نیتریفیکاسیون و میکروارگانیسم هایی که آن را انجام می دهند. گروه های نیتریفایر

آمونیاکی که در خاک، کود و آب در طی تجزیه مواد آلی تشکیل می‌شود، به سرعت به نیتروژن و سپس اسید نیتریک اکسید می‌شود. این فرآیند نیتریفیکاسیون نامیده می شود.

تا اواسط قرن نوزدهم، به طور دقیق تر، قبل از کارهای L. Pasteur، پدیده تشکیل نیترات به عنوان یک واکنش شیمیایی اکسیداسیون آمونیاک توسط اکسیژن اتمسفر توضیح داده شد و فرض بر این بود که خاک نقش مهمی را ایفا می کند. نقش یک کاتالیزور شیمیایی L. Pasteur پیشنهاد کرد که تشکیل نیترات ها یک فرآیند میکروبیولوژیکی است. اولین شواهد تجربی این فرض توسط T. Schlesing و A. Munz در سال 1879 به دست آمد. این محققان فاضلاب را از طریق ستونی طولانی از ماسه و CaCO3 عبور دادند. در طی فیلتراسیون، آمونیاک به تدریج ناپدید شد و نیترات ظاهر شد. گرم کردن ستون یا افزودن مواد ضد عفونی کننده اکسیداسیون آمونیاک را متوقف کرد.

با این حال، نه محققان فوق‌الذکر و نه میکروبیولوژیست‌هایی که به مطالعه نیتریفیکاسیون ادامه دادند، نتوانستند کشت‌های عوامل ایجادکننده نیتریفیکاسیون را جدا کنند. فقط در 1890-1892. SN Vinogradskiy با استفاده از یک تکنیک خاص، کشت خالص نیتریفایرها را جدا کرد. SN Vinogradskiy این فرض را مطرح کرد که باکتری های نیتریفیک کننده در محیط های غذایی معمولی حاوی مواد آلی رشد نمی کنند. این کاملا درست بود و ناکامی های پیشینیان او را توضیح می داد. معلوم شد که نیتریفایرها کمولیتواتوتروف هستند که به حضور ترکیبات آلی در محیط بسیار حساس هستند. این میکروارگانیسم ها با استفاده از محیط های مغذی معدنی جداسازی شدند.

SN Vinogradskiy نشان داد که دو گروه نیتریفایر وجود دارد - یک گروه آمونیاک را به اسید نیتروژن (NH4 + → NO2-) اکسید می کند - مرحله اول نیتریفیکاسیون، دیگری اسید نیتروژن را به اسید نیتریک (NO2- → NO3-) اکسید می کند - دومی فاز نیتریفیکاسیون

باکتری های هر دو گروه در حال حاضر به خانواده Nitrobacteriaceae تعلق دارند. آنها باکتری های گرم منفی تک سلولی هستند. در میان باکتری های نیتریفیک، گونه هایی با مورفولوژی بسیار متفاوت وجود دارد - میله ای شکل، بیضی، کروی، پیچ خورده و لوب دار، پلئومورفیک. اندازه سلول های گونه های مختلف Nitrobacteriaceae از 0.3 تا 1 میکرومتر عرض و از 1 تا 6.5 میکرومتر طول دارد. اشکال متحرک و بی حرکت با تاژک های قطبی، ساب قطبی و پریتریشیال وجود دارد. آنها عمدتاً از طریق تقسیم تکثیر می شوند، به استثنای Nitrobacter که با جوانه زدن تکثیر می شود. تقریباً همه نیتریفایرها دارای یک سیستم به خوبی توسعه یافته از غشاهای داخل سیتوپلاسمی هستند که به طور قابل توجهی از نظر شکل و مکان در سلول های انواع مختلف متفاوت است. این غشاها شبیه غشاهای باکتری های بنفش فتوسنتزی هستند.

باکتری ها در مرحله اول نیتریفیکاسیون با پنج جنس نشان داده می شوند: Nitrosomonas، Nitrosococcus، Nitrosospira، Nitrosolobus و Nitrosovibrio. تنها میکروارگانیسمی که تا به امروز به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است Nitrosomonas europaea است.

نیتروزوموناها میله های بیضی شکل کوتاهی به اندازه 0.8 - 1X1-2 میکرون هستند. در کشت مایع، نیتروزوموناس مراحل رشد خود را طی می کند. دو مورد اصلی با فرم متحرک و zooglei بی حرکت نشان داده می شوند. شکل متحرک دارای یک تاژک زیر قطبی یا دسته ای از تاژک است. علاوه بر نیتروزوموناس، نمایندگان سایر جنس‌های باکتری نیز توصیف شده‌اند که باعث فاز اول نیتریفیکاسیون می‌شوند.

مرحله دوم نیتریفیکاسیون توسط نمایندگان جنس Nitrobacter، Nitrospira و Nitrococcus انجام می شود. بیشترین تعداد مطالعات با Nitrobacter winogradskii انجام شد، با این حال، گونه های دیگر نیز توصیف شده است (Nitrobacter Agilis، و غیره).

نیتروباکترها دراز، گوه‌شکل یا گلابی‌شکل هستند و انتهای باریک‌تری اغلب به صورت منقار خم می‌شوند. با توجه به مطالعات GA زوارزین، تولید مثل Nitrobacter با جوانه زدن اتفاق می‌افتد و سلول دختر معمولاً متحرک است، زیرا دارای یک تاژک قرار دارد. تناوب در چرخه توسعه مراحل متحرک و بی حرکت شناخته شده است. باکتری های دیگری نیز توصیف شده اند که باعث فاز دوم نیتریفیکاسیون می شوند.

