Нитрифицирующие бактерии по группе питания являются хемотрофами, их отличия от автотрофов, консументов и редуцентов

Живые организмы по типу питания подразделяются на автотрофы и гетеротрофы. Последние самостоятельно строят новые элементы из углекислоты и других неорганических

Как организмы получают энергию из неорганических веществ?

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.

Нитрифицирующие бактерии

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.

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 кислоты азотистой, а уже вторая группа бактерий отвечала за ее превращение в азотную. Все задействованные в этом процессе нитрифицирующие бактерии являются грамотрицательными.

Ключевое различие – нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии
 

Азот является важным питательным веществом для живых организмов, и очень важно, чтобы доступный азот был хорошо сбалансирован и переработан для использования живыми организмами. Азот существует в своей естественной двухатомной форме (N2), которые не могут усваиваться растениями для выполнения своих биологических функций. Процесс окисления фиксированного двухатомного азота до нитратов и нитритов называется нитрификацией; Чаще всего это делают виды бактерий, которые могут использовать азот в фиксированной форме. Чтобы поддерживать баланс азота в атмосфере, двухатомный азот должен производиться с помощью механизма рециркуляции, при котором нитраты и нитриты восстанавливаются до двухатомного азота бактериями. Этот процесс называется денитрификацией. Таким образом, бактерии, участвующие в этих двух процессах, характеризуются как нитрифицирующие бактерии и денитрифицирующие бактерии. Ключевое различие между нитрифицирующими и денитрифицирующими бактериями состоит в том, что нитрифицирующие бактерии способны окислять доступный аммиак до нитратов и нитритов в то время как денитрифицирующие бактерии способны восстанавливать нитраты и нитриты до их естественной двухатомной формы азота.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое нитрифицирующие бактерии
3. Что такое денитрифицирующие бактерии
4. Сходства между нитрифицирующими и денитрифицирующими бактериями
5. Параллельное сравнение – нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии в табличной форме
6. Резюме

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

  • голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям) – бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
  • голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии[4].
Питание бактерий - Гетеротрофные бактерии: культура <i>Erwinia amylovora</i> Гетеротрофные бактерии: культура Erwinia amylovora

Гетеротрофные бактерии: культура Erwinia amylovora

Питание бактерий - Гетеротрофные бактерии: культура <i>Erwinia amylovora</i>

[7]

Экология

Нитрифицирующие бактерии присутствуют в различных таксономических группах и в наибольшем количестве встречаются там, где присутствует значительное количество аммиака (области с обширным разложением белка и очистные сооружения). Нитрифицирующие бактерии процветают в озерах и речных ручьях с большим количеством сточных и сточных вод, а также пресной воды из-за высокого содержания аммиака.

Источники углерода

По источникам углерода различают:

  • автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (CO2), из которого осуществляют синтез всех углеродосодержащих веществ;
  • гетеротрофы (греч.geteros– другой, trophe– пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода различные органические вещества в молекулярной форме (многоатомные спирты, углеводы, жирные кислоты, аминокислоты)[4].

Наибольшая степень гетеротрофности отмечается у прокариот, живущих только внутри других живых клеток, в частности хламидий и риккетсий[4].

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.

Почвенные бактерии

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).

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).

нитрифицирующие бактерии фото

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.

Что такое нитрифицирующие бактерии?

Нитрифицирующие бактерии – это хемолитотрофные аэробные бактерии, способные окислять NH.3 в почве на нитраты или нитриты. NH3 в почве существует в ионной форме NH4+. Полная нитрификация происходит в двух процессах, где NH3 сначала окисляется до нитрита (NO2–), за которым следует нитрат (NO3–), который утилизируется растениями.

  1. NH4+ + O2 Нет2– + H+ + H2О
  2. Нет2–+ O2 Нет3–

    Difference-Between-Nitrifying-and-Denitrifying-Bacteria.webp

Примеры нитрифицирующих бактерий, которые проводят первую реакцию нитрификации, включают: Нитросомонады и Нитроспира которые относятся к подклассу β класса Протеобактерии. Бактерии, способные проводить вторую реакцию процесса нитрификации и продуцировать нитраты, включают: Нитробактер, которые принадлежат подклассу α Протеобактерии.

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.

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.

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.

Смотрите также

  • Корневой узелок
  • Денитрификация
  • Денитрифицирующие бактерии
  • f-коэффициент
  • Нитрификация
  • Азотный цикл
  • Дефицит азота
  • Фиксация азота
  • Электронная транспортная цепь
  • комамокс

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 N2 (в процессе денитрифакации), что в свою очередь ведет к обеднению почвы азотом.

тип питания нитрифицирующих бактерий

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Госманов Р.Г., Галиуллин А.К., Волков А.Х., Ибрагимова А.И. Микробиология: Учебное пособие. — 2-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. — 496 с.

2.

Гусев М.В., Минеева Л.А., Микробиология: Учебник. – 2-е издание. Москва, Издательство Московского университета, 1985 – 376 с.

3.

Емцев В. Т. Микробиология: учебник для вузов / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин – 5-е изд., переработанное и дополненное – Москва: Дрофа, 2005. – 445 с.

4.

Пилькевич Н.Б., Виноградов А.А., Боярчук Е.Д. Основы микробиологии: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – Луганск: Альма-матер, 2008. – 192 с.

Источники из сети интернет:

5.

Колешко О.И., Завезенова Т.В. Микробиология с основами вирусологии,Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1999. – 452 с.

Изображения (переработаны):

6.

bacterial soft rot (Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum) (Jones 1901) Hauben et al. 1999 emend. Gardan et al. 2003 by Paul Bachi

7.

fire blight (Erwinia amylovora) (Burrill) Winslow by Mary Ann Hansen

Свернуть Список всех источников

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...