Amoniacul, format în sol, gunoi de grajd și apă în timpul descompunerii materiei organice, este rapid oxidat la acid azotic și apoi acid azotic. Acest proces se numește nitrificare.

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, mai exact, înainte de lucrările lui L. Pasteur, fenomenul de formare a nitraților era explicat ca o reacție chimică de oxidare a amoniacului de către oxigenul atmosferic și se presupunea că solul joacă rolul unui produs chimic. catalizator. L. Pasteur a sugerat că formarea nitraților este un proces microbiologic. Prima dovadă experimentală a acestei presupuneri a fost obținută de T. Schlesing și A. Münz în 1879. Acești cercetători au trecut apele uzate printr-o coloană lungă de nisip și CaCO3. În timpul filtrării, amoniacul a dispărut treptat și au apărut nitrații. Încălzirea coloanei sau adăugarea de antiseptice a oprit oxidarea amoniacului.

Totuși, nici cercetătorii menționați, nici microbiologii care au continuat să studieze nitrificarea nu au reușit să izoleze culturi de agenți patogeni de nitrificare. Abia în 1890-1892. S. N. Vinogradsky, folosind o tehnică specială, a izolat culturi pure de nitrificatori. S. N. Vinogradsky a făcut presupunerea că bacteriile nitrificatoare nu cresc pe medii nutritive obișnuite care conțin substanțe organice. Acest lucru a fost destul de corect și a explicat eșecurile predecesorilor săi. Nitrifitoarele s-au dovedit a fi chemolitoautotrofe, foarte sensibile la prezența compușilor organici în mediu. Aceste microorganisme au fost izolate folosind medii nutritive minerale.

S. N. Vinogradsky a stabilit că există două grupuri de nitrificatori - un grup oxidează amoniacul în acid azotat (NH4+→NO2-) - prima fază de nitrificare, celălalt oxidează acidul azot în acid azotic (NO2-→NO3-) - a doua fază de nitrificare.

Bacteriile din ambele grupuri sunt în prezent clasificate în familia Nitrobacteriaceae. Acestea sunt bacterii gram-negative unicelulare. Printre bacteriile nitrificatoare se regasesc specii cu morfologii foarte diferite - in forma de tija, elipsoidale, sferice, contorte si lobate, pleomorfe. Dimensiunile celulelor diferitelor specii de Nitrobacteriaceae variază de la 0,3 la 1 µm în lățime și de la 1 la 6,5 ​​µm în lungime. Există forme mobile și imobile cu flagelație polară, subpolară și peritrichială. Se reproduc în principal prin diviziune, cu excepția Nitrobacterului, care se reproduce prin înmugurire. Aproape toți nitrificatorii au un sistem bine dezvoltat de membrane intracitoplasmatice, care variază semnificativ în formă și locație în celulele diferitelor specii. Aceste membrane sunt similare cu cele ale bacteriilor violete fotosintetice.

Bacteriile primei faze de nitrificare sunt reprezentate de cinci genuri: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus și Nitrosovibrio. Singurul microorganism care a fost studiat în detaliu până în prezent este Nitrosomonas europaea.

Nitrosomonas sunt tije scurte ovale care măsoară 0,8 - 1X1-2 microni. În cultura lichidă, Nitrosomonas trece printr-o serie de etape de dezvoltare. Cele două principale sunt reprezentate de o formă mobilă și zooglea imobilă. Forma mobilă are un flagel subpolar sau un mănunchi de flageli. Pe lângă Nitrosomonas, au fost descriși reprezentanți ai altor genuri bacteriene care provoacă prima fază de nitrificare.

A doua fază de nitrificare este efectuată de reprezentanți ai genurilor Nitrobacter, Nitrospira și Nitrococcus. Cel mai mare număr de studii au fost efectuate cu Nitrobacter winogradskii, dar au fost descrise și alte specii (Nitrobacter agilis etc.).

Nitrobacterele sunt alungite, în formă de pană sau de pară, cu capătul mai îngust adesea curbat într-o formă asemănătoare ciocului. Conform cercetărilor lui G. A. Zavarzin, reproducerea Nitrobacterului are loc prin înmugurire, iar celula fiică este de obicei mobilă, deoarece are un flagel situat lateral. Este cunoscută alternanța fazelor mobile și imobile în ciclul de dezvoltare. Au fost descrise și alte bacterii care provoacă a doua fază de nitrificare.

Bacteriile nitrificatoare sunt de obicei cultivate pe medii minerale simple care conțin amoniac sau nitriți (substraturi oxidabile) și dioxid de carbon (sursa principală de carbon). Aceste organisme folosesc amoniacul, hidroxilamina și nitriții ca surse de azot.

Bacteriile nitrifiante se dezvoltă la pH 6-8,6, pH-ul optim este 7,5-8. La un pH sub 6 și peste 9,2, aceste bacterii nu se dezvoltă. Temperatura optimă pentru dezvoltarea nitrificatorilor este de 25-30°C. Un studiu al relației diferitelor tulpini de Nitrosomonas europaea cu temperatură a arătat că unele dintre ele au o dezvoltare optimă la 26°C sau aproximativ 40°C, în timp ce altele pot crește destul de repede la 4°C.

Nitrifitoarele sunt aerobi obligatorii. Cu ajutorul oxigenului, ele oxidează amoniacul la acid azotic (prima fază de nitrificare):

NH4++11/22О2→NO2-+H2O+2H+

Și apoi acid azot la acid azotic (a doua fază de nitrificare):

NO2-+1/2O2→NO3-

Se crede că procesul de nitrificare are loc în mai multe etape. Primul produs al oxidării amoniacului este hidroxilii, care este apoi transformat în nitroxid (NOH) sau peroxonitrit (ONOOH), care, la rândul său, este transformat în continuare în nitriți sau nitriți și nitrat.

Nitroxilul, ca și hidroxilamina, se poate dimeriza în hiponitrit sau se poate transforma în protoxid de azot N2O, un produs secundar al procesului de nitrificare.

Pe lângă prima reacție (formarea hidroxilaminei din amoniu), toate transformările ulterioare sunt însoțite de sinteza legăturilor de înaltă energie sub formă de ATP, necesare celulelor microbiene pentru a lega CO2 și alte procese de biosinteză.

Fixarea CO2 de către nitrificatori are loc prin ciclul reductiv al pentozei fosfat, sau ciclul Calvin. Ca urmare a fixării dioxidului de carbon, nu se formează doar carbohidrați, ci și alți compuși importanți pentru bacterii - proteine, acizi nucleici, grăsimi etc.

Conform ideilor care au existat până de curând, bacteriile nitrificatoare au fost clasificate ca chimiolitoautotrofe obligatorii.

Acum au fost obținute date care indică capacitatea bacteriilor nitrificatoare de a folosi unele substanțe organice. Astfel, s-a observat un efect stimulativ asupra creșterii Nitrobacterului în prezența nitriților din autolizat de drojdie, piridoxină, acid glutamic și serină. Prin urmare, se presupune că bacteriile nitrificatoare au capacitatea de a trece de la nutriția autotrofă la alimentația heterotrofă. Bacteriile nitrificatoare încă nu cresc pe mediile nutritive convenționale, deoarece cantitatea mare de substanțe organice ușor digerabile conținute în astfel de medii întârzie dezvoltarea lor.

Atitudinea negativă a acestor bacterii față de materia organică în condiții de laborator ar părea să contrazică habitatul lor natural. Se știe că bacteriile nitrifiante se dezvoltă bine, de exemplu, în cernoziomuri, gunoi de grajd, composturi, adică în locurile în care există multă materie organică.

Cu toate acestea, această contradicție este ușor de eliminat dacă comparăm cantitatea de carbon ușor oxidabil din sol cu ​​concentrațiile de materie organică pe care nitrificatorii le mențin în culturi.Astfel, materia organică din sol este reprezentată în principal de substanțe humice, care, de exemplu, reprezintă 71-91% din carbonul total în cernoziom, iar materia organică digerabilă solubilă în apă nu constituie mai mult de 0,1% din carbonul total. În consecință, nitrificatorii nu întâlnesc cantități mari de materie organică ușor digerabilă în sol.

Natura în etape a procesului de nitrificare este un exemplu tipic al așa-numitei metabioze, adică acest tip de relații trofice ale microbilor atunci când un microorganism se dezvoltă după altul pe risipa activității sale vitale. După cum sa arătat, amoniacul, un produs rezidual al bacteriilor amonifiante, este folosit de Nitrosomonas, iar nitriții, formați ultimii, servesc ca sursă de viață pentru Nitrobacter.

