Бактерии денитрификаторы

Экология СПРАВОЧНИК

Денитрифицирующие бактерии в значительном количестве развивались на глубине до 1 м.

Денитрифицирующие бактерии относятся к анаэробным. Освобожденный кислород вторично используется для окисления органических веществ. Освобождающийся азот в виде газа выделяется в атмосферу.

Денитрифицирующие бактерии относятся к факультативным анаэробным бактериям.

Денитрифицирующие бактерии, восстанавливающие ннтра-ты в нитриты, обнаружены в большом количестве в подстилке почв всех вырубок и леса. Число клеток их на 1 г почвы всегда превышало миллион, а в некоторых пробах достигало 4 миллионов.

Денитрифицирующие бактерии, восстанавливающие нитриты до свободного азота, в иочвах леса и луговиковых вырубок были обнаружены только один раз в подстилке почвы, взятой в осенний период. В подстилке кипрейно-паловых вырубок представителен этой подгруппы денитрифицирующих бактерий насчитывалось от нескольких сотен до 2 миллионов в 1 г почвы во все сроки взятия проб и до 100—200 тыс. в 1 г почвы в подзолистом горизонте.

Бактерии встречаются даже в самых отдаленных от берега местах Ледовитого океана. Б. Л. Исаченко обнаружил нитрифицирующие, денитрифицирующие бактерии, а также бактерии, восстанавливающие сернокислые соли и усваивающие атмосферный азот (Azotobactвr и С1. ра,51еиг1апит) на глубине 100 м при общей глубине моря 180 м. Морские микробы лучше развиваются при содержании в воде 2—3% хлористого натрия.

Денитрифицирующие бактерии потребляют те же макроэлементы, что и аэробные гетеротрофные микроорганизмы. В качестве источника азота и в том и в другом случае аммоний предпочтительнее нитрата. В городских стоках проблем с макроэлементами обычно не бывает, а вот промышленные стоки иногда могут быть обеднены фосфором.

Денитрифицирующие бактерии способны использовать самые разнообразные источники энергии, в том числе и неорганические вещества (табл. 3.11).Наибольший интерес среди органических субстратов с этой точки зрения представляют вещества, содержащиеся в стоке и иле, — так называемые внутренние источники энергии.

Метановые бактерии требуют .для своей жизнедеятельности простых органических веществ. Сложные органические соединения, например углеводы, разлагаются при участии бактерий молочнокислого, маслянокислого брожения и других микроорганизмов, образуя жирные кислоты, спирты, а также двуокись углерода и водород. Жирные кислоты разлагаются с образованием метана и углекислоты при действии сульфатредущирующих, денитрифицирующих и метановых бактерий.

Метановые бактерии требуют для своей жизнедеятельности простых органических веществ. Предварительные и промежуточные стадии разложения осуществляются за счет других видов бактерий. Например, расщепление углеводов до более простых молекул происходит при участии бактерий молочнокислого и маслянокислого брожения, дрожжей, кишечной палочки и других бактерий. Их обмен веществ приводит к жирным кислотам, спиртам, а также к углекислоте и водороду.

Эта группа бактерий делится на семь различных биотипов в зависимости от некоторых специфических признаков: способности синтезировать пигменты фенаэинового типа, образовывать леван из сахарозы, а также по наличию сильных денитрифицирующих свойств.

Концентрацию бактерий Хв можно установить по результатам дыхательного теста , где дыхание при 20 °С на 1 кг бактерий в сточной воде может, например, составлять 200 г О2/4. Фракцию денитрифицирующих бактерий можно определить параллельно в дыхательном тесте с нитратом в качестве акцептора электронов (около 70 г N0 — (кг бактерий • ч).

Под действием денитрифицирующих бактерий связанный кислород отщепляется от нитритов и ннтратов и вновь расходуется на окисление органических веществ. Этот процесс называется денитрификацией. Условиями осуществления процесса денитрификации являются: наличие органических: веществ, небольшой доступ кислорода, нейтральная или слабощелочная реакция.

Многие из обычных бактерий способны переключаться от использования кислорода как конечного акцептора электронов к нитрату. Система транспорта электронов у денитрифицирующих бактерий такая же, как у аэробных микроорганизмов. Исключение составляет лишь последняя стадия, в которой принимает участие нитрат(или нитрит)редуктаза. Выбор бактерией конечного акцептора электронов зависит от величины окислительновосстановительного потенциала между последним цитохромом в цепи переноса и кислородом (или нитратом). Выбор этот всегда решается в пользу кислорода, поэтому при совместном присутствии кислорода и азота в системе бактерия дышит кислородом, а не осуществляет денитрификацию.