باکتری های نیتریفیک کننده معمولاً در محیط های معدنی ساده حاوی آمونیاک یا نیتریت ها (سوبستراهای قابل اکسید شدن) و دی اکسید کربن (منبع اصلی کربن) کشت می شوند. این موجودات از آمونیاک، هیدروکسیل آمین و نیتریت ها به عنوان منابع نیتروژن استفاده می کنند.

باکتری های نیتریفیک کننده در pH 6-8.6 رشد می کنند؛ pH مطلوب 7.5-8 است. در pH کمتر از 6 و بالاتر از 9.2، این باکتری ها رشد نمی کنند. دمای مطلوب برای توسعه نیتریفایرها 25-30 درجه سانتیگراد است. مطالعه نسبت سویه های مختلف Nitrosomonas europaea به دما نشان داد که برخی از آنها در دمای 26 درجه سانتیگراد یا حدود 40 درجه سانتیگراد رشد بهینه دارند، در حالی که برخی دیگر می توانند در دمای 4 درجه سانتیگراد به سرعت رشد کنند.

نیتریفایرها هوازی اجباری هستند. با کمک اکسیژن، آمونیاک را به اسید نیتروژن اکسید می کنند (مرحله اول نیتریفیکاسیون):

NH4 ++ 11 / 22O2 → NO2- + H2O + 2H +

و سپس اسید نیتروژن به نیتریک (مرحله دوم نیتریفیکاسیون):

NO2- + 1 / 2O2 → NO3-

فرض بر این است که فرآیند نیتریفیکاسیون در چند مرحله انجام می شود. اولین محصول اکسیداسیون آمونیاک هیدروکسیل است که سپس به نیتروکسیل (NOH) یا پراکسونیتریت (ONOOH) تبدیل می شود که به نوبه خود بیشتر به نیتریت یا نیتریت و نیترات تبدیل می شود.

نیتروکسیل، مانند هیدروکسیل آمین، ظاهراً می تواند به هیپونیتریت دیمر تبدیل شود یا به اکسید نیتروژن N2O، محصول جانبی فرآیند نیتریفیکاسیون تبدیل شود.

علاوه بر واکنش اول (تشکیل هیدروکسیل آمین از آمونیوم)، تمام دگرگونی های بعدی با سنتز پیوندهای پرانرژی به شکل ATP همراه است که برای اتصال سلول های میکروارگانیسم ها به CO2 و سایر فرآیندهای بیوسنتزی ضروری است.

تثبیت CO2 توسط نیتریفایرها از طریق چرخه پنتوز فسفات احیا کننده یا چرخه کالوین انجام می شود. در نتیجه تثبیت دی اکسید کربن، نه تنها کربوهیدرات ها، بلکه سایر ترکیبات مهم برای باکتری ها - پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، چربی ها و غیره نیز تشکیل می شوند.

با توجه به مفاهیمی که تا همین اواخر وجود داشت، باکتری های نیتریفیک کننده به عنوان کمولیتواتوتروف های اجباری طبقه بندی می شدند.

اکنون داده هایی به دست آمده است که نشان دهنده توانایی باکتری های نیتریفیک کننده برای استفاده از برخی مواد آلی است. بنابراین، یک اثر محرک بر رشد Nitrobacter در حضور نیتریت اتولیز مخمر، پیریدوکسین، اسید گلوتامیک و سرین مشاهده شد. بنابراین، فرض بر این است که باکتری های نیتروفیک توانایی تغییر از تغذیه اتوتروف به هتروتروف را دارند. با این حال، باکتری‌های نیتریفیک‌کننده در محیط‌های غذایی معمولی رشد نمی‌کنند، زیرا مقدار زیادی از مواد آلی به راحتی جذب شده در چنین محیط‌هایی رشد آنها را به تاخیر می‌اندازد.

به نظر می رسد نگرش منفی این باکتری ها به مواد آلی در شرایط آزمایشگاهی با زیستگاه طبیعی آنها در تضاد است. مشخص است که باکتری های نیتریفیک به خوبی رشد می کنند، به عنوان مثال، در خاک سیاه، کود، کمپوست، یعنی در مکان هایی که مواد آلی زیادی وجود دارد.

با این حال، این تناقض را می توان به راحتی با مقایسه مقدار کربن به راحتی اکسید شده در خاک با غلظت مواد آلی که نیتریفایرها در گیاهان تحمل می کنند، از بین برد. کربن. در نتیجه، نیتریفایرها مقادیر زیادی از مواد آلی به راحتی جذب در خاک را برآورده نمی کنند.

مرحله‌بندی فرآیند نیتریفیکاسیون نمونه‌ای معمولی از متابیوز است، یعنی این نوع اتصالات تغذیه‌ای میکروب‌ها، زمانی که یک میکروارگانیسم پس از دیگری روی زباله‌های خود ایجاد می‌شود. نشان داده شده است که آمونیاک، محصول زائد باکتری های آمونیزه کننده، توسط نیتروزوموناس استفاده می شود و نیتریت های تشکیل شده توسط دومی به عنوان منبع حیات برای نیتروباکتر عمل می کند.

این سوال در مورد اهمیت نیتریفیکاسیون برای کشاورزی مطرح می شود. تجمع نیترات ها با شدت نابرابر در خاک های مختلف اتفاق می افتد. با این حال، این فرآیند مستقیماً به حاصلخیزی خاک بستگی دارد. هرچه خاک غنی تر باشد، اسید نیتریک بیشتری می تواند در آن جمع شود. روشی برای تعیین نیتروژن موجود در خاک برای گیاهان با توجه به ظرفیت نیتریفیکاسیون آن وجود دارد. بنابراین می توان از میزان نیتریفیکاسیون برای مشخص کردن ویژگی های زراعی خاک استفاده کرد.

