Menurut jenis nutrisinya, semua organisme hidup yang diketahui dibagi menjadi dua jenis besar: hetero- dan autotrof. Ciri khas yang terakhir adalah kemampuan mereka untuk secara mandiri membangun elemen baru dari karbon dioksida dan zat anorganik lainnya.
Sumber energi yang mendukung aktivitas vitalnya menentukan pembagiannya menjadi fotoaphtotrof (sumber cahaya) dan kemoautotrof (sumber mineral). Dan tergantung pada nama substrat yang dioksidasi oleh chemoauthorthophytes, mereka dibagi menjadi bakteri hidrogen dan nitrifikasi, serta bakteri belerang dan besi.
Artikel ini akan dikhususkan untuk kelompok yang paling umum di antara mereka - bakteri nitrifikasi.
Riwayat penemuan
Bahkan pada pertengahan abad ke-19, para ilmuwan Jerman membuktikan bahwa proses nitrifikasi bersifat biologis. Secara empiris, mereka menunjukkan bahwa ketika kloroform ditambahkan ke air limbah, oksidasi amonia berhenti. Tetapi untuk menjelaskan mengapa ini terjadi, mereka tidakbisa.
Ini dilakukan beberapa tahun kemudian oleh ilmuwan Rusia Vinogradsky. Dia mengidentifikasi dua kelompok bakteri yang secara bertahap mengambil bagian dalam proses nitrifikasi. Jadi, satu kelompok memastikan oksidasi amonium menjadi asam nitrat, dan kelompok bakteri kedua bertanggung jawab atas konversinya menjadi asam nitrat. Semua bakteri nitrifikasi yang terlibat dalam proses ini adalah Gram-negatif.
Fitur proses oksidasi
Proses pembentukan nitrit dengan oksidasi amonium memiliki beberapa tahap, di mana senyawa yang mengandung nitrogen dengan derajat oksidasi gugus NH yang berbeda terbentuk.
Produk pertama oksidasi amonium adalah hidroksilamina. Kemungkinan besar, itu terbentuk karena masuknya molekul oksigen ke dalam kelompok NH4, meskipun proses ini akhirnya belum terbukti dan masih diperdebatkan.
Selanjutnya, hidroksilamin diubah menjadi nitrit. Agaknya, proses tersebut dilakukan melalui pembentukan NOH (hiponitrit) dengan pelepasan nitro oksida. Dalam hal ini, para ilmuwan menganggap produksi nitrit oksida hanya sebagai produk sampingan dari sintesis, karena reduksi nitrit.
Selain produksi unsur kimia, sejumlah besar energi dilepaskan selama denitrifikasi. Mirip dengan apa yang terjadi pada organisme aerobik heterotrofik, dalam hal ini sintesis molekul ATP dikaitkan dengan proses redoks, akibatnya elektron ditransfer ke oksigen.
Saat nitrit teroksidasi, proses transpor balik memainkan peran pentingelektron. Masuknya elektronnya ke dalam rantai terjadi langsung di sitokrom (tipe C dan / atau tipe A), dan ini membutuhkan energi yang cukup besar. Akibatnya, bakteri nitrifikasi chemoautotrophic sepenuhnya disediakan dengan cadangan energi yang diperlukan, yang digunakan untuk proses membangun dan mengasimilasi karbon dioksida.
Jenis bakteri nitrifikasi
Empat genera nitrobacteria mengambil bagian dalam fase pertama nitrifikasi:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Omong-omong, Anda dapat melihat bakteri nitrifikasi pada gambar yang disarankan (foto di bawah mikroskop).
Secara eksperimental, di antara mereka cukup sulit, dan seringkali sama sekali tidak mungkin untuk memilih salah satu budaya, sehingga pertimbangan mereka sangat kompleks. Semua mikroorganisme yang terdaftar berukuran hingga 2-2,5 mikron dan sebagian besar berbentuk oval atau bulat (dengan pengecualian nitrospira, yang berbentuk tongkat). Mereka mampu membelah biner dan gerakan terarah karena flagela.
Tahap kedua nitrifikasi mengambil bagian:
- genus Nitrobacter;
- jenis nitrospin;
- nitrococus.
Strain bakteri yang paling banyak dipelajari dari genus Nitrbacter, dinamai menurut penemunya Vinogradsky. Bakteri nitrifikasi ini memiliki sel berbentuk buah pir, berkembang biak dengan tunas, dengan pembentukan sel anak yang mobile (karena flagel).
Struktur bakteri
Bakteri nitrifikasi yang diteliti memiliki struktur seluler yang serupa dengan mikroorganisme gram negatif lainnya. Beberapa di antaranya memiliki sistem membran internal yang cukup berkembang yang membentuk tumpukan di tengah sel, sementara yang lain lebih terletak di pinggiran atau membentuk struktur berbentuk cangkir, terdiri dari beberapa daun. Rupanya, dengan formasi inilah enzim terkait yang terlibat dalam proses oksidasi substrat tertentu oleh nitrifier.
