Nitryfikacja i mikroorganizmy, które ją przeprowadzają. Grupy nitryfikatorów

Amoniak powstały w glebie, oborniku i wodzie podczas rozkładu materii organicznej dość szybko ulega utlenieniu do azotu, a następnie kwasu azotowego. Ten proces nazywa się nitryfikacją.

Do połowy XIX wieku, a dokładniej przed pracami L. Pasteura, zjawisko powstawania azotanów wyjaśniano jako reakcję chemiczną utleniania amoniaku przez tlen atmosferyczny i zakładano, że gleba odgrywała rolę rola katalizatora chemicznego. L. Pasteur zasugerował, że tworzenie azotanów jest procesem mikrobiologicznym. Pierwsze eksperymentalne dowody tego założenia uzyskali T. Schlesing i A. Munz w 1879 r. Badacze ci przepuszczali ścieki przez długą kolumnę z piaskiem i CaCO3. Podczas filtracji stopniowo zanikał amoniak i pojawiały się azotany. Ogrzanie kolumny lub dodanie środków antyseptycznych zatrzymało utlenianie amoniaku.

Jednak ani wspomniani badacze, ani mikrobiolodzy, którzy kontynuowali badania nad nitryfikacją, nie byli w stanie wyizolować kultur czynników wywołujących nitryfikację. Dopiero w latach 1890-1892. SN Vinogradskiy, stosując specjalną technikę, wyizolował czyste kultury nitryfikatorów. SN Vinogradskiy założył, że bakterie nitryfikacyjne nie rozwijają się na konwencjonalnych pożywkach zawierających materię organiczną. Było to całkiem poprawne i wyjaśniało niepowodzenia jego poprzedników. Nitryfikatory okazały się być chemolitoautotrofami, bardzo wrażliwymi na obecność związków organicznych w pożywce. Te mikroorganizmy zostały wyizolowane przy użyciu pożywek mineralnych.

SN Vinogradskiy ustalił, że istnieją dwie grupy nitryfikatorów – jedna grupa utlenia amoniak do kwasu azotawego (NH4 + → NO2-) – pierwsza faza nitryfikacji, druga utlenia kwas azotowy do kwasu azotowego (NO2- → NO3-) – druga faza nitryfikacji.

Bakterie obu grup należą obecnie do rodziny Nitrobacteriaceae. Są to jednokomórkowe bakterie Gram-ujemne. Wśród bakterii nitryfikacyjnych są gatunki o bardzo różnej morfologii - pręcikowate, elipsoidalne, kuliste, zawiłe i klapowane, pleomorficzne. Rozmiary komórek różnych gatunków Nitrobacteriaceae wahają się od 0,3 do 1 µm szerokości i od 1 do 6,5 µm długości. Istnieją formy ruchome i nieruchome z biczowaniem polarnym, subpolarnym i peritrichial. Rozmnażają się głównie przez podział, z wyjątkiem Nitrobacter, która rozmnaża się przez pączkowanie. Prawie wszystkie nitryfikatory mają dobrze rozwinięty system błon wewnątrzcytoplazmatycznych, znacznie różniących się kształtem i lokalizacją w komórkach różnych typów. Błony te są podobne do błon fotosyntetycznych fioletowych bakterii.

Bakterie w pierwszej fazie nitryfikacji są reprezentowane przez pięć rodzajów: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus i Nitrosovibrio. Jedynym do tej pory szczegółowo zbadanym mikroorganizmem jest Nitrosomonas europaea.

Nitrosomony to krótkie owalne pręciki o wielkości 0,8 - 1X1-2 mikrony. W kulturze płynnej Nitrosomonas przechodzą szereg etapów rozwojowych. Dwie główne reprezentowane są przez ruchomą formę i nieruchome zooglei. Forma ruchoma ma podbiegunową wić lub wiązkę wici. Oprócz Nitrosomonas opisano przedstawicieli innych rodzajów bakterii wywołujących pierwszą fazę nitryfikacji.

Druga faza nitryfikacji prowadzona jest przez przedstawicieli rodzajów Nitrobacter, Nitrospira i Nitrococcus. Najwięcej badań przeprowadzono na Nitrobacter winogradskii, jednak opisano również inne gatunki (Nitrobacter agilis, itp.).

Nitrobacter są wydłużone, klinowate lub gruszkowate, z węższym końcem często wygiętym w dziób. Według badań GA Zavarzina rozmnażanie Nitrobacter następuje przez pączkowanie, a komórka potomna jest zwykle ruchliwa, ponieważ ma jedną umieszczoną z boku wić. Znana jest naprzemienność cyklu rozwojowego etapów mobilnych i nieruchomych. Opisano inne bakterie, które powodują drugą fazę nitryfikacji.

Bakterie nitryfikacyjne są zwykle hodowane w prostych podłożach mineralnych zawierających amoniak lub azotyny (podłoża utlenialne) i dwutlenek węgla (główne źródło węgla). Organizmy te wykorzystują amoniak, hydroksyloaminę i azotyny jako źródła azotu.

