амоніфікація сечовини

Перетворення сполук азоту. Азот - один з важливих елементів на землі, він входить до складу білків і ну-клеінових кислот; 75,5% (по масі) його міститься в атмосфері, решта у вигляді органічних і мінеральних сполук - у воді та грунті. У круговоро-ті азоту в природі велика роль належить мікроор-організми.

Амоніфікація білкових речовин.

В ци-топлазме клітин містяться білкові речовини, кото-які в вигляді залишків рослин і трупів тварин попа-дають в грунт, де вони піддаються розкладанню. У ре-док розпаду білків відбувається виділення азоту і вигляді аміаку, чому процес отримав назву ам-ції (гниття). Амоніфікація білкових ве-вин-перший мікробіологічний процес по перетворюється-щення азотистих з'єднанні в природі. Він протікає при температурі не нижче 10 ° С в певній вологості. Роль гнильних бактерій в природі велика: раз-лагая трупи тварин і залишки рослин, вони очищають нашу землю і дають поживу вищим рослинам. Процес аммонификации може проходити як в аеробних, так і в анаеробних умовах. Амоніфікація відбувається за участю різноманітних мікробів: бацил, бактерій, актиноміцетів, цвілевих грибів. По відношенню до киць-лороду повітря їх ділять на аеробів, факультативних аеробів і анаеробів.

Аеробні мікроорганізми. 1. корневідним, або гри-бовідная, бацила (Вас. Mycoides) широко поширеною-нена в грунті, утворює спори овальної форми. Грамположительная, рухлива. Перітріх - джгутики располо-дружини по всій поверхні клітини. На щільному живильник-ної середовищі (МПА) зростання колоній нагадує міцелій, звідки і назва micoides, що означає грибоподібний. На рідкому поживному середовищі (МПБ) зростання у вигляді шматочка вати, який розташований на дні. Середовище ж прозора.

2. Картопляна паличка (Вас. Mesentericus) за формою нагадує попередню. Утворює овальні спо-ри. Забарвлюється за Грамом, рухлива, перітріх. На МПА утворює сухі, матові, складчасті колонії. Складки колоній нагадують складки брижі, отку-та й назва - mesentericus. На МПБ зростання поверхневий у вигляді сухої плівки.

3. Капустяна бацила (Вас. Megaterium) утворює спори. Забарвлюється за Грамом. Палички зі спорами в препаратах частіше розташовані у вигляді ланцюжка. На МПА колонії блискучі з волокнисто-торочкуватими краями, на МПБ - слабка каламуть.

4. Сінна бацила (Вас. Subtilis) дуже широко рас-розлогий в природі і є енергійним амоніфікаторів. Утворює овальні суперечки, рухлива, перітріх. Забарвлюється за Грамом. На МПА - сухі, складчасті, непрозорі колонії; на МПБ - на по-поверхні середовища плівка.

5. Чудова паличка (Serratia marcescens) утворює криваво-червоний пігмент. На МПА колонії нагадуючи-ють криваві плями. Округлі, з рівними краями, при-підняті в центрі, слизової консистенції. На МПБ утворює рівномірну каламуть червоного кольору. Мікроб рухливий. В мазках видно дрібні грамнегативні палички.

Факультативно-анаеробні мікроорганізми. 1. Вуль-Гарний протеї (Proteus vulgaris) -дуже поліморфна паличка, різко змінює форму і розміри на пита-тельной середовищі. За Грамом не фарбується, рухлива, перітріх. Під час росту може переміщатися по на-клонів поверхні щільного поживного середовища (проба по Шукевичу).

2. Кишкова паличка (Е. coli) -грамотріцательная, рухлива, зустрічаються і нерухомі штами. Ме-стонахожденіе- кишечник тварин і людини, звідки потрапляє в грунт і водойми. Бере активну навчаючи-стіе в розкладанні білка.