Jenis makanan bakteri nitrifikasi
Nitrobacteria adalah autotrof obligat, karena mereka tidak dapat menggunakan zat organik eksogen. Namun, kemampuan beberapa strain bakteri nitrifikasi untuk menggunakan beberapa senyawa organik telah dibuktikan secara eksperimental.
Ditemukan bahwa substrat yang mengandung ragi autolisat, serin dan glutamat dalam konsentrasi rendah, merangsang pertumbuhan nitrobakteri. Hal ini terjadi baik dengan adanya nitrit maupun ketidakhadirannya dalam media nutrisi, meskipun prosesnya jauh lebih lambat. Sebaliknya, dengan adanya nitrit, oksidasi asetat ditekan, tetapi penggabungan karbonnya ke dalam protein, berbagai asam amino, dan komponen seluler lainnya meningkat secara signifikan.
Sebagai hasil dari beberapa percobaan, diperoleh data bahwa bakteri nitrifikasi masih dapat beralih ke nutrisi heterotrofik, tetapi seberapa produktif dan berapa lama mereka dapat bertahan dalam kondisi seperti itu masih harus dilihat. Asalkan datanya mencukupitidak konsisten untuk menarik kesimpulan akhir tentang masalah ini.
Habitat dan pentingnya bakteri nitrifikasi
Bakteri nitrifikasi adalah kemoautotrof dan tersebar luas di alam. Mereka ditemukan di mana-mana: di tanah, berbagai substrat, serta badan air. Proses aktivitas vital mereka memberikan kontribusi yang besar terhadap keseluruhan siklus nitrogen di alam dan bahkan dapat mencapai proporsi yang sangat besar.
Misalnya, mikroorganisme seperti nitrocystis oceanus, diisolasi dari Samudra Atlantik, termasuk halofil obligat. Itu hanya bisa ada di air laut atau substrat yang mengandungnya. Untuk mikroorganisme seperti itu, tidak hanya habitat yang penting, tetapi juga konstanta seperti pH dan suhu.
Semua bakteri nitrifikasi yang diketahui diklasifikasikan sebagai aerob obligat. Mereka membutuhkan oksigen untuk mengoksidasi amonium menjadi asam nitrat dan asam nitrat menjadi asam nitrat.
Kondisi habitat
Poin penting lainnya yang telah diidentifikasi oleh para ilmuwan adalah bahwa tempat di mana bakteri nitrifikasi hidup tidak boleh mengandung bahan organik. Teori yang dikemukakan bahwa mikroorganisme ini pada prinsipnya tidak dapat menggunakan senyawa organik dari luar. Mereka bahkan disebut autotrof obligat.
Selanjutnya, efek merugikan dari glukosa, urea, pepton, gliserin dan organik lainnya pada bakteri nitrifikasi telah berulang kali terbukti, tetapi percobaan tidak berhenti.
Pentingnya bakteri nitrifikasi untuktanah
Sampai saat ini, diyakini bahwa nitrifier memiliki efek menguntungkan pada tanah, meningkatkan kesuburannya dengan memecah amonium menjadi nitrat. Yang terakhir ini tidak hanya diserap dengan baik oleh tanaman, tetapi juga dengan sendirinya meningkatkan kelarutan mineral tertentu.
Namun, dalam beberapa tahun terakhir, pandangan ilmiah telah berubah. Efek negatif dari mikroorganisme yang dijelaskan pada kesuburan tanah terungkap. Bakteri nitrifikasi, membentuk nitrat, mengasamkan lingkungan, yang tidak selalu positif, dan juga memprovokasi kejenuhan tanah dengan ion amonium lebih besar daripada nitrat. Selain itu, nitrat memiliki kemampuan untuk direduksi menjadi N2 (selama denitrifikasi), yang pada gilirannya menyebabkan penipisan nitrogen di tanah.
Apa bahaya bakteri nitrifikasi?
Beberapa strain nitrobacteria dengan adanya substrat organik dapat mengoksidasi amonium, membentuk hidroksilamin, dan selanjutnya nitrit dan nitrat. Juga, sebagai akibat dari reaksi tersebut, asam hidroksamat dapat terjadi. Selain itu, sejumlah bakteri melakukan proses nitrifikasi berbagai senyawa yang mengandung nitrogen (oksim, amina, amida, hidroksamat, dan senyawa nitro lainnya).
Skala nitrifikasi heterotrofik dalam kondisi tertentu tidak hanya besar, tetapi juga sangat merugikan. Bahayanya terletak pada kenyataan bahwa selama transformasi semacam itu, pembentukan zat beracun, mutagen, dan karsinogen terjadi. Oleh karena itu, para ilmuwan sangat dekatsedang mempelajari topik ini.
