• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Obieg azotu w przyrodzie



    Podstrony: [1] 2 [3]
    Przeczytaj także...
    Bakterie nitryfikacyjne – chemolitotroficzne bakterie tlenowe (aeroby obligatoryjne). Uczestniczą w cyklu azotowym utleniając amoniak (zawarty np. w wodzie deszczowej, kurzu, sadzy, ekskrementach ptaków) do kwasu azotawego i azotowego. Z dwutlenku węgla wiązanego w cyklu Calvina bakterie wykorzystują węgiel do budowy węglowodanów i szkieletu białkowego w komórkach (obecność węglanów i innych związków mineralnych wpływa dodatnio na szybkość procesu nitryfikacji). Bakterie te nie przeprowadzają glikolizy oraz cyklu Krebsa. Protony wodoru z procesu utleniania bezpośrednio biorą udział w łańcuchu oddechowym, natomiast do syntezy NADH2 (do cyklu Calvina) potrzebna jest energia z ATP.Fauna (od łac. Faunus – bóg trzód i pasterzy) – ogólne określenie na wszystkie gatunki zwierząt na danym obszarze (np. fauna Polski) lub w danym środowisku (fauna sawannowa), a także okresie geologicznym (np. fauna kambryjska). Badanie fauny pozostaje w gestii faunistyki, ale korzystają z niego również inne dziedziny biologii, np. ekologia i etologia, natomiast odkrycia faunistyki są systematyzowane przez systematykę.
    Procesy wchodzące w skład cyklu[]

    Wchłanianie azotu z atmosfery[]

    Gazowy azot z atmosfery przenika do biosfery na trzy sposoby:

  • Pierwotne wchłanianie azotu przez bakterie azotowe. Proces ten można skrótowo opisać następującym równaniem:
  • N2 + 8H + 8e + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi

    Powstający amoniak jest dalej błyskawicznie przekształcany w jony amonowe (NH+4), które są stosowane bezpośrednio do syntezy kwasu glutaminowego, który jest dalej przekształcany w glutaminę. Wchłanianie to odbywa się częściowo przez wolno żyjące bakterie oraz częściowo przez bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z roślinami motylkowymi.

    Bakterie brodawkowe, bakterie korzeniowe – bakterie glebowe z rodzaju Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Sinorhizobium żyjące w symbiozie z roślinami motylkowatymi, które tworzą na swych korzeniach narośla, tzw. brodawki korzeniowe. Bakterie te mają zdolność wiązania wolnego azotu (N2), dzięki czemu zaopatrują rośliny w azot (40-550 kg N/ha/rok). W wyniku tej symbiozy rośliny dają plony o dużej zawartości azotu.Rozpad gnilny (łac. putrefactio) – zachodzący w warunkach beztlenowych proces rozkładu związków białkowych odbywający się pod wpływem enzymów proteolitycznych wydzielanych głównie przez saprofityczne bakterie gnilne (obecne w dużych ilościach m.in. w przewodzie pokarmowym) oraz niektóre grzyby. Zmiany rozkładowe nakładają się na autolizę pośmiertną organizmów. Jest ważnym ogniwem krążenia pierwiastków w przyrodzie.
  • Dostarczanie azotu w formie nawozów azotowych. Nawozy te produkuje się z amoniaku, który otrzymuje się w procesie Habera-Boscha:
  • N2 + 3H22NH3

    który realizuje w skali przemysłowej proces sumarycznie identyczny z tym prowadzonym przez bakterie azotowe.

  • Wchłanianie azotynów, które powstają w wyniku naturalnych procesów atmosferycznych i geologicznych. Ilość wchłanianego tą drogą azotu jest jednak minimalna i nie liczy się w ogólnym bilansie tego pierwiastka.
  • Wchłanianie azotanów z gleby i wody[]

    Rośliny, które nie żyją w symbiozie z bakteriami azotowymi wchłaniają azot w postaci jonów azotanowych i amonowych. Jony te są obecne w wodzie i glebie na skutek procesów gnilnych, a także działania wolnożyjących bakterii azotowych. Rośliny te wchłaniają jony przez swoje systemy korzeniowe i następnie przekształcają je w aminokwasy, z których są budowane białka.

