что такое нитрифицирующие бактерии

Нитрифицирующие бактерии

Смотреть что такое «Нитрифицирующие бактерии» в других словарях:

Нитрифицирующие бактерии — Еще в 1870 г. Шлезинг и Мюнц (Schloesing, Miintz) доказали, что нитрификация имеет биологическую природу. Для этого они добавляли к сточным водам хлороформ. В результате окисление аммиака прекращалось. Однако специфические микроорганизмы … Биологическая энциклопедия

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — почвенные и водные, аэробные бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты (виды родов Nitrosomonas, Nitrobacter и др.). См. Нитрификация. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской… … Экологический словарь

нитрифицирующие бактерии — Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие аммиак и соли аммония до нитритов и нитратов [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nitrifying bacteria … Справочник технического переводчика

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоемах … Большой Энциклопедический словарь

нитрифицирующие бактерии — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах. * * * НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной… … Энциклопедический словарь

нитрифицирующие бактерии — nitrifikatoriai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nitritinės (Nitrosomonas genties) ir nitratinės (Nitrobacter genties) bakterijos, paverčiančios amonio druskas nitratais. atitikmenys: angl. nitrifiers; nitrifying bacteria vok … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах … Естествознание. Энциклопедический словарь

Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия

БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ — проводят реакции окисления восстановленных соединений азота. Представители рода Nitrosomonas окисляют аммиак до нитритов, а бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов. Относятся к автотрофным хемосинтезирутощим аэробным… … Геологическая энциклопедия

ХЕМОАВТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ — По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником… … Биологическая энциклопедия

Источник

Нитрифицирующие бактерии

Полезное

Смотреть что такое «Нитрифицирующие бактерии» в других словарях:

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — почвенные и водные, аэробные бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты (виды родов Nitrosomonas, Nitrobacter и др.). См. Нитрификация. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской… … Экологический словарь

нитрифицирующие бактерии — Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие аммиак и соли аммония до нитритов и нитратов [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nitrifying bacteria … Справочник технического переводчика

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоемах … Большой Энциклопедический словарь

нитрифицирующие бактерии — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах. * * * НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной… … Энциклопедический словарь

нитрифицирующие бактерии — nitrifikatoriai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nitritinės (Nitrosomonas genties) ir nitratinės (Nitrobacter genties) bakterijos, paverčiančios amonio druskas nitratais. atitikmenys: angl. nitrifiers; nitrifying bacteria vok … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Нитрифицирующие бактерии — бактерии, превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты; аэробны, грамотрицательны, подвижны (имеют жгутики); обитают в почве и водоёмах. Выделены и описаны в 1890 рус. микробиологом С. Н. Виноградским (См. Виноградский) (их открытие… … Большая советская энциклопедия

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — превращают аммиак и аммонийные соли в соли азотной кислоты нитраты: нитрозобактерии, нитробактерии. Распространены в почвах и водоёмах … Естествознание. Энциклопедический словарь

Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия

БАКТЕРИИ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ — проводят реакции окисления восстановленных соединений азота. Представители рода Nitrosomonas окисляют аммиак до нитритов, а бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов. Относятся к автотрофным хемосинтезирутощим аэробным… … Геологическая энциклопедия

ХЕМОАВТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ — По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником… … Биологическая энциклопедия

Источник

Нитрифицирующие бактерии — центр аквариумной жизни

Аквариум — это маленькая изолированная экосистема, мало зависящая от внешнего мира, но по своим пищевым цепочкам и взаимосвязям между организмами очень схожая с биосферой. В аквариуме присутствует свою микрофлора, которая может быть полезной, а может вступить в антагонизм с другими обитателями. Именно поэтому для обеспечения симбиоза и нормальной жизнедеятельности в водоеме необходимо поддерживать присутствие полезных бактерий.

Характеристика

Нитрифицирующие бактерии считаются одними из главных очистителей водных экосистем. Впервые их получил великий русский микробиолог С. Н. Виноградов.

Нитрификаторы — граммотрицательные симбиотические бактерии, относятся к облигатным аэробам, обитают в почве и воде. По типу питания — автотрофы — т.е. организмы, способные производить органические молекулы, необходимые для питания, из неорганических веществ. Энергия для биохимического синтеза берется при распаде химических связей неорганики.

Внимание, распространенная ошибка! В некоторых источниках нитрифицирующие бактерии называют анаэробами. Это неверно. Кислород — один из главных участников азотистого обмена.

Бактерии способны быстро увеличивать свои колонии, используя для жизнедеятельности аммиак, азот и ионы аммония.

Свои полезные свойства проявляют в удивительной способности расти и размножаться, перерабатывая азот, аммиак и аммоний, окисляя нитриты.