Bakterie nitryfikacyjne rozwijają się przy pH 6-8,6, optymalne pH to 7,5-8. Przy pH poniżej 6 i powyżej 9,2 bakterie te nie rozwijają się. Optymalna temperatura dla rozwoju nitryfikatorów to 25-30 ° C. Badanie stosunku różnych szczepów Nitrosomonas europaea do temperatury wykazało, że niektóre z nich mają optimum rozwoju w temperaturze 26°C lub około 40°C, podczas gdy inne mogą dość szybko rosnąć w temperaturze 4°C.

Nitryfikatory to obowiązkowe aeroby. Za pomocą tlenu utleniają amoniak do kwasu azotawego (pierwsza faza nitryfikacji):

NH4++ 11 / 22O2 → NO2- + H2O + 2H +

A potem kwas azotawy do azotowego (druga faza nitryfikacji):

NO2- + 1/2O2 → NO3-

Zakłada się, że proces nitryfikacji przebiega w kilku etapach. Pierwszym produktem utleniania amoniaku jest grupa hydroksylowa, która jest następnie przekształcana w nitroksyl (NOH) lub nadtlenoazotyn (ONOOH), który z kolei jest dalej przekształcany w azotyny lub azotyny i azotany.

Nitroksyl, podobnie jak hydroksyloamina, może najwyraźniej dimeryzować do podazotyny lub przekształcać się w podtlenek azotu N2O, produkt uboczny procesu nitryfikacji.

Oprócz pierwszej reakcji (powstawania hydroksyloaminy z amonu) wszystkim kolejnym przemianom towarzyszy synteza wiązań wysokoenergetycznych w postaci ATP, które są niezbędne do wiązania CO2 przez komórki mikroorganizmów i innych procesów biosyntezy.

Wiązanie CO2 przez nitryfikatory odbywa się poprzez redukujący cykl pentozofosforanowy lub cykl Calvina. W wyniku wiązania dwutlenku węgla powstają nie tylko węglowodany, ale także inne ważne dla bakterii związki - białka, kwasy nukleinowe, tłuszcze itp.

Zgodnie z koncepcjami, które istniały do ​​niedawna, bakterie nitryfikacyjne zostały sklasyfikowane jako obowiązkowe chemolitoautotrofy.

Uzyskano obecnie dane wskazujące na zdolność bakterii nitryfikacyjnych do wykorzystywania pewnej ilości materii organicznej. Stwierdzono zatem stymulujący wpływ na wzrost Nitrobacter w obecności azotynu autolizatu drożdży, pirydoksyny, kwasu glutaminowego i seryny. Dlatego zakłada się, że bakterie nitryfikacyjne mają zdolność przechodzenia z żywienia autotroficznego na heterotroficzne. Bakterie nitryfikacyjne nie rozwijają się jednak na konwencjonalnych pożywkach, ponieważ duża ilość łatwo przyswajalnych substancji organicznych zawartych w takich pożywkach opóźnia ich rozwój.

Wydaje się, że negatywny stosunek tych bakterii do materii organicznej w warunkach laboratoryjnych jest sprzeczny z ich naturalnym środowiskiem. Wiadomo, że bakterie nitryfikacyjne dobrze rozwijają się np. na czarnoziemach, oborniku, kompoście, czyli w miejscach, gdzie jest dużo materii organicznej.

Jednak tę sprzeczność można łatwo wyeliminować, porównując ilość łatwo utleniającego się węgla w glebie ze stężeniami materii organicznej, które nitryfikatory mogą wytrzymać w uprawach, a przyswajalne rozpuszczalne w wodzie substancje organiczne stanowią nie więcej niż 0,1% całości węgiel. W konsekwencji nitryfikatory nie spotykają w glebie dużych ilości łatwo przyswajalnej materii organicznej.

Etapowanie procesu nitryfikacji jest typowym przykładem tak zwanej metabiozy, czyli tego rodzaju troficznych powiązań drobnoustrojów, gdy jeden drobnoustrój rozwija się za drugim na marnowaniu swojej życiowej aktywności. Wykazano, że amoniak, produkt odpadowy bakterii amonifikacyjnych, jest wykorzystywany przez Nitrosomonas, a utworzone przez niego azotyny służą jako źródło życia dla Nitrobacter.

Powstaje pytanie o znaczenie nitryfikacji dla rolnictwa. Na różnych glebach akumulacja azotanów występuje z nierównomierną intensywnością. Proces ten jest jednak bezpośrednio zależny od żyzności gleby. Im bogatsza gleba, tym więcej kwasu azotowego może akumulować. Istnieje metoda oznaczania azotu dostępnego dla roślin w glebie według wskazań jej zdolności do nitryfikacji. Dlatego też tempo nitryfikacji można wykorzystać do scharakteryzowania agronomicznych właściwości gleby.