В подзолистом горизонте денитрифицирующих бактерий обнаружено несколько меньше, максимум 1 миллион па 1 г почвы.

Это нормальное содержание денитрифицирующих бактерий.

Для количественного учета денитрифицирующих бактерий •следует брать среду Гильтая без аспарагина, добавлять к ней 1.5% агар-агара и нейтрализовать до рН=7.0—7.2. Испытуемый материал из ряда последовательных десятикратных разведений «носят в стерильные пробирки и заливают стерильной вышеуказанной средой до пробки. О развитии бактерий судят по образованию в столбиках агара пузырей азота.

По содержанию других групп бактерий — денитрифицирующих и .маелянсжислых —почвы всех луговнковых вы,рубок и леса мало отличались друг от друга.

Самой многочисленной группой бактерий в активном иле (50— !0%) являются бактерии, относящиеся к семейству Pseudomona-laceae, в том числе виды, окисляющие метан (Methanomonas sp.), штриты (Nitrosomonas sp.), молекулярный водород (Hydrogeno-nonas sp.), восстановленные соединения серы (Sulfomonas sp.) и ф. . Бактерии рода Pseudomonas окисляют фенолы, жир-ше кислоты, альдегиды, спирты , алканы, начтены , ароматические углеводороды и др. Из представителей других семейств микроорганизмы рода Mycobacterium (5—15%) способны окислять различные углеводороды, рода Bacterium (до 30 видов) — нефть, парафины, нафтены, фенолы , альдегиды, жирные кислоты и др. В активных илах, окисляющих алифатические углеводороды, содержится 5—20% Bacillus. Кроме того, в активных илах имеются аммонифицирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие бактерии, серобактерии (Thiobacterium, Thiothrix), сульфатредуцирующие бактерии (Desulfatomoculum, Desulfovibrio), а также Actinomyces, Nocardia, Sarcina и др.

Сульфаты для десульфурирующих бактерий и нитраты для денитрифицирующих бактерий являются источниками кислорода, с помощью которого они окисляют органические вещества и получают энергию. В метантенках присутствуют и водородные бактерии. Аккумулируемая ими энергия выделяется при образовании воды.

В качестве источников углерода денитрифицирующие бактерии хорошо используют сахара, соли различных органических кислот и некоторые спирты.

Содержащиеся в подземных водах бактерии выполняют большую геохимическую работу, видоизменяя химический и газовый состав вод. Следует подчеркнуть, что многие развивающиеся в подземных водах бактерии являются безвредными для здоровья человека и даже участвуют в бактериальной очистке вод от загрязнения.

Осуществляется денитрификация группой бактерий, носящей общее название денитрификаторов (Вас1. (1еш1;пНсап8, Вас1;. Этот процесс возникает и особенно интенсивно развивается в условиях, когда в почве отсутствует воздух, почва имеет щелочную реакцию и в избытке неразложившееся органическое вещество, богатое клетчаткой, глюкозой или другими углеводами. Денитрифицирующие бактерии быстро окисляют органическое вещество, используя для этой цели кислород нитратов. Процесс восстановления нитратов носит эндотермический характер, то есть реакция протекает с затратой энергии.

В процессе гниения трупов растений и животных денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в свободный азот (Ж)2 -> Ж)а -» N20 -> N2, который уходит в атмосферу, но азотфиксирую-щие бактерии снова конвертируют атмосферный азот в органические соединения, доступные для усвоения растениями.

Обычно на канализационных очистных сооружениях денитрифицирующие бактерии представлены родами Psendomonos, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus.

В Венгрии нашли, что в деятельности нитрифицирующих бактерий в лесу наблюдаются два максимума — весенний и осенний. Эти максимумы совпадают с понижением жизнедеятельности денитрифицирующих бактерий, вызывающих обратный процесс — восстановление из селитры свободного азота. Кроме того, на наступление осеннего максимума может влиять то действие света, связанное с утеплением почвы, о котором было сказано выше.

Нитраты можно перевести в свободный азот под действием денитрифицирующих бактерий. В установках с применением биологической очистки часть азота, первоначально находившегося в органических соединениях, отделяется в виде ЫН/, таким образом, вода на выходе из очистителя должна быть хорошо насыщена воздухом, чтобы с помощью нитрифицирующих бактерий перевести ИН/ в ЫОз . В заключение должны быть созданы строго анаэробные условия для превращения с помощью денитрифицирующих бактерий нитратов в элементный азот (уравнение 2.22).

