Войти
Денитрифицирующие бактерии - это разнообразная группа бактерий, которые охватывают множество разных типов. Эта группа бактерий вместе с денитрифицирующими грибами и архей способна выполнять денитрификацию как часть азотного цикла. Денитрификация осуществляется различными денитрифицирующими бактериями, которые широко распространены в почвах и отложениях и которые используют окисленные соединения азота в отсутствие кислорода в качестве конечного акцептора электронов. Они метаболизируют азотистые соединения с помощью различных ферментов, превращая оксиды азота обратно в азот газ (
Биологические признаки очень разнообразны. Денитрифицирующие бактерии были идентифицированы в более чем 50 родах с более чем 125 различными видами и, по оценкам, составляют 10-15% популяции бактерий в воде, почве и отложениях.
Денитрифицирующие бактерии включают, например, несколько видов Pseudomonas, Bacillus и другие.
Pseudomonas stutzeri, вид денитрифицирующих бактерий Большинство денитрифицирующих бактерий являются факультативными аэробными гетеротрофами, которые переключаются с аэробного дыхания на денитрификацию, когда заканчивается кислород как доступный концевой акцептор электронов (TEA). Это заставляет организм использовать нитраты для использования в качестве чая. Поскольку разнообразие денитрифицирующих бактерий настолько велико, эта группа может процветать в широком диапазоне сред обитания, включая некоторые экстремальные условия, такие как среды с высокой степенью засоления и высокой температурой. Аэробные денитрификаторы могут проводить аэробный респираторный процесс, при котором нитрат постепенно превращается в N 2 (NO 3 → NO 2 → NO → N 2 O → N 2) с использованием нитратредуктазы (Nar или Nao), нитритредуктазы (Nir), редуктазы оксида азота (Nor) и редуктазы закиси азота (Nos). Филогенетический анализ показал, что аэробные денитрификаторы в основном относятся к α-, β- и γ-протеобактериям.
Денитрифицирующие бактерии используют денитрификацию для выработки АТФ.
Наиболее распространенные Процесс денитрификации описан ниже, при этом оксиды азота превращаются обратно в газообразный азот:
2 NO 3 + 10 e + 12 H → N 2 + 6 H 2O
В результате получается одна молекула азота и шесть молекул воды. Денитрифицирующие бактерии являются частью цикла азота и заключаются в отправке азота обратно в атмосферу. Вышеуказанная реакция представляет собой общую половину реакции процесса денитрификации. Реакция может быть далее разделена на различные половинные реакции, каждая из которых требует определенного фермента. Превращение нитрата в нитрит осуществляется нитратредуктазой (Nar)
NO3+ 2 H + 2 e → NO 2 + H 2O
Нитритредуктаза (Nir), затем превращает нитрит в оксид азота
2 NO 2 + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 H 2O
Редуктаза оксида азота (Nor) затем превращает оксид азота в оксид азота
2 NO + 2 H + 2 e → N 2 O + H 2O
Редуктаза закиси азота (Nos) прекращает реакцию, превращая закись азота в диазот
N2O + 2 H + 2 e → N 2 + H 2O
Важно отметить, что любой из продуктов, полученных на любом этапе, может быть обменен с почвенной средой.
Анаэробная денитрификация, связанная с окислением метана, впервые была обнаружена в 2008 году, когда было обнаружено выделение метанокисляющего бактериального штамма, который окисляет метан независимо. В этом процессе используются избыточные электроны от окисления метана для восстановления нитратов, эффективно удаляя как фиксированный азот, так и метан из водных систем в средах обитания, от отложений до торфяных болот и многослойных водных столбов.
Процесс анаэробной денитрификации может внести значительный вклад глобальным циклам метана и азота, особенно в свете недавнего притока обоих из-за антропогенных изменений. Степень антропогенного воздействия метана на атмосферу, как известно, является важным фактором изменения климата, учитывая, что он в несколько раз сильнее, чем углекислый газ. Удаление метана широко считается полезным для окружающей среды, хотя степень роли, которую денитрификация играет в глобальном потоке метана, не совсем понятна. Было показано, что анаэробная денитрификация как механизм способна удалять избыток нитратов, вызванный стоком удобрений, даже в гипоксических условиях.