    Anammox (ang. anaerobic ammonia oxidation), anamoks – proces beztlenowego utleniania amoniaku przeprowadzany przez bakterie.Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. Stabilnymi izotopami azotu są N i N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

    Wtórne generowanie amoniaku[]

    Amoniak jest wtórnie generowany w trakcie procesów gnilnych, które są realizowane przez wyspecjalizowane bakterie i grzyby. Jest też generowany przez zwierzęta w wyniku rozkładu mocznika, jednego z podstawowych produktów ich metabolizmu. Powstający amoniak, a właściwie jony amonowe, mogą być od razu pożytkowane przez bakterie nitryfikacyjne lub są uwalniane do otoczenia. Gdy procesy gnilne są w równowadze z procesami nitryfikacji układ znajduje się w równowadze ekologicznej. Zbyt dużo jonów amonowych w środowisku powoduje, że staje się ono nadmiernie zasadowe, co przyspiesza gnicie organizmów żywych, rozwój gnicia i dalszy wzrost zasadowości środowiska.

    Utlenianie – reakcja chemiczna, w której atom przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia (co jest równoważne z oddaniem elektronów).Nitrogenaza – enzym bakteryjny związany z asymilacją azotu. Składa się z 2 rodzajów białek: białka zawierającego żelazo i białka zawierającego żelazo i molibden. Białko zawierające molibden przenosi elektrony na azot i w ten sposób, z udziałem dodatkowych etapów pośrednich, powstaje amoniak.

    Nitryfikacja[]

    Pojawiający się w środowisku amoniak – czy to w wyniku procesów geologiczno-atmosferycznych, czy też w wyniku procesów gnilnych i dostarczany przez azobakterie jest przekształcany w jony azotanowe przez bakterie nitryfikacyjne. Proces ten polega w wielkim uproszczeniu na utlenianiu amoniaku do jonów azotynowych i dalej do azotanów.

    Korzeń (łac. radix) – część sporofitu, która dostarcza roślinom wodę i substancje odżywcze (sole mineralne), utrzymuje rośliny na podłożu i służy do gromadzenia substancji zapasowych. Występuje niemal u wszystkich roślin naczyniowych, nieobecny jest jedynie u posiadających chwytniki psylotowych i niektórych roślin, u których korzeń zanikł wtórnie (np. u pływaczy i wolffii bezkorzeniowej). Rośliny zakorzenione są zwykle w glebie, u epifitów wykształcają się korzenie powietrzne, u hydrofitów korzenie zanurzone.Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.
    1. NH3 + O2NO2 + 3H + 2e
    2. NO2 + H2ONO3 + 2H + 2e

    Denitryfikacja i proces Anammox[]

    Denitryfikacja jest procesem przekształcania nadmiaru azotanów pochodzących z procesu nitryfikacji do gazowego azotu. Jest ona realizowana przez liczne mikroorganizmy, żyjące głównie w wodzie, takie jak bakterie Pseudomonas fluorescens. Sumarycznie proces ten można opisać w następujący sposób:

    Gleba, pedosfera – biologicznie czynna powierzchniowa (do 2 m miąższości) warstwa skorupy ziemskiej, powstała w procesie glebotwórczym ze skały macierzystej pod wpływem czynników glebotwórczych. Gleba składa się z części mineralnej i organicznej. Częścią gleby są organizmy glebowe.Zasady – jedna z podstawowych obok kwasów i soli grup związków chemicznych. Wodne roztwory silnych zasad nieorganicznych są nazywane ługami (np. ług sodowy). Istnieją trzy różne definicje tej grupy związków:
    2NO3 + 10e + 12HN2 + 6H2O

    Analogicznym, niedawno odkrytym procesem jest Anammox (ang. anaerobic ammonium oxidation), który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiarowych ilości jonów amonowych do gazowego azotu. Proces Anammox również jest realizowany przez bakterie żyjące głównie w wodzie.