Классификация

В зависимости от строения клеточной стенки прокариоты разделяют на 17 групп.

Нитрифицирующие бактерии получают энергию в процессе окисления аммиака до нитрита (NO2) и нитрата (NO3), поэтому они включены в 12 группу вместе с другими хемотрофами (серо- и железоокисляющими микроорганизмами).

Окисления аммиака происходит в два этапа, каждый из которых требует особого набора ферментов и выполняется двумя разными группами бактерий.

В зависимости участия в стадии процесса нитрификации данные бактерии разделяют на две секции.

Секция А: окисление аммиака до нитритов производят бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira и др.

Секция В: окисление нитритов до нитратов обеспечивают роды Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus

Являясь дополняющими друг друга видами, бактерии могут преобразовывать неорганические соединения в органические путем хемосинтеза.

Среда обитания

В природе нитрифицирующие бактерии распространены повсеместно — в водоемах, почве, на различных субстратах. Но предпочтения для местообитания есть как у отдельных видов, так у всей группы. Вид Nitrocistis Oceanus, обитающий в Атлантическом океане, выживает только в морской воде (облигатный галофил). Для многих видов необходимы особые параметры водородного показателя, солености.

Дополнительная информация! Ученые заметили, что колонии нитрифицирующих организмов разрастаются в местах, где практически отсутствуют органические вещества. Была выдвинута теория, что эти бактерии вообще не могут использовать органические вещества извне, а потому являются облигатными хемотрофами. Позже выяснили, что глюкоза, мочевина, глицерин и др. гибельны для нитрификаторов.

Питание

Нитрифицирующие микроорганизмы культивируются на минеральных смесях, куда входят окисляемые вещества (аммиак и нитриты) и углекислота.

Применение в различных сферах

Люди научились применять полезные свойства нитрификаторов еще в Средние века. Позже нитробактерии стали использовать для получения калийной селитры — одного из основных компонентов пороха.

Занимательная технология! Для этого близ скотобоен разрыхляли участки земли и обильно поливали их кровью забитых животных. Кровь содержит белки, построенные из длинных цепей аминокислот. Последние организуются из углеродного скелета, карбоксильной и аминной групп. Азотная часть трансформировалась в аммиак, который дальше окислялся до нитрата. Почву смешивали с золой и получали калийную селитру.

Сегодня нитробактерии используются для создания симбиотической микрофлоры в аквариумах, обогащения азотом культурных растений в сельском хозяйстве и в качестве биоиндикаторов.

Невидимый биологический фильтр и его роль в аквариумистике

Нитрификаторы играют одну ключевую роль в трансформации токсичных аммиака и аммония в менее опасные нитраты, осущестляя естественную очистку микроэкосистемы. Это особенно важно в первые месяцы запуска нового аквариума.

Опаснейшими веществами, выделяющимися от испражнений гетеротрофов, являются аммиак, фосфаты, азот и другие неорганические соединения.

Если бы не существовало механизмов очищения, обитатели водоемов попросту бы отравились токсичными веществами собственных экскрементов, опустившихся на дно и разлагающихся остатков корма.

Важно! В аквариум заселяют бактерии-нитрификаторы, которые входят в состав специальных растворов и порошков и производятся промышленным способом. Интернетные советы по самостоятельному заселению микрофлоры путем заброски в аквариум куска гнилой селедки могут привести к непоправимым последствиям.

Бактериям необходимы точки фиксации в водоеме. Для этого идеально подходит грунт, на котором они образовывают свои колонии.

Не засевать бактерии в пустой аквариум, ведь им нужна питательная среда. Для начала можно поселить в него несколько неприхотливых рыб, а после того, как бактерии размножатся (около 2 недель), заселить остальных.

Сельское хозяйство

Для повышения урожайности растений в почву активно вносят различные удобрения, содержащие нитрификаторы.

Анионы азотной кислоты необходимы клеткам растений для синтеза своих аминокислот и постройки белковых молекул. Достаточное поступление нитратов в организм растений является залогом их здоровья и плодородия.

Опасность бактерия

Отдельные штаммы нитрификаторов в присутствии органического субстрата способны окислять ионы аммония (NH4+) до гидроксиламина (NH₂OH) и далее до нитратов и нитритов. Особенность органических реакций, в том числе с участием нитрификатов, — большое количество побочных соединений (молекулы гидроксамовой кислоты, аминов, оксимов и т.д.), которые являются токсинами, мутагенами и провоцируют развитие опухолей.

Конкуренция с водорослями и растениями

Растения, водоросли и нитрифицирующие бактерии являются конкурентами, поскольку нуждаются в однинаковых ресурсах, необходимых для жизнедеятельности и питания. Это микроэлементы и кислород. Поэтому важно соблюдать баланс между обитателями маленького водоема, о нарушении чего свидетельствует быстрое помутнение свежей воды.