По характеру обмена веществ—это организмы-восстановители. Денитрифицирующие бактерии способны к восстановлению азота до элементарного состояния, сульфатредуцирующие —серу до сероводорода. В анаэробных условиях разложение органики продолжается до водорода; образуются также углеводороды.

Окружающая среда влияет на поведение фосфор-аккумулирующих бактерий так же, как и на поведение денитрифицирующих и аэробных гетеротрофных бактерий. На практике для осуществления процесса аккумуляции фосфора важно выполнение двух требований: чередование анаэробных и аэробных условий, отсутствие нитрата в анаэробной фазе.

В каждом грамме ила примерно содержится: а) от 100 тыс. до 1 млн. бактерий, восстанавливающих сульфаты; б) от 10 до 100 тыс. тионовых бактерий; в) около 1000 нитрифицирующих бактерий; г) от 10 до 100 тыс. денитрифицирующих бактерий; д) примерно по 100 анаэробных и аэробных разрушителей клетчатки.

В биосфере фиксация азота осуществляется несколькими группами анаэробных бактерий и цианобактерий при нормальных температуре и давлении благодаря высокой эффективности биокатализа. Считается, что бактерии переводят в связанную форму приблизительно 1 млрд т азота в год (мировой объем промышленной фиксации — около 90 млн т). В клубеньковых бактериях бобовых растений фиксация азота осуществляется с помощью сложного ферментного комплекса, защищенного от избытка кислорода специальным растительным гемоглобином. Непосредственный продукт биофиксации — аминогруппа ЫН2 — включается в круговорот, в котором участвуют уже все организмы, но главную роль играют еще три группы почвенных и водных бактерий: нитрифицирующие, нитратообразующие и денитрифицирующие бактерии (рис. 3.6). Продукты жизнедеятельности первых двух видов бактерий — нитриты и нитраты, а также соли аммония! — составляют основу азотного питания растений, которые образуют аминокислоты, пептиды и белки. Проходя через обмен веществ на всех трофических уровнях, эти соединения разлагаются с освобождением N, и цикл повторяется. Денитрифицирующие бактерии переводят избыток нитратов в молекулярный азот.

Фиксация атмосферного азота. Ни одно зеленое растение не может питаться непосредственно азотом атмосферы. Так как в результате деятельности денитрифицирующих бактерий непрерывно идет уменьшение в природе запасов связанного азота и перевод его в атмосферный азот, то жизни на земле грозила бы неминуемая гибель из-за азотного голода. Однако существует группа микроорганизмов, способная связывать атмосферный азот, делая его доступным для растений. Эти микроорганизмы называются азотфиксирующими бактериями, они разделяются на клубеньковые бактерии, развивающиеся на корнях бобовых •растений, и на свободно живущие в почве.

В почве потенциально луговиковых вырубок сокращается деятельность грибной флоры. На вырубках 5 — 8-летнего и старше возраста аэробные целлюлозоразрушающие бактерии содержатся в незначительных количествах, а в почве однолетних вырубок, наоборот, наблюдается интенсивный рост этих бактерий. Это способствует быстрому накоплению питательных веществ и, следовательно, создает благоприятные предпосылки для возобновления леса и улучшения роста молодого поколения.

Концентрацию активного ила можно измерять в кгВВ/м3, кг БВБ/м3 или кг ХПК(Б)/м3. В каждом случае следует указывать размерность. Под БВБ, например, может подразумеваться общее БВБ в иле, либо содержание нитрифицирующих бактерий в иле, измеренное в единицах БВБ, либо содержание денитрифицирующих бактерий и т. д. Однако, если Х2 — это концентрация активной биомассы (живые бактерии), то соответствующая скорость реакции должна иметь в знаменателе ту же размерность.

При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие затем в воздух и воду океана. В биосфере в результате нитрификации-окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерий образуются различные оксиды азота (N2O, NO, N02, N2O3 и N2O5), которые являются основой образования азотной кислоты. Азотная кислота, соединяясь с металлами, дает соли. В результате деятельности денитрифицирующих бактерий соли азотной кислоты восстанавливаются до азотистой кислоты и далее до свободного азота.