Se pune întrebarea despre importanța nitrificării pentru agricultură. Acumularea de nitrați are loc în rate diferite în soluri diferite. Cu toate acestea, acest proces depinde direct de fertilitatea solului. Cu cât solul este mai bogat, cu atât poate acumula mai mult acid azotic. Există o metodă de determinare a azotului disponibil plantelor în sol pe baza capacității sale de nitrificare. Prin urmare, intensitatea nitrificării poate fi utilizată pentru a caracteriza proprietățile agronomice ale solului.

În același timp, în timpul nitrificării, doar conversia unui nutrient al plantei - amoniacul - într-o altă formă - acidul azotic. Nitrații au însă unele proprietăți nedorite. În timp ce ionul de amoniu este absorbit de sol, sărurile de acid azotic sunt ușor spălate din acesta. În plus, nitrații pot fi reduși la N2 prin denitrificare, care epuizează și rezervele de azot ale solului. Toate acestea reduc semnificativ rata de utilizare a nitraților de către plante. Într-un organism vegetal, sărurile de acid azotic, atunci când sunt utilizate pentru sinteza, trebuie reduse, ceea ce necesită energie. Amoniul este utilizat direct. În acest sens, se pune întrebarea despre abordările de reducere artificială a intensității procesului de nitrificare prin utilizarea inhibitorilor specifici care suprimă activitatea bacteriilor - nitrificatori și sunt inofensivi pentru alte organisme.

Trebuie remarcat faptul că unele microorganisme heterotrofe sunt capabile de nitrificare. Nitrifitoarele heterotrofe includ bacterii din genurile Pseudomonas, Arthrobacter, Corynebacterium, Nocardia și unele ciuperci din genurile Fusarium, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium. S-a stabilit că Arthrobacter sp. oxidează amoniacul în prezența substraturilor organice pentru a forma hidroxilamină, apoi nitriți și nitrați.

Unele bacterii sunt capabile să provoace nitrificarea substanțelor organice care conțin azot, cum ar fi amidele, aminele, acizii hidroxamici, compușii nitro (alifatici și aromatici), oximele etc.

Nitrificarea heterotrofică are loc în condiții naturale (soluri, rezervoare și alte substraturi). Poate dobândi o importanță dominantă, mai ales în condiții atipice (de exemplu, cu un conținut ridicat de compuși organici C - și N - în sol alcalin etc.). Microorganismele heterotrofe nu numai că contribuie la oxidarea azotului în aceste condiții atipice, ci pot provoca și formarea și acumularea de substanțe toxice; substanțe cu efecte cancerigene și mutagene, precum și compuși cu efecte chimioterapeutice. Deoarece unii dintre acești compuși sunt dăunători pentru oameni și animale chiar și la concentrații relativ scăzute, formarea lor în condiții naturale ar trebui studiată cu atenție.

BACTERII NITRIFICANTE

transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de acid azotic - nitrați: nitrozobacterii, nitrobacterii. Distribuit în soluri și corpuri de apă.

TSB. Dicționar explicativ modern, TSB. 2003

Vedeți, de asemenea, interpretări, sinonime, semnificații ale cuvântului și ce sunt BACTERIILE NITRIFANTE în rusă în dicționare, enciclopedii și cărți de referință:

• BACTERII NITRIFICANTE
  transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de acid azotic - nitrați: nitrozobacterii, nitrobacterii. Distribuit in soluri si...
• BACTERII NITRIFICANTE
  bacterii, bacterii care transformă amoniacul și sărurile de amoniu în nitrați; aerob, gram negativ, mobil (au flageli); trăiesc în sol și în corpurile de apă. ...
• BACTERII în Enciclopedia Biologie:
  , organisme microscopice, de obicei unicelulare, care se caracterizează prin absența unui nucleu format (vezi procariote). Distribuit peste tot: în sol, apă, aer,...
• BACTERII în Marele Dicționar Enciclopedic:
  (din grecescul bakterion - stick) un grup de organisme microscopice, predominant unicelulare. Ele aparțin formelor „pre-nucleare” - procariote. Baza clasificării moderne...
• BACTERII în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  (grec bakterion - tijă), un grup mare (tip) de organisme microscopice, predominant unicelulare, cu un perete celular, care conține mult acid dezoxiribonucleic (ADN), având ...
• BACTERII
• BACTERII în dicționarul enciclopedic modern:
  (din grecescul bakterion - stick), un grup de organisme microscopice predominant unicelulare. Au un perete celular, dar nu au un nucleu clar definit. Reproducerea...
• BACTERII în dicționarul enciclopedic:
  [din greaca veche (pal (och) ka)] organisme vegetale unicelulare inferioare, vizibile doar la microscop. răspândită în natură (cauza putrezire, fermentare...
• NITRIFICARE
  BACTERII NITRIFICANTE transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de azot - nitrați: nitrobacterii, nitrobacterii. Distribuit in soluri si...
• BACTERII în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
  BACTERII (din grecescul bakt;rion - stick), grup microscopic, în principal. organisme unicelulare. Ele aparțin formelor „pre-nucleare” - procariote. Depinzând de …
• BACTERII
• BACTERII în dicționarul lui Collier:
  un grup mare de microorganisme unicelulare caracterizate prin absența unui nucleu celular înconjurat de o membrană. Cu toate acestea, materialul genetic al bacteriei (acid dezoxiribonucleic sau ADN) ...
• BACTERII în noul dicționar al cuvintelor străine:
  ((gr. bakteria pal(och)ka) grup (tip) de organisme microscopice, predominant unicelulare, care au un perete celular, dar nu au un nucleu format (rolul său este ...
• BACTERII în dicționarul expresiilor străine:
  [grup (tip) microscopic, predominant. organisme unicelulare care au un perete celular, dar nu au un nucleu format (rolul său este jucat de o moleculă de acid dezoxiribonucleic...
• BACTERII în Noul Dicționar explicativ al limbii ruse de Efremova:
  pl. Unicelular...
• BACTERII în Dicționarul lui Lopatin al limbii ruse:
  bacterii, -y, unități. -`eria,...
• BACTERII în Dicționarul de ortografie complet al limbii ruse:
  bacterii, unități -eria,...
• BACTERII în dicționarul de ortografie:
  bacterii, -y, unități. -`eria,...
• BACTERII în Dicționarul explicativ modern, TSB:
  (din grecescul bakterion - stick), un grup de organisme microscopice, predominant unicelulare. Ele aparțin formelor „pre-nucleare” - procariote. Baza clasificării moderne...
• BACTERII în Dicționarul explicativ al lui Efraim:
  bacterii pl. Unicelular...
• BACTERII în noul dicționar al limbii ruse de Efremova:
  pl. Unicelular...
• BACTERII în Marele Dicționar explicativ modern al limbii ruse:
  pl. Unicelular...
• BACTERII: BACTERII ȘI BOLI în dicţionarul Collier.
• NITRIFICARE MICROORGANISMULUI in termeni medicali:
  (sin. bacterii nitrificatoare) bacterii aerobe din sol care provoacă oxidarea amoniacului și a sărurilor de amoniu în nitriți și a nitriților în nitrați cu eliberarea de ...
• NITRIFICARE A BACTERIILOR in termeni medicali:
  vezi Microorganisme...
• BACTERII CROMOGENE
  formând diverși coloranți sau pigmenți, în urma cărora acumulările lor în natură și în culturi artificiale sunt colorate în diferite...
• BACTERII SULFURILOR în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron.
• BACTERII SUCCESORI în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  (fotogenic) - una dintre grupurile fiziologice remarcabile dintre bacterii. Ele sunt cauza strălucirii, altfel fosforescență, a locuitorilor morți din mările de pești, raci și...
• BACTERII CROMOGENE
  ? formând diverși coloranți sau pigmenți, în urma cărora acumulările lor în natură și în culturi artificiale sunt colorate ...
• BACTERII SULFURILOR* în Enciclopedia lui Brockhaus și Efron.
• BACTERII SUCCESORI în Enciclopedia Brockhaus și Efron:
  (fotogenic)? una dintre grupurile fiziologice remarcabile dintre bacterii. Ei? motivul strălucirii, altfel fosforescența, a locuitorilor morți ai mărilor...
• BACTERII: STRUCTURA ȘI ACTIVITATEA DE VIAȚĂ A BACTERIILOR în dicționarul lui Collier:
  La articolul BACTERII Bacteriile sunt mult mai mici decât celulele plantelor și animalelor pluricelulare. Grosimea lor este de obicei de 0,5-2,0 microni, iar lungimea lor este ...
• BACTERII CHEMOSINTETIZANTE în Enciclopedia Biologie:
  , folosesc energia reacțiilor chimice (oxidarea substanțelor anorganice în timpul respirației), ca sursă de carbon - dioxid de carbon. Au fost găsite bacterii nitrifiante...
• VINOGRADSKY SERGEY NIKOLAEVICH în Enciclopedia Scurtă Biografică:
  Vinogradsky, Serghei Nikolaevich - faimos botanist, bacteriolog. Născut în 1856. A studiat la universitățile din Kiev, Sankt Petersburg, Strasbourg și Zurich. ...
• CHIMOSINTEZA în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  (din chimio... si sinteza), mai corect - chemolitoautotrofia, un tip de nutritie caracteristic unor bacterii capabile sa asimileze CO2 ca unica sursa de carbon...
• METABOLISM în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  substanțele, sau metabolismul, este ordinea naturală de transformare a substanțelor și energiei în sistemele vii care stau la baza vieții, care vizează ...
• MICROORGANISME în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  microbi, un grup mare de ființe vii în mare parte unicelulare, vizibile doar la microscop și organizate mai simplu decât plantele și animalele. Pentru M....
• AEROBI în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  organisme aerobe (din aero... și greacă bios - viață), organisme care au un tip de respirație aerobă, adică capabile să trăiască și...