Как не навредить бактериям в аквариуме?

Автотрофные организмы особенно чувствительны физико-химическим параметрам окружающей среды.

Ущерб для бактериальных колоний может нанести:

В комментариях Вы можете написать свое мнение о статье и о своем опыте применения нитрифицирующих бактерий.

Источник

Нитрифицирующие бактерии

В 1870 году Шлезинг и Мюнц (Schloesing, Muntz) доказали, что нитрификация имеет биологическую природу. Для этого они добавляли к сточным водам хлороформ. В результате окисление аммиака прекращалось. Однако специфические микроорганизмы, вызывающие этот процесс, были выделены лишь Виноградским. Им же было показано, что хемоавтотрофные нитрификаторы могут быть подразделены на бактерий, осуществляющих первую фазу этого процесса, а именно окисление аммония до азотистой кислоты (NH4+ —> NO2-), и бактерий второй фазы нитрификации, переводящих азотистую кислоту в азотную (NO2- —> NO3-). И те и другие микроорганизмы являются грамотрицательными. Их относят к семейству Nitrobacteriaceae.

Среди бактерий второй фазы нитрификации различают три рода: Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus.

Большая часть исследований проведена с разными штаммами Nitrobacter, многие из которых могут быть отнесены к Nitrobacter winogradskyi, хотя описаны и другие виды. Бактерии имеют преимущественно грушевидную форму клеток. Как показано Г. А. Заварзиным, размножение Nitrobacter происходит путем почкования, причем дочерняя клетка бывает обычно подвижна, так как снабжена одним латерально расположенным жгутиком. Отмечают также сходство Nitrobacter с почкующимися бактериями рода Hyphomicrobium по составу жирных кислот, входящих в липиды.

По строению клеток исследованные нитрифицирующие бактерии похожи, на другие грамотрицательные микроорганизмы. У некоторых видов обнаружены развитые системы внутренних мембран, которые образуют стопку в центре клетки (Nitrosocystis oceanus), или располагаются по периферии параллельно цитоплазматической мембране (Nitrosomonas europaea), или образуют чашеподобную структуру из нескольких слоев (Nitrobacter winogradskyi). Видимо, с этими образованиями связаны ферменты, участвующие в окислении нитрификаторами специфических субстратов.

Нитрифицирующие бактерии растут на простых минеральных средах, содержащих окисляемый субстрат в виде аммония или нитритов и углекислоту. Источником азота в конструктивных процессах могут быть, кроме аммония, гидроксиламин и нитриты.

Показано также, что Nitrobacter и Nitrosomonas europaea восстанавливают нитриты с образованием аммония.

Такой микроорганизм, как Nitrosocystis oceanus, выделенный из Атлантического океана, относится к облигатным галофилам и растет на среде, содержащей морскую воду. Область значений рН, при которой наблюдается рост разных видов и штаммов нитрифицирующих бактерий, приходится на 6,0-8,6, а оптимальное значение рН чаще всего 7,0-7,5. Среди Nitrosomonas europaea известны штаммы, имеющие температурный оптимум при 26 или около 40° C, и штаммы, довольно быстро растущие при 4° C.

Все известные нитрифицирующие бактерии являются облигатными аэробами. Кислород необходим им как для окисления аммония в азотистую кислоту:

так и для окисления азотистой кислоты в азотную:

Но весь процесс превращения аммония в нитраты происходит в несколько этапов с образованием соединений, где азот имеет разную степень окисленности.

Первым продуктом окисления аммония является гидроксиламин, который, возможно, образуется в результате непосредственного включения в NH+4 молекулярного кислорода:

Однако окончательно механизм окисления аммония до гидроксиламина не выяснен. Превращение гидроксиламина в нитрит:

как предполагают, идет через образование гипонитрита NOH, а также окись азота (NO). Что касается закиси азота (N2O), обнаруживаемой при окислении Nitrosomonas europaea аммония и гидроксиламина, то большинство исследователей считает ее побочным продуктом, образующимся в основном в результате восстановления нитрита.

Исследование окисления Nitrobacter нитрита с использованием в опытах тяжелого изотопа кислорода (18O) показало, что образующиеся нитраты содержат значительно больше 18O, когда меченой является вода, а не молекулярный кислород. Поэтому предполагают, что сначала происходит образование комплекса NO2-H2O, который далее окисляется до NO3-. При этом происходит передача электронов через промежуточные акцепторы на кислород. Весь процесс нитрификации можно представить в виде следующей схемы (рис. 1), отдельные этапы которой требуют, однако, уточнения.

Таким образом происходит обеспечение хемоавтотрофных нитрифицирующих бактерий не только АТФ, но и НАДН, необходимых для усвоения углекислоты и для других конструктивных процессов.