    W skali globalnej oba te procesy prowadzą do ustalania się równowagi obiegu azotu w biosferze i warunkują też utrzymywanie składu atmosfery ziemskiej. Istnieją liczne dyskusje naukowe na temat tego, który z tych procesów jest dominujący.

    Chlorofile – grupa organicznych związków chemicznych obecnych między innymi w roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np. w sinicach). Nadaje częściom roślin (głównie liściom) charakterystyczny zielony kolor.Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

    Cykl azotowy w akwariach[]

    Akwaria są rodzajem sztucznego ekosystemu, w którym nie sposób jest uniknąć obiegu azotu. Utrzymanie równowagi tego obiegu jest jednym z podstawowych warunków zachowania zdrowia hodowanych organizmów. Trudności wynikają głównie z faktu, że cykl azotowy w akwariach jest zawsze niepełny, gdyż akwaria są w zasadzie pozbawione organizmów zdolnych wchłaniać azot wprost z atmosfery, oraz bardzo często mają zbyt mało organizmów przekształcających jony amonowe w jony azotanowe.

    Ryby – tradycyjna nazwa zmiennocieplnych kręgowców wodnych oddychających skrzelami i poruszających się za pomocą płetw. Obejmuje bezżuchwowe krągłouste (Cyclostomata) oraz mające szczęki ryby właściwe (Pisces).Ekosystem (gr. oikos – dom, mieszkanie, gospodarstwo; gr. systēmatikós – zestawiony od sýstēma – zestawienie, połączenie od synistánai – zestawiać) – dynamiczny układ ekologiczny, na który składa się zespół organizmów (biocenoza) połączonych relacjami troficznymi (tworzących sieć troficzną) wraz ze środowiskiem przezeń zajmowanym, czyli biotopem, w którym zachodzi przepływ energii i obieg materii. W skrócie zatem ekosystem to biocenoza wraz z biotopem. Ekosystemy wyodrębniane są na podstawie istnienia silniejszych powiązań w ich obrębie niżeli między ich składowymi a otoczeniem (biologicznie ważne pierwiastki chemiczne krążą intensywniej w obrębie poszczególnych ekosystemów niż pomiędzy nimi).

    Opis poprawnie działającego cyklu[]

    Cykl azotowy w akwarium: 1 – pokarm, 2 – wydalanie amoniaku, 3- bakterie Nitrosomonas, 4 – bakterie Nitrosospira, 5 – wymiana wody, 6 – światło, 7 – procesy gnilne, 8 – tlen, 9 – dwutlenek węgla

    Źródłem azotu dla akwariów jest w zasadzie wyłącznie pokarm (1) dla ryb i innych zwierząt tworzących jego faunę. W ramach swojego metabolizmu ryby wydalają do wody amoniak, a dokładniej jony amonowe, które zwiększają pH wody (2). Drugim źródłem amoniaku są gnijące szczątki na ściankach i dnie akwarium (7).

    Dwutlenek węgla (nazwa systematyczna: ditlenek węgla; nazwa Stocka: tlenek węgla(IV)), CO2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym węgiel występuje na IV stopniu utlenienia.Enzymy – wielkocząsteczkowe, w większości białkowe, katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji.

    Wydalane jony amonowe są przekształcane w jony azotynowe i azotanowe przez bakterie z rodzaju Nitrosomonas (3) i Nitrosospira (4). Azotany, a zwłaszcza azotyny są dla żyjących w akwarium organizmów jeszcze bardziej zabójcze od amoniaku. Za dopuszczalne stężenie azotynów przyjmuje się 0,5 mg/l, a azotanów 50 mg/l. Jony te są jednak łatwo absorbowane przez rośliny wodne, dla których stanowią rodzaj naturalnego nawozu. Oprócz tego rośliny absorbują dwutlenek węgla (9) i wydalają tlen (8) potrzebny do życia wszystkim organizmom, co jednak nie jest częścią cyklu azotowego.