Acest material, conceput în vremuri străvechi, înainte de crearea acestui site, s-a dovedit a fi o adevărată capcană pentru mine. O poziție activă pe forumurile de pe Internet mi-a cerut să scriu prea multe cuvinte de fiecare dată; am vrut să compilez și să sistematizez informații pentru a putea să mă refer la ele mai târziu. De fapt, asta a însemnat un nou nivel de imersiune în lumea întunecată a țevilor și a bureților, în loc să scriem despre pești tropicali ciudați și biotopuri îndepărtate. Și, până la urmă, am încetat să mai scriu nimic. Materialul ar fi rămas probabil pe computerul meu dacă Serghei Anikshtein nu m-ar fi încurajat să aduc lucrarea într-o stare mai mult sau mai puțin lizibilă și, după ce mi-am adunat curajul, să o public. Textul, în ciuda faptului că i s-au adăugat o serie de paragrafe noi, este destul de grosier. Chiar și după ani de zile, unele puncte mi se par controversate sau, cel puțin, necesită o verificare suplimentară. Cu toate acestea, agricultura acvariului nu este un domeniu în care poate și ar trebui să existe o singură opinie corectă, iar uneori decizii opuse duc la rezultate la fel de bune în afacerea noastră. În orice caz, cred că materialul prezentat va fi un bun punct de plecare pentru acvaristul care dorește să înțeleagă aceste probleme. Dar cel mai important lucru aici este să nu cădem într-un tehno-fetișism excesiv, pentru că există mult mai multe în lume, mult mai interesante și mai distractive decât reacțiile chimice, filtrele și pompele.

* * *

În agricultura modernă a acvariilor, filtrele sunt unul dintre cele mai importante mijloace de susținere a vieții. Un acvariu este un spațiu biologic închis în care are loc o acumulare constantă de reziduuri organice: peștii produc secreții care poluează apa; plus alimente neconsumate, părți moarte ale plantelor etc. În rezervoarele naturale, concentrația deșeurilor în apă este destul de stabilă, deoarece o parte din acestea sunt procesate în minerale și asimilate de plante, iar cealaltă parte este realizată împreună cu fluxurile de apă. Într-un acvariu, densitatea stocului de pești o depășește semnificativ pe cea naturală, astfel încât produsele metabolice și derivații lor anorganici pot avea un impact negativ asupra locuitorilor săi.

Principalele modalități de a elimina excesul de reziduuri minerale și organice dintr-un acvariu și de a stabili condiții acceptabile de viață pentru peștii din acesta sunt filtrarea, curățarea, schimbarea apei și utilizarea chimiei absorbante.

Alături de abilitățile de manipulare a sistemelor de filtrare, pompe, sifoane și absorbanți, acvaristul trebuie să aibă și o anumită cantitate de cunoștințe teoretice. O parte integrantă a științei moderne a acvariilor este așa-numitul „ciclu al azotului”. Dacă deschideți cărți vechi, nu veți găsi acolo niciun cuvânt despre biofiltre sau despre ciclul azotului. Primul pur și simplu nu a existat atunci, în timp ce al doilea a procedat de la sine, despre care acvaristii „vechii școli” au ghicit doar vag când vorbeau despre un anumit „echilibru biologic” care apare de la sine la câteva săptămâni după lansare. De regulă, existau acvarii dens acoperite cu apă neutră sau acidificată, locuite de „characinka” sau „livebearer”, unde plantele vii absorbeau destul de energetic compușii toxici de amoniu și, dacă erau prezenți în doze reziduale mici, atunci în principal sub formă a ionilor de amoniu relativ siguri NH 4 +. Mai mult, în „acvariile olandeze”, cu un număr mare de plante și un număr mic de pești, nitrații au fost introduși artificial!

Nebunia ciclidelor care a cuprins hobby-ul acvariului încă din anii 1970 a cerut acvariştilor să devină mult mai informaţi despre biofiltrare. Deși înainte de asta, acest segment fusese deja stăpânit în mare măsură de acvariştii marini. Ei au fost primii care s-au confruntat cu problema azotului toxic și au început să dezvolte sisteme adecvate de tratare a apei. În urma „marinarilor” și deținătorilor de ciclide, alți acvaristi au abordat și ei această problemă, iar producția de filtre de acvariu s-a transformat într-o întreagă ramură a industriei acvariilor.

Acest material rezumă și sistematizează experiența practică personală și informațiile culese din diverse surse. Lista lor este dată la sfârșit. Aș dori să mulțumesc tuturor ale căror publicații și declarații pe forumurile aqua m-au ajutat în compilarea acestui material.

Ciclul azotului, nitrificarea

Alimentele neconsumate și proteinele excretate în excremente care nu sunt consumate de pește sunt principalii furnizori de compuși organici din apă, în care începe ciclul transformărilor biologice efectuate de diferite microorganisme. În prima etapă a acestui ciclu, compușii organici complecși care conțin azot sunt reciclați în compuși anorganici simpli - așa-numita mineralizare. Azotul este unul dintre principalele elemente necesare animalelor și plantelor. Se găsește în proteinele animale și vegetale. Ca urmare a descompunerii excrementelor de pește, a resturilor alimentare și vegetale și a organismelor moarte, se formează amoniac NH 3 (amoniac). Amoniacul are capacitatea de a interacționa cu ionii de hidrogen H+ găsiți în apă sau cu moleculele de apă, formând ioni de amoniu NH 4 + (amoniu):

NH3 + H+ = NH4+

2NH 3 + 3O 2 = 2NO 2 - + 2H + + 2H 2 O,

sau 2NH 4 + + 3O 2 = 2NO 2 - + 4H + + 2H 2 O,

iar apoi în ioni de azotat (cu litera „a”) NO 3 - .

2NO 2 - + O 2 = 2NO 3 -.

Procesele de oxidare a amoniacului și ionilor de amoniu în ioni de nitriți și apoi la ioni de nitrați se numesc nitrificare. Aceste procese au loc într-un mediu aerob (adică bogat în oxigen) sub influența bacteriilor nitrificatoare existente în acvariu. Sensul practic al nitrificării este de a transforma compușii de azot din forme foarte toxice (amoniac, nitriți) în cele cu toxicitate scăzută (nitrat). Nitrații sunt, de asemenea, nocivi, dar nu la fel de mult ca compușii anteriori de azot. Dar ciclul azotului nu se oprește aici. Există și opusul - un proces de recuperare numit denitrificare, pe care noi, în cea mai mare parte, nu îl folosim în prezent. Prin urmare, în practica acvariului, ciclul azotului este cel mai adesea considerat doar în ceea ce privește nitrificarea. În acest aspect, întreținerea modernă a acvariului este de fapt construită pe principiul „fluxului prelungit”, adică. Nitrații sunt îndepărtați din acvariu prin înlocuirea apei contaminate cu apă proaspătă. Plantele vii care absorb nitrații joacă, de asemenea, un rol semnificativ. Într-un acvariu de ciclide, unde există puțină sau deloc vegetație, echilibrul biologic al biosistemului și sănătatea peștilor depind în mare măsură de echipamentul tehnic și de întreținerea regulată. O bună aerare și filtrare sunt o condiție prealabilă pentru funcționarea normală a unui astfel de sistem, iar menținerea concentrației de nitrați la un nivel sigur se realizează prin infuzii intensive de apă dulce. În ciuda existenței unui număr de soluții alternative (inclusiv metode biologice de denitrificare, care vor fi discutate în a treia parte a articolului), gălețile și furtunurile sunt echipamente esențiale pentru acvariu.

