-
RELAIILE MICROBIOLOGIEI CU MEDIU
ROLUL MICROORGANISMELOR IN NATURAMicroorganismele au un rol
important in solubilizarea elementelor minerale indispensabile
vieii plantelor: calciu, azot, fosfor, sulf, potasiu - circuitul
diferitelor elemente: C, N, P, S.Circuitul carbonului complex
Cronologia procesului :n aer exista CO2 singura sursa de carbon
pentru plantele verzi; n cloroplastele frunzelor E solar + CO2
transformat de ctre microorganisme n compui organici compleci
(glucide, lipide si protide) proces condiionat de existena unei
cantiti suficiente de CO2 in atmosfera.
-
CIRCUITUL AZOTULUICIRCUITUL AZOTULUI - azotul intr n compoziia
tuturor organismelor vii,Cronologia transformrilor compuilor
organici cu azot procese: amonificarea proces n care sub aciunea
microorganismelor (bacterii, mucegaiuri, actinomicete) compui
organici azotoi transformai n compui minerali cu azot i sruri de
amoniu; nitrificarea proces de transformare legat de oxidarea
amoniacului, la nceput n acid azotos i apoi in acid azotic -
procesul biologic cel mai rspndit n sol i de mare importanta pentru
agricultura, deoarece plantele utilizeaz azotul sub forma de nitrai
aciune a doua grupe de microorganisme numite generic " bacterii
nitrificatoare
-
Prima etap, cu obinere de acid azotos, se realizeaz de ctre
bacteriile nitroase, NITROSOBACTERII (genul Nitrosomonas, genul
Nitrospira, genul Nitrosocystis);A doua etap, cu obinere de acid
azotic i sruri azotate, se realizeaz de ctre bacteriile nitrice,
NITROBACTERII (genul Nitrobacter). A treia etap denitrificarea faza
n care srurile azotate sunt reduse la azot molecular, sub aciunea
microorganismelor: Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Bacterium
denitrificans, Pseudomonas denitrificans, Thiobacillus
denitrificans.A patra etap fixarea azotului molecular - ultima
veriga conduce la mbogirea solului n azot, fenomen foarte
important, determinat de faptul ca plantele verzi nu pot asimila
singure azot atmosferic prin acest proces, se menine echilibrul n
azot. Fixarea azotului molecular se face cu ajutorul bacteriilor
fixatoare de azot simbiotice i asimbiotice (Rhizobium).
-
CIRCUITUL SULFULUI - proces cu obinere de acid sulfuric, este
important prin faptul c formarea H2SO4 uureaz trecerea srurilor
minerale n stare solubil, crescnd astfel cantitatea de compui
minerali accesibili plantelor. Procesul este produs de
sulfo-bacterii i tiobacterii.
Circuitul fosforului - se realizeaz n trei etape: 1.
mineralizarea fosforului organic prin trecerea n fosfai - are
importan deoarece compuii organici cu fosfor nu pot fi utilizai de
ctre plante; 2. "mobilizarea fosforului" - se face prin aciunea
bacteriilor nitrificatoare i a tiobacteriilor; 3. reducerea
fosfailor de ctre bacteriile anaerobe, cu formare de acid fosforos,
acid hipofosforic i hidrogen sulfurat.Acest proces duce la
pierderea unor fosfai elemente nutritive pentru plante;poate fi
evitat printr-o bun aeraie a solului. In acest sens, se poate
folosi un preparat cu bacterii, care mbuntete nutriia cu fosfor a
plantelor. Preparatul se numete "Fosfobacterin" i transform
fosforul din compuii organici in forma mineral.
-
CIRCUITUL FIERULUI - fierul intr n constituia esuturilor
vegetale sub forma de compui organici moartea plantelor procedee de
fermentare microbian compuii organici mineralizai oxidai de ctre
bacterii in fier feric (Fe2+), fier feros (Fe3+) - refolosit de
ctre plante. Concluzie - microorganismele circuitul complet al
fierului.
