|
|
Лабораторна робота № 15 |
|
|
|
|
|
||||
УЧАСТЬ МІКРООРГАНІЗМІВ У ПЕРЕТВОРЕННІ |
|
|
|||||||||
|
РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ У ПРИРОДІ |
|
|
|
|||||||
|
|
(продовження) ( 4 год.) |
|
|
|
|
|
|
|||
Мета роботи: |
охарактеризувати |
виділені |
|
аеробні целюлозоруйнівні |
|||||||
мікроорганізми |
(лабораторна |
робота |
14),№ |
ознайомитись |
|
з |
участю |
||||
мікроорганізмів |
у |
кругообігу |
азоту |
у |
, |
природінавчитись |
виділяти |
||||
накопичувальні культури денітрифікаторів, амоніфікаторів та азотфіксаторів. |
|
||||||||||
Матеріали |
та |
обладнання: спиртівки, зразки |
грунту, |
пробірки |
з |
||||||
середовищем Гільтая, вазелінова олія, м’ясний бульон з 2 % пептону, лакмусові |
|||||||||||
папірці, індикаторні |
папірці, |
насичені |
10 |
%-ним |
розчином |
оцтовокислого |
|||||
свинцю, термостат, компоненти для приготування середовища Ешбі (маніт, або глюкоза, або сахароза; K2HPO4; MgSO4·7H2O; NaCl; K2SO4; CaCO3), ваги, колби об’ємом 250 мл, качалка.
Загальні відомості
Біогеохімічні цикли перетворення речовин. Кругообіг азоту. Азот як один з головних біогенних елементів входить до складу основних полімерів будь-якої живої клітини − структурних білків, білків-ферментів, нуклеїнових і аденозинфосфорних кислот. Великі запаси азоту на планеті представлені його відновленими і окисненими газоподібними формами(N2, NH3, N2O, NO, NO2),
що входять до складу атмосфери Землі. Молекулярний азот становить 78,09 % (об’ємна частка) атмосферних газів.
Головними |
агентами |
кругообігу азоту у |
природі |
є |
мікроорганізми |
(бактерії). Азот у цьому циклі бере участь у газоподібній формі, у вигляді |
|||||
мінеральних та органічних сполук (рис. 15.1). |
|
|
|
||
Центральне |
місце у |
кругообігу азоту займає |
амоній. Він |
є |
продуктом |
розкладання білків та амінокислот, які разом із рештками тваринного та рослинного походження потрапляють у грунт. У грунтах з високим рівнем аерації амоній піддається нітрифікації: бактерії родів Nitrosomonas та Nitrobacter окиснюють його до нітриту та нітрату. Як джерело азоту рослини можуть використовувати як амоній, так і нітрат. За відсутності кисню з нітрату утворюється молекулярний азот(процес денітрифікації). Бактерії, які беруть участь у денітрифікації, використовують нітрат як термінальний акцептор
електронів |
у |
анаеробному |
дихальному |
ланцюгу(анаеробне “нітратне” |
|
дихання). Разом з цим бактерії здатні і до фіксації молекулярного. |
азоту |
||||
Азотфіксувальні бактерії є вільно існуючими та симбіотичними(перебувають у |
|||||
симбіозі з вищими рослинами). |
|
|
|
||
112
N2O |
|
Денітрифікація |
|
|
Азотфіксація |
||
|
|
|
|
|
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NO2−
Асиміляція
NO3− 
Амінокислоти
|
NO2− |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH3 |
|
N2O |
|
|
Нітрифікація |
Амоніфікація |
|||
|
|
||||||
Рис. 15.1. Кругообіг азоту у природі
Денітрифікуючі бактерії здатні відновлювати нітрат через нітрит до газоподібного закису азоту(N2O) та азоту (N2). Цей процес денітрифікації виявлений тільки уфакультативних аеробів. Деякі денітрифікатори можуть рости, використовуючи як термінальний акцептор водню не тільки нітрат, а й нітрит, а також іноді й закис азоту. Представниками денітрифікуючих бактерій
є грунтові бактерії, наприклад, бацили, Paracoccus denitrificans.