Согласно расчетам эффективность использования свободной энергии Nitrobacter может составлять 6,0-50,0%, a Nitrosomonas — и больше.

Ассимиляция углекислоты происходит в основном в результате функционирования пентозофосфатного восстановительного цикла углерода, иначе называемого циклом Кальвина. Итог его выражают следующим уравнением:

где [CH2O] означает образующиеся органические вещества, имеющие уровень восстановленности углеродов. Однако в действительности в результате ассимиляции углекислоты через цикл Кальвина и другие реакции, прежде всего путем карбоксилирования фосфоенолпирувата, образуются не только углеводы, но и все другие компоненты клеток — белки, нуклеиновые кислоты, липиды и т. д. Показано также, что Nitrococcus mobilis и Nitrobacter winogradskyi могут образовывать в качестве запасных продуктов поли-?-оксибутират и гликогеноподобный полисахарид. Такое же соединение обнаружено в клетках Nitrosolobus multiformis. Кроме углеродсодержащих запасных веществ, нитрифицирующие бактерии способны накапливать полифосфаты, входящие в состав метахроматиновых гранул.

Недавно установлено также, что некоторые штаммы Nitrobacter растут на среде с ацетатом и дрожжевым автолизатом не только в присутствии, но и в отсутствие нитрита, хотя и медленно. При наличии нитрита окисление ацетата подавляется, но включение его углерода в разные аминокислоты, белок и другие компоненты клеток увеличивается. Имеются, наконец, данные, что возможен рост Nitrosomonas и Nitrobacter на среде с глюкозой в диализируемых условиях, которые обеспечивают удаление продуктов ее метаболизма, оказывающих ингибиторное действие на данные микроорганизмы. На основании этого делается вывод о способности нитрифицирующих бактерий переключаться на гетеротрофный образ жизни. Однако для окончательных выводов необходимо большее число экспериментов. Важно прежде всего выяснить, как долго нитрифицирующие бактерии могут расти в гетеротрофных условиях при отсутствии специфических окисляемых субстратов.

Хемоавтотрофные нитрифицирующие бактерии имеют широкое распространение в природе и встречаются как в почве, так и в разных водоемах. Осуществляемые ими процессы могут происходить весьма в крупных масштабах и имеют существенное значение в круговороте азота в природе. Раньше считали, что деятельность нитрификаторов всегда способствует плодородию почвы, поскольку они переводят аммоний в нитраты, которые легко усваиваются растениями, а также повышают растворимость некоторых минералов. Сейчас, однако, взгляды на значение нитрификации несколько изменились. Во-первых, показано, что растения усваивают аммонийный азот и ионы аммония лучше удерживаются в почве, чем нитраты. Во-вторых, образование нитратов иногда приводит к нежелательному подкислению среды. В-третьих, нитраты могут восстанавливаться в результате денитрификации до N2, что приводит к обеднению почвы азотом.

Показано, что Arthrobacter sp. окисляет в присутствии органических субстратов аммоний с образованием гидроксиламина и далее нитритов и нитратов. Кроме того, может образовываться гидроксамовая кислота. У ряда бактерий выявлена способность осуществлять нитрификацию органических азотсодержащих соединений: амидов, аминов, оксимов, гидроксаматов, нитросоединений и др. Пути их превращения представляют следующим образом:

Размеры гетеротрофной нитрификации в некоторых случаях бывают довольно большие. Кроме того, при этом образуются некоторые продукты, обладающие токсичным, канцерогенным, мутагенным действием и соединения с химиотерапевтическим эффектом. Поэтому исследованию данного процесса и выяснению его значения для гетеротрофных микроорганизмов сейчас уделяют значительное внимание.

Источник

Азотный цикл в аквариуме

Новый аквариум остро нуждается в колониях полезных бактерий, которые осуществляют биологическую фильтрацию. А потому должен быть запущен “цикл”. Это понятие включает в себя процесс установления и созревания биологических фильтров. Чтобы правильно установить систему мы должны обеспечить источник аммиака, чтобы бактерии Nitrosomonas могли размножаться и колонизировать систему. Дабы обеспечить аквариум аммиаком, лучше подсадить туда пару рыб, выносливых к присутствию в воде аммиака и нитритов. Однако, в некоторых магазинах продаются “живые бактерии”, которые помогут запустить аквариум. При покупке “выносливой” рыбы, попросите немного гравия из аквариума, где она раньше содержалась. Гравий будет заселен бактериями, что ускорит процесс. Как только рыба попадет в аквариум, они начинает питаться и обживаться, тем самым производя аммиак. Бактерии Nitrosomonas начнут поглощать этот аммиак и заселять аквариум. Наибольшее их содержание будет находиться около систем фильтрации у поверхности, где больше всего кислорода. Так как их количество ограничено и весь аммиак переработать бактерии не в состоянии, их колонии будут разрастаться.