-
Circuitul carbonului se realizeaz printr-o mare diversitate de
MECANISME patru etape principale:Organizarea i ncorporarea
carbonului mineral n materia vie,Utilizarea substanelor organice de
ctre consumatorii primari i secundari,Descompunerea sau
mineralizarea substanelor organice cu degajare de CO2,Constituirea
rezervelor de carbon organic i mineral sub form de humus sau de
depozite geologice.Microorganismele intervin n meninerea unui
echilibru ntre ncorporarea bioxidului de carbon n substane organice
(fotosintez, chimiosintez, asimilaie la animale) i procesele de
mineralizare care l restituie atmosferei .
-
Schema circuitului biogeochimic al carbonului
Cantitatea cea mai mare de carbon din natur se afl sub form de
CO2, care provine din erupii vulcanice, prelucrri industriale sau
ca produs de catabolism al organismelor vii. Rezervorul carbonului
atmosfera unde acest element se gsete sub form de CO2 n proporie de
0,032%.
-
Circuitul carbonului este ntreinut de dou procese
contradictorii: fotosinteza scoate carbonul din rezervor i-l fixeaz
respiraia restituie bioxidul de carbon atmosferei.
CaracteristiciFotosinteza este ntotdeauna mai intens dect
respiraia. Circuitul carbonului nu se compenseaz exact. Carbonul
nerestituit imediat prin respiraie, intr n formarea biomasei n
cadrul ciclurilor trofice ntoarcerea sa n atmosfer este ncetinit.
Restituirea atmosferic a C se face prin descompunerea microbiologic
+ mineralizarea materiei organice moarte de origine vegetal i
animal. Cantitativ restituia prin mineralizare a substanei organice
~90% din cantitatea total de bioxid de carbon restituit atmosferei.
O parte din substanele organice ies pentru un timp din circuitul
intern al carbonului i se depoziteaz ca zcminte de combustibili
organici i zcminte de carbonat de calciu mobilizate prin activitate
antropogen.
-
Microorganismele fotosintetizante i microorganismele
chimiolitotrofe , prin procese de fotosintez i respectiv
chimiosintez, determin ncorporarea carbonului mineral (CO2) n
materia vie. n aceste procese CO2 este redus cu eliberare de O2 n
atmosfer. ntre circuitul carbonului i al oxigenului exist o strns
ntreptrundere. Orice reducere a CO2, prin ncorporarea carbonului n
substane organice este nsoit de oxidarea apei i eliberarea
oxigenului i orice oxidare a carbonului din substane organice
(reacii de respiraie i combustie), implic formarea i eliberarea de
CO2 concomitent cu reducerea O2 din ap
Corelaia ntre circuitul carbonului i al oxigenului
-
Substanele organice organisme moarte dejeciile eliminate n
timpul vieii n sol sau n bazinele acvatice procese de biodegradare
prin variate mecanisme biochimice microorganisme Biodegradarea
mineralizarea total a substanelor organice i eliberarea de CO2,
indiferent de procesele prin care are loc i de produii intermediari
rezultai.Marea diversitate de substane organice acumulate n sol i
ape presupune existena a numeroase organisme de mineralizare. O
importan deosebit prezint biodegradarea resturilor vegetale n
poliglucide i substane aromatice.Glucidele simple (ozele) i
oligoglucidele vegetale mineralizate cu mare uurin de toate
microorganismele heterotrofe surs unic de carbon i energie greu
mineralizate unele poliglucide i substane organice complexe
macromoleculare.CELULOZOLIZACeluloza componenta principal a
esuturilor vegetale important compus cu carbon din sol i ape.
Biodegradarea celulozei pna la CO2 i ap = celulozoliz o mare
varietate de microorganisme celulozolitice, aerobe i anaerobe,
aparinnd bacteriilor i ciupercilor.Ageni de biodegradare. Cele mai
importante genuri i specii de bacterii : Vibrio, Cellvibrio,
Cellfacicula, Cellulomonas, Cromobacterium, Bacillus
termocellulolyticus, Bacterium albidum, Streptomyces, Micronospora,
Cytophaga, Sporocytophaga, Clostridium termocellum, C.
cellulosolvensCiupercile micromicete (mucegaiuri) cele mai active
genuri sunt: Trichoderma, Aspergillus, Penicillium,
Vetricillium,Sporotrichum, Monosporium, Alternaria,
Cladosporium.