Jednocześnie podczas nitryfikacji tylko jeden składnik pokarmowy dla roślin, amoniak, zamieniany jest w inną formę - kwas azotowy. Jednak azotany mają pewne niepożądane właściwości. Podczas gdy jon amonowy jest wchłaniany przez glebę, sole kwasu azotowego są z niej łatwo wypłukiwane. Ponadto azotany mogą zostać zredukowane w wyniku denitryfikacji do N2, co również wyczerpuje zapasy azotu w glebie. Wszystko to znacznie zmniejsza stopień wykorzystania azotanów przez rośliny. W organizmie roślinnym sole kwasu azotowego stosowane do syntezy muszą być zredukowane, co jest wydatkowane na energię. Amon jest używany bezpośrednio. W związku z tym pojawia się pytanie o podejścia do sztucznego zmniejszania intensywności procesu nitryfikacji poprzez zastosowanie specyficznych inhibitorów hamujących aktywność bakterii – nitryfikatorów i nieszkodliwych dla innych organizmów.

Należy zauważyć, że niektóre mikroorganizmy heterotroficzne są zdolne do nitryfikacji. Heterotroficzne nitryfikatory obejmują bakterie z rodzajów Pseudomonas, Arthrobacter, Corynebacterium, Nocardia i niektóre grzyby z rodzajów Fusarium, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium. Stwierdzono, że Arthrobacter sp. utlenia amoniak w obecności substratów organicznych z wytworzeniem hydroksyloaminy, a następnie azotynów i azotanów.

Niektóre bakterie są zdolne do powodowania nitryfikacji substancji organicznych zawierających azot, takich jak amidy, aminy, kwasy hydroksamowe, związki nitrowe (alifatyczne i aromatyczne), oksymy itp.

Nitryfikacja heterotroficzna występuje naturalnie (w glebach, zbiornikach wodnych i innych podłożach). Może nabierać dominującego znaczenia, zwłaszcza w nietypowych warunkach (np. przy wysokiej zawartości organicznych związków C i N w glebie zasadowej itp.). Mikroorganizmy heterotroficzne przyczyniają się nie tylko do utleniania azotu w tych nietypowych warunkach, ale mogą również powodować powstawanie i akumulację substancji toksycznych; substancje o działaniu rakotwórczym i mutagennym, a także związki o działaniu chemioterapeutycznym. Ze względu na to, że niektóre z tych związków są szkodliwe dla ludzi i zwierząt nawet w stosunkowo niskich stężeniach, ich powstawanie in vivo należy dokładnie zbadać.

). Po raz pierwszy czyste kultury tych bakterii uzyskał w 1892 r. S.N.Vinogradskiy, który ustalił ich chemolitoautotroficzny charakter. W IX wydaniu Bergi's Guide to Bacteria wszystkie bakterie nitryfikacyjne zostały podzielone na rodzinę Nitrobacteraceae i podzielone na dwie grupy, w zależności od fazy procesu, którą przeprowadzają. Pierwsza faza - utlenianie soli amonowych do soli kwasu azotawego (azotyny) - jest przeprowadzana przez bakterie utleniające amon (rodzaj Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus itp.):

NH4 + + 1,5O2 zamienia się w NO2- + H2O + 2H +

NO2- + 1/2 * O2 zamienia się w NO3-

Grupę bakterii nitryfikacyjnych reprezentują organizmy Gram-ujemne, różniące się kształtem i wielkością komórek, sposobami rozmnażania, rodzajem biczowania form mobilnych, cechami struktury komórkowej, zawartością molową zasad GC w DNA oraz tryby istnienia.

Wszystkie bakterie nitryfikacyjne są obowiązkowymi tlenowcami; niektóre gatunki są mikroaerofilami. Większość z nich to bezwzględnie autotrofy, których wzrost hamują związki organiczne w stężeniach typowych dla heterotrofów. Stosując związki 14C wykazano, że bezwzględnie chemolitoautotrofy mogą zawierać w składzie komórki niektóre substancje organiczne, ale w bardzo ograniczonym zakresie. Głównym źródłem węgla pozostaje CO2, którego asymilacja odbywa się w redukcyjnym cyklu pentozofosforanowym. Tylko kilka szczepów Nitrobacter wykazało zdolność powolnego wzrostu na podłożu zawierającym związki organiczne jako źródło węgla i energii.

Proces nitryfikacji jest zlokalizowany na błonie cytoplazmatycznej i wewnątrzcytoplazmatycznej. Poprzedzona jest absorpcją NH4+ i przeniesieniem go przez CPM za pomocą translokazy zawierającej miedź. Kiedy amoniak utlenia się do azotynu, atom azotu traci 6 elektronów. Zakłada się, że w pierwszym etapie amoniak jest utleniany do hydroksyloaminy za pomocą monooksygenazy, która katalizuje dodanie 1 atomu O2 do cząsteczki amoniaku; drugi oddziałuje prawdopodobnie z NAD*H2, co prowadzi do powstania H2O:

NH3 + O2 + OVER * H2 przechodzi do NH2OH + H2O + OVER +

NH2OH + О2 przechodzi w NO2- + Н2О + Н +

Elektrony z NH2OH przedostają się do łańcucha oddechowego na poziomie cytochromu c, a następnie do terminalnej oksydazy. Ich transportowi towarzyszy transfer 2 protonów przez błonę, co prowadzi do powstania gradientu protonów i syntezy ATP. Hydroksylamina w tej reakcji prawdopodobnie pozostanie związana z enzymem.

