5.Молекулалық азоттың микроорганизмдермен сіңірілуі. Еркін тіршілік ететін азотсіңіруші микроорганизмдер.

Азот— химиялық элемент – түссіз, иіссіз, дәмсіз – суда аз еритін газ. Бұл элемент аминқышқылдарының амидтердің ақуыздардың-нуклейін қышқылдарының-нуклеотидтердің және өмірде өте маңызды басқада көптеген органикалық қоспалардың құрамына енеді. N – элементтердің периодты жүйесінің V тобындағы химиялық элемент, реттік нөмірі – 7, атом салмағы – 14.0067. Табиғатта екі изотопы кездеседі: 14N (99.635%), 15N (0.365%). Азотты 1772 жылы ағылшын ғалымы Даниэль Резерфорд ашқан. Жер қыртысындағы азоттың мөлшері 0.03%. Табиғатта азот дербес және қосылыстар күйінде кездеседі және негізгі қоры екі атомнан тұратын молекула түрінде ауа құрамында болады. Азоттың ауадағы салмақ үлесі 75.6% , көлем үлесі 78.1%. Жер қыртысының 1 т массасына 1 кг азоттан келеді, әрі ол бейорганикалық және органикалық қосылыстар күйінде кездеседі. Оның бейорганикалық қосылыстарының негізгілеріне натрий нитраты (чили селитрі), калий нитраты (үнді селитрі) жатады. Органикалық қосылыстар күйіндегі азоттың негізгі қоры барлық тірі ағзалардың ақуыздарында құрамына кіреді. Кезінде жанбайтын қасиетіне байланысты “тіршіліксіз” деп аталып кеткенімен азот тіршілікке өте керек элемент. Қалыпты температурада азот түссіз, иіссіз газ. Қайнау температурасы – 196 °C, қату температурасы – 210 °C. Су бір өлшем көлемінде (20 °C-та) 0.0154 көлем азот ериді, яғни азоттың суда ерігіштігі оттектің ерігігтігінен төмен. Ауадан аздап жеңіл болады. Азот молекуласының атомдары өзара үш байланыспен тартылатындықтан, оларды бір-бірінен ажыратуға көп энергия керек. Сол себепті азот кәдімгі жағдайда тұрақты болып келеді де, литийден басқа ешқандай жай және күржелі затпен әрекеттеспейді. Химиялық белсенділігінің төмендіг жөнінен азот инертті газдардан кейінгі орынды иемденеді. Азотты қыздырса, көптеген металдармен әрекеттесіп, нитридтер түзеді. Бейметалдармен аса жоғары температурада ғана әрекеттеседі. Мысалы, оның оттекпен әрекеттесуі 3000-4000 °C-та басталады. Өнеркәсіпте азот ауаны сұйылту арқылы алынса, лабораториялық жағдайда аммоний нитритін немесе бихроматын қыздырып алады. Азот негізінен аммиак өндіруге, ал инертті болғандықтан, электр шамдарын толтыруға қолданылады. Химиялық элементтердің периодтық жүйесінде азот II периодта, V топтың негізгі топшасында орналасқан. Азоттан басқа ол топшаны, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb және висмут Ві элементтері кұрайды. Азотты алғаш рет 1772 жылы ағылшын ғалымы Д. Резерфорд ашты. Азот грекше «өмірді қуаттамайды» деген мағына береді.Периодтық жүйедегі орны. Азот екінші периодтың, бесінші топтың негізгі топшасының элементі, реттік нөмірі 7. Олай болса азоттың ядросында 7 протон мен 7 нейтрон бар. Электрондарының жалпы саны да 7. Осы 7 электрон екі электрондық қабатта былай бөлініп орналасқан: 1s22s22p3. Сондықтан азот қосылыстарында үш валентті, негізгі жағдайдағы қосылыстарында азоттың тотығу дәрежелері -3, 0, +3 болады, мысалы: NH3, N2, N2O3 Қосылыс түзген кезде азот атомында бос d қабаты болмағандықтан 2s деңгейшесіндегі электрон жұбы ажырайды. Байланыс түзу үшін бір электрон электртерістілігі басымырақ элементке ауысып, азоттың тотығу дәрежесі +1, әрі қарай +2, +3, +4, +5-ке дейін жетеді. Бұл тізбеде N2О мен NО тұз тұзбейтін оксидтер. Қалғандары қышқылдық оксидтер; оларға сәйкес қышқылдарының формулалары HNО2 - азотты қышқыл, HNО3 - азот кышқылы.