Условия, при которых окисляющим агентом является не кислород, а нитрат, называют аноксическими. Денитрификация происходит в природе повсеместно там, где имеется нитрат и отсутствует (или почти отсутствует) кислород. Большинство денитрифицирующих бактерий — факультативные аэробы, т. е. при наличии кислорода они предпочитают его в качестве окислителя.

Исследователей долгое время интересовал вопрос, не происходит ли в результате денитрификации постоянное уменьшение в природе запасов связанного азота, поскольку азот, поступающий в атмосферу, уже больше не используется ни растениями, ни животными. Казалось, что денитрифицирующие бактерии сделают со временем всякую жизнь на земле невозможной. Однако с открытием азотфиксирующих микробов эти опасения рассеялись. Оказалось, что существуют микробы, которые избирательно поселяются на корнях белковых растений, образуя особые наросты-клубеньки. Эти клубеньки представляют собой болезнь растения, с которой оно затем успешно справляется, убивая бактерий своими соками и используя затем азот, накопленный азотфиксирующими бактериями. Теоретически этот процесс был изучен лишь в конце XIX века, однако на практике он известен с глубокой древности. Так, еще древнеримские писатели советовали сажать на истощенную землю бобовые растения и таким способом возвращать ей плодородие.

Скорость потребления фосфата в аноксических условиях можно описать таким же выражением, какое используется для аэробных условий. Однако значения этих скоростей являются пониженными по сравнению со скоростями для аэробных условий. Степень снижения зависит от содержания денитрифицирующих бактерий среди ФАО, которое на практике составляет 50-70%.

В природе имеются значительные запасы азота. Во-первых, большие количества азота входят в состав населяющих землю организмов, главным образом растений. При отмирании этих организмов азот попадает в почву и водоемы и подвергается воздействию микроорганизмов. Сначала аммонифицирующие микроорганизмы превращают органический азот в минеральный, доступный растениям. Далее нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты, переводя таким образом азот в еще более доступную для растений форму. Параллельно происходит процесс восстановления нитратов до молекулярного азота. Этот процесс осуществляется денитрифицирующими бакте-териями и ведет к переходу азота в атмосферу и обеднению почвы. Фиксация атмосферного азота клубеньковыми и свободноживущи-ми азотфиксирующими бактериями вновь обогащает почву связанным азотом.

Денитрификания — процесс биохимического восстановления нитратного и нитритного азота в оксиды и свободный азот — используется как ступень биологической очистки сточных вод от азотсодержащих соединений. Для процесса денитрификации требуется наличие в очищаемой воде специфического легкораэлагаемого биохимическим путем органического субстрата. Он подвергается, как правило, полному окислению до С02 и Н20. Денитрифицирующие бактерии (гетеротрофы, присутствующие в сточных водах в большом количестве) могут окислять очень широкий круг органических веществ: углеводорода, спирты и органические кислоты. Если процесс денитрификации проводят с биологически очищенной водой, практически лишенной исходных органических веществ, то в качестве углеродного питания чаще всего используют метанол. Последний полностью потребляется в процессе денитрификации и не способствует вторичному загрязнению очищенных сточных вод.

Круговорот азота. На рис. 4.2 показаны три способа изображения сложного круговорота азота; каждая из схем иллюстрирует «какую-то существенную общую особенность или движущую силу. На рис. 4.2,А подчеркивается цикличность перемещений и приведены виды микроорганизмов, осуществляющие основные типы обмена азотом между организмами и средой. Азот протоплазмы переводится из органической в неорганическую форму в результате деятельности ряда бактерий-редуцентов, причем каждый вид выполняет свою часть работы. Некоторое количество азота переводится в конце концов в аммиак и нитрат — формы, наиболее пригодные для использования зелеными растениями. Воздух, на 80% «состоящий из азота, представляет собой крупнейший «резервуар» и одновременно «предохранительный клапан» системы. Азот постоянно поступает в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий и постоянно возвращается в круговорот в результате деятельности азотфиксирующих бактерий или водорослей (биологическая фиксация азота), а также действия электрических разрядов (молний) и других физических процессов, в которых происходит фиксация азота.