Drugiej fazie nitryfikacji towarzyszy utrata 2 elektronów. Utlenianie azotynu do azotanu, katalizowane przez zawierający molibden enzym oksydazę azotynową, jest zlokalizowane po wewnętrznej stronie CPM i przebiega w następujący sposób:

NO2- + H2O przekształca się w NO3- + 2H + 2e

Elektrony wchodzą do cytochromu a1 i przez cytochrom c do końcowej oksydazy aa3, gdzie są akceptowane przez tlen cząsteczkowy (ryc. 98, B). W tym przypadku przez membranę zachodzi transfer 2H+. Przepływ elektronów z NO2- do O2 odbywa się przy udziale bardzo krótkiego odcinka łańcucha oddechowego. Ponieważ Eo pary NO2/NO3– wynosi +420 mV, czynnik redukujący powstaje w procesie zależnego od energii wstecznego przeniesienia elektronów. Wysokie obciążenie końcowej części łańcucha oddechowego wyjaśnia wysoką zawartość cytochromów cia w bakteriach nitryfikacyjnych.

Wiele bakterii chemoorganoheterotroficznych należących do rodzajów Arthrobacter, Flavobacterium, Xanthomonas, Pseudomonas i innych jest zdolnych do utleniania amoniaku, hydroksyloaminy i innych związków zredukowanego azotu do azotynów lub azotanów. Proces nitryfikacji tych organizmów nie prowadzi jednak do otrzymania przez nie energii. Badanie natury tego procesu, zwanego nitryfikacją heterotroficzną, wykazało, że prawdopodobnie jest on związany z niszczeniem

Wszystkie żywe istoty potrzebują pożywienia. Dla jednych źródłem energii jest światło słoneczne, inni wykorzystują w tym celu reakcje chemiczne, a jeszcze inni otrzymują pożywienie z dwóch pierwszych grup. Pierwsza grupa obejmuje wszystkie rośliny, przedstawicielami drugiej są bakterie nitryfikacyjne, trzecia grupa obejmuje wszystkie zwierzęta, w tym ty i ja.

Wszystkie rośliny zielone i wiele bakterii mogą same wytwarzać organiczne składniki odżywcze z nieorganicznych (woda, dwutlenek węgla itp.). Ta grupa żywych organizmów nazywana jest autotrofami (z łac. „samożywiące się”) lub producentami i jest pierwszym ogniwem w łańcuchu pokarmowym.

Organizmy, które otrzymują energię ze światła słonecznego podczas fotosyntezy, nazywane są fototrofami. Bakterie nitryfikacyjne należą do grupy mikroorganizmów wykorzystujących energię reakcji utleniania chemicznego jako źródło pożywienia. Takie organizmy nazywane są chemotrofami.

Bakterie nitryfikacyjne (chemotrofy) nie asymilują materii organicznej w glebie i wodzie. Wręcz przeciwnie, syntetyzują materiał budowlany, aby stworzyć żywą komórkę.

Substancje pozyskiwane przez bakterie nitryfikacyjne z gleby i wody są utleniane, a uzyskana energia jest wykorzystywana do syntezy złożonych cząsteczek organicznych z wody i dwutlenku węgla. Jest to tak zwany proces chemosyntezy.

Organizmy chemosyntetyczne, jak wszystkie autotrofy, obywają się bez niezbędnych składników odżywczych z zewnątrz, wytwarzają je samodzielnie. Jednak w przeciwieństwie do roślin zielonych bakterie nitryfikacyjne nie potrzebują nawet światła słonecznego do odżywiania się.

Istnieją organizmy, które wykorzystują elektryczność do wytwarzania energii. Niedawno grupa japońskich naukowców opublikowała wyniki badań bakterii żyjących w pobliżu gorących źródeł głębinowych. Gdy przepływ wody ociera się o półki skalne na dnie, powstaje słaby ładunek elektryczny, który był wykorzystywany przez badane bakterie do pozyskiwania pożywienia.

Co jest potrzebne do odżywiania roślin?

Zasiedlające glebę bakterie nitryfikacyjne poprzez utlenianie rozkładają amoniak, który powstaje w wyniku rozpadu materii organicznej do kwasu azotawego. Inne bakterie utleniają (dodają tlen z uwolnieniem energii) kwas azotowy do kwasu azotowego. Z kolei oba te kwasy przy pomocy minerałów z gleby tworzą sole i fosforany do odżywiania roślin.