6.Атмосферадағы молекулалық азоттың биологиялық фиксациясы. Азотфиксациялаушы микроорганизмдердің ерекшелігі. Азот – барлық өсімдіктер үшін маңызды қоректік элемент. Ол өсімдік ағзаларының тіршілігінде маңызды рөлді атқаратын ақуыз, нуклеин қышқылы сияқты маңызды органикалық заттардың құрамына кіреді. Азотфиксация – бактериялар арқылы азот сіңіру. Ауадағы молекулалар азотты (N2) бойына сіңіретін бактериялардың көпшілігі топырақ бактериялары болып табылады. \

Атмосферадағы азот циклі

N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2: N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2

Азот сіңірушілерге Rhyzobіum (түйнек бактериялары) туысының кейбір бактериялары мен сәулелі саңырауқұлақтар, клостридиум, аэробты және көк-жасыл бактериялардың біраз тобы, кейбір күкірт бактериялары жатады. Бұлардан басқа микробактериялар мен спирохеталар да азотты сіңіре алады. Азот дәрумендер, хлорофилл құрамына кіреді, және жанама түрде фотосинтез үдерісіне қатысады. Азот айналымы — табиғатта азоттың үздіксіз айналу құбылысы. Атмосферадағы азот (75,5%) электр құбылыстары мен фотохимиялық процестердің әсерінен әртүрлі азот қышқылының тұздарын түзеді де, жаңбыр суында еріп, топыраққа сіңеді, сөйтіп мұхит суына араласады. Түйнек бактериялары ауадағы молекула күйіндегі азотты басқа организмдер сіңіре алатындай органикалық қосылыстарға айналдырады. Белокты денелерде 17%-ке дейін азот болады. Денитрификаттану процесі (топырақ және су бактериялары арқылы азот қышқылы тұздарының бос азотқа дейін ыдырауы) жүріп, әуелі азот қышқылына, одан кейін бос азотқа айналады да, ол ауаға түседі. Ал нитрификаттану процесінің (аммиак пен азотты органикалық қосылыстардың тотығуы) нәтижесінде әртүрлі азот тотықтары (N2O, NO, N2O3,N2O5) түзіледі.

