитробактерии относятся к облигатным автотрофам, поскольку не способны использовать экзогенные Однако экспериментальным путем все же показана способность некоторых штаммов нитрифицирующих бактерий использовать некоторые органические соединения.

Было выявлено, что субстрат, содержащий дрожжевые автолизаты, серин и глутамат в низких концентрациях, стимулирующим образом воздействовал на рост нитробактерий. Это происходит как при наличии нитрита, так и при его отсутствии в хотя процесс протекает гораздо медленнее. И наоборот, при наличии нитрита процесс окисления ацетата подавляется, но значительно увеличивается включение его углерода в белок, различные аминокислоты и другие клеточные компоненты.

В результате множественных экспериментов были получены данные о том, что бактерии нитрифицирующие все же могут переключаться на гетеротрофное питание, но насколько продуктивно и как долго они могут существовать в таких условиях, еще предстоит выяснить. Пока данные достаточно противоречивы, чтобы делать окончательные умозаключения по этому поводу.

Среда обитания и значение нитрифицирующих бактерий

Нитрифицирующие бактерии относятся к хемоавтотрофам и имеют широкое распространение в природе. Они встречаются повсеместно: в почве, различных субстратах, а также водоемах. Процесс их жизнедеятельности вносит большой вклад в общий и в действительности может достигать огромных масштабов.

Например, такой микроорганизм, как нитроцистис океанус, выделенный из Атлантического океана, относится к облигатным галофилам. Он может существовать только в морской воде или субстратах, содержащих ее. Для таких микроорганизмов важна не только среда обитания, но и такие константы, как рН и температура.

Все известные нитрифицирующие бактерии относят к облигатным аэробам. Для того чтобы окислить аммоний в азотистую кислоту, а азотистую кислоту в азотную, им нужен кислород.

Условия обитания

Еще одним важным моментом, который выявили ученые, стало то, что место, где живут нитрифицирующие бактерии, не должно содержать органических веществ. Была выдвинута теория, что эти микроорганизмы в принципе не могут использовать органические соединения из вне. Их даже назвали облигатными автотрофами.

В последующем неоднократно было доказано пагубное влияние глюкозы, мочевины, пептона, глицерина и другой органики на бактерии нитрифицирующие, но эксперименты не останавливаются.

Значение нитрифицирующих бактерий для почвы

До недавнего времени считалось, что нитрификаторы благоприятно влияют на почву, увеличивая ее плодородность путем расщепления аммония до нитратов. Последние не только хорошо абсорбируются растениями, но и сами по себе повышают растворимость некоторых минеральных веществ.

Однако, в последние годы научные взгляды претерпевают изменения. Выявлено отрицательное действие описываемых микроорганизмов на плодородность почвы. Бактерии нитрифицирующие, образуя нитраты, подкисляют среду, что не всегда является положительным моментом, а также в большей степени провоцируют насыщение почвой ионов аммония, чем нитратов. Более того, нитраты имеют способность восстанавливаться до N 2 (в процессе денитрифакации), что в свою очередь ведет к обеднению почвы азотом.

В чем опасность нитрифицирующих бактерий?

Некоторые штаммы нитробактерий в присутствии органического субстрата могут окислять аммоний, образовывая гидроксиламин, а в последующем нитриты и нитраты. Также в результате таких реакций могут возникать гидроксамовые кислоты. Более того, ряд бактерий осуществляет процесс нитрификации различных соединений, в состав которых входит азот (оксимы, амины, амиды, гидроксаматы и другие нитросоединения).

Масштабы гетеротрофной нитрификации при определенных условиях могут быть не только огромными, но и весьма пагубными. Опасность заключается в том, что в ходе таких превращений происходит образование токсических веществ, мутагенов и канцерогенов. Поэтому ученые пристально работают над изучением данной темы.

Биологический фильтр, который всегда под рукой

Нитрифицирующие бактерии - это не абстрактное понятие, а весьма распространенная форма жизни. Более того, они часто используются человеком.

Например, в состав биологических фильтров для аквариумов входят именно эти бактерии. Данный вид очистки менее затратный и не такой трудоемкий, как механическая очистка, но в тоже время требует соблюдения определенных условий, чтобы обеспечить рост и жизнедеятельность нитрифицирующим бактериям.