Збіднення грунту азотом внаслідок денітрифікації. Тимчасові втрати азоту на обмежених ділянках грунту пов’язані з діяльністю денітрифікуючих
бактерій. Активно цей процес відбувається, коли в |
грунті створюються |
|||||
анаеробні |
умови (наприклад, |
застійне |
перезволоження), |
особливо |
при |
|
застосуванні |
у цей період |
органічних добрив |
і |
. нітратівНітрит, |
який |
|
утворюється |
з нітрату у процесі денітрифікації, акумулюється в стічних водах, |
|||||
а також може потрапляти і в питну воду.
Значення денітрифікації у природі. Денітрифікація – єдиний біологічний процес, завдяки якому зв’язаний азот перетворюється на вільний молекулярний
азот. З глобальної точки зору цей |
процес має вирішальне значення для |
збереження життя на земній суші. У |
грунтах і водоймах, які нормально |
аеруються, нітрат є кінцевим продуктом мінералізації. Завдяки своїй високій розчинності у воді і слабкому зв’язуванню грунтом нітрат-іони вимивались би з грунтів і накопичувались у морській воді. Це призвело б до того, що вміст
молекулярного |
азоту в атмосфері |
почав би зменшуватися, і процеси росту |
||
рослин і продукції біомаси на суші кінець кінцем припинилися б. |
||||
Процес |
амоніфікації |
− |
розкладання(мінералізації) органічних |
|
азотовмісних |
сполук (білки, |
пептиди, амінокислоти, |
нуклеїнові кислоти, |
|
сечовина, хітин, гумусові речовини) з виділенням аміаку |
здійснюється великою |
|||
113
групою мікроорганізмів (бактерій, у тому числі й актиноміцетів, грибів) у широкому діапазоні температури як в аеробних, так і анаеробних умовах (рис. 15.2). Амоніфікація білків (гниття) є найдинамічнішою ланкою у циклі азоту.
|
Протеази |
|
Пептидази |
|
|
Білки |
Поліпептиди, |
Аміно- |
|||
|
|
||||
|
|
олігопептиди |
|
кислоти |
|
|
|
|
|
|
Поступання у клітину
Дезаміну- |
Декарбокси- |
Переамі- |
Синтез |
вання |
лювання |
нування |
білка |
Аеробні умови |
Анаеробні умови |
NH3, СО2, |
|
|
NH3, жирні та ароматичні кислоти, |
|
||||
оксиди сірки |
|
|
спирти, сполуки з неприємним |
|
||||
|
|
|
|
запахом (індол, скатол, метил мер- |
|
|||
|
|
|
|
каптани), отрутні аміни (кадаверин, |
|
|||
|
|
|
|
|
путресцин) |
|
|
|
|
|
|
Рис. 15.2. Процес амоніфікації білків |
|
|
|
||
Вільно |
існуючі |
азотфіксувальні |
бактеріїзустрічаються |
серед |
||||
аноксигенних |
фототрофних, ціанобактерій, |
факультативних |
анаеробів, |
|||||
хемолітоавтотрофів, |
метилотрофів, |
сульфатредукторів, |
|
метаногенів. |
||||
Найвивченішим |
серед |
аеробних азотфіксаторів Azotobacterє |
chroococcum |
− |
||||
з’єднані у пари коккоподібні клітини розміром3−7 мкм, у старій культурі клітини зазвичай оточені слизовою капсулою, а колонії набувають темно-сірого і темно-коричневого кольору. Активність азотфіксації становить до 20 мг азоту на 1 г спожитої органічної речовини.
Найвивченішими анаеробними вільно існуючими азотфіксаторами є маслянокислі бактерії Clostridium pasteurianum, активність азотфіксації яких досягає до 12 мг азоту на 1 г спожитої органічної речовини.
Азотфіксація здійснюється ферментним комплексом – нітрогеназою. Нітрогеназа складається з двох компонентів: білка, до складу якого входять
114