Toxicitatea compușilor cu azot

Azotul însuși, ale cărui molecule sunt formate din doi atomi de N 2, este inert din punct de vedere chimic și biologic și practic inofensiv. Dar compușii de azot acumulați într-un acvariu pot dăuna locuitorilor săi. Schimbarea concentrațiilor compușilor de azot din acvariu în timpul procesului de nitrificare este prezentată schematic în grafic.

Conform „Listei standardelor de pescuit pentru concentrațiile maxime admisibile (MAC) și nivelul aproximativ de expunere sigur (SAEL) al substanțelor nocive pentru apă în corpurile de apă de importanță pentru pescuit” (M.: Editura VNIRO, 1999), MPC de compuși de azot pentru peste:
amoniac - 0,05 mg/l;
amoniu - 0,5 mg/l;
nitrit - 0,08 mg/l (valoarea concentrației azot-azot);
nitrat - 40 mg/l.

Deși practica arată că peștii de acvariu pot tolera doze semnificativ mai mari de azot pe termen scurt, aceste valori nu trebuie depășite.

Amoniacul este un compus foarte toxic. Intră cu ușurință în sângele și organele interne ale peștelui, se acumulează acolo și apoi este excretat pentru o perioadă foarte lungă de timp, până la săptămâni, adică. un pește cândva otrăvit cu amoniac poate muri după ceva timp, fără semne externe. Otrăvirea cu amoniac face, de asemenea, peștii susceptibili la stres și le slăbește rezistența la boli. Nivelul letal de amoniac neionizat este de aproximativ 0,2–0,5 mg/L pentru diferite specii de pești. Ionii de amoniu sunt, de asemenea, toxici, dar într-o măsură mai mică. Toxicitatea amoniacului este redusă în apa sărată. Raportul dintre concentrațiile de NH 3 și NH 4 + din apă depinde și de aciditatea și temperatura acesteia: în apa acidă și rece practic nu există amoniac, în mediu alcalin și cald concentrația acestuia crește. Prin urmare, în literatura de acvariu se recomandă acidificarea apei pentru a preveni otrăvirea peștilor. O scădere a pH-ului duce de fapt la o scădere a toxicității amoniacului, dar în același timp și activitatea bacteriilor nitrificatoare care procesează amoniacul scade. Și la un pH sub 5, activitatea lor vitală practic încetează.

Problema este agravată de faptul că testele pe care le avem la dispoziție arată concentrația totală a compușilor de amoniu, fără a separa amoniacul de amoniu. Procentul acestora poate fi determinat folosind tabele speciale bazate pe pH și temperatura apei. Dar cel mai bine este să aranjați filtrarea astfel încât testul să arate o valoare zero.

Cu toate acestea, există o opinie că, la valori ale pH-ului de 7 sau mai puțin, riscul de intoxicație cu amoniac este practic zero. În sprijinul acestui fapt, se indică faptul că în epoca „pre-ciclidelor”, când acvariştii păstrau în principal peşti tropicali „acid-apă”, cazurile de otrăvire cu amoniac erau foarte rare, iar această problemă a apărut doar odată cu apariţia „modei”. ” pentru ciclidele africane care necesită apă alcalină. În opinia mea, acesta este un argument incorect, deoarece nu ține cont de punctul esențial că în vremuri toate acvariile, incl. pepinierele, conțineau neapărat plante care au acționat ca biofiltru și aerator natural, și cu destul de mult succes. Mai mult, așa cum sa indicat mai sus, ionii de amoniu nu sunt, de asemenea, inofensivi și, dacă se acumulează, pot provoca otrăviri pe termen lung.

O problemă separată este prezența compușilor de amoniu (în continuare în text îi vom numi în general „amoniac”) în apa de la robinet - în perioada ploilor de toamnă și a inundațiilor de primăvară, concentrația poate ajunge la 0,5–1 mg/l. Acest lucru este discutat mai detaliat în articolul „”. Mai mult, amoniacul este periculos aici nu atât din cauza concentrației sale absolute, cât din cauza saltului brusc al conținutului său din acvariu în timpul unei schimbări mari de apă.

Nitritul este, de asemenea, otrăvitor. Starea prelungită a peștilor în apă cu o concentrație de azot-azot mai mare de 0,1 mg/l (sau o concentrație totală de ioni de nitrit mai mare de 0,33 mg/l) este nedorită; dozele de 1 mg/l pot fi letale.

Notă: Există două scale de măsurare pentru conținutul de nitriți: concentrația totală de ioni de nitriți (NO 2 -), i.e. conținut de azot și oxigen; și concentrația de azot-azot (NO 2 – N), adică. conținutul numai de azot în ionul nitrit. Raportul acestor indicatori este de 3,3, adică cunoscând o valoare, o puteți calcula pe cealaltă. Cărțile indică de obicei concentrația de azot-azot, dar în testele în acvariu - de regulă, concentrația totală de ioni de azot.

Vreau să subliniez încă o dată că într-un acvariu care funcționează normal conținutul de amoniac și nitriți ar trebui să fie zero.

Nitrații sunt semnificativ mai puțin toxici decât amoniacul și nitriții. Concentrația de ioni de NO 3 este considerată sigură pentru majoritatea speciilor de pești - până la 50 mg/l. Deși există cazuri de acvarii cu conținut de nitrați de până la 400 mg/l (!!!), care în niciun caz nu trebuie considerate ca o recomandare de acțiune. În același timp, există și specii de ciclide, de exemplu, printre sălbatici Uaru fernandezyepezi starea de bine se înrăutățește deja la o concentrație de 10-20 mg/l. Cu toate acestea, chiar dacă nu vedem semne evidente de otrăvire sau deteriorare a sănătății, peștele este aparent sănătos și depune icre, pe termen lung, nitrații sunt una dintre principalele cauze de hexamitoză și alte boli la speciile problematice și la peștii mai bătrâni și au un efect chiar mai dăunător decât hrănirea necorespunzătoare, deși efectul lor negativ nu apare imediat. Chiar și în concentrații relativ mici și formal „sigure”, nitrații scurtează imperceptibil dar sigur durata de viață a animalelor noastre de companie. Există, de asemenea, motive să presupunem prezența unui „efect cumulativ” toxic atunci când sunt combinați cu nitrați cu un fond de nitriți sau amoniu (cu biofiltrare insuficientă). Prin urmare, pentru speciile relativ nepretențioase, este mai bine să se stabilească un regim de schimbare a apei astfel încât concentrația de NO 3 să fie minimă. De asemenea, ar trebui să evitați schimbările bruște ale concentrației de nitrați, nu numai în sus, ci și în jos, în special atunci când transferați peștele într-un alt recipient sau în timpul schimbărilor mari de apă.

Simptomele otrăvirii peștilor cu compuși de azot sunt destul de bine descrise în literatură. În special, puteți citi despre acest lucru în articolul „Compoziția apei de acvariu: probleme principale” postat pe site-ul vitawater.ru. De acolo poți învăța cum să-ți îmbunătățești bunăstarea peștelui folosind preparate speciale, atât de marcă, cât și „populare” (sare, permanganat de potasiu, albastru de metilen). Cu toate acestea, dacă inițial faceți totul cu înțelepciune: echipați acvariul cu un echipament bun de filtrare și asigurați-vă o întreținere adecvată, de exemplu. eliminați cauza „bolii”, nu va fi nevoie să vă ocupați de simptomele acesteia.

Tipuri de filtrare

Scopul principal al filtrelor de acvariu este purificarea apei și îndepărtarea componentelor nedorite din aceasta (particule organice și minerale, molecule, ioni, microorganisme). Filtrarea poate fi împărțită în trei tipuri principale:

Mecanic;
- biologice;
- chimică.

Filtrare mecanică- captarea particulelor suspendate în apă. Cu filtrarea mecanică, fluxul de apă trece printr-un material fin poros, pe care sunt reținute particule relativ mari de murdărie și resturi de acvariu. Ca substrat filtrant se folosesc de obicei bureți și cârpe de spălat sintetice, cauciuc spumă special, poliester de căptușeală sintetică etc.

