Нитрификация протекает в две стадии.

Первую – окисление аммиака до нитритов – осуществляют представители немного численной группы так называемых нитрозных бактерий, описанных под следующими родовыми названиями: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nilrosolobus и Nitrosospira. Все эти микроорганизмы сходны между собой в физиолого-биохимическом отношении, по отличаются по морфологическим признакам и структуре клетки. Представители рода Nitrosomonas, не образующие эндоспор, мелкие эллипсовидные клетки (0,4–1,0×,9–2,0 мкм). В жидкой культуре Nitrosomonas. проходит в зависимости от условий несколько фаз развития. Основных фаз две: подвижная, при которой клетки обладают одним жгутиком или пучком жгутиков, и зооглейная. Зооглеи состоят из неподвижных клеток.

Вторая стадия нитрификации связана с окислением азотистой кислоты до азотной. Выделены и описаны следующие возбудители этого процесса: Nitrobacter winogradskyi, N. agilis, Nitrospina gracilis и Nitrococcous mobilis. Клетки Nitrobacter отличаются полиморфностью: в культурах бывают округлые палочковидные, бобовидные, яйцевидные и грушевидные формы, подвижные (монотрихи) и неподвижные. Это связано с наличием у них определенного цикла развития, характерного для почкующихся бактерий. В неблагоприятных условиях Nitrobacter может образовывать зооглеи. Образование зооглей считают характерным признаком рода Nitrocystis. Nitrospina gracilis – прямая тонкая палочка 0,3–0,4×7–6,5 мкм, иногда образующая сферические формы, неподвижная. Nitrococcus mobilis представлен округлыми клетками 1,5 мкм в диаметре, имеет один-два жгутика. Возбудители нитрификации не используют органические вещества и строго специализированы в отношении окисляемых субстратов – аммиака и нитритов.

Выявление и определение численности нитрификаторов осуществляют высевом анализируемой суспензии в элективную минеральную среду Виноградского. Единственный источник углерода в среде – двуокись углерода, присутствующая в воздухе и входящая в состав мела. Энергетическим материалом и источником азота для возбудителей первой стадии нитрификации служат аммиак и соли аммония, а для возбудителей второй – нитрит, образующийся при окислении NH+4. Необходимым условием развития нитрификаторов является широкий доступ воздуха к культуре. Численность нитрификаторов определяют, используя метод предельных разведений.

Денитрифицирующие бактерии

Денитрификацией называют микробиологический (процесс восстановления нитратов до молекулярного азота с одновременным (сопряженным) окислением до CO2 и H2O органических веществ: органических кислот, сахаров, спиртов. Конечным акцептором водорода является NO3― Энергия, выделяемая при окислении органического субстрата, используется микроорганизмами процессе жизнедеятельности. Денитрификация может идти в анаэробных и в аэробных условиях, но особенно интенсивно она протекает без доступа кислорода.

Микроорганизмы, осуществляющие процесс денитрификации, широко распространены в природе. Большинство из них относится к родам Pseudomonas, Achromobacter и Micrococcus (Ps. aeruginosa, Ps. denitrifleans, Ps. fluorescens, Achr stutzeri, Micrococcus denitrificans), но есть и представители бацилл, например Вас. licheniformis

Денитрификаторы – хемоорганогетеротрофы, факультативные анаэробы (аэробы). В аэробных условиях при окислении органического вещества они используют в качестве конечного акцептора водорода главным образом кислород воздуха.

Азотфиксирующие микроорганизмы

Азотфиксация – это способность организмов усваивать молекулярный азот и строить из него все азотсодержащие соединения клетки. Этим свойством обладают многие микроорганизмы, свободно живущие в почве и водоемах: различные виды родов Clostridium, Azolobacter, Pseudomonas, Bacillus, Aerobader, фототрофные, метанообразующие и сульфатвосстанавливающие бактерии, некоторые микобактерии, проактиномицеты, актиномицеты и грибы, сине-зеленые водоросли и др. Кроме того, азотфиксация присуща клубеньковым бактериям (род Rhizobium), находящимся в симбиозе с бобовыми растениями. Наибольшее значение в обогащении почв связанным азотом имеют клубеньковые бактерии, а также виды родов Azotobacter и Clostridium.

Анаэробные азотфиксаторы из рода Clostridium

Способность фиксировать азот атмосферы свойственна многим видам рода Clostridium: Cl. pasteurianum, Cl. butyricum, Cl. acetobutylicum, Cl. felsineum и др. Эти бактерии относятся к одной систематической группе, но отличаются друг от друга морфологическими и физиолого-биохимическими признаками. Наиболее активно усваивает молекулярный азот Cl. pasteurianum (рис. 39). Клетки этого микроорганизма представляют собой относительно крупные палочки длиной 1,5 – 8,0 мкм и шириной 0,8–1,3 мкм. В молодых культурах палочки подвижны и снабжены перитрихиально расположенными жгутиками, одиночные или соединены в короткие цепочки из 2–3 клеток. Cl. pas teurianum образует эндоспоры.

Перед спорообразованием в клетке накапливаются резервные вещества типа крахмала-ранулеза и гликоген, благодаря чему клетки окрашиваются йодом в темно-коричневый цвет. После созревания споры гранулезная реакция исчезает. При спорообразовании клетки утолщаются в середине (клостридиальный тип спорообразования) или в конце (плектридиальный тип спорообразования).

Чаще встречается клостридиальная форма. Клостридиальный и (или) плектридиальный способы спорообразования свойственны всем представителям рода Clostridium. Споры Cl. pasteurianum выдерживают нагревание при 80° в течение 10 мин, а при 96° – в течение нескольких минут. Старые культуры Cl. pasteurianum представлены неподвижными клетками и спорами.

Представители рода Cl. pasteurianum – облигатные анаэробы, хемоорганогетеротрофы. Используют широкий набор углеродсодержащих соединений – моно- и дисахариды, полисахариды (крахмал, декстрин и др.), ряд органических кислот. Энергию получают в результате сбраживания этих веществ. Так Cl. acetobutylicum осуществляет ацетонобутиловое брожение, a Cl. butyricum и Cl. pasteurianum-маслянокислое брожение. В обоих случаях образуются масляная и уксусная кислоты, водород и углекислота. При ацетонобутиловом брожении, кроме того, выделяются бутанол, этанол и ацетон.

В качестве источника азота бактерии рода Clostridium могут использовать соли аммония, нитраты и многие азотсодержащие органические вещества. Молекулярный азот усваивается ими при дефиците азотсодержащих соединений в среде. Cl. pasteurianum встречается как в кислых (рН 4,5–5,5), так и в щелочных почвах (рН 8,0–9,0). Выявление и учет численности анаэробных азотфиксаторов рода Clostridium осуществляют на элективной среде Виноградского, не содержащей азотистых веществ. Для роста накопительной культуры создают анаэробные условия. Количество бактерий оценивают методом предельных разведений.

Список литературы

1. Безбородое А.М. Биосинтез биологически активных веществ микроорганизмами. Л., «Медицина», 1969.