7.Күкірт, фосфор, темір және басқа элементтер қосылыстарының микроағзалармен айналымы. Күкірт – тіршілікке қажетті биогенді элемент. Ақуызда күкірт кейбір аминқышқылдар түрінде кездеседі, дәрумендер, коферменттер молекуласы құрамына кіреді, өсімдіктердің эфир майларында болады. Күкірт қосылыстары тірі жасушада өте маңызды метаболиттік үдерістерге қатысады (мысалы, азот айналымы – оның сіңірілуі мен тотықсыздануына жауап беретін нитрагеназа және нитратредуктаза ферменттерінің құрамына кіреді). Топырақта күкірт әртүрлі химиялық және биологиялық айналымдарға ұшырайды, бейорганикалық қосылыстардан органикалық қосылыстарға ауысады және керісінше. Топырақта күкірт бейорганикалық қосылыстар түрінен тотыққан (сульфаттар, политионаттар), тотықсызданған (сульфиттер) және сирек молекулалық түрінде кездеседі. Жануарлар, өсімдіктер және микроағзалар қалдықтары ыдырағанда күкірт тотықсызданған күйінде болатын құрамында күкірті бар аминқышқылдардан, тиоспирттерден, тиофенолдардан, тиоэфирлерден, гетероциклді қосылыстардан (мысалы, тиофен) босап шығады. Аэробты жағдайда тотығу үдерістерін хемоавтотрофты прокариоттар – түссіз күкірт бактериялары, тионды, термоацидофилді архебактериялар, сондай-ақ Bacillus, Pseudomonas және т.б. гетеротрофты бактерия туыстарының өкілдері жүзеге асырады. Анаэробты жағдайдағы үдерістерге оттегінсіз фотосинтезді жүзеге асыратын қызыл қошқыл және жасыл фототрофты күкірт бактериялары қатысады. Фотосинтездеуші күкірт бактерияларының жасушаларында бактериохлорофилдердің болуы, оларға қызыл немесе жасыл түс береді, осыған байланысты оларды сәйкесінше қызыл қошқыл (Rhodospirillales) және жасыл (Chlorobiales) деп бөледі. Олардың барлығы анаэробты жағдайда электрондардың доноры ретінде тотықсызданған күкірт қосылыстарын қолдана отырып, жарықта хлорофилдеріне байланысты оттегінсіз фотосинтезді жүзеге асырады. Анаэробты жағдайда қатаң анаэробтар тобына жататын арнайы бактериялар көмегімен сульфаттар күкіртсутекке дейін тотықсызданады. Бұлар анаэробты тыныс алу – диссимиляциялық сульфатредукция үдерісінде органикалық қосылыстардың тотықтырғышы ретінде сульфаттарды пайдаланатын мамандаған сульфатредукциялайтын бактериялар. Сульфатредукция үдерісінің қоздырғыштары қатаң анаэробты бактериялардың әр түрлі туыстарына жатқызылады: Desulfovibrio – спора түзбейтін иілген қозғалғыш таяқшалар, Desulfotomaculum – споралы таяқшалар. Бірінші туыс өкілдерінің ішінде галофилдер кездеседі, екіншілерінің арасында – термофилдер. Соңғы жылдары көптеген жаңа сульфатредукциялаушы бактериялар бөлініп алынған: Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfococcus. Сульфатредукциялаушы бактериялар ұзақ анаробиозға әкеп соқтыратын режимдегі топырақтарда: мысалы, күріш егістігінің су шайған топырақтарында, сондай – ақ батпақтарда, лайда, лиман балшықтарында, мұнай-кен орындарындағы суларда таралады. Күлгін топырақтарда сульфаттар аз және оларда биогенді жолмен сульфиттер жиналмайды. Сілтілі және бейтарап топырақтарда ерімейтін сульфиттер түзіледі. Темір сульфидінің жиналуы қара лайдың түзілуіне әкеп соқтырады. Фосфор жасушаның маңызды макромолекулалары – кейбір ақуыздар, нуклеин және аденозинфосфор қышқылдарының құрамына кіреді. Топырақтағы фосфордың негізгі көзі ретінде апатит тобының минералдарының құрамында кездесетін ерімейтін және қиын еритін фосфаттар жатқызылады. Барлық топырақ микроағзалары белгілі бір дәрежеде фосфатазалы белсенді болып келеді. Бейорганикалық қосылыстардың құрамындағы фосфор алғашқы минералдар құрылымына кіреді немесе топырақта Ca, Mn, Fe, және Al ерімейтін тұздары түрінде кездеседі. Фосфор тыңайытқыштары ретінде фосфориттер мен апатиттер қолданылады. Олардағы фосфордың жылжуы органикалық және бейорганикалық қышқылдардың әрекеті арқылы жүзеге асады. Күшті бейорганикалық қышқылдарды нитрификаторлар (азотты) және тион бактериялар (күкіртті) түзеді. Ерімейтін қосылыстардан фосфордың белсенді жылжуы өсімдіктердің ризосферасында жүреді, тамырдан бөлінетін заттар есебінен тіршілік ететін гетеротрофты бактериялардың үлкен массасы тыныс алу үдерісінде СО2 түзеді де, тамыр секілді өздері де фосфор тұздарының еруіне ықпал етеді. Микроағзалардың әрекеті нәтижесінде түзілген ерігіш фосфаттардың тағдыры әр түрлі болуы мүмкін, фосфат иондарының бір бөлігі физикалық-химиялық және химиялық жолмен топыраққа сіңірілсе, енді бір бөлігі иммобилизация есебінен микроб жасушасында биологиялық байланады немесе өсімдіктердің қоректену үдерісінде сіңіріледі. Литосферада темірдің үлесі барлық металдардың ішінде алюминийден кейінгі екінші орынды алады және жер қыртысында белсенді көшіп жүреді. Темір бактериялары – жасуша бетінде темір тотығын жинап, тотықсызданған темір қосылыстарын тотықтыруға қабілеттілігі негізінде біріктірілген әр түрлі систематикалық топтарға жататын микроағзалардың құрамалы тобы. Оларға жіп тәрізді бактериялар, флексибактериялар, әр түрлі туысқа жататын бір жасушалы бактериялар, микоплазмалар, цианобактериялар жатады. Олар тотыққан темірді концентрациялау және тұнбаға түсірудің әр түрлі механиздерін (қынап және капсула полисахаридтерімен метаболизм өнімдерін байлау, металл иондары мен жасушаның бетіндегі электр зарядының айырмашылығы негізінде адсорбциялау) меңгерген. Табиғатта охра түзетін бактериялар батпақты топырақтардың бетінде қардың еруінен соң, көктемде қаулап дамиды, темір бактериялары батпақтар мен бұлақтардың түбіндегі тұнбаларға жақын жерлерде белсенді өсіп дамиды. Темір бактериялары сілтілі тұзды топырақтарда, күріш егілетін топырақтарда кездеседі. Темірдің биогенді тотығу жылдамдығы осы элементтің химиялық тотығыуынан көп есе асып түседі.