در همان زمان، در طول نیتریفیکاسیون، تنها یک ماده مغذی برای گیاهان، آمونیاک، به شکل دیگری تبدیل می شود - اسید نیتریک. با این حال، نیترات ها دارای برخی خواص نامطلوب هستند. در حالی که یون آمونیوم توسط خاک جذب می شود، نمک های اسید نیتریک به راحتی از آن شسته می شوند. علاوه بر این، نیترات ها را می توان در نتیجه نیترات زدایی به N2 کاهش داد، که همچنین باعث کاهش ذخیره نیتروژن خاک می شود. همه اینها به میزان قابل توجهی میزان استفاده از نیترات ها توسط گیاهان را کاهش می دهد. در یک موجود گیاهی، نمک های اسید نیتریک، زمانی که برای سنتز استفاده می شود، باید کاهش یابد، که صرف انرژی می شود. آمونیوم به طور مستقیم استفاده می شود. در این راستا، این سوال در مورد رویکردهایی برای کاهش مصنوعی شدت فرآیند نیتریفیکاسیون با استفاده از مهارکننده های خاص که فعالیت باکتری ها - نیتریفایرها و بی ضرر برای سایر موجودات را سرکوب می کنند، مطرح می شود.

لازم به ذکر است که برخی از میکروارگانیسم های هتروتروف قادر به نیتریفیکاسیون هستند. نیتریفایرهای هتروتروف شامل باکتری‌هایی از جنس‌های سودوموناس، آرتروباکتر، کورینه‌باکتریوم، نوکاردیا و برخی از قارچ‌ها از جنس‌های فوزاریوم، آسپرژیلوس، پنی‌سیلیوم، کلادوسپوریوم هستند. مشخص شد که Arthrobacter sp. آمونیاک را در حضور سوبستراهای آلی با تشکیل هیدروکسی آمین و سپس نیتریت و نیترات اکسید می کند.

برخی از باکتری ها قادر به نیتریفیکاسیون مواد آلی حاوی نیتروژن مانند آمیدها، آمین ها، اسیدهای هیدروکسامیک، ترکیبات نیترو (آلیفاتیک و معطر)، اکسیم ها و غیره هستند.

نیتریفیکاسیون هتروتروف به طور طبیعی (در خاک، توده های آبی و سایر بسترها) اتفاق می افتد. می تواند اهمیت غالب را به دست آورد، به ویژه در شرایط غیر معمول (به عنوان مثال، با محتوای بالای ترکیبات آلی C - و N - در خاک قلیایی و غیره). میکروارگانیسم های هتروتروف نه تنها در این شرایط غیر معمول به اکسیداسیون نیتروژن کمک می کنند، بلکه می توانند باعث تشکیل و تجمع مواد سمی نیز شوند. مواد با اثرات سرطان زا و جهش زا، و همچنین ترکیبات با عملکرد شیمی درمانی. با توجه به اینکه برخی از این ترکیبات حتی در غلظت های نسبتا کم برای انسان و حیوانات مضر هستند، تشکیل آنها در داخل بدن باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد.

). برای اولین بار، کشت خالص این باکتری ها توسط S.N. Vinogradskiy در سال 1892 به دست آمد که ماهیت کمولیتواتوتروفیک آنها را مشخص کرد. در ویرایش نهم راهنمای Bergi's Guide to Bacteria، تمام باکتری های نیتروف کننده به خانواده Nitrobacteraceae تقسیم می شوند و بسته به اینکه کدام مرحله از فرآیند را انجام می دهند به دو گروه تقسیم می شوند. مرحله اول - اکسیداسیون نمک های آمونیوم به نمک های اسید نیتروژن (نیتریت ها) - توسط باکتری های اکسید کننده آمونیوم (جنس Nitrosomonas، Nitrosococcus، Nitrosolobus و غیره) انجام می شود:

NH4 + + 1.5O2 به NO2- + H2O + 2H + تبدیل می شود

NO2- + 1/2 * O2 به NO3- تبدیل می شود

گروه باکتری های نیتریف کننده با ارگانیسم های گرم منفی نشان داده می شود که از نظر شکل و اندازه سلول ها، روش های تولید مثل، نوع تاژک زدن اشکال متحرک، ویژگی های ساختار سلولی، محتوای مولی پایه های GC در DNA متفاوت است. و شیوه های وجود

همه باکتری های نیتریفیک کننده هوازی اجباری هستند. برخی از گونه ها میکروآئروفیل هستند. بیشتر آنها اتوتروف های اجباری هستند که رشد آنها توسط ترکیبات آلی در غلظت های مشترک با هتروتروف ها مهار می شود. با استفاده از ترکیبات 14C، نشان داده شد که کمولیتواتوتروف های اجباری می توانند برخی از مواد آلی را در ترکیب سلول ها وارد کنند، اما به میزان بسیار محدود. منبع اصلی کربن دی‌اکسید کربن باقی می‌ماند که جذب آن در چرخه پنتوز-فسفات احیاکننده انجام می‌شود. تنها چند سویه از Nitrobacter توانایی رشد آهسته را در محیطی با ترکیبات آلی به عنوان منبع کربن و انرژی نشان داده اند.

