نقش میکروارگانیسم ها در چرخه عناصر مهم در محیط زیست

نقش میکروارگانیسم ها در چرخه عناصر مهم در محیط زیست

فرمت: PPT   تعداد صفحات: 39

ازت:

نیتروژن به عنوان یک عنصر ضروری برای زندگی محسوب می شود. عنصر نیتروژن ترکیبات بسیار متنوعی ایجاد می کند.

منبع اصلی ازت، اتمسفر است که 78% هوا را تشکیل میدهد. ولی این ازت برای گیاهان قابل جذب نیست. ازت بایستی به صورت یون هایی مانند ^–NO_۳ و ⁺NH₄ در آید تا برای گیاهان قابل جذب باشد. این عمل معمولاً توسط باکتریهای همزیست و جلبک های سبز آبی انجام می شود.

ازت دارای اثرات مثبت و منفی متعددی در اکوسیستم ها است. از اثرات مثبت ازت می توان به ارزش غذایی آن برای گیاهان و نقش آن در تشکیل پروتئین اشاره نمود. اما ازت در دوزهای بالا سمی است و باعث مرگ و میر موجودات زنده می شود.

میکروبیولوژی چرخه ازت: میکروارگانیسم ها در چرخه ازت بسیار حائز اهمیت هستند.

میکروبیولوژی چرخه نیتروژن شامل 5 مرحله است:

1. تثبیت نیتروژن
2. جذب یا assimilation
3. معدنی سازی
4. نیتریفیکاسیون
5. دنیتریفیکاسیون

  تثبیت نیتروژن (Biological Nitrogen Fixation:BNF)

• ازت موجود در اتمسفر (N2) قابل استفاده برای موجودات نبوده و باید احیا گردد.
• فرآیند تبدیل نیتروژن موجود در جو به ترکیباتی مانند آمونیاک و نیترات را تثبیت نیتروژن می گویند.
• احیاء شیمیایی نیتروژن بسیار پر هزینه و انرژی گیر است.
• احیای بیولوژیکی نیتروژن توسط گونه های اندکی از باکتری ها و سیانوباکتری ها انجام می شود که محصول نهایی آمونیاک است.
• این عمل توسط میکروارگانیسم هایی که آنزیم نیتروژناز دارند انجام می شود.
• به میکروارگانیسم های دارای آنزیم نیتروژناز که تثبیت نیتروژن را انجام میدهند، دیازوتروف می گویند.

  میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن:

• میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن غیرهم زیست (Nonsymbiotic nitrogen-fixing microorganisms)
• میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن هم زیست (symbiotic nitrogen-fixing microorganisms)

میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن همزیست: بعضی پروکاریوت ها ممکن است جهت تثبیت نیتروژن وارد یک ارتباط همزیستی با گیاهان عالی تر شوند.

• رابطه همزیستی ریزوبیوم و بقولات
• رابطه همزیستی بین آزواسپریلیوم و ریشه های ذرت و علفهای گرمسیری
• رابطه همزیستی بین فرانکیا و ریشه های گیاهان با دوام چوبی.

میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن غیر همزیست:

• ازتوباکترها (باکتری های گرم منفی که کیست تشکیل داده و نیتروژن را در خاک و محیط های دیگر تثبیت مینمایند)
• کلبسیلا
• کلستریدیوم (باکتری های بی هوازی مولد اسپور که در رسوبات فعال هستند.)
• سیانوباکتری ها (مثل آنابنا و نوستوک)
• سیانوباکتری ها نیتروژن را در آبهای طبیعی و خاک تثبیت میکنند. جایگاه تثبیت نیتروژن در سیانوباکتری ها، یک سلول خاص به نام هتروکیست (Heterocyst) است.

میزان تثبیت نیتروژن در سیانوباکتری ها 10 برابر بیشتر از میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن آزاد موجود در خاک است.