8.Ауыл шаруашылығында қолданылатын бактериялар негізіндегі энтомопатогенді препараттар. Топырақтағы микрофлора оның құнарлылығына, өсімдіктердің өнімділігіне әсер етеді.Топырақ микроорганизмдеріі өсу барысында топырақтың құнарлылығын жақсартып, ол жерде құнарлы заттарды жинақтап, органикалық заттарды минерализациялап,оларды өсімдіктердің қоректенуі үшін азық компоненттеріне ыдыратады. Бұл үрдіс үшін әртүрлі бактериальдық тыңайтқыштарды пайдаланады, ол ризосфера мен өсімдіктерді пайдалы заттармен байытады. Бактериальды препарат алуда пайдаланылатын микроорганизмдер өсімдіктерді минералды элементтермен байытып қана қоймай физиологиялық белсенді заттармен(фитогормон,витамин) байытады.

Отандық өндіріс түйнек бактерияларының 2 түрлі препаратаын шығарады: нитрагин және ризоторфин. Екеуі де Ризобиум туысына жататын белсенді тіршілік ететін түйнек бактериялары негізінде жасалынады. Бұл бактериялар бұршақ дақылдарымен симбиозда азотты фиксациялауға қабілетті, оны өсімдік оңай сіңіретін қосылыстарға айналдырады.

Ризобиум туысындағы бактериялар-қатаң аэробтар.Олардың арасында белсенді,белсенділігі аз және белсенді емес түрлері бар.Түйнек бактерияларының белсенді критерийі болып олардың бұршақ дақылдарымен симбиоз кезінде, атмосфералық азотты фиксациялап,оны өсімдік қоректенуі үшін қосылыстарға айналдырады.

Қазіргі кезде нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин, экстрасол секілді бактериальды тыңайтқыштар шығарылуда.

Бактериальды тыңайтқыштарды өндірудің негізгі міндеті болып максималды өміршең жасушаларды жинау, технологиялық үдерістердің барлық деңгейлерінде олардың өміршеңдігін сақтау,олардың негізінде дайын препарат алып,бекітілген жарамдылық мерзіміне дейін белсенділігін сақтау.

Отандық өндіріс нитрагиннің 2 түрін шығарады:топырақты және құрғақ. Ең алғашқы топырақты субстраттағы түйнек бактерияларының дақылы 1911 жылы Мәскеудің бактериальды-аграномиялық станциясында жасалды. Қазіргі кезде бұл өндіріске шектеу бар,себебі технологиясы күрделі және жұмыс жасауда қиындық әкеледі.Ең өзектісі құрғақ нитрагин өндірісі.

Құрғақ нитрагин қоспасында толтырғышы бар,1г-да кем дегенде 9 млрд. Өміршең бактериялары бар ақшыл сұр түсті ұнтақ.Ылғалдылығы 5-7 %-дан аспайды.Өндірудің типтік схемасы бар.Кептіруге төзімді штаммдарды таңдаған жөн.Егін материялының өндірісі үшін түйнек бактерияларының дақылдарын бұршақ тұқымының қайнатпасы бар,2% агар және 1% сахарозасы бар агарлы ортада өсіреді, сосын дақылды ph 6,5-7,5, 28-30С-та 1-2 тәулік сұйық қоректік ортада көбейтеді. Өндірістік дақылдаудың барлық кезеңдерінде қоректік орталар пайдаланылады,құрамында:меласса,жүгері экстрактысы, магний немесе аллюминий түріндегі минералды тұздар бар, натрий хлориді және қос калий фосфаты.Негізгі ферментация осы шарттарға сай 2-3 тәулік жүреді.Дайын дақылдық сұйықтықты сепарациялайды,нәтижесінде ылғалдылығы 70-80% паста тәрізді биомасса алынады.Пастаны (1:20) қатынастағы тиомосевина мен мелассасы бар қоғаныш ортамен араластырып кептіруге жібереді.Сублимация жолымен кептіреді (вакуум-кептіргіш шкаф).Алынған биомассаны ұнтақтайды.Маңыздысы болып бүркігіш кептіргіште кептіру болып табылады,бірақ бұдан 75% жасуша өміршеңдігінен айырылады.Құрғақ нитрагин препаратын бөлшектеп өлшеп және 1кг-0,2-нан полиэтиленді қалталарға гермитизациялайды,6 ай бойы 15С сақтайды. Тұқымды себер алдында опалайды.Нитрагинді енгізу өнімділікті орта шамамен 15-20%-ға жоғарылатады.