فرآیند نیتریفیکاسیون بر روی غشاهای سیتوپلاسمی و داخل سیتوپلاسمی متمرکز می شود. جذب NH4 + و انتقال آن از طریق CPM با استفاده از یک translocase حاوی مس انجام می شود. هنگامی که آمونیاک به نیتریت اکسید می شود، اتم نیتروژن 6 الکترون از دست می دهد. فرض بر این است که در مرحله اول، آمونیاک با استفاده از مونواکسیژناز به هیدروکسیل آمین اکسید می شود، که افزودن 1 اتم O2 به مولکول آمونیاک را کاتالیز می کند. دومی احتمالاً با NAD * H2 تعامل دارد که منجر به تشکیل H2O می شود:

NH3 + O2 + OVER * H2 به NH2OH + H2O + OVER + می رود

NH2OH + О2 وارد NO2- + Н2О + Н + می شود

الکترون های NH2OH وارد زنجیره تنفسی در سطح سیتوکروم c و سپس به اکسیداز انتهایی می شوند. انتقال آنها با انتقال 2 پروتون در سراسر غشاء همراه است که منجر به ایجاد شیب پروتون و سنتز ATP می شود. هیدروکسیل آمین در این واکنش احتمالاً به آنزیم متصل می ماند.

فاز دوم نیتریفیکاسیون با از دست دادن 2 الکترون همراه است. اکسیداسیون نیتریت به نیترات، که توسط آنزیم نیتریت اکسیداز حاوی مولیبدن کاتالیز می شود، در قسمت داخلی CPM قرار دارد و به شرح زیر است:

NO2- + H2O به NO3- + 2H + 2e تبدیل می شود

الکترون ها وارد سیتوکروم a1 و از طریق سیتوکروم c به اکسیداز انتهایی aa3 می شوند که در آنجا توسط اکسیژن مولکولی پذیرفته می شوند (شکل 98، B). در این مورد، انتقال 2H + از طریق غشاء رخ می دهد. جریان الکترون ها از NO2- به O2 با مشارکت بخش بسیار کوتاهی از زنجیره تنفسی انجام می شود. از آنجایی که Eo از جفت NO2 / NO3- +420 میلی ولت است، عامل کاهنده در فرآیند انتقال معکوس وابسته به انرژی الکترون ها تشکیل می شود. بار زیاد در قسمت انتهایی زنجیره تنفسی محتوای بالای سیتوکروم c و a را در باکتری های نیتریف کننده توضیح می دهد.

بسیاری از باکتری‌های شیمی‌ارگان‌هتروتروف متعلق به جنس‌های Arthrobacter، Flavobacterium، Xanthomonas، Pseudomonas و دیگران، قادر به اکسید کردن آمونیاک، هیدروکسی‌آمین و سایر ترکیبات نیتروژن احیا شده به نیتریت یا نیترات هستند. با این حال، فرآیند نیتریفیکاسیون این موجودات منجر به دریافت انرژی توسط آنها نمی شود. مطالعه ماهیت این فرآیند که نیتریفیکاسیون هتروتروف نام دارد، نشان داد که احتمالاً با تخریب

همه موجودات زنده به غذا نیاز دارند. برای برخی منبع انرژی نور خورشید است، برخی دیگر از واکنش های شیمیایی برای این منظور استفاده می کنند و برخی دیگر از دو گروه اول تغذیه دریافت می کنند. گروه اول همه گیاهان را شامل می شود، نمایندگان دوم باکتری های نیتریت کننده هستند، گروه سوم شامل همه حیوانات از جمله من و شما می شود.

همه گیاهان سبز و بسیاری از باکتری ها می توانند خود مواد مغذی آلی را از غیر آلی (آب، دی اکسید کربن و غیره) تولید کنند. این گروه از موجودات زنده اتوتروف (از لاتین "خود تغذیه") یا تولید کننده نامیده می شود و اولین حلقه در زنجیره غذایی است.

ارگانیسم هایی که در طول فتوسنتز از نور خورشید انرژی دریافت می کنند، فتوتروف نامیده می شوند. باکتری های نیتریفیک کننده متعلق به گروهی از میکروارگانیسم ها هستند که از انرژی واکنش های اکسیداسیون شیمیایی به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنند. به این گونه ارگانیسم ها کموتروف می گویند.

باکتری های نیتریفیک کننده (شیموتروف ها) مواد آلی را در خاک یا آب جذب نمی کنند. برعکس، آنها مواد ساختمانی را برای ایجاد یک سلول زنده سنتز می کنند.

موادی که توسط باکتری های نیتریف کننده از خاک و آب به دست می آیند اکسید می شوند و انرژی حاصله برای سنتز مولکول های آلی پیچیده از آب و دی اکسید کربن استفاده می شود. این به اصطلاح فرآیند کموسنتز است.

موجودات شیمیایی شیمیایی، مانند همه اتوتروف ها، بدون مواد مغذی لازم از خارج، آنها را به تنهایی تولید می کنند. با این حال، بر خلاف گیاهان سبز، باکتری های نیتریفیک کننده حتی برای تغذیه نیازی به نور خورشید ندارند.

موجوداتی هستند که از الکتریسیته برای تولید انرژی استفاده می کنند. اخیراً گروهی از دانشمندان ژاپنی نتایج یک مطالعه بر روی باکتری های ساکن در نزدیکی چشمه های آب گرم در اعماق دریا را منتشر کردند. هنگامی که جریان آب در برابر تاقچه های سنگی در پایین اصطکاک می یابد، بار ضعیفی از الکتریسیته تشکیل می شود که توسط باکتری های مورد مطالعه برای به دست آوردن غذا استفاده شد.