Есть вариант добавления аммиака в виде нитрата аммония на первом этапе запуска системы.

Нитриты образуются в результате поглощения аммиака бактериями Nitrosomonas. Чем больше бактерий, тем больше продуктов их жизнедеятельности, то есть нитритов. Бактерии Nitrobacter потребляют нитриты, а, следовательно, их колонии также будут расти, вслед за колониями Nitrosomonas. Уровень нитритов будет расти до тех пор, пока популяция Nitrobacter не достигнет таких размеров, что они будут поглощать нитриты быстрее, чем те будут образовываться. Таким образом, установится баланс в популяциях бактерий.Конечный продукт всего вышеизложенного – нитраты.

Азотный цикл

Процессы метаболизма бактерий также приводят к преобразованию одних химических соединений в другие.

Начальные и конечные химические соединения при бактериальном метаболизме

*Формы анаэробного разложения гетеротрофными бактериями.

Все процессы метаболизма, включая разложение органики, вырабатывают электроны. Например, сахарная глюкоза обеспечивает четыре электрона, когда бактерии разлагают ее до пировиноградной кислоты:

Для каждого электрона, полученного в процессе метаболизма, требуется акцептор электронов. В противном случае метаболизм (и жизнь) остановится.

Разложение гетеротрофными бактериями

Разложение органических веществ обычными (т.е. гетеротрофными) бактериями важно для растительного аквариума. Органические вещества содержат все необходимые растениям элементы, но эти элементы «заблокированы» в больших органических соединениях. Гетеротрофные бактерии преобразуют органические вещества, представленные в виде рыбного корма, растительных остатков, мертвых бактерий и т.п., в питательные вещества, которые могут использовать растения. Вот некоторые из этих преобразований.

Так как органические вещества неизменно содержат углерод, при разложении всегда выделяется CO2. Кроме того, из органической формы в питательные вещества растений гетеротрофными бактериями преобразуются и другие элементы, а не только N, P, S и С
.

В конечном счете, разложение в экосис­теме – это совокупность многих отдельных про­текающих метаболических процессов. Поэтому в устоявшемся аквариуме, разложение и выделение питатель­ных веществ растений обычно является устой­чивым, стабиль­ным и непрекращающимся процессом.

Выделение CO2 осадком зависит от количества и типа содержащейся в нем орга­ни­ки

Переработка органики в CO2 и питательные вещества, которые могут использоваться растениями – это не единственная польза от разложения. Неполное разложение растительной материи дает гуминовые вещества, которые накапливаются и в воде, и в субстрате

Нитрификация

Нитрификация – это двушаговый процесс, при котором токсичный аммиак преобразуется в нетоксичные нитраты. Нитрификация является критическим компонен­том «биологической фильтрации» в аквариумах. Можно было бы ожидать, что ответствен­ные за нитрификацию бактерии колонизировали бы всю поверхность в устоявшемся аквариуме. Однако они накапливаются в аквариумном фильтре, где имеется большое количество участков для прикрепления и обильный кислород от перемещения воды. (В «wet-dry» или «тонкоструйных» фильтрах, в которых фильтрующий носитель непрерывно контактирует с воздушным кислородом, происходит еще более сильная нитрификация).

Нитрифицирующие бактерии пресноводных аквариумов, предположительно те же, что и обнаруженные в природе Nitrosomonas и Nitrobacter, до сих пор не идентифицирова­ны. Несмотря на то, что нитрифицирующие бактерии обнаружены почти во всех грунтах и натуральных водах, во многих натуральных экосистемах они играют вторую, не критичес­кую роль

Нитрифицирующие бактерии являются хемоавтотрофными и отличаются от гетеротрофных тем, что для получения энергии они окисляют неорганические соединения (аммоний и нитриты). (Другие хемоавтотрофные бактерии окисляют H2S.) Хемоавтотрофные бактерии отличаются от подавляющего большинства бактерий, являющихся гетеротроф­ными тем, что последние получают энергию за счет разложения органических соединений, таких как белки и сахара.

Так как требования нитрифицирующих бактерий настолько отличаются от обычных (т.е. гетеротрофных) бактерий, ученые поначалу не могли их вырастить в лабораторных условиях. Нитрифицирующие бактерии просто не росли в органической питательной среде, так хорошо работавшей для других бактерий.

Фактически, органические соединения подавляли бактерии. Так было до 1890 года, когда русский ученый Виноградский открыл, что при использовании простой неорганической среды, содержащей, в основном, аммоний и карбонат кальция, бактерии начинали расти. Виноградский правильно предположил, что бактериям требуется неорганический источник углерода, такой как бикарбонаты. Фактически, нитрифицирующие бактерии подобны растениям в том, что они синтезируют большие органические соединения, из которых сами состоят (белки, сахара и др.), из небольших неорганических соединений, таких как CO2, железо, фосфаты и др. Растения используют световую энергию для обеспечения своих процессов (фотосинтеза), а нитрифицирующие бактерии – химическую (хемосинтез).