MINERALIZAREA SUBSTANELOR ORGANICE
-
Degradarea anaerob a celulozei are loc n natur n mlul lacurilor,
n rumenul ierbivorelor, n blegar. n funcie de natura produselor
rezultate, degradarea anaerob poate avea loc prin: Fermentaie
hidrogenic formare de acizi butiric i acetic. Cantitatea de gaze
(H2, CO2) rezultate reprezint 1/3 din cantitatea de celuloz
fermentat produs de bacteriile: Bacterium cellulose-disolvens, B.
hidrogenicus, Clostridium thermocellus.Fermentaia metanic determin
formarea de acizi i de gaze, care reprezint din cantitatea de
celuloz fermentat. n compoziia gazelor predomin CO2 i CH4
bacteriile metanogene Methanosarcina barkeri, Methanospirillum
(produc metan prin descompunerea acidului acetic)Importan.
Fermentaia metanic are o importan deosebit n natur i n practic,
fiind folosit n procesele dirijate pentru transformarea n metan a
reziduurilor rezultate din complexele animaliere. Pentru dirijarea
fermentaiei, dejeciile animalelor se depoziteaz n metantancuri i
sub aciunea microorganismelor aflate n numr foarte mare n
dejecii
-
Mineralizarea substanelor aromaticeSubstanele aromatice
acumulate n sol - din organismele vegetale/sintetizate de unele
microorganisme (mucegaiuri)-conin un singur nucleu benzenic
(fenoli, acizi fenolici, acid benzoic, cumarine), doi nuclei de
benzen (flavone, antociani) sau mai muli compui fenolici condensai
(lignin, taninuri, substane humice).Substana aromatic cea mai
important din punct de vedere cantitativ este lignina.
Mineralizarea ligninei important n circuitul carbonului -dup
celuloz, n cantitatea cea mai mare, n vegetale, mai ales n cele
lemnoase. Lignina este una din substanele cele mai rezistente la
biodegradare. Taninurile, substane larg rspndite n regnul vegetal,
sunt mineralizate n sol.Ageni de degradare. Compuii fenolici sunt
mineralizai de bacterii. Pseudomonas, Arthrobacter, Bacillus i de
mucegaiuri.Lignina este mineralizat de mucegaiuri: Aspergillus,
Trichoderma, Trichothecium, Alternaria, Fusarium i de bacterii:
Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium.Taninurile sunt
mineralizate de mucegaiuri: Penicillium, Aspergillus, Fusarium,
Cylindrocarpon, Gliocladium.
-
Biodegradarea hidrocarburilorUnele microorganisme -degradeaz
hidrocarburile alifatice alifatice i aromatice din sol i ape.Mai
rezistente la biodegradare sunt hidrocarburile ramificate
(detergenii). Hidrocarburile aromatice (benzen, toluen, xilen) -
degradate de un numr mic de microorganismeAgeni de degradare. Se
cunosc mai multe specii de bacterii unic surs de carbon i energie
metanul (Methanomonas metanica) sau propanul (Pseudomonas
propanica) Hidrocarburile complexe sunt degradate de microorganisme
foarte variate, bacterii: Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus,
actinomicete, levuri: Candida lypolitica, mucegaiuri.Factori de
influen. Biodegradarea hidrocarburilor - n funcie de compoziia
chimic, consistena, solubilitatea, toxicitatea i concentraia lor n
mediul respectiv favorizat de temperaturile relativ ridicate i de
prezena oxigenului.Biochimism. Hidrocarburile sunt metabolizate
diferit, n funcie de specie i de tulpin oxidate n alcooli, apoi n
acizi grai, iar acetia degradai prin beta-oxidare.Importan. Acest
proces de mineralizare prezint nu numai importan bioedafic sau
geologic ci i n lupta mpotriva polurii mediului ambiant.