Teoretic, eficiența curățării crește pe măsură ce dimensiunea particulelor materialului filtrant sau diametrul canalelor de trecere scade. Cu toate acestea, această reducere este posibilă numai până la anumite limite, deoarece aceasta începe să crească rezistența la curgerea fluidului și să reducă performanța filtrului. Se crede că este mai bine să folosiți elemente de filtrare cu dimensiuni diferite ale canalelor de trecere. Apa, trecând succesiv prin straturi cu canale din ce în ce mai descrescătoare, va fi purificată uniform pe întregul volum al filtrului. Filtrele externe și unele tipuri de filtre interne folosesc un element de filtrare multistrat (inele ceramice - bureți cu poros mari și fine - poliester de căptușeală). Când funcționează un filtru mecanic, materialul filtrat se acumulează în el, așa că este necesar să spălați în mod regulat elementul de filtru.

Filtrarea mecanică include și curățarea regulată a fundului cu un sifon (sifon de pământ) în timpul schimbărilor de apă.

Filtrare biologică- un proces în mai multe etape, în mai multe etape, realizat de agenți de amonizare și nitrificare pentru a descompune materia organică și a transforma amoniacul, amoniul și nitritul foarte toxic în nitrat cu toxicitate scăzută (și în ciclul complet - în azot gazos). Acest proces se poate produce în mod natural direct în acvariu, dar pentru a obține un rezultat bun este nevoie de un dispozitiv special - un biofiltru.

Filtrarea biologică și cea mecanică sunt strâns legate. În primul rând, pentru că același filtru poate servi atât ca mecanic, cât și ca biologic. În al doilea rând, faptul că sarcina de curățare a unui acvariu de impuritățile organice se rezolvă simultan atât biologic, prin nitrificare, cât și mecanic, adică prin îndepărtarea directă a murdăriei din acvariu. Și astfel, filtrarea mecanică puternică ușurează sarcina asupra biofiltrului și invers.

Filtrare chimică, care în practica acvariului este înțeles în primul rând ca sorbția, este o specie specifică. Cu ajutorul filtrelor chimice, substanțele organice și anorganice dăunătoare sunt îndepărtate din apa de acvariu (sau nou umplută), iar parametrii apei pot fi, de asemenea, modificați și pot fi adăugate substanțe benefice. În funcție de natura sorbției, se face o distincție între adsorbanți - corpuri care absorb o substanță pe suprafața lor (de obicei foarte dezvoltată) și absorbanții chimici care leagă substanța absorbită, intrând într-o interacțiune chimică cu aceasta. Un grup separat constă din adsorbanți cu schimb de ioni, care absorb ioni de un tip din soluții și eliberează o cantitate echivalentă de ioni de alt tip în soluție. Filtrarea chimică este cea mai comună și populară metodă care utilizează cărbune activ ca adsorbant. De asemenea, sunt utilizate o serie de alte materiale de umplutură chimice. Acestea sunt minerale din grupul zeoliților, rășini sintetice schimbătoare de ioni și turbă. Zeoliții și rășinile schimbătoare de ioni absorb amoniacul, nitrații, fosfații etc. și în schimb eliberează ioni inofensivi de sodiu, clor, sulfat etc. Turba acidifică ușor apa și introduce în ea diverse substanțe biologic active. Filtrarea chimică include și coloane skimmer, care îndepărtează moleculele organice din apă înainte ca acestea să fie descompuse pentru a elibera amoniac. De asemenea, ozonizatoarele, într-o oarecare măsură, efectuează filtrarea chimică prin oxidarea materiei organice.

Pe lângă filtrare, sterilizarea apei este folosită și în practica acvariului ca metodă de purificare. Metodele de sterilizare sunt ozonarea și iradierea cu ultraviolete.

Bacteriile nitrificatoare

Procesul de nitrificare este un proces de oxidare în care oxigenul joacă în mod natural un rol major. Cu toate acestea, acest proces s-ar produce mult mai lent dacă nu ar exista multe microorganisme care iau parte în acvariu. Aceste microorganisme sunt cunoscute în mod colectiv și sub denumirea de „nămol activat”.

Lucrările preliminare sunt realizate de mineralizatori care transformă materia organică în amoniac. Mulți locuitori acvatici microscopici au această capacitate. Prin urmare, în principiu, setul de specii poate fi diferit pentru fiecare acvariu specific. În special, acestea sunt bacterii Achromobacter, Micrococcus, Flavobacterium, Paracoccus etc Coloniile lor se formează în etape. Unele specii le înlocuiesc pe altele. Înnoarea apei dintr-un acvariu lansat recent (așa-numita „turbiditate bacteriană”) este tocmai o manifestare a proliferării explozive a unor microorganisme, mai des ciliate, cu înlocuirea treptată a acestora cu altele și/sau scăderea dimensiunii populației.

Fiecare etapă a ciclului azotului este realizată de propriile bacterii. Bacteriile oxidante de amoniac NitrozococȘi Nitrosomonas se efectuează procesul NH 3 (NH 4 +) => NO 2 -, şi nitrit-oxidant NitraspiraȘi Nitrobacter- proces NO 2 - => NO 3 - .

Procesul de colonizare a acvariului cu bacterii benefice are loc treptat. Pentru a funcționa cu succes, au nevoie de anumite condiții: hrană (amoniac și nitriți), oxigen, hidrochimie acceptabilă, temperatură și substrat unde se vor așeza. Conform cercetărilor, condiții optime pentru dezvoltarea bacteriilor Nitraspira spp.: concentrație de nitriți 0,35 mM, pH 7,6–8,0, temperatură 39°C. Aceasta din urmă, desigur, nu înseamnă necesitatea de a încălzi acvariul la o temperatură atât de extremă; pentru majoritatea peștilor de acvariu este fatal. Nitrifitoarele vor funcționa excelent la 22–28°C. De asemenea, trebuie amintit că la temperaturi și pH ridicate, procentul de amoniac neionizat crește.

Reședința principală (substrat) pentru bacteriile amonifiante și nitrificatoare sunt filtrele, în special cele externe, cu un volum impresionant și o suprafață mare a diferitelor umpluturi. Desigur, aceste bacterii trăiesc și în coloana de apă, dar acolo sunt mult mai puține. În principiu, orice suprafață este potrivită ca substrat, dar trebuie să aibă o suprafață suficient de mare. Pereții goi ai unui acvariu nu sunt suficienți pentru a crea o populație activă. În acvariile fără filtru biologic, solul acționează ca substrat, dar există o deficiență a unei alte componente vitale a nitrificării - oxigenul. Prin urmare, un biofiltru de trecere este optim pentru colonizarea nitrificatorilor. Vezi și articolul „”.

Deși bacteriile nitrificatoare sunt prezente peste tot, chiar și în apa clorurata de la robinet și în aer (celule individuale sau microcolonii), într-un acvariu proaspăt început sunt catastrofal puține dintre ele. Bacteriile se înmulțesc rapid - populația se dublează în 12-32 de ore. Cu toate acestea, conform studiilor din acvarii și biofiltre, nitrificarea durează între 12 și 22 de zile pentru a se stabili.

Inițial, în acvariu nu există nitriți, ci doar amoniac și amoniu și se nasc doar bacterii oxidante de amoniac. Pe măsură ce apar nitriții, bacteriile oxidante de nitriți intră în acțiune. Mai mult, există motive să credem că o colonie de bacterii oxidante de nitriți este mai pretențioasă, creșterea ei este mai lentă și poate suferi mai multe daune decât prima colonie sub aceeași influență. De exemplu, se știe că Nitraspira poate fi suprimată chiar și prin exces de amoniac. Și dacă considerați că hrana lor este furnizată de prima colonie, nu este de mirare de ce întârzierea procesării nitriților într-un nou acvariu poate fi mare. Și atunci, dimpotrivă, amoniacul este epuizat, iar bacteriile oxidante de amoniac încep să moară de foame și să reducă populația, dar acum există multă hrană pentru bacteriile oxidante de nitriți... Astfel, obținem două cicluri interconectate, dar dezechilibrate. cu vârfurile și jgheaburile lor, iar sarcina biofiltrării este de a sincroniza și dezvolta aceste cicluri și, după ce s-a realizat un echilibru al ambelor grupuri de bacterii, să răspundă flexibil la orice modificări ale biochimiei acvariului.