برای تغذیه گیاه چه چیزی لازم است؟

باکتری های نیتریفیک کننده ساکن در خاک با اکسیداسیون، آمونیاک را که از تجزیه مواد آلی به اسید نیتروژن تشکیل می شود، تجزیه می کنند. سایر باکتری ها اسید نیتروژن را به اسید نیتریک اکسید می کنند (با آزاد شدن انرژی اکسیژن اضافه می کنند). هر دوی این اسیدها به نوبه خود با کمک مواد معدنی خاک، نمک و فسفات برای تغذیه گیاه ایجاد می کنند.

علاوه بر این، نیتروژن موجود در محیط برای تغذیه ضروری است. با این حال، گیاهان قادر به استخراج آن به تنهایی نیستند. باکتری های تثبیت کننده نیتروژن به کمک می آیند. آنها نیتروژن موجود در هوا را جذب می کنند و آن را به شکل قابل دسترس برای پوشش گیاهی تبدیل می کنند - ترکیبات آمونیوم. باکتری‌های نیتروژن‌کننده تثبیت‌کننده نیتروژن می‌توانند آزادانه در خاک زندگی کنند (ازتوباکتر، کلستریدیوم) یا در همزیستی با گیاهان عالی (ندول) باشند.

حلقه بعدی در زنجیره غذایی

به عنوان مثال، هنگام خوردن غذاهای گیاهی، مستقیماً از یک محصول سنتز شده از انرژی نور خورشید استفاده می کنیم. با غذای حیوانی، مواد آلی آماده ای را که حیوانات از گیاهان به دست می آورند، به دست می آوریم.

با این حال، هتروتروف ها نمی توانند غذای ارگانیک دریافتی را به طور کامل تجزیه کنند. زباله ها همیشه باقی می مانند، که به نوبه خود توسط گروه جداگانه ای از میکروارگانیسم ها مقابله می شود.

چه کسانی در امر دفع زباله در طبیعت نقش دارند

باکتری ها و قارچ هایی که از بقایای مرده موجودات زنده استفاده می کنند، تجزیه کننده نامیده می شوند (از لاتین "بازیابی"). آنها باقی مانده های آلی را با اکسیداسیون به مواد معدنی و ساده ترین ترکیبات آلی تجزیه می کنند. کاهنده ها با سایر موجودات زنده از این جهت متفاوت هستند که بقایای جامد هضم نشده ندارند.

در فرآیند تصفیه بیولوژیکی، باکتری های نیتروف کننده هتروتروف و اتوتروف که در خاک، سیلت، بقایای پوسیده و توده های آبی زندگی می کنند، به طور فعال درگیر هستند. آنها آمونیاک آزاد شده توسط سایر موجودات زنده همراه با مواد زائد را به نمک اسید نیتریک (نیترات) تبدیل می کنند. فرآیند نیتریفیکاسیون در دو مرحله انجام می شود. ابتدا آمونیاک به نیتریت اکسید می شود، سپس گروه بعدی از باکتری ها نیتریت را به نیترات اکسید می کنند.

این گروه از باکتری ها نمک های معدنی را به خاک و آب باز می گرداند که دوباره توسط تولیدکنندگان اتوتروف استفاده می شود. به این ترتیب گردش اجزای معدنی در طبیعت بسته می شود.

فیلترهای بیولوژیکی زنده

در عمل از خواص باکتری های نیتروف کننده در طراحی فیلترهای بیولوژیکی آکواریوم استفاده می شود.

آکواریومی با دیوارهای تمیز و آب زلال که ماهی های رنگارنگ در آن شنا می کنند، تزئینی برای هر اتاق و مایه افتخار صاحبخانه است. تمیز نگه داشتن آکواریوم کار آسانی نیست. باقیمانده غذا، فضولات ماهی و ذرات جلبک مرده آب را تمیزتر نمی کند.

برای مدت طولانی، دوستداران آکواریوم فقط از روش های تمیز کردن مکانیکی استفاده می کردند. برخلاف مکانیک، فیلتر بیولوژیکی یک دستگاه نیست، بلکه مجموعه خاصی از فرآیندها است که در نتیجه ترکیبات سمی از آب حذف می شود:

1. آمونیوم موجود در اوره که با افزایش PH آب به آمونیاک خطرناک‌تری تبدیل می‌شود. رابطه بین دما و pH در آکواریوم ارتباط مستقیمی با میزان آمونیاک سمی دارد. در دمای 20 درجه سانتیگراد و pH 7، محتوای آمونیاک 0.5٪ و در 25 درجه سانتیگراد و pH 8.4 - در حال حاضر 10٪ است.
2. خطر بعدی نیتریت است که در اثر اکسیداسیون آمونیاک تولید می شود.
3. اکسیداسیون نیتریت نیترات تولید می کند که سمی نیز می باشد.

روش اول پر زحمت است (چه کسی می خواهد با سطل بدود؟)، و روش دوم به شرایط خاصی نیاز دارد - باکتری ها به غذا، دمای راحت و مکانی برای زندگی نیاز دارند.

دو گروه از باکتری ها در فیلتر بیولوژیکی آکواریوم ها وجود دارد - باکتری های نیتروف کننده (Nitrosomonas) و نیترو باکتری ها (Nitrobacter). باکتری های نیتریت کننده نیتریت را از آمونیاک می سازند و نیترو باکتری ها از نیتریت نیترات می سازند. نتیجه واکنش اخیر تا حدی توسط جلبک ها استفاده می شود، اما بیشتر نیترات تنها با تغییر آب در آکواریوم حذف می شود. هیچ باکتری نمی تواند نیاز به دویدن با سطل را از بین ببرد.