Ponadto azot zawarty w środowisku jest niezbędny do odżywiania. Jednak rośliny nie są w stanie samodzielnie go wydobyć. Na ratunek przychodzą bakterie wiążące azot. Przyswajają azot z powietrza i przekształcają go w formę dostępną dla roślinności – związki amonowe. Bakterie nitryfikacyjne wiążące azot mogą swobodnie żyć w glebie (azotobacter, clostridium) lub być w symbiozie z roślinami wyższymi (guzki).

Kolejne ogniwo w łańcuchu pokarmowym

Na przykład jedząc żywność pochodzenia roślinnego, używamy bezpośrednio produktu syntetyzowanego z energii światła słonecznego. Wraz z karmą dla zwierząt otrzymujemy gotowe substancje organiczne, które zostały pozyskane przez zwierzęta z roślin.

Jednak heterotrofy nie mogą całkowicie rozłożyć otrzymanej żywności ekologicznej. Odpady zawsze pozostają, a tymi z kolei zajmuje się odrębna grupa mikroorganizmów.

Kto zajmuje się usuwaniem odpadów w naturze?

Bakterie i grzyby, które wykorzystują martwe szczątki żywych organizmów, nazywane są rozkładnikami (z łac. „odnawianie”). Rozkładają pozostałości organiczne poprzez utlenianie do związków nieorganicznych i najprostszych związków organicznych. Reduktory różnią się od innych żywych organizmów tym, że nie zawierają stałych niestrawionych pozostałości.

W procesie biologicznego oczyszczania aktywnie biorą udział heterotroficzne i autotroficzne bakterie nitryfikacyjne, które żyją w glebie, mule, rozkładających się pozostałościach i zbiornikach wodnych. Przetwarzają amoniak uwalniany przez inne żywe organizmy wraz z produktami odpadowymi w sole kwasu azotowego (azotany). Proces nitryfikacji przebiega dwuetapowo. Najpierw amoniak utlenia się do azotynu, następnie kolejna grupa bakterii utlenia azotyny do azotanów.

Ta grupa bakterii oddaje do gleby i wody sole mineralne, które ponownie są wykorzystywane przez producentów autotroficznych. W ten sposób obieg składników mineralnych w przyrodzie zostaje zamknięty.

Żywe filtry biologiczne

W praktyce właściwości bakterii nitryfikacyjnych są szeroko wykorzystywane przy projektowaniu filtrów biologicznych do akwariów.

Akwarium z czystymi ścianami i czystą wodą, w którym pływają kolorowe rybki, jest ozdobą każdego pomieszczenia i przedmiotem uzasadnionej dumy właściciela. Utrzymanie akwarium w czystości nie jest łatwe. Resztki jedzenia, odchody ryb i cząstki martwych glonów nie powodują, że woda jest czystsza.

Od dłuższego czasu miłośnicy akwariów stosują wyłącznie mechaniczne metody czyszczenia. W przeciwieństwie do mechaniki filtr biologiczny nie jest urządzeniem, ale pewnym zestawem procesów, w wyniku których z wody usuwane są toksyczne związki:

1. Zawarty w moczniku amon, który wraz ze wzrostem pH wody zamienia się w bardziej niebezpieczny amoniak. Zależność między temperaturą a pH w akwarium jest bezpośrednio związana z ilością toksycznego amoniaku. W temperaturze 20°C i pH 7 zawartość amoniaku wynosi 0,5%, a w temperaturze 25°C i pH 8,4 już 10%.
2. Kolejnym zagrożeniem są azotyny, powstające w wyniku utleniania amoniaku.
3. Utlenianie azotynu daje azotan, który jest również toksyczny.

Pierwsza metoda jest pracochłonna (kto chce biegać z wiaderkami?), a druga wymaga pewnych warunków – bakterie potrzebują pożywienia, komfortowej temperatury i miejsca do życia.

W filtrze biologicznym do akwariów biorą udział dwie grupy bakterii - bakterie nitryfikacyjne (Nitrosomonas) i nitrobacteria (Nitrobacter). Bakterie nitryfikacyjne wytwarzają azotyny z amoniaku, a nitrobakterie wytwarzają azotyny z azotynów. Wynik tej ostatniej reakcji jest częściowo wykorzystywany przez glony, ale większość azotanów można usunąć jedynie podmieniając wodę w akwarium. Żadne bakterie nie mogą pozbyć się konieczności biegania z wiaderkami.

Do komfortowego życia bakterii w akwarium wymagana jest temperatura 26 -27⁰C, obecność tlenu (napowietrzanie) i fotosynteza (rośliny wodne). Mieszkańcy akwarium dostarczą im pożywienia, a ziemia akwariowa będzie ich domem.

Tak więc mikroorganizmy przetwarzają substancje nieorganiczne w środowisku i tworzą w glebie warunki do odżywiania roślin. Rośliny z kolei są źródłem energii dla zwierząt. W kolejnym etapie zwierzęta drapieżne czerpią energię ze swoich roślinożernych odpowiedników. Człowiek, jak wszystkie wyższe drapieżniki, może pozyskiwać pokarm zarówno od roślin, jak i od zwierząt. Pozostałości żywotnej aktywności zwierząt i roślin służą jako pokarm dla mikroorganizmów dostarczających substancje nieorganiczne. Koło jest kompletne.