Түйнек бактериялық препараттар ризоторфин түрінде шығарылуы да мүмкін.Ең алғашқы түйнек бактерияларының шымтезектік препараты 30-шы жылдары жасалынды,бірақ технологиясы 1973-77 басталды.Ризоторфин дайындау үшін шымтезекті 100С жоғары температурада ұстайды,оны кептіріп үгітеді.Ең кең әсерлі залалсыздандыру болып гамма сәулесімен іске асады.Залалсыздандыру алдында ең алдымен ұнтақты бормен бейтараптандырылған 30-40%-ға ылғалданған шымтезекті бөлшектеп бөліп полиэтиленді қалтаға салады.Сосын оны сәулелеп,шприц көмегімен түйнек бактерияларымен жұқтырады,соның нәтижесінде түйнек бактериялары бар қоректік орта себіледі. Бактериялар енгізілгеннен кейін шприц жабысқақ лентамен бекітіледі. Әрбір ризоторфин грамында 2,5млрд интенсивті азотфиксациялауға және бәсекеге қабілетті өміпшең жасушалар болу керек. Препаратты 5-6С пен 40-50% ауа ылғалдылығында сақтайды.Қаптау жолы салмағы 0,2-ден 1,0кг дейін болуы мүмкін.Препараттың дозасы га-ға 200г-нан.Тұқымдарды жұқтыру келесідей жүреді: ризоторфинді сумен араластырып екі қабатты дәкеден сүзеді.Алынған суспензиямен тұқымды өңдейді.Тұқымдарды өңдеу кезінде немесе келесі күні себеді.

Тұқымдарды өңдеу дүниежүзілік ауылшаруашылық тәжірибиеге енгізілді.Бұндай препараттарды АҚШ пен Австралия өндіреді.

Азотобактерин- құрамында еркін қозғалатын топырақтық микроорганизм Азотобактер хрококкум бар бактериялық тыңайтқыш,ол 1г қолданылған қанттан 20мг атмосфералық азотты фиксациялауға қабілетті.Топыраққа енгізілгеннен соң бактериялық тыңайтқыш биологиялық белсенді зат (никотинді және пантотенді қышқыл, пиридоксин,биотин,гетероауксин,гиббериллин,т.б) түзеді.Бұл қосылыстар өсімдік өсуін ынталандырады.Одан басқа, азотобактер продуцирлейтінанисомицин тобындағы фунгицидті заттар жағымсыз,зиянкес,өсімдік ризосферасындағы саңырауқұлақтарды жояды.

Барлық Азотобактер түрлері қатаң аэробтар. Фосфор болуына сезімтал және қоректік ортада оның көп болуын талап етеді. Азотофиксациялайтын қабілеті аммиакпен тежеледі (негізінен, ортада байланысқан азоттың болуы азотофиксацияны тежейді). Азот фиксациясын ынталандытын молибден қосылыстары.

Азот фиксациясы кезінде оның қалпына келуі азотобактер синтездейтін ферментпен байланысты,соңғы өнім ғана(аммиак) ферменттен босайды.Нитрогеназды азотфиксациялаушы жүйе генмен байланыспаған молибден және SH-тобы бар мультиферментті кешен болып есептеледі.

Фосфобактерин- Бациллус мегатериум вар.фосфатикум микроорганизмінің спорасы бар, бактериялық тыңайтқыш.Сары немесе ашық сұр түсті ұнтақ.

Бактериялар күрделі фосфоорганикалық қосылыстарды (нуклеин қышқылдары, нуклеопротеидтер және т.б) өсімдіктерге қажетті күрделі минералды фосфатты қосылыстарға айналдыруға қабілетті. Одан басқа бұл өсімдік өсуін ынталандыратын бактериялар биологиялық белсенді заттарды синтездейді (тиамин, пиридоксин, биотин, пантотенді және никотинді қышқыл және т.б).Фосфобактерин ынталандырғыш препараттардың тобына жатады.

Бациллус мегатериум вар.фосфатикум- ұсақ,грам оң, аэробты спора түзетін көлемі 2*6мкм болатын таяқшалар. Жасушаларында фосфор қосылыстарының біраз мөлшері бар. Бастапқы сатысында бұлар қозғалғыш таяқшалар, қартайған кезінде жасушаның соңында локализацияланатын эндоспоралар түзеді. Жоғарыда айтылған өсіру технологиясы спора алуға керекті.