برای اینکه باکتری ها در آکواریوم به راحتی زندگی کنند، دمای 26 تا 27 درجه سانتیگراد، وجود اکسیژن (هوادهی) و فتوسنتز (گیاهان آبزی) مورد نیاز است. ساکنان آکواریوم به آنها غذا می دهند و خاک آکواریوم به عنوان خانه آنها عمل می کند.

بنابراین میکروارگانیسم ها مواد معدنی موجود در محیط را پردازش می کنند و شرایطی را برای تغذیه گیاه در خاک ایجاد می کنند. گیاهان نیز به نوبه خود منبع انرژی برای حیوانات هستند. در مرحله بعدی، حیوانات درنده از همتایان گیاهخوار خود انرژی می گیرند. انسان، مانند تمام شکارچیان برتر، می تواند غذا را هم از گیاهان و هم از حیوانات دریافت کند. بقایای فعالیت حیاتی حیوانات و گیاهان به عنوان غذا برای میکروارگانیسم هایی است که مواد معدنی را تامین می کنند. دایره کامل شد

حفظ حیات و به دست آوردن انرژی در شرایط طبیعی کاملاً متفاوت امکان پذیر است. امکان ظهور یک زندگی جدید در شرایط غیرقابل تصور، در نگاه اول، ثابت می کند که چقدر زیستگاه ما چند وجهی بوده و تاکنون کمی مطالعه شده است.

• خودکار عکسغنائم - انرژی برای سنتز مواد آلی از نور به دست می آید (فتوسنتز). فتوتروف ها شامل گیاهان و باکتری های فتوسنتزی می شوند.
• خودکار شیمی درمانی trophs - انرژی برای سنتز مواد آلی از اکسیداسیون مواد معدنی (شیمیوسنتز) به دست می آید. مثلا،
  • باکتری های گوگردی سولفید هیدروژن را به گوگرد اکسید می کنند.
  • باکتری های آهن آهن آهن را به آهن اکسید می کنند،
  • باکتری های نیتریفیک، آمونیاک را به اسید نیتریک اکسید می کنند.

شباهت ها و تفاوت های بین فتوسنتز و کموسنتز

• شباهت ها: همه اینها یک تبادل پلاستیکی است، مواد آلی از مواد معدنی (از دی اکسید کربن و آب - گلوکز) ساخته می شوند.
• تفاوت: انرژی برای سنتز در فتوسنتز از نور گرفته می شود و در شیمی سنتز - از واکنش های ردوکس.

توجه!تفاوت بین خودکار و هتروتروف در روش به دست آوردن مواد آلی است ("آماده شوید" یا "این کار را خودتان انجام دهید"). هر دو خود و هتروتروف انرژی را برای فعالیت حیاتی از طریق تنفس به دست می آورند.

مقایسه تنفس و فتوسنتز

تست ها و تکالیف

اتوتروف ها
سه گزینه را انتخاب کنید. اتوتروف ها شامل
1) گیاهان اسپور
2) قالب ها
3) جلبک های تک سلولی
4) باکتری های شیمیایی
5) ویروس ها
6) بیشتر تک یاخته ها

پاسخ

1. دو موجود زنده را که از فهرست موجودات اتوتروف خارج می شوند، شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند، یادداشت کنید.
1) آمیب معمولی
2) مگس بند ناهید
3) پینولاریا سبز
4) دمپایی اینفوزوریا
5) Spirogyra

پاسخ

2. تمام موجودات ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، از نظر نوع تغذیه به عنوان اتوتروف طبقه بندی می شوند. دو موجود زنده را که از لیست کلی خارج شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) کلامیدوموناس
2) دم اسب صحرایی
3) بولتوس
4) کتان فاخته
5) مخمر

پاسخ

3. تمام موجودات ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، از نظر نوع تغذیه به عنوان اتوتروف طبقه بندی می شوند. دو موجود زنده را که از لیست کلی خارج شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) باکتری های گوگردی
2) اسپیروژیرا
3) فلای آگاریک
4) اسفاگنوم
5) باکتریوفاژ

پاسخ

4. تمام موجودات ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، از نظر نوع تغذیه به عنوان اتوتروف طبقه بندی می شوند. دو موجود زنده را که از لیست کلی خارج شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) سیانوباکترها
2) آمیب
3) کلپ
4) اسفاگنوم
5) پنیسیلوس

پاسخ

پاسخ

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. کدام ارگانیسم از نظر تغذیه به عنوان هتروتروف طبقه بندی می شود؟
1) کلامیدوموناس
2) کلپ
3) پنیسیلوس
4) کلرلا

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. باکتری‌های پوترفیکشن از طریق روش تغذیه موجودات هستند
1) کموتروفیک
2) اتوتروف
3) هتروتروف
4) همزیستی

پاسخ

AUTOTROPHES - HETEROTROPHES
1. بین ویژگی متابولیسم و ​​گروه ارگانیسم هایی که مشخصه آن است مطابقت ایجاد کنید: 1) اتوتروف ها 2) هتروتروف ها
الف) آزاد شدن اکسیژن در جو
ب) استفاده از انرژی موجود در غذا برای سنتز ATP
ج) استفاده از مواد آلی آماده
د) سنتز مواد آلی از غیر آلی
ه) استفاده از دی اکسید کربن برای غذا

پاسخ

2. بین خصوصیات و نحوه تغذیه موجودات مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن عمل می کند
ب) همراه با فتولیز آب
ج) از انرژی اکسیداسیون مواد آلی استفاده می شود
د) از انرژی اکسیداسیون مواد معدنی استفاده می شود
ه) دریافت غذا توسط فاگوسیتوز