جذب نیتروژن (Nitrogen assimilation)

• میکروارگانیسم های اتوتروفیک و هتروتروفیک، ⁺NH₄ و ^–NO₃ را پس از احیاء به NH₄، جذب و مصرف می نمایند.
• بخشی از حذف نیتروژن در تصفیه خانه های فاضلاب به جذب نسبت داده می شود.
• سلول های گیاهی و جلبکی نیتروژن را ترجیحاً به شکل ⁺NH₄ جذب می نمایند.
• در کشاورزی کودهای آمونیاکی (با پایه ⁺NH₄) به انواع نیتراتی (^–NO₃) ترجیح داده می شوند. چراکه ازت آمونیاکی راحت ترین شکل نیتروژن جهت استفاده باکتری ها به عنوان منبع نیتروژن می باشد. سلول ها ^–NO₃ یا ⁺NH₄ را به پروتئین تبدیل کرده و تا وقتی که نیتروژن به یک عامل محدود کننده تبدیل شود، رشد می کنند.
• به ازای هر 100 واحد کربن جذب شده، سلول ها تقریباً به 10 واحد نیتروژن نیاز دارند.

معدنی شدن نیتروژن یا آمونیاک سازی (Ammonification)

منظور از آمونیاک سازی، تبدیل نیتروژن آلی (مثل پروتئین) به اشکال غیر آلی (آمونیاک یا آمونیوم) می باشد.  این فرآیند توسط انواع زیادی از میکروارگانیسم ها (باکتری ها، اکتینومیست ها و قارچ ها) انجام می شود.

پروتئین ها طبق مراحل زیر به ⁺NH₄ معدنی می شوند:

پروتئین ← اسیدهای آمینه ← ⁺NH₄

بارزترین مثال در این زمینه تبدیل اوره به آمونیوم است:

نیتریفیکاسیون (Nitrification)

نیتریفیکاسیون عبارت است از تبدیل یون آمونیوم یا آمونیاک به نیترات (طی دو مرحله) توسط (دو دسته از) میکروارگانیسمهای هوازی.

مرحله اول: تبدیل NH₄⁺ به نیتریت (NO2-) توسط نیتروزوموناس ها، نیتروزوکوکوس، نیتروزواسپیرا و نیتروزوکوکوس.

NH₄⁺ + 1.5 O₂ → NO₂^– + 2H+ + H₂O + 275KJ

مرحله دوم: تبدیل نیتریت (NO2-) به نیترات (NO3-) توسط نیتروباکترها، نیتروسپیرا و نیتروکوکوس.

NO₂^– + 0.5 O₂ → NO₃^– + 75KJ

اکسیداسیون آمونیوم به نیتریت و سپس به نیترات یک فرآیند انرژی زا است. میکروارگانیسم ها از انرژی تولیدی به منظور جذب CO₂ استفاده می کنند.

به ازای هر میلی گرم NH₄⁺ اکسید شده به نیترات، 4/6 میلی گرم اکسیژن نیاز است.

pH بهینه برای رشد نیتروباکترها 7/8 – 7/2 است. اسید تولیدی در طی فرآیند نیتریفیکاسیون می تواند منجر به بروز مشکلاتی در فاضلاب هایی با قدرت بافری کم شود.

اگرچه نیتریفایرهای اتوتروفیک در طبیعت غالب هستند اما نیتریفیکاسیون ممکن است توسط باکتریهای هتروتروف نظیر آرتروباکتر و قارچ هایی نظیر آسپرژیلوس انجام پذیرد. این میکروارگانیسم ها منابع کربن آلی را مصرف کرده و آمونیوم را به نیترات اکسید می کنند. با این حال نیتریفیکاسیون هتروتروفیک بسیار کندتر از نیتریفیکاسیون اتوتروفیک است.

ادامه مطالب زیر را با دانلود فایل پاورپوینت مشاهده کنید.

• عوامل کنترل کننده نیتریفیکاسیون (Nitrification)
• دنیتریفیکاسیون یا نیترات زدایی (Denitrification)
• احیای اسیمیلاتوری و دسیمیلاتوری نیترات (Assimilatory Nitrate Reduction)
• میکروارگانیسم های دنیتریفیکاسیون
• عوامل کنترل کننده دنیتریفیکاسیون
• چرخه فسفر
• چرخه گوگرد یا سولفور

ادامه مطلب را با دانلود پاورپوینت مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ نقش میکروارگانیسم ها در چرخه های بیوژئوشیمیایی

⇐ طبقه بندی متابولیکی میکروارگانیسم ها

⇐ تجزیه زیستی پلی اتیلن با استفاده از میکروارگانیسم های بومی