    Fotosynteza (stgr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – biochemiczny proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej, przez komórki zawierające chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.Bakterie azotowe, bakterie diazotroficzne – bakterie (a także archeany obecnie niezaliczane do właściwych bakterii) zdolne do diazotrofii, czyli przyswajania — przy użyciu enzymu nitrogenazy — azotu cząsteczkowego (N2) występującego w atmosferze. Bakterie azotowe mogą żyć wolno lub w symbiozie z roślinami i grzybami, która może przyjmować różne formy i stopień współzależności. Niektóre żyją w ryzosferze, na powierzchni korzeni, w przestworach międzykomórkowych. Jedne bezobjawowo kolonizują tkanki gospodarza, podczas gdy inne wywołują powstanie specjalnych narośli na korzeniach (bakterie brodawkowe). W zasadzie do bakterii azotowych należy zaliczać niektóre sinice, mimo że ze względu na to, że tradycyjnie były one w zakresie zainteresowania botaniki, a nie bakteriologii, czasem są ujmowane jako grupa odrębna. Diazotrofię stwierdzono u następujących sinic: Anabaena, Anabaenopsis, Chloroglea, Calothrix, Cylindrospermum, Gloeocapsa, Mastigocladus laminosus, Tolypothrix, Trichodesmium, Westiellopsis. Niewykluczone jest też, że zdolne do niej są niektórzy przedstawiciele Oscillatoriales. Część diazotroficznych sinic współtworzy porosty.

    Problemy z utrzymaniem cyklu[]

    Aby utrzymać równowagę obiegu azotu w akwarium konieczne jest dokładne ustalenie optymalnych proporcji roślin do zwierząt, oraz zaopatrzenie go w odpowiednią liczbę bakterii przekształcających amoniak w azotany.

    Nowo uruchamiane akwarium nie posiada zwykle prawie w ogóle odpowiedniej flory bakteryjnej. W początkowym okresie nawet dobrze zrównoważonego akwarium zwykle wzrasta w nim stężenie amoniaku, które powoduje zahamowanie wzrostu roślin. Oprócz tego rośliny początkowo nie mają dobrych warunków do wzrostu na skutek braku azotanów. Wzrost stężenia amoniaku jest atrakcyjny tylko dla „dzikich” bakterii Nitrosomonas, które są obecne w kurzu, piasku itp. Praca tych bakterii powoduje gwałtowny wzrost stężenia azotynów, co z kolei powoduje gwałtowne namnażanie się bakterii Nitrosospira, skutkujące nadmiernym wzrostem azotanów, którego nie są w stanie skonsumować rośliny, które zwiędły w pierwszym etapie cyklu. Wymiana wody i zasadzenie nowych roślin w akwarium rozpoczyna cały proces od nowa, gdyż razem z wodą ponownie usuwa się większość bakterii azotowych.

    Mocznik (karbamid, E927b), CO(NH2)2 – organiczny związek chemiczny, diamid kwasu węglowego. W wyniku kondensacji podczas ogrzewania tworzy biuret.Azotany (nazwa systematyczna: trioksydoazotany(1−); w systemie Stocka: azotany(V)) − grupa związków chemicznych, sole i estry kwasu azotowego (HNO3).

    Aby „skonstruować” poprawny cykl azotowy w akwarium stosuje się rozmaite sposoby:

  • „dojrzewanie akwarium” – które polega na tym, że dodaje się do niego zwierzęta bardzo wolno i stopniowo; kilka małych rybek produkuje odpowiednio niskie stężenie amoniaku, aby było wystarczająco dużo czasu na ustalenie się równowagi cyklu azotowego; potem dodaje się kolejne ryby stopniowo tak aby tej równowagi nie zaburzyć – jest to proces czasochłonny i wymagający cierpliwości
  • filtrowanie – stosowanie filtrów usuwających nadmiar amoniaku z wody do czasu ustalenia się równowagi cyklu
  • dodawanie kolonii bakterii azotowych do wody i piasku – kolonie takie są dostępne w formie gotowych preparatów które należy dodać do wody, oraz dodatków do filtrów, celowo „zakażonych” odpowiednimi mieszankami tych bakterii; czasami dobre efekty daje też dodanie do nowego akwarium łyżki piasku pochodzącego z akwarium, w którym ustaliła się już równowaga azotowa – pod warunkiem jednak, że w akwarium, do którego dodajemy piasek mają być hodowane podobne gatunki ryb i roślin.
  • Bobowate, motylkowate (Fabaceae Lindl., Papilionaceae Giseke) – rodzina roślin należąca do rzędu bobowców (Fabales Bromhead). Należy do niej około 9,4% spośród wszystkich gatunków roślin dwuliściennych. Obejmuje w tropikach często rośliny drzewiaste, w klimacie umiarkowanym – głównie rośliny zielne. Symbioza z bakteriami brodawkowymi umożliwia wykorzystanie azotu atmosferycznego.Filtracja (sączenie) – metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie jednego ciała stałego w przegrodach porowatych (filtrach) przy użyciu odpowiednich aparatów. Ciecz lub gaz otrzymywane po filtracji nazywa się filtratem. Filtracja jest najczęściej stosowanym sposobem oddzielania ciał stałych od cieczy.


    Podstrony: [1] 2 [3]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Akwarium (łac. aquarium – naczynie na wodę) – sztuczny zbiornik wodny o zróżnicowanych rozmiarach i kształtach, z co najmniej jedną ścianą z materiału przezroczystego, zwykle ze szkła, służący do hodowli oraz prezentacji organizmów żyjących w środowisku słodko- lub słonowodnym.
    Pseudomonas fluorescens – gatunek bakterii tlenowych z rodzaju Pseudomonas. Ich nazwa wzięła się od zdolności do wytwarzania fluorescencyjnego barwnika peptydowego piowerdyny, powodującej świecenie w promieniach UV.
    Kwasy rybonukleinowe, RNA – organiczne związki chemiczne z grupy kwasów nukleinowych, zbudowane z rybonukleotydów połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi. Z chemicznego punktu widzenia są polimerami kondensacyjnymi rybonukleotydów. Występują w jądrach komórkowych i cytoplazmie, często wchodząc w skład nukleoprotein. Znanych jest wiele klas kwasów rybonukleinowych o zróżnicowanej wielkości i strukturze, pełniących rozmaite funkcje biologiczne. Zarówno struktura, jak i funkcja RNA jest silnie uzależniona od sekwencji nukleotydów, z których zbudowana jest dana cząsteczka.
    Biosfera (zob. bio) - strefa kuli ziemskiej zamieszkana przez organizmy żywe, w której odbywają się procesy ekologiczne. Biosfera jest częścią zewnętrznej skorupy Ziemi, która obejmuje również powietrze, ląd i wodę. Z najobszerniejszego punktu widzenia geofizyki, biosfera jest światowym systemem ekologicznym i obejmuje wszystkie żyjące organizmy i ich powiązania ze sobą i z litosferą (skorupą ziemską), hydrosferą (wodą) i atmosferą (powietrzem). Do dzisiejszego dnia Ziemia jest jedyną znaną planetą na której znajduje się życie. Szacuje się, że ziemska biosfera zaczęła się tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliardów lat temu. Biosfera obejmuje około: 4 km n.p.m. - atmosfera 300 m p.p.m. - hydrosfera 40 cm w głąb ziemi - litosfera
    Metoda Habera i Boscha – proces technologiczny umożliwiający otrzymywanie amoniaku z azotu i wodoru, zgodnie z reakcją chemiczna:
    Jon amonowy to jon powstający przez przyłączenie jonu wodorowego do cząsteczki amoniaku. Tworzy się w roztworze wodnym amoniaku:
    Nawozy – środki używane w uprawie roślin (nawożenie) celem zwiększenia wysokości i jakości plonowania dzięki wzbogaceniu gleby w składniki pokarmowe niezbędne dla roślin i polepszeniu jej właściwości fizycznych, fizykochemicznych, chemicznych i biologicznych, pochodzenia mineralnego lub organicznego. Nawozami są również produkty przeznaczone do zwiększania żyzności stawów rybnych.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.031 sek.