На первом шаге нитрификации одна группа бактерий преобразует аммоний в нитриты:

На втором шаге другая группа бактерий преобразует нитриты в нитраты:

Полная реакция нитрификации ( NH4 + + 2 O2 = NO3 – + H2O + 2 H + ) вырабатывает кислоту и потребляет кислород. Действительно, нитрифицирующие бактерии требуют больше кислорода, чем обычные, до 100 атомов кислорода на зафиксированный атом углерода. Поэтому, нитрифицирующие бактерии могут капризно реагировать на очистку городской воды; при обработке сточных вод, если уровень аммония достигает 2 мг/л, нитрификация может потреблять весь кислород. Нитрифицирующие бактерии полезны, но не необходимы, в аквариумах без растений. Однако в растительных аквариумах они конкурируют за аммоний с растениями. Энергия, которую получают нитрифицирующие бактерии от окисления аммония до нитратов, эквивалентна энергии, теряемой растениями

Денитрификация – это распространенный процесс, протекающий в грунтах и осадках, который преобразует нитраты в газ N2:

Многие обычные бактерии (Pseudomonas, Achromobacter, Escherichia, Bacillus, Micrococcus и др.) могут денитрифицировать Наиболее распространенными организмами являются различные штаммы Pseudomonas, Flavobacterium и Alcaligenes.

Хотя денитрификация происходит в любом месте, в котором есть нитраты, органика и анаэробные условия, она часто привязана к нитрификации. Нитрификация обеспечивает нитраты, и, за счет потребления кислорода, обеспечивает анаэробную окружающую среду. Для аквариумистов денитри­фикация является безвредным бактериаль­ным процессом, который помогает предот­вратить накопление нитратов

Нитрификация-денитрификация может привести к значительным потерям N в водных экосистемах.

Восстановление азотных удобрений в аквариумных системах спустя 27 дней (или «Куда попадает N, добавленный в аквариумы?») И нитраты, и аммоний (0.010 мг/л N каждого) были добавлены во все аквариумы. В первом наборе из 4 аквариумов только аммоний был помечен 15 N (радиоактивным азотом), в то время как во втором наборе из 4 аквариумов – только нитраты. Путем измерения радиоактивности в воде, грунте и растениях, исследователь смог отследить судьбу добавок. Каждый эксперимент дублировался. Я привела значения для различных незначительно отличавшихся аквариумов в виде диапазонов значений.

Накопление нитритов

Довольно токсичные для рыб нитриты могут накапливаться в нескольких различных бактериальных процессах, а не только в одном. Наиболее вероятные кандида­ты, приводящие к накоплению нитритов – это нитратное дыхание и неполная нитрификация. Однако два других бактериальных процесса (ДВА и денитрификация) также могут выде­лять нитриты. Все эти отдельные бактериаль­ные процессы могут вносить свой вклад в накопление нитритов в аквариумах.

Нитратное дыхание – это распростра­ненный бактериальный процесс, выполняемый множеством обычных бактерий в анаэробных условиях. Реакция, посредством которой бакте­рии используют для дыхания нитраты (NO3 – ), выглядит таким образом:

В отличие от денитрификации, при которой нитриты в дальнейшем преобразуются в газы (N2O и N2), нитриты являются конечным продуктом этой реакции. Нитратное дыхание – это наиболее важный анаэробный процесс, выполняемый обширным множеством бактерий. Поэтому из осадочных и грунтовых бактерий около 80% бактерий, способных расти в анаэробных условиях, являлись нитрат-дышащими бактериями (когда бактерии изолировано выращи­вались, они вырабатывали нитриты). Оставшиеся 20% анаэробных бактерий являлись денитрифицирующими бактериями (т.е., когда бактерии изолировано выращивались на нитратах, они вырабатывали N2, а не нитриты).

Когда аквариумы запускаются впервые, в течение нескольких недель в воде могут накапливаться нитриты. Это связано с тем, что бактерии, преобразующие аммоний в нитриты, обустраиваются в аквариуме первыми. Дополнительные 4 недели могут потребоваться для бактерий, преобразующих нитриты в нитраты. (Нитрификация не является полнофункциональной, пока не пройдет приблизительно 8 недель). Нитрификация не всегда доходит до завершения. Это часто случается, когда стрессы окружающей среды (кислотность, низкая температура и др.) подавляют бактерии, ответственные за окисление нитритов, больше, чем бактерии, ответственные за окисление аммиака. Накопление нитритов происходит, когда второй шаг нитрификации

больше не обрабатывает нитриты, производимые на первом шаге

Бактерии используют нитраты еще одним способом помимо денитрификации и нитратного дыхания. Очевидно, многочисленные бактерии преобразуют нитраты в аммоний способом, называемым «диссимиляторная выработка аммония» или ДВА. Этот способ связан с ферментацией и выработкой энергии; поэтому он происходит даже когда имеется адекватное количество аммония.