Наиболее благоприятным микроклиматом для них является температура окружающей среды (в данном случае воды) порядка 25-26 градусов Цельсия, постоянный приток кислорода и наличие водных растений.

Нитрифицирующие бактерии в сельском хозяйстве

Для того чтобы повысить урожайность, аграрии используют различные удобрения, содержащие нитрифицирующие бактерии.

Питание почвы в таком случае обеспечивается нитробактериями и азотобактериями. Эти бактерии извлекают из почвы и воды необходимые вещества, которые в процессе окисления образуют достаточно большое количество энергии. Это так называемый процесс хемосинтеза, когда полученная энергия идет на образование сложных молекул органического происхождения из углекислого газа и воды.

Для этих микроорганизмов не обязательно поступление питательных веществ с окружающей их среды - они могут продуцировать их самостоятельно. Так, если зеленым растениями, которые также являются автотрофами, необходим солнечный свет, то для нитрифицирующих бактерий он не обязателен.

Самоочистка почвы

Почва - это идеальный субстрат для роста и размножения не только растений, но и множества живых организмов. Поэтому крайне важно ее нормальное состояние и сбалансированный состав.

Следует помнить, что биологическую очистку почвы обеспечивают в том числе и нитрифицирующие бактерии. Они, находясь в почве, водоемах или перегное, превращают аммиак, который выделяют другие микроорганизмы и отходные органические материалы, в нитраты (если быть более точными, то в соли азотной кислоты). Весь процесс состоит из двух этапов:

Окисление аммиака до нитрита.
Окисление нитрита до нитрата.

При этом каждый этап обеспечивается отдельными видами микроорганизмов.

Так называемый замкнутый круг

Кругооборот энергии и поддержание жизни на Земле возможно благодаря соблюдению определенных закономерностей существования всего живого. На первый взгляд трудно понять, о чем идет речь, но на самом деле все достаточно просто.

Давайте представим следующую картинку из школьного учебника:

Неорганические вещества перерабатываются микроорганизмами и тем самым создают благоприятные условия в почве для роста и питания растений.
Они, в свою очередь, являются незаменимым источником энергии для большинства травоядных животных.
Следующей цепочкой этого жизненного звена являются хищники, энергией для которых являются, соответственно, их травоядные собратья.
Люди, как известно, относятся к высшим хищникам, а это значит, что мы можем получать энергию как от растительного мира, так и от животного.
А уже наши собственные остатки жизнедеятельности, а также тех самых растений и животных, служат питательным субстратом для микроорганизмов.

Таким образом, получается замкнутый круг, непрерывно функционирующий и обеспечивающий жизнь всего живого на Земле. Зная эти принципы, не сложно представить, насколько многогранна и на самом деле безгранична сила природы и всего живого.

Заключение

В данной статье мы попытались дать ответ на вопрос, что такое нитрифицирующие бактерии в биологии. Как видите, несмотря на неопровержимые доказательства жизнедеятельности, функционирования и влияния этих микроорганизмов, существует еще множество спорных вопросов, требующих дальнейших экспериментальных исследований.

Нитрифицирующие бактерии относят к хемотрофам. Источником энергии для них служат различные минеральные вещества. Несмотря на свои микроскопические размеры, эти живые организмы оказывают огромное влияние на окружающий их мир.

Как известно, хемотрофы не могут усваивать органические соединения, которые находятся в субстрате (почвенном или водном). Они, наоборот, продуцируют строительный материал для создания живой и функционирующей клетки.

Все живые существа нуждаются в питании. Для одних источником энергии является солнечный свет, другие используют для этой цели химические реакции, третьи получают питание за счет двух первых групп. В первую группу входят все растения, представители второй – нитрифицирующие бактерии, в третьей группе находятся все животные, в том числе и мы с вами.

Все зеленые растения и многие бактерии могут сами вырабатывать питательные органические вещества из неорганических (вода, углекислый газ и др.). Эта группа живых организмов получила название автотрофы (от лат. «самопитающиеся»), или продуценты, и является первым звеном пищевой цепи.

Организмы, получающие энергию от солнечного света в процессе фотосинтеза, носят название фототрофы. Нитрифицирующие бактерии относят к группе микроорганизмов, которые используют в качестве источника питания энергию химических реакций окисления. Такие организмы называют хемотрофами.

Нитрифицирующие бактерии (хемотрофы) не усваивают органику, содержащуюся в почве или воде. Они, напротив, синтезируют строительный материал для создания живой клетки.

