3. Табиғаттағы азот айналымындағы микроорганизмдердің рөліне сипаттама беріңіз.

Азот қосылыстарының айналымына қатысатын микроорганизмдер

Азот - өсімдіктердің өсіп өнуіне қажет негізгі элемент. Табиғаттағы азот қосылыстарының айналымы микроорганизмдердің тіршілік әрекетінің нәтижесі болып табылады. Азот айналымы өзара байланысты бірқатар үрдістерден тұрады: молекулярлы азоттың биологиялық сіңіруі, аммонификация, нитрификация, денитрификация. Азотфиксациялаушы бактериялар.Азотфиксация – организмдердің молекулярлы азотты пайдаланып, одан клетканың барлық азот қосылыстарын құру қабілеттілігі. Бұл қабілеттілік топырақ пен суда бос тіршілік ететін көптеген микроорганизмдерге тән. Бактериялардың азотты сіңіруін екіге бөледі: симбиозды және симбиозды емес. Симбиозды емес азот сіңіруін еркін тіршілік ететін аэробты және анаэробты бактериялар жүзеге асырады. Аэробты белсенді түрлер Azotobacter, Klebsiella, Azospirillum туысына жатады. Олардың негізгі тіршілік ету ортасы - топырақ және өсімдік ризосферасы. Анаэробты азот сіңіруін суқоймаларда аноксигенді фотосинтездеуші бактериялар, ал топырақта анаэробты клостридиялар - Clostridium pasterianum жүзеге асырады. Негізгі симбиозды азотсіңірушілерге Rhizobium туысының бактериялары жатады, олар бұршақ тұқымдас өсімдіктермен селбесіп тіршілік етеді. Азоттың көп мөлшері (60%) жер беті экожүйесінде шоғырланған: жайылымдық, орман және шөлейт жерлерде, су экожүйесінде 40% молекулярлы азот сіңіріледі. Молекулярлы азотты сіңіретін микроорганизмдерді диазотрофтар деп атайды. Олардың барлығы молекулярлы азотты ауадан фиксациялауда ұқсас биохимиялық механизмге ие. Оның негізі келесі теңдік бойынша N₂ тотықсыздану үрдісінде жатыр.Аммонификациялаушы бактериялар. Трофикалық тізбек арқылы органикалық азот жануарларға беріледі. Жануарлар тіршілік барысында азотты аммиак (омыртқасыздар), несеп қышқылы және зәр (омыртқалылар) түрінде бөледі, оларды уробактериялар ыдыратады. Ал азоттың көп мөлшері тек өсімдік пен жануарлар өлгеннен соң бөлінеді. Өлі органика көптеген аммонификациялаушы микроорганизмдер көмегімен деградацияланады. Азоты бар органикалық заттарды микроорганизмдер минерализациялап, аммиакқа дейін ыдыратады. Бұл процестер аммонификация деп аталады. Оларды әр түрлі микроорганизмдер тобы жүзеге асырады. Микроорганизмдер тіршілігі барысында органикалық азот қосылыстарының көп мөлшері қарашірік күйінде топырақта сақталады. Аммонификация үрдісі нәтижесінде планета өсімдік, жануарлар және микроорганизмдер қалдықтарынан тазартылады. Аммонификациялауға көптеген споратүзуші және спора түзбейтін бактериялар, әртүрлі актиномицеттер және мицелиальды саңырауқұлақтар қабелітті. Бірақ бір ғана белокті қолдануға қабілетті бактериялар аз. Көптеген амонификаторлар – көп мөлшерде әртүрлі заттарды қолданатын полифагтар. Барлық аммонификаторлар ортаға белоктарды аминқышқылдарына дейін гидролиздейтін протеолитикалық ферменттер бөліп шығарады. Пайда болған аминқышқылдарын аммонификаторлар конструктивті және энергетикалық процестерде қолданады. Белокты ыдыраудың негізгі өнімдері: NH₃ және H₂S. Белоктардың ыдырауы аэробты және анаэробты жағдайда өтеді. Аэробты жағдайда құрамында азоты бар органикалық қосылыстарды