Токсичность разных элементов азотного цикла сильно различается. Реакция для ДВА выглядит таким образом:

ДВА вырабатывает значительное количество аммония в некоторых осадках, и в пресноводных, и в морских. Исследователи, отслеживая судьбу добавленных нитратов, обнаружили, что ДВА часто соперничает с денитрификацией в обработке нитратов. Хотя большое количество аммония, выработанного в процессе ДВА, перерабатывается обратно в нитраты (посредством нитрификации), ДВА представляется самым важным бактериальным процессом в азотном цикле.

Иногда ДВА не доходит до завершения; когда это случается, могут накапливаться нитриты. Так, одна грунтовая бактерия (Citrobacter sp) в определенных условиях преобразовывала 97% добавленных нитратов в нитриты (В других условиях она вырабатывала N2O и NH4+.)

Самый ядовитый это аммиак, но к счастью в воде рН около 7 его практически не содержится, при таких значениях рН аммиак переходит в форму существенно менее ядовитого аммония. Но уже при рН 7.5 опасность резко возрастает и аммония становится 0.5%, при рН=8 – 5%, а при рН=8.4 уже 10%. Так что если у вас в аквариуме живут африканские цихлиды, то аммиак становится реальной опасностью.

Следующие по токсичности нитриты NO2 – . При отравлении нитритами жабры у рыб становятся коричневого цвета, у рыб наблюдается удушье, угнетенное состояние. Предельная концентрация нитритов в пресноводном аквариуме считается порядка 0.1мг/л. Токсичность нитритов снижается в морской и соленой воде благодаря наличию в воде ионов кальция и хлора.

Наименее токсичны в аквариуме нитраты. Их предельное содержание может быть очень высоким, если их уровень растет медленно, то нередки ситуации когда рыбы годами живут при уровне нитратов порядка 200мг/л. Но безопасным уровнем для нормального аквариума считается до 50мг/л, для морского до 20мг/л ( в соленой воде нитраты токсичнее).

З. Не корректно сказал)) Все остальное, кроме азота – это уже не азотный цикл. Это совершенно другие процессы, протекающие при жизнедеятельности совершенно других микроорганизмов. Я говорила, и еще раз подчеркну, что кроме азотного цикла в аквариуме параллельно протекают много других процессов, которые тоже влияют на состояние системы в целом, но с азотным циклом никак не связаны

Восстановление железа и марганца

Когда кислород и нитраты заканчиваются, многие бактерии в субстрате могут использовать железо (Fe) или марганец (Mn) для того чтобы принимать электроны, вырабатываемые в процессе метаболизма. Такое «химическое восстановление» Fe и Mn растворяет эти два металла, давая корням растений возможность их поглотить. Поэтому, анаэробные бактерии являются критическими в обеспечении растений Fe и Mn.

Хотя в грунтах меньше Mn, чем Fe, окисленный Mn является лучшим акцептором электронов, чем окисленное Fe Поэтому, если Mn в наличии имеется, он будет использован до Fe. Следующая реакция описывает восстановление Mn электронами, выработанными в процессе метаболизма бактерий:

В этой реакции Mn переходит из выпавшей в осадок окиси (MnO2) в растворимый катион (Mn 2+ ), который затем может попасть в корни растений. Очевидно, использовать MnO2 в качестве акцептора электронов может широкий диапазон бактерий и микрогрибков.

Когда заканчивается MnO2, бактерии используют железо для приема электронов:

Как и для Mn, нерастворимая выпавшая в осадок окись, в данном случае Fe(OH)3, преобразуется в растворимый ион (Fe 2+ ). Корни растений быстро поглощают железо в форме Fe 2+

Выработка сероводорода

Сероводород (H2S), легко образуемый в аквариумных субстратах – омерзительно воняющий чрезвычайно токсичный газ Действительно, обнаружено, что для мелких млекопитающих он более токсичен, чем аммиак

Имеется два источника H2S. Первым источником является обычное разложение белков гетеротрофными бактериями, во время которого белковая SH-группа выделяется в виде H2S:

Вторым источником H2S является специализированное восстановление сульфатов бактериями Desulfovibrio и Desulfotomaculm. При анаэробном разложении органики эти бактерии используют сульфаты в качестве акцептора электронов:

Разрушение сероводорода

В присутствии кислорода различные бактерии быстро окисляют сероводород (H2S) до сульфатов. (Эта реакция является аналогом реакции нитрификации, в которой крайне токсичная молекула преобразуется в безвредную соль.) Полная реакция окисления H2S выглядит так:

Окисление H2S выполняется аэробно хемоавтотрофными бактериями, такими как Thiobacillus, Thiothrix и Beggiatoa, или анаэробно в присутствии света фотосинтезирующими бактериями (Chlorobacteriaceae и Thiorhodaceae

Хемоавтотрофные бактерии – одни из самых полезных в аквариумах. Во-первых, они защищают корни растений, уничтожая в субстрате токсичный H2S.