Utrzymanie życia i pozyskiwanie energii jest możliwe w zupełnie innych warunkach naturalnych. Możliwość pojawienia się nowego życia w niewyobrażalnych na pierwszy rzut oka warunkach świadczy o tym, jak wielopłaszczyznowe i jak dotąd mało badane jest nasze siedlisko.

• Automatyczny Zdjęcie trofea - energia do syntezy substancji organicznych pozyskiwana jest ze światła (fotosynteza). Fototrofy obejmują rośliny i bakterie fotosyntetyczne.
• Automatyczny chemia trofea - energię do syntezy substancji organicznych uzyskuje się przez utlenianie substancji nieorganicznych (chemosynteza). Na przykład,
  • bakterie siarkowe utleniają siarkowodór do siarki,
  • bakterie żelazne utleniają żelazo żelazawe do żelaza,
  • Bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak do kwasu azotowego.

Podobieństwa i różnice między fotosyntezą a chemosyntezą

• Podobieństwa: wszystko to jest wymiana plastyczna, substancje organiczne powstają z substancji nieorganicznych (z dwutlenku węgla i wody - glukozy).
• Różnica: energia do syntezy w fotosyntezie pochodzi ze światła, aw chemosyntezie - z reakcji redoks.

UWAGA! Różnica między auto- i heterotrofami polega na sposobie otrzymywania substancji organicznych („przygotuj się” lub „zrób to sam”). Zarówno autotrofy, jak i heterotrofy pozyskują energię do czynności życiowych poprzez oddychanie.

Porównanie oddychania i fotosyntezy

Testy i zadania

AUTOTROFY
Wybierz trzy opcje. Autotrofy obejmują
1) rośliny zarodnikowe
2) formy
3) glony jednokomórkowe
4) bakterie chemotroficzne
5) wirusy
6) większość pierwotniaków

Odpowiedź

1. Zidentyfikuj dwa organizmy, które „wypadają” z listy organizmów autotroficznych i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) Wspólna ameba
2) muchołówka na Wenus
3) Zieleń Pinullaria
4) Pantofelek Infusoria
5) Spirogyra

Odpowiedź

2. Wszystkie wymienione poniżej organizmy, z wyjątkiem dwóch, są klasyfikowane jako autotrofy według rodzaju żywienia. Zidentyfikuj dwa organizmy, które „wypadają” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) chlamydomony
2) skrzyp polny
3) borowik
4) len kukułkowy
5) drożdże

Odpowiedź

3. Wszystkie wymienione poniżej organizmy, z wyjątkiem dwóch, są klasyfikowane jako autotrofy według rodzaju żywienia. Zidentyfikuj dwa organizmy, które „wypadają” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) bakterie siarkowe
2) spirogyra
3) muchomor
4) torfowiec
5) bakteriofag

Odpowiedź

4. Wszystkie wymienione poniżej organizmy, z wyjątkiem dwóch, są klasyfikowane jako autotrofy według rodzaju żywienia. Zidentyfikuj dwa organizmy, które „wypadają” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) sinice
2) ameba
3) wodorosty
4) torfowiec
5) penicillus

Odpowiedź

Odpowiedź

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Jaki organizm jest klasyfikowany jako heterotrof pod względem żywienia?
1) chlamydomony
2) wodorosty
3) penicillus
4) chlorella

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Bakterie gnilne są sposobem odżywiania się organizmów
1) chemotroficzny
2) autotroficzny
3) heterotroficzny
4) symbiotyczny

Odpowiedź

AUTOTROFY - HETEROTROFY
1. Ustal zgodność między osobliwością metabolizmu a grupą organizmów, dla których jest charakterystyczna: 1) autotrofy, 2) heterotrofy
A) uwolnienie tlenu do atmosfery
B) wykorzystanie energii zawartej w żywności do syntezy ATP
C) użycie gotowych substancji organicznych
D) synteza substancji organicznych z nieorganicznych
E) używanie dwutlenku węgla do jedzenia

Odpowiedź

2. Ustal zgodność cech i sposobu żywienia organizmów: 1) autotroficznych, 2) heterotroficznych. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) dwutlenek węgla służy jako źródło węgla
B) towarzyszy fotoliza wody
C) wykorzystywana jest energia utleniania substancji organicznych
D) wykorzystywana jest energia utleniania substancji nieorganicznych
E) przyjmowanie pokarmu przez fagocytozę

Odpowiedź

3. Ustal zgodność między nawykami żywieniowymi organizmu a grupą organizmów: 1) autotrofami, 2) heterotrofami. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) wychwytywanie pokarmu przez fagocytozę
B) wykorzystać energię uwalnianą podczas utleniania substancji nieorganicznych
C) zdobądź jedzenie, filtrując wodę
D) syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych
D) wykorzystaj energię światła słonecznego
E) wykorzystać energię zawartą w pożywieniu

