БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ
КОНЦЕПЦИЯ МИКРОБНОЙ ДОМИНАНТЫ СОГЛАСНО КОНЦЕПЦИИ МИКРОБНОЙ ДОМИНАНТЫ БАКТЕРИИ СЫГРАЛИ ВЕДУЩУЮ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ БИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПОЧВЫ, КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ АТМОСФЕРЫ, БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ЯВЛЯЮТСЯ РЕЗУЛЬТАТОМ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ СОВРЕМЕННОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ЯВЛЯЕТСЯ СЛЕДСТВИЕМ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ И, ПРЕЖДЕ ВСЕГО, МИКРООРГАНИЗМОВ
ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ, ЧТО ДО ПОЯВЛЕНИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ АТМОСФЕРНЫЕ ГАЗЫ НАХОДИЛИСЬ В ВОССТАНОВЛЕННОМ СОСТОЯНИИ: АЗОТ В ФОРМЕ АММИАКА, КИСЛОРОД - В ВИДЕ ПАРОВ ВОДЫ, А УГЛЕРОД – В ВИДЕ МЕТАНА В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ОНИ СУЩЕСТВУЮТ В ОКИСЛЕННОЙ ФОРМЕ: АЗОТ И КИСЛОРОД – В ВИДЕ ПРОСТЫХ ГАЗОВ (N 2 И O 2), А УГЛЕРОД – В ВИДЕ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
СКОПЛЕНИЯ МНОГИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В ВИДЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОБУСЛОВЛЕНЫ БИОХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ, КОТОРЫЕ ПРОИСХОДИЛИ С УЧАСТИЕМ МИКРООРГАНИЗМОВ (ОТЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗА, КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ, СЕРЫ, КАМЕННОГО УГЛЯ, НЕФТИ, ПРИРОДНОГО ГАЗА, БОКСИТОВ И ДР. )
В ПРИРОДЕ ПРОИСХОДИТ ПОСТОЯННЫЙ КРУГОВОРОТ ЭЛЕМЕНТОВ, В КОТОРОМ УЧАСТВУЮТ КАК РАСТЕНИЯ И ЖИВОТНЫЕ, ТАК И МИКРООРГАНИЗМЫ ВСЕ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (УГЛЕРОД, КИСЛОРОД, АЗОТ, СЕРА И ФОСФОР) ПОДВЕРГАЮТСЯ ЦИКЛИЧЕСКИМ ПРЕВРАЩЕНИЯМ ЭТИ ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ НАЗЫВАЮТСЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКИМИ ЦИКЛАМИ. ОНИ ДЕЙСТВУЮТ КАК В ПЛАНЕТАРНОМ МАСШТАБЕ, ТАК И В КОНКРЕТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ РАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЗАИМОСВЯЗАНЫ
ЦЕНТРАЛЬНОЕ МЕСТО В БИОГЕОХИМИЧЕСКАИХ ЦИКЛАХ ЗАНИМАЕТ КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА И СОПРЯЖЁННЫЙ С НИМ КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ В РЕЗУЛЬТАТЕ • КИСЛОРОДНОГО ФОТОСИНТЕЗА И • АЭРОБНОГО ДЫХАНИЯ
В РЕЗУЛЬТАТЕ КИСЛОРОДНОГО ФОТОСИНТЕЗА ПРОИСХОДИТ ФИКСАЦИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА, УГЛЕРОД ИЗ ОКИСЛЕННОЙ ФОРМЫ ПЕРЕХОДИТ В ВОССТАНОВЛЕННУЮ (В КОТОРОЙ ОН НАХОДИТСЯ В ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ); • • ПРИ ЭТОМ ВОССТАНОВЛЕННАЯ ФОРМА КИСЛОРОДА (Н 2 О) ОКИСЛЯЕТСЯ ДО МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА (О 2) (ОКСИГЕННЫЕ ФОТОАУТОТРОФЫ) • БЛАГОДАРЯ ДИССИМИЛЯЦИОННЫМ ПРОЦЕССАМ АЭРОБНОГО ДЫХАНИЯ ПРОИСХОДИТ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ. ПРИ ЭТОМ ПОГЛОЩАЕТСЯ КИСЛОРОД И ВЫДЕЛЯЕТСЯ УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ; • ПРИ ЭТОМ ПРОИСХОДИТ ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ДО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОССТАНОВЛЕННОЙ ФОРМЫ КИСЛОРОДА (Н 2 О) (АНАЭРОБНЫЕ ХЕМООРГАНОТРОФЫ)
БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА САПРОФИТЫ СПОСОБСТВУЮТ МИНЕРАЗИЦИИ МЁРТВЫХ ОСТАТКОВ, ПЕРЕВОДЯ УГЛЕРОД В УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ. ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИКИ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ БАКТЕРИИ И ГРИБЫ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА РАСТЕНИЯ И ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ ЖИВОТНЫЕ МИКРОБЫ О 2 Н 2 О СО 2
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ ДО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ВОДЫ ПРОИСХОДИТ В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ ТРАНСФОРМИРУЮТСЯ В ВОССТАНОВЛЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА ИЛИ РАЗЛАГАЮТСЯ ДО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И МЕТАНА МЕТАНООБРАЗОВАНИЕ И МЕТАНОПОТРЕБЛЕНИЕ ЗАНИМАЮТ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДА ВАЖНОЕ МЕСТО МЕТАН ОБРАЗУЕТСЯ БАКТЕРИЯМИ-МЕТАГОГЕНАМИ. ЕГО КОЛИЧЕСТВО ДОСТИГАЕТ 1 МЛРД. ТОНН В ГОД. МЕТАН ЯВЛЯЕТСЯ ОДНОЙ ИЗ ПРИЧИН ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА. В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ ОН ПОТРЕБЛЯЕТСЯ МЕТАНОТРОФНЫМИ БАКТЕРИЯМИ, КОТОРЫЕ СНИЖАЮТ ЕГО КОЛИЧЕСТВО В АТМОСФЕРЕ
МЕТАНООБРАЗУЮЩИЕ БАКТЕРИИ ОТНОСЯТСЯ К АРХЕБАКТЕРИЯМ, ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ ПОЛИМОРФИЗМОМ И СПОСОБНОСТЬЮ ЖИТЬ В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. ЭТО АУТОТРОФЫ ПОЛУЧАЮТ ЭНЕРГИЮ В ПРОЦЕССЕ ОКИСЛЕНИЯ ВОДОРОДА, КОТОРЫЙ ЯВЛЯЕТСЯ ДОНОРОМ ЭЛЕКТРОНОВ. ПРИ ЭТОМ ПРОИСХОДИТ СОПРЯЖЁННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ УГЛЕКИСЛОТЫ: 4 Н 2 + СО 2 2 Н 2 О + СН 4 ТАК КАК УГЛЕКИСЛОТА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ КАК АКЦЕПТОР ЭЛЕКТРОНОВ, ТО ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ НАЗЫВАЮТ КАРБОНАТНЫМ ДЫХАНИЕМ
УЧАСТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В КРУГОВОРОТЕ АЗОТА ОСНОВНЫМИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ, СВЯЗАННЫМИ С ПРЕВРАЩЕНИЕМ АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ ЯВЛЯЮТСЯ • АММОНИФИКАЦИЯ, • НИТРИФИКАЦИЯ, • ДЕНИТРИФИКАЦИЯ, • ФИКСАЦИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА
АММОНИФИКАЦИЯ (ГНИЕНИЕ) – ЭТО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ (БЕЛКА, МОЧЕВИНЫ, НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ, ХИТИНА И ДР. ) С ОСВОЮОЖДЕНИЕМ АММИАКА. АЗОТ ИЗ НЕДОСТУПНОЙ ДЛЯ РАСТЕНИЙ ФОРМЫ ПРИ ЭТОМ ПЕРЕХОДИТ В ДОСТУПНУЮ. АММОНИФИКАЦИЮ ОСУЩЕСТВЛЮТ ГРИБЫ И БАКТЕРИИ (BACILLUS, PSEUDOMONAS, PROTEUS И ДР. ) ВЫСВОБОЖДАЮЩИЙСЯ АММИАК ОБРАЗУЕТ С РАЗЛИЧНЫМИ КИСЛОТАМИ АММОНИЙНЫЕ СОЛИ – ИСТОЧНИК АЗОТА ДЛЯ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ И МИКРООРГАНИЗМОВ
НИТРИФИКАЦИЯ – ЭТО ПРОЦЕСС ОКСИЛЕНИЯ АММИАКА ДО НИТРИТОВ И НИТРАТОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЙ НИТРИФИЦИРУЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ. НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ – ЭТО ХЕМОЛИТОТРОФЫ (В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ ОНИ ИСПОЛЬЗУЮТ ПРОЦЕССЫ ОКСИЛЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НИТРИФИКАЦИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ДВУХФАЗНЫМ ПРОЦЕССОМ: 1 -Я ФАЗА –ОКИСЛЕНИЕ СОЛЕЙ АММОНИЯ ДО СОЛЕЙ АЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ (НИТРИТОВ) ОСУЩЕСТВЛЯЮТ АММОНИЙОКИСЛЯЮЩИЕ БАКТЕРИИ (NITROSOMONAS, NITROCOCCUS, NATROSOLOBUS И ДР. ); 2 -Я ФАЗА – ОКИСЛЕНИЕ НИТРИТОВ ДО НИТРАТОВ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ НИТРИТОКИСЛЯЮЩИЕ БАКТЕРИИ (NITROBACTER, NITROCOCCUS И ДР. ) ВСЕ НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ – ЭТО ОБЛИГАТНЫЕ АЭРОБЫ И АУТОТРОФЫ
В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА (КОМПОСТЫ, СТОЧНЫЕ ВОДЫ) РАСПРОСТРАНЁН ПРОЦЕСС ГЕТЕРОТРОФНОЙ НИТРИФИКАЦИИ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЙ ГЕТЕРОТРОФНЫМИ БАКТЕРИЯМИ (ПСЕВДОМОНАДАМИ, БАЦИЛЛАМИ И ДР. ). ПРИ ЭТОМ ГЕТЕРОТРОФНАЯ НИТРИФИКАЦИЯ НЕ ЯВЛЕТСЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭТИХ БАКТЕРИЙ
РЕЗУЛЬТАТОМ НИТРИФИКАЦИИ СТАНОВИТСЯ ОБРАЗОВАНИЕ НИТРАТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ РАСТЕНИЯМИ И МИКРОБАМИ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ АЗОТА В ПРОЦЕССЕ АССИМИЛЯЦИОННОЙ НИТРАТРЕДУКЦИИ. ПРИ ЭТОМ НИТРАТ ВОССТАНАВЛИВАЕТСЯ ДО НИТРИТА, А ЗАТЕМ ДО АММИАКА, КОТОРЫЙ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ СИНТЕЗА АЗОТСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ КЛЕТКИ
ДЕНИТРИФИКАЦИЯ – ЭТО ПРОЦЕСС ВОССТАНАВЛЕНИЯ НИТРАТОВ ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ В ОТСУТСТВИИ КИСЛОРОДА ДО ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА (N 2), ОКИСИ (NО) И ЗАКИСИ АЗОТА (N 2 О), КОТОРЫЕ ПОСТУПАЮТ В АТМОСФЕРУ, СОЗДАВАЯ ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ. ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ ИСПОЛЬЗУЮТ В КАЧЕСТВЕ КОНЕЧНЫХ АКЦЕПТОРОВ ЭЛЕКТРОНОВ НИТРАТЫ, ОСУЩЕСТВЛЯЯ НИТРАТНОЕ ДЫХАНИЕ. В ХОДЕ НИТРАТНОГО ДЫХАНИЯ ОБРАЗУЕТСЯ АТФ. ОБРАЗОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА ЗАМЫКАЕТ ЦИКЛ КРУГОВОРОТА АЗОТА
УЧАСТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В КРУГОВОРОТЕ СЕРЫ МИКРООРГАНИЗМЫ ИГРАЮТ ВАЖНУЮ РОЛЬ В ЭТАПАХ ПРЕВРАЩЕНИЯ СЕРЫ: • МИНЕРАЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ СЕРЫ, • ОКИСЛЕНИИ МИНЕРАЛЬНОЙ СЕРЫ, • ВОССТАНОВЛЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ СЕРЫ. МИКРООРГАНИЗМЫ УЧАСТВУЮТ В АССИМИЛЯЦИИ СУЛЬФАТОВ. ПРОЦЕССЫ ПРЕВРАЩЕНИЯ СЕРЫ ПРОИСХОДЯТ ОДНОВРЕМЕННО С АММОНИФИКАЦИЕЙ (ГНИЕНИЕМ) С ОБРАЗОВАНИЕМ СЕРОВОДОРОДА И МЕРКАПТАНОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМОГО АММОНИФИЦИРУЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ. ВТОРЫМ ИСТОЧНИКОМ СЕРОВОДОРОДА ЯВЛЯЮТСЯ СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ БАКТЕРИИ. ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ В КАЧЕСТВЕ АКЦЕПТОРОВ ЭЛЕКТРОНОВ В ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ. В КАЧЕСТВЕ ДОНОРОВ ЭЛЕКТРОНОВ СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ БАКТЕРИИ ИСПОЛЬЗУЮТ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ИЛИ ВОДОРОД. ЭТОТ ПРОЦЕСС НАЗЫВАЕТСЯ СУЛЬФАТНЫМ ДЫХАНИЕМ (DESULFOVIBRIO, DESULFOCOCCUS И ДР. )
СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ БАКТЕРИИ
В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ ОКСИЛЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА И ДРУГИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВОССТАНОВЛДЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ ПРОИСХОДИТ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ХЕМОЛИТОТРОФНЫХ ТИОНОВЫХ БАКТЕРИЙ, А ТАКЖЕ СЕРОБАКТЕРИЙ. В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ СЕРОВОДОРОД ОКИСЛЯЕТСЯ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИМИ ПУРПУРНЫМИ ИЛИ ЗЕЛЁНЫМИ СЕРОБАКТЕРИЯМИ, КОТОРЫЕ АССИМИЛИРУЮТ УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ (АНОКСИГЕННЫЙ ФОТОСИНТЕЗ). ПРИ АНОКСИГЕННОМ ФОТОСИНТЕЗЕ ОБРАЗУЕТСЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ СЕРА, КОТОРАЯ ВПОСЛЕДСТВИИ ОКСИЛЯЕТСЯ ДО СУЛЬФАТОВ, ЗАМЫКАЯ ЦИКЛ СЕРЫ
БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГ ФОСФОРА ВКЛЮЧАЕТ МИНЕРАЛИЗАЦИЮ И АССИМИЛЯЦИЮ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ. В МИНЕРАЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА ОСУЩЕСТВЛЯЮТ МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ВИДЫ БАКТЕРИЙ И ГРИБОВ. ОСВОБОЖДАЮЩИЕСЯ ПРИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ИОНЫ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ СОЕДИНЯЮТСЯ С ИОНАМИ МЕТАЛЛОВ, ОБРАЗУЯ ФОСФОРНОКИСЛЫЕ СОЛИ КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ, ЖЕЛЕЗА И ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ. РАСТЕНИЯ И МНОГИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ ПОГЛОЩАЮТ ФОСФАТНЫЕ ИОНЫ, СИНТЕЗИРУЯ ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Скачать презентацию БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ КОНЦЕПЦИЯ МИКРОБНОЙ ДОМИНАНТЫ СОГЛАСНО
БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ.ppt