-
Biodegradarea lipidelor
Lipidele simple i complexe se gsesc n materia organic vegetal i
animal transformate n compui mai simpli, sau oxidate la CO2 i
H2O.Agenii de dagradare produc lipaze mucegaiurile lipolitice:
Aspergillus, Penicillum, Cladosporum, Rhyzophus, Geotrichum
bacteriile: Bacillus, Pseudomonas, AchronobacterBiochimism. Sub
aciunea lipazelor, lipidele sunt transformate n acizi grai i
glicerol. Glicerolul, dup fosforilare, este metabolizat prin ciclul
EMP (glicoliz), iar acizii grai sufer o -oxidare, n ciclul lui
Lynen, pn la CO2 i H2O. Prin oxidarea complet a acizilor grai se
obine o cantitate mare de energie.
-
Rezervele de carbon
Unele fraciuni din resturile vegetale (taninuri, lignin) i unii
compui rezultai din metabolismul microorganismelor, n anumite
condiii, pot s sufere transformri care dau natere la substane mai
mult sau mai puin polimerizate, rezistente la aciunea microbian.
Aceste substane nou formate, n general de culoare nchis,
stabilizate i rezistente formeaz humusul, care reprezint rezerva de
carbon organic a solului. Humusul n contact cu aerul poate fi
oxidat spontan /lent mineralizat progresiv de microorganisme.n afar
de aceste rezerve, carbonul organic s-a depozitat sub form de
crbuni i petrol. Crbunii s-au format probabil din lignin, iar
petrolul din acizii grai, prin procese fizico-chimice i
microbiologice, n perioade ndelungate de timp, n anaerobioz, de
presiune ridicat i la temperaturi mici.O alt rezerv de carbon sunt
carbonaii insolubili din rocile solului.Numai o parte din carbonul
fosil este redat atmosferei, n special n urma arderilor industriale
ale hidrocarburilor i crbunilor.
-
CIRCUITUL AZOTULUI foarte complex alctuit din dou subcicluri:
fixarea azotului atmosferic de ctre organisme i eliberarea azotului
molecular n atmosfer. mineralizarea substanelor organice cu azot pn
la substane minerale utilizabile din nou de ctre plante (sinteza de
nitrii i nitrai) i utilizarea acestor substane de ctre plante i
animale pentru sinteza de substane organice cu azot, aminoacizi,
proteine, acizi nucleici, alcaloizi uree. Mineralizarea se
realizeaz prin procesul de amonificare urmat de nitrificare care
cuprinde dou etape: nitritarea i nitratareaFixarea azotului
molecular atmosfericFixarea azotului molecular liber cale chimic
prin procese fotochimice i pe cale biologic prin fixarea
microbiologic a azotului.Ageni de fixare. Dup modul de via,
microorganismele fixatoare de azot se mpart n dou
grupe:microorganisme simbiotice - n nodozitile plantelor
leguminoase (Rhizobyum) sau neleguminoase (Frankia).microorganisme
libere (nesimbiotice) - bacterii aerobe sau anaerobe.bacterii
aerobe sunt: Azotobacter chroococcum, A. vinelandi, A. agilis, A.
insignis, Azomonas, Klebsiella, Pseudomonas, Achromobacter,
Arthrobacter, Aerobacter, Methanomonas. Cyanobacteriile cuprind
genuri fixatoare de azot care aparin familiilor Nostocaceae,
Rivulariaceae, Scytonamataceae, Stigonemataceae. bacterii anaerobe
sunt reprezentate de Clostridium pasteurianum, Cl. butylicum, Cl.
felsineum, Cl. lactoacetophillum, Cl. madisoni, Cl. tetanomorphum,
Cl. acetobutyllicum, Desulfovibrio desulfuricans, Rhodospirillum
rubrum i alte specii fotosintetizante..
-
Reprezentarea schemei ciclului azotului