„Înclinarea” biofiltrului

În condiții nefavorabile, de exemplu, lipsa de nutriție sau oxigen suficient, bacteriile se transformă în așa-numitele. stare inactivă („hibernare”), când se menține un metabolism energetic minim pentru a asigura funcțiile de bază ale celulei. Când revin condițiile potrivite, bacteria „se trezește”. Dar dacă perioada inactivă durează prea mult, are loc moartea și dezintegrarea celulei bacteriene.

Deosebit de critice pentru coloniile de bacterii nitrificatoare dintr-un biofiltru sunt întreruperile de curent pe termen lung și contaminarea severă a substratului cu formarea de zone anaerobe stagnante în acesta. Mai mult decât atât, nu încetarea procesului de nitrificare în sine este periculoasă, ci faptul că alte bacterii heterotrofe se stabilesc în locul lor, iar procesul opus începe într-un mediu anaerob (fără oxigen) - . Și, în același timp, există o probabilitate mare ca acesta să urmeze scenariile „greșite” - cu formarea unor astfel de compuși toxici precum hidrogenul sulfurat (H 2 S) și metanul (CH 4) sau să se oprească în stadiul de reducerea nitratului în nitriți. Și este bine dacă are ca rezultat doar tulburarea temporară a apei, dar poate duce și la o moarte masivă a peștilor. O scădere a performanței filtrului (presiunea apei) indică de obicei contaminarea substratului. Dacă presiunea scade sub 30–40% din maxim, filtrul trebuie spălat și repornit din nou, altfel acest lucru poate duce la „răsturnarea” biologică a acestuia. De asemenea, nu ar trebui să opriți filtrul pentru o lungă perioadă de timp. Un filtru puternic contaminat poate reprezenta un pericol pentru locuitorii acvariului după doar 2-3 ore de inactivitate; cei mai puțin poluați pot supraviețui relativ ușor fără un aflux de apă dulce timp de câteva ore sau chiar zile. Pe lângă gradul de contaminare a filtrului, acest lucru depinde de mulți factori, inclusiv. volumul acvariului (în acvariile mari biochimia este mult mai stabilă) și densitatea stocului de pești. Dar este mai bine să nu riști din nou.

„Turbiditate bacteriană”

Acest termen se referă de obicei la tulbureala sau albirea apei, adesea însoțită de un miros de mucegai. Acest fenomen este tipic pentru acvariile cu biofiltrare nedezvoltată sau afectată, sau apare dintr-un exces de materie organică (din cauza supraalimentării sau supraaglomerării). Poate fi cauzată și de o infuzie mare de apă dulce sau de utilizarea „aquachimiei”. O altă modalitate „sigură” de a obține tulburări severe în apă este să turnați o anumită doză de alcool sau vodcă în acvariu (dar mai multe despre asta mai târziu). Turbiditatea „bacteriană” sau, așa cum este numită și „ciliată”, este o manifestare a reproducerii rapide în apa de acvariu a organismelor unicelulare, majoritatea heterotrofe, și a competiției lor între ele. Samvel Kupalyan a numit în mod adecvat aceste procese „războaie interne” ale microorganismelor. În sine, „turbiditatea bacteriană” nu este periculoasă pentru pești, deși este indirect un semn al unei situații nefavorabile în acvariu și este în exterior o vedere inestetică. Dar nu există o relație directă între turbiditatea apei și conținutul de substanțe nocive din acvariu. Compușii toxici de azot dizolvați în apă, rezultați din absența sau întreruperea biofiltrației, sunt invizibili pentru ochi. Este posibil ca apa să fi devenit tulbure, iar testele pentru amoniac și nitriți arată concentrații zero sau foarte scăzute ale acestor substanțe. Dar poate fi și invers: apa din acvariu este limpede, dar nitriții nu sunt în top.

Într-un acvariu nou început, apa poate deveni foarte tulbure în a doua sau a treia zi (un caz de manual, dar deloc obligatoriu). Dacă sistemul este echipat și întreținut corespunzător, atunci după câteva zile „turbiditatea bacteriană” dispare de la sine. Când apare tulbureala într-un acvariu matur, aceasta dispare odată ce cauza este eliminată. Iar primul lucru pe care îl recomand să-l faci dacă descoperi că apa a devenit tulbure „fără motiv” este să crești aerarea. Un sterilizator UV este adesea recomandat ca o modalitate radicală de a elimina turbiditatea bacteriană. La trecerea prin radiații ultraviolete, microorganismele care creează turbiditate mor, iar apa devine limpede. Cu toate acestea, trebuie înțeles că acest lucru nu elimină cauza principală a turbidității.

Puțină istorie

Dacă deschideți cărți vechi, veți citi o mulțime de lucruri interesante și corecte despre astfel de indicatori chimici ai apei, cum ar fi PH-ul, conductivitatea electrică și duritatea, precum și modalități ingenioase de a le măsura, dar nu veți găsi un cuvânt despre biofiltre sau despre ciclul azotului. Primul pur și simplu nu exista atunci, în timp ce al doilea era caracterizat de un anumit concept abstract de „echilibru biologic”, care apare de la sine la câteva săptămâni după lansarea acvariului. Compoziția de specii a peștilor - în principal „purtători vii” și „characinkas” - și prezența unui număr mare de plante vii în acvarii au compensat în mare măsură aceste lacune în cunoștințele teoretice și echipamentele tehnice. Cred că întârzierea gravă a țării noastre în domeniul creșterii ciclidelor sa datorat într-o anumită măsură acestor „trăsături ale industriei naționale a acvariilor”. La urma urmei, păstrarea ciclidelor impune cerințe crescute privind filtrarea. Publicațiile mai recente ale acvariștilor noștri reputați recunosc nevoia de filtre pentru acvariu. " Știința modernă a acvariului răspunde pozitiv la această întrebare”, declară Igor Ivanovich Vanyushin în articolul „Este necesară filtrarea într-un acvariu?”, publicat în 1999 în revista „Milion de prieteni?” În același timp, multe manuale despre fabricarea filtrelor interne de casă dintr-un acvariu. sticlă de plastic a apărut în literatură etc. „Este imposibil să ne imaginăm câte modele de filtre există”, scrie Igor Ivanovici, „mai mult, aproape fiecare acvarist își aduce contribuția schimbând ceea ce a văzut sau creând ceva original, propriu, la momentul respectiv. când devine serios interesat de filtrarea apei”.

În același timp, a existat o înțelegere a necesității unor schimbări regulate de apă pentru a elimina nitrații și alte substanțe nocive din aceasta. A fost o perioadă uimitoare de perspectivă când acvaristii au descoperit motivele morților și bolilor inexplicabile ale animalelor lor de companie. Primele biofiltre domestice au apărut în anii 1980 și, uneori, aveau un design foarte complicat. Dezavantajele filtrelor externe de casă, care le-au anulat în mare măsură avantajele, au fost volumul și nefiabilitatea. Prin urmare, atitudinea față de filtrele externe, chiar și în ciuda apariției unor filtre cu canistre importate ergonomice și fiabile, a fost încă precaută. Opinia lui I.I. Vanyushin (articolul „Cumparam acvarii” din revista „Milion de prieteni” nr. 1.2000) este destul de indicativ in acest sens: " Fără a intra în detalii, toate filtrele pot fi împărțite în externe și interne. Care este mai bine - judecați singuri, dacă își îndeplinesc sarcina principală de curățare de resturi și impurități dăunătoare aproximativ în același mod... Filtrul extern aproape că nu limitează spațiul intern al acvariului. Doar două tuburi trec înăuntru - pentru liniile de pompare și injecție, totul este în exterior. Aceasta este, probabil, amploarea meritelor sale. " . O contraindicație serioasă împotriva recipientelor de marcă a fost costul lor ridicat, iar cele chinezești erau mult inferioare lor ca calitate. Prin urmare, mulți acvariști amatori au preferat filtrele interne de tip sticlă, care au fost utilizate pe scară largă în țara noastră la sfârșitul anilor 1990, combinând designul stilat și prețul accesibil, exagerând în același timp în mod clar capacitățile lor de biofiltrare, iar biofiltrele încorporate au devenit larg răspândite în întreținerea profesională a acvariilor. . O altă alternativă și o etapă unică în dezvoltarea tehnologiei de biofiltrare în Rusia a fost așa-numitul transport aerian, format dintr-un burete mare, o țeavă de ridicare și un aerator. Acest tip de filtru este acum folosit cu succes în acvariile de pepinieră.