Odpowiedź

AUTOTROFY - PRZYKŁADY HETEROTROFÓW
1. Ustal zgodność między przykładem a sposobem żywienia: 1) autotroficzny, 2) heterotroficzny. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) sinice
B) wodorosty morskie
C) bydlęcy tasiemiec
D) mniszek lekarski
E) lis

Odpowiedź

2. Ustal związek między organizmem a rodzajem żywienia: 1) autotroficzny, 2) heterotroficzny. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) sosna syberyjska
B) Escherichia coli
C) ludzka ameba
D) penicyla
D) skrzyp polny
E) chlorella

Odpowiedź

3. Ustal zgodność między organizmami jednokomórkowymi a charakterystycznym dla nich rodzajem odżywiania: 1) autotroficzny, 2) heterotroficzny. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) wibrio cholery
B) bakterie żelazne
C) malarii plazmodium
D) chlamydomony
E) sinice
E) ameba czerwonkowa

Odpowiedź

4. Ustal zgodność między przykładami i sposobami żywienia: 1) autotroficzne, 2) heterotroficzne. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) spirogyra
B) tasiemiec byka
C) skrzyp polny
D) bakterie siarkowe
E) zielony konik polny

Odpowiedź

5. Ustal zgodność między przykładami i metodami żywienia: 1) autotroficzne, 2) heterotroficzne. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) chlorella
B) żaba
C) pieczarki
D) paproć
E) wodorosty

Odpowiedź

ZBIERZ 6:
A) śluzówka
B) bakterie nitryfikacyjne
C) hubka

CHEMOTROFY
Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Jakie organizmy przekształcają energię utleniania substancji nieorganicznych w wysokoenergetyczne wiązania ATP?
1) fototrofy
2) chemotrofy
3) heterotrofy
4) saprotrofy

Odpowiedź

Bakterie chemosyntetyczne są w stanie pozyskiwać energię ze związków wszystkich pierwiastków oprócz dwóch. Zidentyfikuj dwie pozycje, które „wypadają” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) Azot
2) Chlor
3) Żelazo
4) Magnez
5) siarka

Odpowiedź

FOTOTROFY - CHEMOTROFY
Ustal zgodność między cechami organizmów a sposobem ich żywienia: 1) fototroficzny, 2) chemotroficzny. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) wykorzystywana jest energia świetlna
B) zachodzi utlenianie substancji nieorganicznych
C) reakcje zachodzą w tylakoidach
D) towarzyszy uwolnienie tlenu
E) nieodłączny od bakterii wodorowych i nitryfikacyjnych
E) wymaga chlorofilu

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Podobieństwo między chemosyntezą a fotosyntezą polega na tym, że w obu procesach
1) energia słoneczna jest wykorzystywana do tworzenia materii organicznej
2) tworzenie substancji organicznych wykorzystuje energię uwalnianą podczas utleniania substancji nieorganicznych
3) dwutlenek węgla jest używany jako źródło węgla
4) produkt końcowy jest uwalniany do atmosfery - tlen

Odpowiedź

FOTOTROFY - PRZYKŁADY CHEMOTROFÓW
1. Ustal korespondencję między grupą organizmów a charakterystycznym dla niej procesem transformacji substancji: 1) fotosynteza, 2) chemosynteza
A) paprocie
B) bakterie żelazne
C) algi brunatne
D) sinice
E) zielone glony
E) bakterie nitryfikacyjne

Odpowiedź

2. Ustal zgodność między przykładami i sposobami żywienia organizmów żywych: 1) fototroficznych, 2) chemotroficznych. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) spirogyra
B) bakterie nitryfikacyjne
C) chlorella
D) bakterie siarkowe
E) bakterie żelazne
E) chlorokok

Odpowiedź

FOTOTROFY - CHEMOTROFY - HETEROTROFY
1. Ustal związek między organizmem a sposobem jego odżywiania: 1) fototroficzny, 2) heterotroficzny, 3) chemotroficzny. Zapisz liczby 1, 2 i 3 we właściwej kolejności.
A) spirogyra
B) penicyla
C) bakterie siarkowe
D) sinice
D) dżdżownica

Odpowiedź

2. Ustal zgodność między organizmami i rodzajami ich odżywiania: 1) fototroficzne, 2) heterotroficzne. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) lamblia
B) grzyb sporyszu
C) chlamydomony
D) sinice
D) torfowiec

Odpowiedź

FOTOSYNTEZA - ODDYCHANIE
1. Ustal związek między charakterystyką a procesem: 1) fotosynteza, 2) glikoliza. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) występuje w chloroplastach
B) glukoza jest syntetyzowana
B) to etap metabolizmu energetycznego
D) występuje w cytoplazmie
E) zachodzi fotoliza wody