Вещества, получаемые нитрифицирующей бактерией из почвы и воды, окисляются, а образующаяся при этом энергия идет на синтез сложных органических молекул из воды и углекислого газа. Это так называемый процесс хемосинтеза.

Хемосинтезирующие организмы, как и все автотрофы, обходятся без поступления извне необходимых питательных веществ, они вырабатывают их самостоятельно. Однако в отличие от зеленых растений нитрифицирующие бактерии не нуждаются даже в солнечном свете для процесса питания.

Есть организмы, использующие для получения энергии электричество. Недавно группа японских ученых опубликовала результаты исследования бактерий, живущих около глубоководных горячих источников. При трении водного потока о каменные выступы на дне образуется слабый заряд электричества, который и использовали изучаемые бактерии для получения пищи.

Что нужно для питания растений?

Обитающие в почве нитрифицирующие бактерии способом окисления разлагают аммиак, который образуется от гниения органики, до азотистой кислоты. Другие бактерии окисляют (добавляют кислород с выделением энергии) азотистую кислоту до азотной. В свою очередь обе эти кислоты с помощью минеральных веществ из почвы создают соли и фосфаты для питания растений.

Кроме этого, для питания необходим азот, содержащийся в окружающей среде. Однако самостоятельно добывать его растения не способны. На помощь приходят азотфиксирующие бактерии. Они усваивают азот, находящийся в воздухе, и переводят его в доступную для растительности форму – соединения аммония. Азотфиксирующие нитрифицирующие бактерии могут свободно жить в почве (азотобактер, клостридиум) или находиться в симбиозе с высшими растениями (клубеньковые).

Следующее звено в пищевой цепочке

Например, употребляя пищу растительного происхождения, мы напрямую используем продукт, синтезированный за счет энергии солнечного света. С животной пищей мы получаем готовые органические вещества, которые были получены животными из растений.

Однако полностью разложить получаемую органическую пищу гетеротрофы не могут. Всегда остаются отходы жизнедеятельности, которыми, в свою очередь, занимается отдельная группа микроорганизмов.

Кто занимается утилизацией отходов в природе

Бактерии и грибы, использующие отмершие остатки живых организмов, называют редуцентами (от лат. «восстановление»). Они разлагают органические остатки способом окисления до неорганики и простейших органических соединений. От прочих живых существ редуценты отличаются тем, что не имеют твердых непереваренных остатков.

В процессе биологической очистки принимают активное участие гетеротрофные и автотрофные нитрифицирующие бактерии, обитающие в почве, иле, гниющих остатках, водоемах. Они превращают аммиак, выделяемый другими живыми организмами вместе с отходами жизнедеятельности, в соли азотной кислоты (нитраты). Процесс нитрификации происходит в два этапа. Сначала аммиак окисляется до нитрита, затем следующая группа бактерий окисляет нитрит до нитрата.

Эта группа бактерий возвращает в почву и воду минеральные соли, которые вновь используются продуцентами-автотрофами. Таким способом замыкается оборот минеральных составляющих в природе.

Живые биологические фильтры

На практике свойства нитрифицирующих бактерий широко используют в создании биологических фильтров для аквариумов.

Аквариум с чистыми стенками и прозрачной водой, в которой плавают разноцветные рыбки, – украшение для любого помещения и предмет законной гордости владельца. Добиться чистоты в аквариуме не так-то просто. Остатки корма, экскременты рыб, частички отмерших водорослей не делают воду чище.

Довольно долгое время любители аквариумов использовали только способы механической очистки. В отличие от механики биологический фильтр - это не прибор, а некая совокупность процессов, в результате которых из воды удаляются токсичные соединения:

Содержащийся в мочевине аммоний, который при повышении рН воды превращается в более опасный аммиак. Соотношение температуры и рН воды в аквариуме напрямую связано с количеством токсичного аммиака. При 20⁰С и рН 7 содержание аммиака 0,5%, а при 25⁰С и рН 8,4 – уже 10%.
Следующая опасность – нитрит, получаемый при окислении аммиака.
Окисление нитрита дает нитрат, который тоже токсичен.

Первый способ трудозатратен (кому захочется бегать с ведрами?), а второй требует определенных условий – бактериям нужна пища, комфортная температура и место для жизни.