Анаеробні мікроорганізми.I. Cl. putrificum - Ні-велика-спороутворююча паличка, по .Форма напоми-нает барабанну. Один з найбільш поширених збудників анаеробного розкладання клітковини, обра-зует велика кількість газів. Чи не зброжує вугле-води.

2.Cl; sporogenes дрібна клостридія з централь-ним - розташуванням суперечки. На відміну від попередньої зброжує вуглеводи. В процесі аммонификации утворюються аміачні солі, які окислюються і переходять в солі азотної кислоти (нітрати).

Інші мікроорганізми, які розкладають білок. Крім бацил і бактерій, білкові речовини розкладають акти-номіцети і інші гриби, але аммоніфіцірующая спо-можності їх нижче і виражена в різному ступені. Розлити-ються білків відбувається під дією екзоферментів (ферменти, що виділяються в зовнішнє середовище). Мікро-організмами можуть засвоюватися тільки розчинні продукти гідролізу білка: пептони в амінокислоти. Мікроби ж, не утворюють амінокислоти, природний-ними білками харчуватися не можуть. В процесі ам-ції утворюється велика кількість аміаку, кото-рий йде на синтез азотистих сполук.

Тваринами і людиною щодоби виділяється в навколишнє середовище більше 150 тис. Т, а в рік більше 20 млн т сечовинного азоту, або 50 млн т сечовини. У сечі міститься 47% азоту, тому вона вважається одним з концентрований-них азотистих добрив. Сечовина непридатна для азотистого живлення рослин, і тільки після розкладання її уробактерій вона стає засвоювання.

Уробактерій (ureae - сеча) були відкриті в 1862 р Л. Пастером. Серед них зустрічаються як палочковід-ні, так і кулясті форми мікробів. Вони утворюють фермент уреазу. Найбільш енергійні збудники раз-розкладання сечовини - Вас. probatus і Вас. pasteuri, у яких джгутики розташовані по всій поверхні тіла. Такі мікроби розкладають в 1 л розчину до 140 г сечо-вини. З кулястих бактерій найбільш енергійне дію на сечовину надає Sporosarcina ureae. В 1 л розчину вона розкладає до 30 г сечовини. Харак-терний ознака цієї сарціни - наявність у неї джгутиків.

Уробактерій аероби і добре розвиваються тільки в резкощелочной середовищі. Як азоту вони використовують аміачні солі або вільний аміак, що утворюється при гідролізі сечовини. Вуглець з сечовини уробак-терии використовувати не можуть, так як він знаходиться в сильно окисленої формі і при гідролізі не виділяється у вигляді вуглецю діоксиду. Вуглець уробактерій викорис-товують з різних органічних сполук (солі чи-монной, бурштинової, яблучної, оцтової та інших кислот, а також моносахариди, цукри і крохмаль).

Нітрифікація.

Продукти гниття білків і розкладання сечовини - аміак і аміачні солі - можуть бути безпосередньо засвоєні рослинами, але вони звичайні-но перетворюються в нітрати - солі азотної кислоти. Біологічна сутність процесу нітрифікації була доведена роботами Т. Шлезінга і Л. Мюнца в 1879 р Пізніше (1888 - 1890) відомий український мікробіолог С. Н. Виноградський, застосувавши елективну середу, виокрем-лив чисті культури тарифікатор. Вчений устано-вил, що органічна речовина в середовищі гальмує роз-нення нитрифицирующих бактерій, в той час як в чисто мінеральних поживних розчинах вони добре ростуть. У першій фазі аміак окислюється до азотної кислоти за схемою:

NH3 → NH4OH → NH2OH → HNO → HNO +274,9 кДж.

Аміак Їдкий Гідро Нітро- Азотистая

амоній ксіламін КСІЛ кислота

Вважається, що процес нітрифікації проходить в не-скільки стадій, при цьому утворюється ряд проміжних продуктів: гидроксиламин, нітроксе і ін.