پاسخ

3. بین عادات غذایی یک موجود زنده و گروهی از جانداران مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف ها، 2) هتروتروف ها. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) گرفتن غذا توسط فاگوسیتوز
ب) از انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد معدنی استفاده کنید
ج) با فیلتر کردن آب غذا دریافت کنید
د) سنتز مواد آلی از غیر آلی
د) از انرژی نور خورشید استفاده کنید
ه) از انرژی موجود در غذا استفاده کنید

پاسخ

AUTOTROPHES - HETEROTROPHES EXAMPLES
1. بین مثال و نحوه تغذیه مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) سیانوباکترها
ب) کلپ
ج) کرم گاو
د) قاصدک
ه) روباه

پاسخ

2. بین ارگانیسم و ​​نوع تغذیه مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) کاج سیبری
ب) اشرشیاکلی
ج) آمیب انسانی
د) پنیسیل
د) دم اسب صحرایی
ه) کلرلا

پاسخ

3. بین موجودات تک سلولی و نوع تغذیه ای که مشخصه آن است مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) ویبریو وبا
ب) باکتری های آهن
ج) پلاسمودیوم مالاریا
د) کلامیدوموناس
ه) سیانوباکترها
ه) آمیب اسهال خونی

پاسخ

4. بین مثال ها و روش های تغذیه مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) اسپیروژیرا
ب) کرم گاو نر
ج) دم اسب صحرایی
د) باکتری های گوگردی
ه) ملخ سبز

پاسخ

5. بین مثال ها و روش های تغذیه مطابقت برقرار کنید: 1) اتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) کلرلا
ب) قورباغه
ج) شامپینیون
د) سرخس
ه) کلپ

پاسخ

جمع آوری 6:
الف) موکور
ب) باکتری های نیتریفیک کننده
ج) قارچ تیدر

CHEMOTROPHES
یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. چه موجوداتی انرژی اکسیداسیون مواد معدنی را به پیوندهای پرانرژی ATP تبدیل می کنند؟
1) فتوتروف ها
۲) شیمی‌تروف‌ها
3) هتروتروف ها
4) ساپروتروف ها

پاسخ

باکتری های شیمیایی می توانند از ترکیبات همه عناصر به جز دو عنصر انرژی بگیرند. دو مورد را که از لیست کلی خارج می شوند، مشخص کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند، یادداشت کنید.
1) نیتروژن
2) کلر
3) آهن
4) منیزیم
5) گوگرد

پاسخ

PHOTOTROPHES - CHEMOTROPHES
بین خصوصیات موجودات زنده و نحوه تغذیه آنها مطابقت ایجاد کنید: 1) فوتوتروف، 2) کموتروفیک. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) انرژی نور استفاده می شود
ب) اکسیداسیون مواد معدنی رخ می دهد
ج) واکنش ها در تیلاکوئیدها انجام می شود
د) همراه با آزاد شدن اکسیژن
ه) ذاتی هیدروژن و باکتری های نیتریف کننده
ه) به کلروفیل نیاز دارد

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. شباهت بین شیمی سنتز و فتوسنتز این است که در هر دو فرآیند
1) انرژی خورشیدی برای تشکیل مواد آلی استفاده می شود
2) تشکیل مواد آلی از انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد معدنی استفاده می کند
3) دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن استفاده می شود
4) محصول نهایی در جو آزاد می شود - اکسیژن

پاسخ

PHOTOTROPHES - نمونه های شیمی
1. برقراری ارتباط بین گروهی از موجودات و فرآیند تبدیل مواد، که مشخصه آن است: 1) فتوسنتز، 2) کموسنتز.
الف) سرخس
ب) باکتری های آهن
ج) جلبک های قهوه ای
د) سیانوباکترها
ه) جلبک سبز
ه) باکتری های نیتروف کننده

پاسخ

2. بین مثال ها و روش های تغذیه موجودات زنده مطابقت برقرار کنید: 1) فوتوتروف، 2) کموتروفیک. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) اسپیروژیرا
ب) باکتری های نیتریفیک کننده
ج) کلرلا
د) باکتری های گوگردی
ه) باکتری های آهن
ه) کلروکوک

پاسخ

PHOTOTROPHES - CHEMOTROPHES - HETEROTROPHES
1. بین ارگانیسم و ​​نحوه تغذیه آن مطابقت برقرار کنید: 1) فوتوتروف، 2) هتروتروف، 3) کموتروف. اعداد 1، 2 و 3 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) اسپیروژیرا
ب) پنیسیل
ج) باکتری های گوگردی
د) سیانوباکترها
د) کرم خاکی

پاسخ

2. بین موجودات زنده و انواع تغذیه آنها مطابقت برقرار کنید: 1) فوتوتروف، 2) هتروتروف. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) لامبلیا
ب) قارچ ارگوت
ج) کلامیدوموناس
د) سیانوباکترها
د) اسفاگنوم

پاسخ

فتوسنتز - تنفس
1. تناظری بین ویژگی و فرآیند ایجاد کنید: 1) فتوسنتز، 2) گلیکولیز. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) در کلروپلاست ها وجود دارد
ب) گلوکز سنتز می شود
ب) مرحله ای از متابولیسم انرژی است
د) در سیتوپلاسم رخ می دهد
ه) فتولیز آب رخ می دهد

پاسخ

2. بین ویژگی و فرآیند زندگی گیاهی که به آن تعلق دارد، مطابقت برقرار کنید: 1-فتوسنتز، 2-تنفس.
1) گلوکز سنتز می شود
2) مواد آلی اکسید می شود
3) اکسیژن آزاد می شود
4) دی اکسید کربن تشکیل می شود
5) در میتوکندری رخ می دهد
6) با جذب انرژی همراه است