В биологическом фильтре для аквариумов участвуют две группы бактерий – нитрифицирующие (Nitrosomonas) и нитробактерии (Nitrobacter). Нитрифицирующие бактерии делают из аммиака нитриты, а нитробактерии – из нитрита нитрат. Результат последней реакции частично используется водорослями, но основное количество нитрата можно удалить, только сменив воду в аквариуме. От необходимости бегать с ведрами не смогут освободить никакие бактерии.

Для комфортного проживания бактерий в аквариуме нужна температура 26 -27⁰С, наличие кислорода (аэрация) и фотосинтез (водные растения). Пищей их обеспечат обитатели аквариума, а домом послужит аквариумная почва.

Итак, микроорганизмы обрабатывают неорганические вещества, находящиеся в окружающей среде, и создают в почве условия для питания растений. Источником энергии для животных служат, в свою очередь, растения. На следующем этапе животные-хищники забирают энергию у своих травоядных собратьев. Человек, как все высшие хищники, может получать питание и от растений, и от животных. Остатки жизнедеятельности животных и растений служат пищей для микроорганизмов, поставляющих неорганические вещества. Круг замкнулся.

Поддержание жизни и получение энергии возможно в совершенно разных природных условиях. Возможность зарождения новой жизни в непредставимых, на первый взгляд, условиях доказывает, насколько многогранна и пока мало изучена наша среда обитания.

22 апреля 2016

Данная статья будет посвящена наиболее распространенной среди них группе - нитрофицирующим бактериям.

История открытия

Это удалось сделать несколькими годами позже русскому ученому Виноградскому. Он выделил две группы бактерий, которые поэтапно брали участие в процессе нитрификации. Так, одна группа обеспечивала окисление аммония до кислоты азотистой, а уже вторая группа бактерий отвечала за ее превращение в азотную. Все задействованные в этом процессе нитрифицирующие бактерии являются грамотрицательными.

Особенности процесса окисления

Далее гидроксиламин превращается в нитрит. Предположительно, процесс осуществляется через образование NOH (гипонитрита) с выделением закиси азота. В этом случае ученые считают продукцию закиси азота всего лишь побочным продуктом синтеза, из-за восстановления нитрита.

Виды нитрифицирующих бактерий

В первой фазе нитрификации берут участие четыре рода нитробактерий:

нитросомонас;
нитроцистис;
нитросолюбус;
нитрососпира.

Кстати, на предложенном изображении вы можете видеть нитрифицирующие бактерии (фото под микроскопом).

Во второй фазе нитрификации принимают участие:

род нитробактер;
род нитроспина;
нитрококус.

Строение бактерий

Тип питания нитрифицирующих бактерий

Нитробактерии относятся к облигатным автотрофам, поскольку не способны использовать экзогенные органические вещества. Однако экспериментальным путем все же показана способность некоторых штаммов нитрифицирующих бактерий использовать некоторые органические соединения.

Было выявлено, что субстрат, содержащий дрожжевые автолизаты, серин и глутамат в низких концентрациях, стимулирующим образом воздействовал на рост нитробактерий. Это происходит как при наличии нитрита, так и при его отсутствии в питательной среде, хотя процесс протекает гораздо медленнее. И наоборот, при наличии нитрита процесс окисления ацетата подавляется, но значительно увеличивается включение его углерода в белок, различные аминокислоты и другие клеточные компоненты.

Среда обитания и значение нитрифицирующих бактерий

Нитрифицирующие бактерии относятся к хемоавтотрофам и имеют широкое распространение в природе. Они встречаются повсеместно: в почве, различных субстратах, а также водоемах. Процесс их жизнедеятельности вносит большой вклад в общий круговорот азота в природе и в действительности может достигать огромных масштабов.

Условия обитания

Значение нитрифицирующих бактерий для почвы

В чем опасность нитрифицирующих бактерий?

Биологический фильтр, который всегда под рукой

Нитрифицирующие бактерии в сельском хозяйстве

Самоочистка почвы

Окисление аммиака до нитрита.
Окисление нитрита до нитрата.

При этом каждый этап обеспечивается отдельными видами микроорганизмов.