Кроме того, могут использоваться микроорганизмы, которые используют этот тип метаболизма. в биоремедиации, как показано в исследовании углеводородного загрязнения в Антарктике в 2006 году, а также в исследовании 2016 года, которое успешно увеличило скорость денитрификации за счет изменения среды обитания бактерий. Считается, что денитрифицирующие бактерии являются высококачественными биоремедиаторами из-за их способности адаптироваться к множеству различных сред, а также отсутствия каких-либо токсичных или нежелательных остатков, оставшихся от других метаболизмов.
Было обнаружено, что денитрифицирующие бактерии играют значительную роль в окислении метана (CH4) (где метан преобразуется в CO2, воду и энергию) в глубоких пресноводных водоемах вода. Это важно, потому что метан является вторым по значимости антропогенным парниковым газом, его потенциал глобального потепления в 25 раз выше, чем у углекислого газа, а пресная вода вносит основной вклад в глобальные выбросы метана.
Исследование, проведенное на Европейское Боденское озеро обнаружило, что анаэробное окисление метана в сочетании с денитрификацией - также называемое нитрат / нитрит-зависимое анаэробное окисление метана (н-дамо) - является основным стоком метана в глубоких озерах. Долгое время считалось, что уменьшение выбросов метана происходит только за счет аэробных метанотрофных бактерий. Однако окисление метана также происходит в бескислородных или обедненных кислородом зонах пресноводных водоемов. В случае Боденского озера этим занимаются M. oxyfera-подобные бактерии. Бактерии, подобные M. oxyfera, - это бактерии, похожие на Candidatus Methylomirabilis oxyfera, который представляет собой вид бактерий, который действует как денитрифицирующий метанотроф.
Результаты исследования на Боденском озере показали, что нитрат был истощен в воде в на той же глубине, что и метан, что позволяет предположить, что окисление метана было связано с денитрификацией. Можно сделать вывод, что окисление метана осуществляют M. oxyfera-подобные бактерии, поскольку их численность достигает пика на той же глубине, где встречаются профили метана и нитрата. Этот процесс n-damo важен, потому что он помогает снизить выбросы метана из глубоководных пресноводных водоемов и помогает превращать нитраты в газообразный азот, уменьшая избыток нитратов.
Процесс денитрификации может снизить плодородие почвы в виде азота, что способствует росту ограничивающий фактор, удаляется из почвы и теряется в атмосфере. Эти потери азота в атмосферу в конечном итоге могут быть восполнены за счет введенных питательных веществ в рамках азотного цикла. Некоторое количество азота также может быть зафиксировано видами нитрифицирующих бактерий и цианобактерий. Еще одна важная экологическая проблема, связанная с денитрификацией, заключается в том, что в процессе обычно образуются большие количества побочных продуктов. Примерами побочных продуктов являются оксид азота (NO) и закись азота (N 2 O). NO - озон разрушающие вещества, а N 2 O - мощный парниковый газ, который может способствовать глобальному потеплению.
Денитрифицирующие бактерии являются важным компонентом очистки сточных вод. Сточные воды часто содержат большое количество азота (в форме аммония или нитрата ), которые могут нанести вред здоровью человека и экологическим процессам, если их не обработать. Для удаления азотистых соединений и очистки загрязненных вод использовались многие физические, химические и биологические методы. Процесс и методы различаются, но обычно они включают преобразование аммония в нитрат и, наконец, в газообразный азот. Одним из примеров этого являются бактерии, окисляющие аммиак, обладают метаболической функцией, которая в сочетании с другими метаболическими процессами, связанными с круговоротом азота, такими как окисление нитрита и денитрификация, позволяет удалять азот из сточных вод в активном иле. Поскольку денитрифицирующие бактерии гетеротрофны, источник органического углерода доставляется бактериям в бескислородном бассейне. При отсутствии кислорода денитрифицирующие бактерии используют кислород, содержащийся в нитрате, для окисления углерода. Это приводит к образованию газообразного азота из нитрата, который затем пузырится из сточных вод.