У другій фазі азотистая кислота окислюється до азот-ною:

HNO2 → HNO3 +87,6 кДж.

Азотистая Азотна кислота кислота

Перша і друга фази єдиного процесу нітріфіка-ції викликаються різними збудниками. С. Н. Виноградський об'єднав їх в три роду; Nitrosomonas, Nitrococystis, Nitrosospira. Бактерії роду Nitrosomonas име-ют форму паличок, грамнегативні, рухливі, забезпечені одним джгутиком, спор не утворюють. Різні види Nitrosomonas широко поширені в грунті і відрізняються один від одного формою і розмірами. Рід Nilrococystis здатний утворювати зооглею (кокові форми мікробів оточені загальною капсулою). Рід Nitrosospira С. Н. Виноградський розділив на два види: Nitrosospira bria і Nitrosospira arctica. Бактерії обох видів мають правильну спіральну форму. Поряд зі спірально закрученими нитками у старих культур зустрів чаются короткі палички і коки.

Останнім часом виділено ще два роду мікробів, що викликають першу фазу нітрифікації: Nitrosolobus і Nitrosovibrio. Окислення азотної кислоти в азотну осуществля-ється дрібної полиморфной, грамнегативної, непо-ресувні бактерією, яку С. Н. Виноградський назвав Nitrobacter, Мікроби групи Nitrobacter краще розвиваю-ються на чисто мінеральних середовищах і можуть синтезуються-вать органічна речовина свого тіла, використовуючи вугіллі -роду діоксид.

У другій фазі нітрифікації застосовують участь також мікроби пологів Nitrospina і Nitrococcus.

Нитрифицирующие мікроби негативно ставляться до органічних речовин. Додавання до мінерального розчину 0,2% пептона або глюкози призупиняє зростання мікробів. Сильна чутливість нітріфіці-ючий мікробів до органічних речовин відзначає-ся в розчинах, в грунті цього не спостерігається, так як в ній водорозчинних речовин в значних кількістю-ствах ніколи не буває. Крім нитрифицирующих бак-терій, в грунті знаходяться і інші мікроорганізми, ко-торие використовують органічну речовину і тим самим створюють сприятливі умови для розвитку нитрификаторов. Це зайвий раз свідчить про те, що фі-фізіологічних властивості мікроорганізмів треба вивчати не на ізольованих штучних середовищах, а в естест-кої місці їх існування.

На процеси окислення аміаку впливають не тільки мікроби, але і їх ферменти. Крім органічного ве-щества, на нітрифікацію впливає концентрації-ція аміаку. Його дія на культуру різко проявля-ється в умовах рідких середовищ. У грунті ж аміак, знахо-диться в адсорбованому стані і не може надавати гнітючої дії. Тому нітробактерій відразу ж окисляє азотної кислоти в азотну.

На процес нітрифікації позитивно каже-ся присутність кисню. В оброблюваних грунтах процес нітрифікації протікає більш інтенсивно. При-мірно також нітрифікація проходить на чорноземних грунтах, особливо коли в них достатня кількість аммоніфіцірующіх мікробів, які готують їжу (середу) для нитрификаторов. У солонців менша нітріфіці-рующая здатність.

У грунтах азотистая кислота не накопичується, по-кільки Nitrosomonas і Nitrobacter зустрічаються в од-ної середовищі, знаходяться у своєрідному симбіозі. Нітріфікатори здатні здійснювати хемосинтез, тобто створювати органічну речовину з вуглецю діоксиду і води за рахунок хімічної енергії окислення аміаку до азотистої кислоти і азотистої до азотної кислоти. Нітріфікатори чутливі до кислого середовища, вони промінь-ше розвиваються при рН 8,3-9,3. В результаті життєдіяльності-ності нитрифицирующих бактерій на 1 га поч-ви може накопичуватися за рік до 300 кг азотної кислоти.