Bacillus, Pseudomonas, Enterobacteriaceae туысының өкілдері, әртүрлі актиномицеттер мен мицелиалды саңырауқұлақтар ыдыратады. Анаэробты аммонификацияны Clostridium туысының кейбір өкілдері жүзеге асырады. Ауаның мөлшері шектеулі жағдайда аммонификацияны факультативті анаэробты бациаллалар мен бактериялар жүзеге асырады. Нитрификация деп аммиактың азот қышқылына дейін тотығуын атайды. Үрдіс нәтижесінде микроорганизмдер өзінің тіршілігіне қажетті энергия көзін алады. Тотығу көмірқышқылының ассимиляциясымен қатар жүреді. бұл процесті жүзеге асыратын микроорганизмдер хемолитоавтотрофтыларға және қатаң аэробтыларға жатады. Бірінші, аммиактың нитритке дейін тотығуы, оны нитрозды бактерия топтарының өкілдері: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira жүзеге асырады. Бұл бактериялардың барлығы физиология – биохимиялық қатынаста бір біріне ұқсас, бірақ морфологиялық белгілерімен клетка құрылымы бойынша ерекшеленеді. Nitrosomonas туысының өкілдері эндоспора түзбейді, клеткалары ұсақ эллипс тәрізді. Nitrosomonas сұйық дақылдарында дамуы жағдайларға байланысты бірнеше кезеңнен өтеді. Негізгі екі кезең:, бір немесе бірнеше талшықтары болатын жылжымалы және зооглейлі. Зооглей қозғалмайтын клеткалардан тұрады. Нитрификацияның екінші кезеңі нитритті нитратқа дейін тотықтырады. Бұл процестің негізгі қоздырғыштары Nitrobacter winogradskyi, N. agilis, Nitrospina gracilis, Nitrococcus mobilis. Nitrobacter клеткалары полиморфтылығымен ерекшеленеді: дақылдар ішінде дөңгелек таяқша тәрізділер, бұршақ тәрізділер, жұмыртқа тәрізділер, және алмұрт тәрізді формалары, жылжымалы және жылжымайтын түрлері кездеседі. Бұл олардың бүршіктенетін бактерияларға сәйкес белгелі даму циклының болуымен байланысты. Қолайсыз жағдайларда Nitrobacter зооглея түзеді. Зооглеяның түзелуі Nitrosocystis туысының негізгі ерекшеліктері. Nitrospina gracilis тік, нәзік таяқша 0,3-0,4х2,7-6,5 мкм, кейде сфералық қозғалмайтын түрлеріде кездеседі. Nitrococcus mobilis дөңгелек 1,5 мкм, бір- екі талшықты клеткалар..Денитрификациялаушы бактерияларДенитрификация деп нитраттардың молекулярлы азотқа дейін СО₂және Н₂О бірге бөліп тотықсызданатын микробиологиялық процесті атайды. Сутектің соңғы акцепторы ретінде NO₃- қызмет етеді. Органикалық субстраттарды тотықтыру кезінде бөлінетін энергияны микроорганизмдер тіршілік барысында қолданады. Денитрификация аэробты және анаэробты жағдайда өтеді. Оттегі жоқ жағдайда оттегі бар ортамен салыстырғанда қарқынды жүреді. Денитрификация процесін жүргізетін микроорганизмдер табиғатта көп кездеседі. Олардың көпшілігі Pseudomonas, Achromobacter, Micrococcus (Ps.aeruginosa, Ps.denitrificans, Ps.fluorescens, Achr.stutzeri, Micrococcus denitrificans)сонымен қатар Bacillus туысының өкілдеріде кездеседі, мысалы, Bacillus licheniformis. Денитрификаторлар хемоорганогетеротрофтылар, факультативті анаэробтар. Аэробты жағдайда органикалық заттардың тотығуы кезінде сутектің соңғы акцепторы ретінде ауадағы оттекті пайдаланады.Денитрификациялаушы бактериялардың су тоғандарында массалы дамуы кезінде ортадағы фитоплактонның дамуына қажетті судағы еріген тұздар толығымен жойылып, көптеген балдырлар қолдана алмайтын молекулярлы азотқа айналады.