Odpowiedź

2. Ustal zgodność między cechą a procesem życiowym rośliny, do której należy: 1-fotosynteza, 2-oddychanie
1) glukoza jest syntetyzowana
2) materia organiczna ulega utlenieniu
3) uwalniany jest tlen
4) powstaje dwutlenek węgla
5) występuje w mitochondriach
6) towarzyszy absorpcja energii

Odpowiedź

3. Ustal związek między procesem a rodzajem metabolizmu w komórce: 1) fotosynteza, 2) metabolizm energetyczny
A) tworzenie kwasu pirogronowego (PVA)
B) występuje w mitochondriach
C) fotoliza cząsteczek wody
D) synteza cząsteczek ATP pod wpływem energii świetlnej
D) występuje w chloroplastach
E) synteza 38 cząsteczek ATP podczas rozszczepiania cząsteczki glukozy

Odpowiedź

4. Ustal związek między oznaką życia roślin a procesem oddychania lub fotosyntezy: 1) oddychanie, 2) fotosynteza
A) przeprowadza się w komórkach z chloroplastami
B) występuje we wszystkich komórkach
B) tlen jest absorbowany
D) dwutlenek węgla jest pochłaniany
D) substancje organiczne powstają z substancji nieorganicznych w świetle
E) materia organiczna jest utleniana

Odpowiedź

5. Ustal zgodność cech i procesów: 1) fotosyntezy, 2) oddychania. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) ATP powstaje w chloroplastach
B) występuje we wszystkich żywych komórkach
C) ATP powstaje w mitochondriach
D) produkty końcowe - materia organiczna i tlen
E) substancje początkowe - dwutlenek węgla i woda
E) energia jest uwalniana

Odpowiedź

6. Ustal zgodność między procesami i ich charakterystyką: 1) oddychanie, 2) fotosynteza. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) tlen jest pochłaniany, a dwutlenek węgla i woda są uwalniane
B) powstaje materia organiczna
C) występuje w chloroplastach w świetle
D) dwutlenek węgla i woda są pochłaniane i uwalniany jest tlen
D) występuje w mitochondriach w świetle iw ciemności
E) materia organiczna jest rozkładana

Odpowiedź

Ustal zgodność między procesem zachodzącym w komórce a organoidem, w którym on występuje: 1) mitochondria, 2) chloroplast. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) redukcja dwutlenku węgla do glukozy
B) synteza ATP podczas oddychania
C) pierwotna synteza substancji organicznych
D) konwersja energii świetlnej na chemiczną
E) rozszczepianie materii organicznej na dwutlenek węgla i wodę

Odpowiedź

Ustal zgodność między znakami organoidu i organoidu, dla których charakterystyczne są te znaki: 1) Chloroplast, 2) Mitochondria. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) zawiera zielony pigment;
B) Składa się z podwójnej błony, tylakoidów i gran
C) Przekształca energię świetlną w energię chemiczną
D) Składa się z podwójnej membrany i cristae
E) Zapewnia ostateczne utlenienie składników odżywczych
E) Przechowuje energię w postaci 38 moli ATP podczas rozkładu 1 mola glukozy

Odpowiedź

ODDYCHANIE ROŚLIN
Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. W procesie oddychania rośliny są dostarczane
1) energia
2) woda
3) substancje organiczne
4) minerały

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Uprawiane rośliny nie rosną dobrze w bagnistej glebie, ponieważ w niej
1) niewystarczająca zawartość tlenu
2) powstaje metan
3) nadmiar materii organicznej
4) zawiera dużo torfu

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Rośliny w procesie oddychania wykorzystują tlen, który dostaje się do komórek i dostarcza
1) utlenianie substancji nieorganicznych do dwutlenku węgla i wody
2) utlenianie substancji organicznych z uwolnieniem energii
3) synteza substancji organicznych z nieorganicznych
4) synteza białek z aminokwasów

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Rośliny w procesie oddychania
1) uwalniają tlen i pochłaniają dwutlenek węgla
2) pochłaniają tlen i emitują dwutlenek węgla
3) akumulować energię w powstałej materii organicznej
4) syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Aby zapewnić dostęp tlenu z powietrza do korzeni roślin, gleba musi:
1) nawozić solami potasowymi
2) poluzować przed podlewaniem i podczas podlewania
3) nawozić solami azotowymi
4) poluzować po podlaniu

Odpowiedź

Przeanalizuj tekst „Oddychanie roślin”. Dla każdej komórki literowej wybierz odpowiedni termin z dostarczonej listy. Proces oddychania roślin jest stały. Podczas tego procesu organizm roślinny zużywa ________ (A) i wydziela ________ (B). Gazy odlotowe są usuwane z instalacji przez dyfuzję. W arkuszu są usuwane przez specjalne formacje - ________ (B), znajdujące się w skórze. Podczas oddychania uwalniana jest energia substancji organicznych, przechowywana w czasie ________ (D), który występuje w zielonych częściach rośliny w świetle.
1) woda
2) parowanie
3) tlen
4) transpiracja
5) dwutlenek węgla
6) aparaty szparkowe
7) fotosynteza
8) soczewica

Odpowiedź

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019