Povestea lui Evgeniy Tsigelnitsky: „Nu voi uita niciodată primul meu filtru - o cutie împărțită în jumătate, crăpată, de dimensiunea unei jumătăți de pahar, din plastic „marmorat” roz și alb (cele mai ieftine vase de săpun au fost făcute din aceasta) pe o ventuză cenușie, urât mirositoare, umplută subțire cu niște fire, după o săptămână, acestea au devenit complet asemănătoare cu moci.Un simplu transport aerian format dintr-o pereche de tuburi de sticlă, mai groase și mai subțiri, era atașat de partea superioară a acesteia printr-un adaptor de cauciuc prost. Și firele îndesate în filtrul „noi suntem deștepți” (cu tatăl meu) au fost înlocuite cu o cârpă de spălat pentru vase. Îmi amintesc și de acel filtru și uimirea mea copilărească de cât de mult a strâns acest mic și mizerabil instrument de tot felul. de murdărie într-o săptămână în acvariul meu modest, curat, cu trei găleți (încărcând complet un compresor care trosnește). Oamenii avansați au folosit apoi transporturi aeriene din RDG fraternă, am adus și eu unul după o lungă plângere, bunicul meu a venit până la capăt. de la Leningrad. Și am devenit avansat - cu un burete ireal, ucigaș GDR într-o găleată cu trei găleți și o „vașă de săpun” din marmură care s-a mutat într-o găleată („școală”) camera băieților. Au fost două filtre întregi - wow! Apropo, acest burete a lucrat, a servit și a hoinărit în jurul acvariilor timp de aproape cincisprezece ani. Încă regret că a dispărut pe undeva... Adică oamenii filtrau apa în acvarii în epoca sovietică, dar majoritatea filtratorilor nu au făcut un cult din asta și nu le-a păsat în niciun caz de evenimentele biochimice care au avut loc în această perioadă. ... Am adunat murdăria - și OK..."

Bacteriile denitrificatoare și denitrificatoare

Procesul de reducere a nitraților la oxizi gazoși și azot molecular se numește denitrificare. Aceasta este a doua parte a ciclului azotului. Acest proces este folosit extrem de rar în întreținerea acvariilor de apă dulce, dar cu siguranță merită luat în considerare. Spre deosebire de nitrificare, unde cel mai important rol îl joacă oxigenul dizolvat în apă, procesele de denitrificare au loc într-un mediu lipsit de oxigen, sau, în termeni științifici, anaerob. Denitrificarea este definită ca transformarea nitratului în azot, un gaz inofensiv care bule. Între produsul inițial (nitrat) și produsul final (azot gazos), există trei produse intermediare: în ordinea apariției lor, aceștia sunt nitritul (NO2), oxidul de azot (NO) și protoxidul de azot (N2O). Adică, denitrificarea (precum nitrificarea) este un proces în mai multe etape, iar produșii săi intermediari, și în special nitriții, sunt toxici. Dacă denitrificarea nu are loc complet, calitatea apei devine mult mai proastă pentru pești decât înainte de acest proces. Există alte două procese care pot avea loc într-un acvariu. Acestea sunt absorbția disimilativă și asimilativă a nitratului. Ambele sunt periculoase pentru că... produce amoniu. De fapt, acesta este exact opusul nitrificării - nitratul este redus la nitrit, care este apoi redus la hidroxilamină (NH 2 OH) și apoi la amoniu.

Bacteriile sunt responsabile pentru toate aceste transformări. O diferență importantă între nitrificare și denitrificare o reprezintă tipurile de bacterii care sunt implicate în aceste procese. Nitrificarea este efectuată de așa-numitele bacterii autotrofe. Aceasta înseamnă că obțin carbonul de care au nevoie pentru a crește din substanțe anorganice, în special dioxid de carbon. Bacteriile denitrificatoare ( Bacil, Denitrobacillas, Micrococcus, Pseudomonas etc.) sunt heterotrofe, adică primesc carbon din surse organice precum zaharoza, glucoza, alcoolii, acizii organici, aminoacizii etc. (există, totuși, un tip special de filtru denitrator în care bacteriile cu sulf sunt folosite pentru a procesează nitratul în azot - autotrofe, vezi partea 3 a articolului). Esența efectului benefic al bacteriilor denitrificatoare este că în condiții anaerobe, adică. mediu extrem de sărac în oxigen, extrag oxigenul necesar respirației din nitrat, reducându-l în același timp. Bacteriile denitrificatoare sunt bacterii anaerobe. Deși, pentru a fi pe deplin corect, există bacterii care sunt anaerobe facultative și, în funcție de conținutul de oxigen din mediu, sunt capabile să-l atragă atât din exterior, cât și să-l extragă din nitrați (deci, de altfel, se crede că adaptarea bacteriilor denitrificatoare la condiții anaerobe este de origine secundară). Dar, în general, așa cum scrie Martin Sander despre asta, „putem presupune că oxigenul previne denitrificarea”.

Astfel, pentru succesul procesului de denitrificare, trebuie îndeplinite trei condiții: prezența nitraților în acvariu, un mediu sărac în oxigen și prezența substanțelor organice care conțin carbon. Carbonul este folosit de bacterii ca principal nutrient, în timp ce necesarul de oxigen este satisfăcut de nitrați. A patra condiție, care va fi discutată mai târziu, este un potențial redox suficient de scăzut (sau cum se numește de obicei, redox).

Reacția de denitrificare în forma sa clasică poate fi exprimată prin ecuațiile:

prima etapă 3NO 3 - + CH 3 OH = 3NO 2 - + CO 2 + 2H 2 O și

a doua etapă 2NO2 - + CH3OH = N2 + CO2 + H2O + 2OH-.

După cum se poate observa din ecuații, nitrații nu sunt transformați imediat în azot gazos, dar nitriții toxici se formează mai întâi. Abia în a doua etapă azotul este îndepărtat din ciclu prin formarea azotului gazos. Asigurarea faptului că aceste procese au loc într-o manieră controlată nu este o sarcină ușoară. În orice caz, acest lucru este mult mai dificil decât stabilirea conversiei biologice a amoniacului în nitrat. În plus, există multe concepții greșite asociate cu denitrificarea, inclusiv cele care provin de la acvaristi care folosesc aceste tehnologii în practică. Procesul de denitrificare nu are loc întotdeauna fără probleme. Pe lângă efectul benefic de îndepărtare a nitraților, în timpul proceselor de denitrificare se pot forma și alte substanțe extrem de nocive - metan (CH 4) și hidrogen sulfurat (H 2 S), deoarece, alături de bacteriile denitrificatoare, alte tipuri de microorganisme, în special metan- formând arhee, sunt implicate în procese anaerobe și bacterii reducătoare de sulfat, de asemenea anaerobe. În special, acest lucru se întâmplă atunci când există o lipsă de nitrați sau un potențial redox foarte scăzut. Apoi, microflora anaerobă începe să satisfacă nevoia de oxigen în detrimentul altor compuși chimici care conțin oxigen - odată cu eliberarea de hidrogen sulfurat și metan, ambele gaze sunt toxice. Bacteriile care formează metan pot sintetiza metanul folosind reacțiile de oxidare a dioxidului de carbon (CO 2 ) ca energie. În rezervoarele naturale, metanul este unul dintre produsele finale ale descompunerii materiei organice în zona anaerobă inferioară și este format dintr-un grup foarte specializat de anaerobi stricti - arheile formatoare de metan. Bacteriile reducătoare de sulfat iau oxigen din sulfați (SO 4 2-). Acest proces, numit desulfurare, produce hidrogen sulfurat, care este cunoscut pentru mirosul de ou stricat. De asemenea, mai sus sunt menționate bioprocesele de reducere disimilativă și asimilativă a nitraților la hidroxilamină (NH 2 OH) și apoi amoniu. Diverse bacterii, precum și unele actinomicete și ciuperci, au capacitatea de a face acest lucru. Este clar că toate aceste procese, care apar și în natură, sunt greu de controlat într-un acvariu, stimulând doar procese benefice și prevenind procesele dăunătoare.