Filter biologis yang selalu ada
Bakteri nitrifikasi bukanlah konsep abstrak, tetapi bentuk kehidupan yang sangat umum. Apalagi mereka sering digunakan oleh manusia.
Misalnya, bakteri ini adalah bagian dari filter biologis untuk akuarium. Jenis pembersihan ini lebih murah dan tidak sesulit pembersihan mekanis, tetapi pada saat yang sama memerlukan kepatuhan terhadap kondisi tertentu untuk memastikan pertumbuhan dan aktivitas vital bakteri nitrifikasi.
Iklim mikro yang paling menguntungkan bagi mereka adalah suhu lingkungan (dalam hal ini air) sekitar 25-26 derajat Celcius, pasokan oksigen yang konstan dan keberadaan tanaman air.
Bakteri nitrifikasi di bidang pertanian
Untuk meningkatkan hasil, petani menggunakan berbagai pupuk yang mengandung bakteri nitrifikasi.
Nutrisi tanah dalam hal ini disediakan oleh nitrobacteria dan azotobacteria. Bakteri ini mengekstrak zat yang diperlukan dari tanah dan air, yang membentuk energi dalam jumlah yang cukup besar selama proses oksidasi. Inilah yang disebut proses kemosintesis, ketika energi yang diterima digunakan untuk membentuk molekul kompleks yang berasal dari organik dari karbon dioksida dan air.
Mikroorganisme ini tidak memerlukan nutrisi dari lingkungannya - mereka dapat memproduksinya sendiri. Jadi, jika tumbuhan hijau, yang juga autotrof, membutuhkansinar matahari, maka bakteri nitrifikasi tidak diperlukan.
Membersihkan sendiri tanah
Tanah adalah substrat yang ideal untuk pertumbuhan dan reproduksi tidak hanya tanaman, tetapi juga banyak organisme hidup. Oleh karena itu, kondisi normal dan komposisi yang seimbang sangatlah penting.
Harus diingat bahwa bakteri nitrifikasi juga menyediakan pembersihan biologis tanah. Mereka, berada di tanah, reservoir atau humus, mengubah amonia, yang dilepaskan oleh mikroorganisme lain dan bahan organik limbah, menjadi nitrat (lebih tepatnya, menjadi garam asam nitrat). Seluruh proses terdiri dari dua langkah:
- Oksidasi amonia menjadi nitrit.
- Oksidasi nitrit menjadi nitrat.
Pada saat yang sama, setiap tahap disediakan oleh jenis mikroorganisme yang berbeda.
Yang disebut lingkaran setan
Peredaran energi dan pemeliharaan kehidupan di Bumi dimungkinkan karena ketaatan pada hukum tertentu tentang keberadaan semua makhluk hidup. Sekilas, sulit untuk memahami apa yang dipertaruhkan, tetapi sebenarnya semuanya cukup sederhana.
Mari kita bayangkan gambar berikut dari buku teks sekolah:
- Zat anorganik diproses oleh mikroorganisme dan dengan demikian menciptakan kondisi yang menguntungkan di dalam tanah untuk pertumbuhan dan nutrisi tanaman.
- Mereka, pada gilirannya, merupakan sumber energi yang sangat diperlukan bagi sebagian besar herbivora.
- Rantai berikutnya dari mata rantai kehidupan ini adalah predator, energinya adalah,masing-masing, rekan herbivora mereka.
- Orang-orang dikenal sebagai predator puncak, yang berarti kita bisa mendapatkan energi dari dunia tumbuhan dan hewan.
- Dan sisa kehidupan kita sendiri, begitu juga tumbuhan dan hewan itu sendiri, berfungsi sebagai substrat nutrisi bagi mikroorganisme.
Dengan demikian, lingkaran setan diperoleh, terus berfungsi dan memberikan kehidupan bagi semua kehidupan di Bumi. Mengetahui prinsip-prinsip ini, tidak sulit untuk membayangkan betapa beragam dan tidak terbatasnya kekuatan alam dan semua makhluk hidup.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kami mencoba menjawab pertanyaan tentang apa itu bakteri nitrifikasi dalam biologi. Seperti yang Anda lihat, terlepas dari bukti tak terbantahkan tentang aktivitas vital, fungsi, dan pengaruh mikroorganisme ini, masih banyak masalah kontroversial yang memerlukan penelitian eksperimental lebih lanjut.
Bakteri nitrifikasi diklasifikasikan sebagai kemotrof. Berbagai mineral berfungsi sebagai sumber energi bagi mereka. Meskipun ukurannya mikroskopis, organisme hidup ini memiliki dampak besar pada dunia di sekitar mereka.
Seperti yang Anda ketahui, kemotrof tidak dapat menyerap senyawa organik yang ada di substrat (tanah atau air). Sebaliknya, mereka menghasilkan bahan bangunan untuk menciptakan sel yang hidup dan berfungsi.