Во-вторых, они защищают рыб. Газ H2S, вырабатываемый в субстрате или в любом другом скоплении анаэробных остатков, быстро окисляется H2S-окисляющими бактериями. Эти бактерии населяют поверхностный слой субстрата и, вероятно, окисляют всякий вырабатываемый снизу H2S.

Ферментация и метаногенез

Ферментация включает в себя разрушение органики ферментирующими бактериями до различных жирных кислот, спиртов, уксусной кислоты, газа водорода и CO2. Некоторые органические кислоты и спирты умеренно угнетают корни растений

Окисление метана

Бактериальные процессы в аквариуме

Бактерии влияют на переработку питательных веществ и вырабатывание (и разрушение) ингибирующих соединений, таких как аммиак, нитриты, уксусная кислота и сероводород. Тот факт, что бактерии нельзя увидеть, не должен уменьшать их важность в аквариумах.

Вероятно, наиболее важными бактериальными процессами в растительном аквариуме является разложение органики. Постепенное разложение органики гетеротрофными бактериями в питательные вещества растений – это естественные и непрерывный процесс. В то время как CO2 и другие питательные вещества для получения хорошего роста растений можно добавить искусственно, контролируемое разложение гетеротрофными бактериями преобразует излишек рыбного корма и растительные остатки в питательные вещества, которые могут использоваться растениями. Без переработки гетеротрофными бактериями органика просто накапливалась бы и была бы недоступна для растений.

В аквариумах, содержащих землю, разложение грунтовой органики бактериями может обеспечить растения богатым начальным запасом CO2. Действительно, я рассчитала, что «средний» грунтовый субстрат обеспечивает растения достаточным количеством CO2 приблизительно на 11 месяцев

В таблице перечислены некоторые из основных эффектов, которые оказывают на растительный аквариум описанные в нашей беседе бактериальные процессы.

Эффекты бактериальных процессов в аквариумной экосистеме.

*Процессы, которые происходят во время анаэробного разложения гетеротрофными бактериями

Влияние некоторых элементов на процесс нитрификации

Есть и еще один компонент потенциального воздействия на эффективность нитрификации в аквариуме – удобрения и микроэлементы. Разные химические элементы и вещества по разному, причем далеко не всегда отрицательно, воздействуют на микрофлору аквариума и это тоже желательно учитывать. Кальций. Высокое содержание кальция важно для обмена веществ Nitrosomonas, при недостатке кальция эффективность нитрификации снижается.

Магний. Содержание магния важно для бактерий группы Nitrobakter. Однако слишком высокие дозы (более 75мг/л) уменьшает и окисление аммония и нитритов.

Сульфат. Сульфаты блокируют нитрификацию обеих групп бактерий – и Nitrosomonas и Nitrobacter.

Железо. Железо при концентрации 10мг/л может замедлить превращение нитрита в нитрат, в то же время окисление аммония в нитрит поддерживать.

Калий. Калий положительно влияет на процесс окисления аммония в нитриты.

Фосфат. Добавка фосфат-ионов оказывает положительное влияние на процесс окисления аммония в нитриты.

Марганец. Марганец положительно влияет на процесс окисления как аммония, так и нитритов.

Хлорид. Хлорид положительно влияет на окисление аммония и нитритов.

Молибден. Молибден положительно влияет на окисление аммония и нитритов.

Кобальт. Кобальт отрицательно влияет на окисление нитритов до нитратов.

Медь. Медь отрицательно влияет на окисление нитритов до нитратов.

Цинк. Концентрация цинка от 0,48мг/л оказывает отрицательное влияние на окисление нитритов до нитратов.

Таким образом такие элементы и вещества как фосфор, магний, кальций и калий, а также, особо фосфаты – играют большую положительную роль для нормальной нитрификации в аквариуме.

С медицинскими препаратами все сложнее. Фактически все препараты так или иначе подавляют процесс нитрификации, те которые подавляют незначительно не так опасны, но некоторые воздействуют очень сильно, вплоть до полной остановки процесса нитрификации. К сожалению, различные источники могут приводить разную степень воздействия для одного и того же препарата, вероятно это может объясняться разными химическими параметрами воды, в частности рН. Данные по некоторым препаратам сведены в таблицу.

Источник