Наличие бентосных организмов в открытых водных источниках имеет весьма существенное значение для характеристики этих источников. В зависимости от экологических факторов эти микроорганизмы подразделяют на морские, пресноводные, микроорганизмы соленых озер, болот, ручьев, рек, водопадов, горячих ключей и минеральных источников. В пресноводных источниках бентосные микроорганизмы принимают участие в очистке воды: органические вещества они минерализуют, а восстановленные вещества неорганического происхождения окисляют; доминирующая роль в этих процессах принадлежит микробам. Самым богатым на бактерии является поверхностный слой ила, который оказывает весьма существенное влияние на развитие и жизнедеятельность микроорганизмов в водоемах и водотоках. В самоочищении вод значительная роль принадлежит нитчатым серо- и железобактериям. Первые окисляют сероводород в соли серной кислоты, чем предохраняют рыбу от гибели; вторые — железо (II) в железо (III). На дне водоемов происходят также процессы брожения с образованием метана и углекислоты.В 1 г ила содержится от 100 тыс. до 1 млн. бактерий, восстанавливающих сульфаты; от 10 до 100 тыс. тионовых, около 1000 нитрифицирующих, от 10 до 100тыс. денитрифицирующих бактерий; около 100 анаэробных и такое же количество аэробных разрушителей клетчатки. В иле встречаются также бактерии, окисляющие метан и водород, возбудители брожения, анаэробный фиксатор атмосферного азота и др.

При разрушении нефти в морской среде накапливаются продукты неполного окисления некоторых углеводородов, которые, в свою очередь, являются субстратом для дальнейшего воздействия микрофлоры; это гидроперекиси ROOH, спирты ROH, фенолы С6Н5ОН, кетоны RCOR, альдегиды RCHO, органические кислоты, аминокислоты, пигменты, липиды, сахара, полисахариды. Понятно, что сложность состава нефтей и нефтепродуктов требует разнообразия микроорганизмов, способных атаковать как компоненты нефти, так и продукты метаболизма. Поэтому сырые нефти и индивидуальные углеводороды более эффективно разрушаются смешанным бактериальным населением, чем отдельными штаммами.

БАКТЕРИИ ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩИЕ

Смотреть что такое «БАКТЕРИИ ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩИЕ» в других словарях:

  • бактерии денитрифицирующие — бактерии, способные осуществлять денитрификацию. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.) … Словарь микробиологии

  • Денитрифицирующие бактерии — Денитрифицирующие бактерии бактерии, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота (см. Денитрификация). К ним относятся представители более 150 видов из 50 родов (в том числе Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus и Micrococcus), не… … Википедия

  • денитрифицирующие бактерии — — Тематики биотехнологии EN denitrifying bacteria … Справочник технического переводчика

  • Денитрифицирующие бактерии — бактерии, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота (см. Денитрификация). К Д. б. относятся представители Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus и Micrococcus. Все Д. б. Аэробы и могут окислять органическое вещество за счёт кислорода … Большая советская энциклопедия

  • денитрифицирующие бактерии — denitrifikuojančios bakterijos statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Dirvožemyje, vandens telkinių dumble gyvenančios bakterijos, aerobinėmis sąlygomis naudojančios orą, o anaerobinėmis – nitratų deguonį. atitikmenys: angl.… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

  • микроорганизм денитрифицирующие — (син. бактерии денитрифицирующие) анаэробные М., восстанавливающие нитраты до нитритов, аммиака или свободного азота; принимают участие в почвенном обезвреживании отходов и в начальной стадии очистки сточных вод … Большой медицинский словарь

  • Микрооргани́зм — ( ы) (Микро + Организм, син. микроб) мельчайший организм, невидимый невооруженным глазом. Микроорганизмы анаэробные см. Анаэробы. Микроорганизмы аэробные М., нуждающиеся для своей жизнедеятельности в наличии свободного кислорода в окружающей… … Медицинская энциклопедия

  • МИКРООРГАНИЗМЫ АНАЭРОБНЫЕ — способные развиваться в бескислородной среде либо за счет процессов брожения, либо за счет использования связанного кислорода хим … Геологическая энциклопедия

  • ПОЧВА — ПОЧВА, сложный комплекс органических и минеральных соединений, возникший на поверхности земной коры в результате физ. хим. и биол. процессов. Учение о почве интересует врача гигиениста, сан. врача и эпидемиолога, поскольку П. играет огромную роль … Большая медицинская энциклопедия

  • АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ — анаэробы (от греч. an отрицат. частица, аer воздух и bios жизнь), организмы, способные жить и развиваться при отсутствии в среде свободного кислорода. Термин «анаэробы» ввёл Л. Пастер, открывший в 1861 бактерии маслянокислого брожения. А. о.… … Биологический энциклопедический словарь