پاسخ

3. ایجاد ارتباط بین فرآیند و نوع متابولیسم در سلول: 1) فتوسنتز، 2) متابولیسم انرژی.
الف) تشکیل اسید پیروویک (PVA)
ب) در میتوکندری رخ می دهد
ج) فتولیز مولکول های آب
د) سنتز مولکول های ATP در اثر انرژی نور
د) در کلروپلاست ها وجود دارد
ه) سنتز 38 مولکول ATP در حین تقسیم مولکول گلوکز

پاسخ

4. بین نشانه حیات گیاهی و فرآیند تنفس یا فتوسنتز مطابقت برقرار کنید: 1) تنفس، 2) فتوسنتز.
الف) در سلول های دارای کلروپلاست انجام می شود
ب) در همه سلولها وجود دارد
ب) اکسیژن جذب می شود
د) دی اکسید کربن جذب می شود
ه) مواد آلی از مواد معدنی در نور تشکیل می شوند
ه) مواد آلی اکسید شده است

پاسخ

5. تناظر بین ویژگی ها و بین فرآیندها برقرار کنید: 1) فتوسنتز، 2) تنفس. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) ATP در کلروپلاست ها تشکیل می شود
ب) در تمام سلول های زنده وجود دارد
ج) ATP در میتوکندری تشکیل می شود
د) محصولات نهایی - مواد آلی و اکسیژن
ه) مواد اولیه - دی اکسید کربن و آب
ه) انرژی آزاد می شود

پاسخ

6. بین فرآیندها و ویژگی های آنها مطابقت برقرار کنید: 1) تنفس، 2) فتوسنتز. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) اکسیژن جذب شده و دی اکسید کربن و آب آزاد می شود
ب) مواد آلی تشکیل می شود
ج) در کلروپلاست در نور رخ می دهد
د) دی اکسید کربن و آب جذب شده و اکسیژن آزاد می شود
د) در میتوکندری در نور و در تاریکی رخ می دهد
ه) مواد آلی تجزیه شده است

پاسخ

بین فرآیندی که در سلول اتفاق می‌افتد و ارگانوئیدی که در آن اتفاق می‌افتد، ارتباط برقرار کنید: 1) میتوکندری، 2) کلروپلاست. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) کاهش دی اکسید کربن به گلوکز
ب) سنتز ATP در طول تنفس
ج) سنتز اولیه مواد آلی
د) تبدیل انرژی نور به شیمیایی
ه) تجزیه مواد آلی به دی اکسید کربن و آب

پاسخ

بین علائم یک ارگانوئید و یک ارگانوئید مطابقت برقرار کنید، که این علائم مشخصه هستند: 1) کلروپلاست، 2) میتوکندری. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) حاوی رنگدانه سبز است
ب) از یک غشای دوتایی، تیلاکوئیدها و گران تشکیل شده است
ج) انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می کند
د) از یک غشای دوتایی و کریستا تشکیل شده است
ه) اکسیداسیون نهایی مواد مغذی را فراهم می کند
ه) وقتی 1 مول گلوکز تجزیه می شود انرژی را به شکل 38 مول ATP ذخیره می کند.

پاسخ

تنفس گیاهان
یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. در فرآیند تنفس، گیاهان فراهم می شوند
1) انرژی
2) آب
3) مواد آلی
4) مواد معدنی

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. گیاهان کشت شده در خاک باتلاقی به خوبی رشد نمی کنند، زیرا در آن
1) محتوای اکسیژن ناکافی
2) متان تشکیل می شود
3) مواد آلی اضافی
4) حاوی مقدار زیادی ذغال سنگ نارس است

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. گیاهان در فرآیند تنفس از اکسیژن استفاده می کنند که وارد سلول ها می شود و تامین می کند
1) اکسیداسیون مواد معدنی به دی اکسید کربن و آب
2) اکسیداسیون مواد آلی با آزاد شدن انرژی
3) سنتز مواد آلی از غیر آلی
4) سنتز پروتئین از اسیدهای آمینه

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. گیاهان در فرآیند تنفس
1) آزاد کردن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن
2) اکسیژن را جذب کرده و دی اکسید کربن منتشر می کند
3) انباشتن انرژی در ماده آلی حاصل
4) مواد آلی را از غیر آلی سنتز کنید

پاسخ

یکی را انتخاب کنید که صحیح ترین است. برای اطمینان از دسترسی اکسیژن هوا به ریشه گیاهان، خاک باید
1) با نمک های پتاسیم کود دهید
2) قبل از آبیاری و در حین آبیاری شل کنید
3) با نمک های نیتروژن کود دهی کنید
4) بعد از آبیاری شل کنید

پاسخ

متن "تنفس گیاه" را تجزیه و تحلیل کنید. برای هر سلول حرفی، عبارت مناسب را از لیست ارائه شده انتخاب کنید. روند تنفس گیاه ثابت است. در طی این فرآیند، ارگانیسم گیاهی ________ (A) را مصرف می کند و ________ (B) ترشح می کند. گازهای زائد با انتشار از گیاه خارج می شوند. در ورقه، آنها از طریق تشکیلات ویژه - ________ (B)، واقع در پوست برداشته می شوند. هنگام تنفس، انرژی مواد آلی آزاد می شود که در طول ________ (D) ذخیره می شود که در قسمت های سبز گیاه در نور رخ می دهد.
1) آب
2) تبخیر
3) اکسیژن
4) تعرق
5) دی اکسید کربن
6) روزنه
7) فتوسنتز
8) عدس

پاسخ

© D.V. Pozdnyakov، 2009-2019