Так называемый замкнутый круг

Давайте представим следующую картинку из школьного учебника:

Неорганические вещества перерабатываются микроорганизмами и тем самым создают благоприятные условия в почве для роста и питания растений.
Они, в свою очередь, являются незаменимым источником энергии для большинства травоядных животных.
Следующей цепочкой этого жизненного звена являются хищники, энергией для которых являются, соответственно, их травоядные собратья.
Люди, как известно, относятся к высшим хищникам, а это значит, что мы можем получать энергию как от растительного мира, так и от животного.
А уже наши собственные остатки жизнедеятельности, а также тех самых растений и животных, служат питательным субстратом для микроорганизмов.

Заключение

). Впервые чистые культуры этих бактерий получил С.Н.Виноградский в 1892 г., установивший их хемолитоавтотрофную природу. В IX издании Определителя бактерий Берги все нитрифицирующие бактерии выделены в семейство Nitrobacteraceae и разделены на две группы в зависимости от того, какую фазу процесса они осуществляют. Первую фазу - окисление солей аммония до солей азотистой кислоты (нитритов) - осуществляют аммонийокисляющие бактерии (роды Nitrosomonas , Nitrosococcus , Nitrosolobus и др.):

NH4+ + 1,5O2 переходит в NO2- + Н2О + 2Н+

NO2- + 1/2*O2 переходит в NO3-

Группа нитрифицирующих бактерий представлена грамотрицательными организмами, различающимися формой и размером клеток, способами размножения, типом жгутикования подвижных форм, особенностями клеточной структуры, молярным содержанием ГЦ-оснований ДНК, способами существования.

Все нитрифицирующие бактерии - облигатные аэробы; некоторые виды - микроаэрофилы. Большинство - облигатные автотрофы , рост которых ингибируется органическими соединениями в концентрациях, обычных для гетеротрофов . С использованием 14С-соединений показано, что облигатные хемолитоавтотрофы могут включать в состав клеток некоторые органические вещества, но в весьма ограниченной степени. Основным источником углерода остается СО2, ассимиляция которой осуществляется в восстановительном пентозофосфатном цикле . Только для некоторых штаммов Nitrobacter показана способность к медленному росту в среде с органическими соединениями в качестве источника углерода и энергии.

Процесс нитрификации локализован на цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение NH4+ и перенос его через ЦПМ с помощью медьсодержащей транслоказы. При окислении аммиака до нитрита атом азота теряет 6 электронов. Предполагается, что на первом этапе аммиак окисляется до гидроксиламина с помощью монооксигеназы, катализирующей присоединение к молекуле аммиака 1 атома О2; второй взаимодействует, вероятно, с НАД*Н2 , что приводит к образованию Н2О:

NH3 + О2 + НАД*Н2 переходит в NH2OH + Н2О + НАД+

NH2OH + О2 переходит в NO2- + Н2О + Н+

Электроны от NH2OH поступают в дыхательную цепь на уровне цитохрома с и далее на терминальную оксидазу. Их транспорт сопровождается переносом 2 протонов через мембрану, приводящим к созданию протонного градиента и синтезу АТФ . Гидроксиламин в этой реакции, вероятно, остается связанным с ферментом.

Вторая фаза нитрификации сопровождается потерей 2 электронов. Окисление нитрита до нитрата, катализируемое молибденсодержащим ферментом нитритоксидазой, локализовано на внутренней стороне ЦПМ и происходит следующим образом:

NO2- + Н2О переходит в NO3- + 2Н+ 2е

Электроны поступают на цитохром а1 и через цитохром с на терминальную оксидазу аа3, где акцептируются молекулярным кислородом ( рис. 98 , Б). При этом происходит перенос через мембрану 2Н+. Поток электронов от NO2- на О2 происходит с участием очень короткого отрезка дыхательной цепи. Так как Ео пары NO2/NO3- равен +420 мВ, восстановитель образуется в процессе энергозависимого обратного переноса электронов. Большая нагрузка на конечный участок дыхательной цепи объясняет высокое содержание цитохромов с и а у нитрифицирующих бактерий.

Многие хемоорганогетеротрофные бактерии, принадлежащие к родам Arthrobacter , Flavobacterium , Xanthomonas , Pseudomonas и др., способны окислять аммиак , гидроксиламин и другие восстановленные соединения азота до нитритов или нитратов . Процесс нитрификации этих организмов, однако, не приводит к получению ими энергии. Изучение природы этого процесса, получившего название гетеротрофной нитрификации, показало, что, возможно, он связан с разрушением образуемой бактериальными культурами