Acum câteva cuvinte despre potențialul de oxidare-reducere - o măsură a capacității unei substanțe chimice de a adăuga electroni (de a fi redusă). Valoarea acestuia determină echilibrul dintre reacțiile de reducere și oxidare în apă. Un alt nume este potential redox (din engleza redox - reduction-oxidation reaction). Acest indicator este legat de nivelul de contaminare a apei din acvariu cu substanțe organice, precum și de vârsta acvariului. Un acvariu nou început este de obicei caracterizat de valori ridicate ale potențialului redox, apoi, pe măsură ce acvariul îmbătrânește, potențialul său redox scade. Poti mentine potentialul redox la un anumit nivel prin intretinerea regulata a acvariului, curatarea solului, schimbarea apei etc. Un potențial redox pozitiv ridicat (într-un acvariu normal este de 200 – 400 mV (minivolt)) indică dominanța reacțiilor oxidative asupra reacțiilor de reducere. Un potențial redox negativ indică o lipsă de oxigen în apă, care este letal pentru majoritatea nevertebratelor. Dar pentru cursul normal al procesului de denitrificare, potențialul redox trebuie să fie negativ și menținut în intervalul de aproximativ -50 până la -250 mV. Astfel, reacția de denitrificare nu poate avea loc direct în apa acvariului, ci necesită zone anaerobe speciale, care se pot forma, de exemplu, în sol sau filtru. Dacă potențialul redox este mai mare de -50 mV (dar mai mic decât zero), atunci procesul de denitrificare se va opri cel mai probabil în stadiul de formare a nitriților. Și dacă scade sub -300 mV, atunci bacteriile vor lua sulfați.

Următoarea problemă este disponibilitatea suficientă a carbonului organic cerut de acest tip de bacterii. Substanțele organice din acvariu nu sunt suficiente pentru a susține procesul, așa că sunt necesare adăugiri suplimentare. În ecuațiile de mai sus, metanolul apare ca o substanță organică, dar în practică, alcoolul metilic este otravă. Conceptul de reducător clasic de nitrat de carbon implică utilizarea lactozei. O altă opțiune este alcoolul etilic sau vodca. Apropo, în urmă cu câțiva ani ideea de a începe denitrificarea prin adăugarea de vodcă în acvariu a fost foarte populară. Adevărat, nu mulți oameni au îndrăznit să facă acest lucru, dar au discutat activ. De fapt, așa cum scrie Dieter Brockmann despre ea, această tehnologie nu are nimic de-a face cu denitrificarea, adică cu descompunerea nitraților pentru respirația bacteriană, ci este mai aproape de asimilare și producere de biomasă. „Cu alcool, spre deosebire de filtrele denitrificatoare, stimulăm în primul rând bacteriile aerobe și abia apoi bacteriile anaerobe, care joacă un rol mai puțin important. Asimilarea înseamnă asimilarea nitraților și fosfaților, de exemplu, de către alge. Acestea din urmă folosesc ambele substanțe pentru a obține azotul și fosforul necesar propriului metabolism și, în consecință, susținerea vieții și creșterea.Din aceasta rezultă că creșterea crescută a algelor afectează scăderea concentrației de fosfați și nitrați din acvariu.Anterior, acest efect a fost folosit în filtrele de alge. pentru a reduce nitrații.Adăugând vodcă în acvariu, susținem astfel asimilarea , stimulând, totuși, nu algele, ci bacteriile.Le oferim o sursă de alimente ușor procesate - etanol în vodcă.Prin creșterea biomasei, a nivelului de fosfați și nitrații din apa acvariului scad.Cu toate acestea, practica a arătat că denitrificarea poate avea loc numai într-un substrat care conține zone anaerobe. Și trebuie să avem grijă și de disponibilitatea lui.”

Și mai departe. Este necesar să echilibrați sistemul astfel încât să nu se acumuleze produse intermediare de denitrificare. După cum s-a menționat mai sus, atunci când se prelucrează nitrații, se produce mai întâi nitritul, este toxic și nu ar trebui să se acumuleze în acvariu. Pericolul creșterii concentrației de nitriți este unul dintre punctele slabe ale sistemelor de denitrificare. Ei bine, pentru a îngroșa cu adevărat imaginea, trebuie să vă reamintim că pe lângă nitrați în acvariu există și fosfați și probabil mult mai multe substanțe și compuși diferiți care nu pot fi controlați folosind un set standard de teste de acvariu, motiv pentru care peștii discus în acvariu. un acvariu ciclat cu ajutorul unui denitrator devine brusc letargic și refuză să depună icre. Prin eliminarea selectivă a nitraților, obținem doar aspectul de a crea un sistem cu ciclu închis.

Totuși, toate acestea nu înseamnă că denitrificarea este, în principiu, inaccesibilă sau nu are sens pentru hobby-ul acvariului. Filtrele de nitrați au fost folosite cu succes în acvariile marine de mulți ani și acum sunt introduse pentru service în acvariile de apă dulce. Dar, mai ales, se speră că denitrificarea este încă un domeniu promițător pentru cercetare, iar ultimul cuvânt în această problemă nu a fost încă spus.

Literatură

Anikshtein S. Nitrați – atât de nocivi și atât de folositori.
Anikshtein S. Nu neglijați aerarea.
Bailey M. Burgess P. Cartea de Aur a Vărsătorului.
Bersenev A. Misterul biofiltrului.
Brockman D. Nitraţi.
Vanyushin I.I. Un acvariu are nevoie de filtrare?
Vanyushin I.I. Cumpărăm acvarii.
Goryushkin S. Osmoza inversă într-un sistem de filtrare de acvariu.
Goryushkin S. Filtrare și discuri.
Gusev M.V., Mineeva L.A. Microbiologie.
Dubinovsky M. și colab.Apa în acvariu.
Dubinovsky M. et al. Filtrarea în acvariu.
Dubinovsky M. Lansarea unui acvariu.
Diverse materiale informative despre păstrarea acvariilor marine.
Kubasov A.A. Zeoliții sunt pietre care fierb.
Kovalev V. E ceva în neregulă în acvariu??? Să încercăm să ne dăm seama!
Kovalev V. Cinci parametri foarte importanți ai calității apei și cum să le folosiți fără a vă încurca.
Kovalev V. Compoziția apei de acvariu: probleme principale.
Kuskov V. Cum să creați și să mențineți echilibrul biologic.
Sander M. Echipament tehnic al unui acvariu.
Serga T. Nitrospira – bacterii nitriti-oxidante din acvarii.
Spiridonov M. Zeolit ​​în acvariu. Beneficiu sau prejudiciu?
Telegin A. Proiectarea filtrelor deschise.
Succes cu un filtru de nitrat. Pe. A.I. Goryushkina.
Frolov Yu., Yudakov V. Fundamentele filtrării biologice.
Khakhinov V.V. și altele.Hidrochimia sistemelor de apă extreme cu bazele hidrobiologiei.
Hovanek T. Ce este denitrificarea?
Hhomcenko I.G. și altele.Acvariu modern și chimie.
Tsigelnitsky E. Fitofiltrarea.
Sheremetyev I. Filtru irigat pentru un acvariu.
Elbakyan V. Nitrate horror.
Yudakov V. Scurte noțiuni de bază ale filtrării în acvariu.
Yartsev V. Note despre biobile.
Yartsev V. Filtre cu irigare (bază).
Brockmann D. Fische und Korallen im Meer und im Aquarium.
Holmes-Farley R. Chimie și acvariu: Nitrați în acvariul de recif.
Foster S. Exclusiv: Hagen anunță lansarea filtrului Fluval G.

© E. Granovsky, 2009-2010

În 1870, Schloesing și Miintz au demonstrat că nitrificarea este de natură biologică. Pentru a face acest lucru, au adăugat cloroform în apa uzată. Ca urmare, oxidarea amoniacului a încetat. Cu toate acestea, microorganismele specifice care provoacă acest proces au fost izolate doar de Winogradsky. El a mai arătat că nitrificatorii chimioautotrofe pot fi împărțiți în bacterii care realizează prima fază a acestui proces, și anume oxidarea amoniului în acid azotat (NH4+->N02-), și bacterii din faza a doua de nitrificare, transformând acidul azot în acid azotic (N02-- >-N03-). Ambele microorganisme sunt gram-negative. Ele aparțin familiei Nitrobacteriaceae.

Bacteriile primei faze de nitrificare sunt reprezentate de patru genuri: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosolobus și Nitrosospira. Dintre acestea, cea mai studiată specie este Nitrosomonas europaea, deși obținerea de culturi pure ale acestor microorganisme, precum și a altor chimioautotrofe nitrificatoare, rămâne totuși destul de dificilă. Celulele N. europaea sunt de obicei ovale (0,6 -1,0 X 0,9-2,0 µm) și se reproduc prin fisiune binară. În timpul dezvoltării culturilor în mediu lichid se observă forme mobile cu unul sau mai mulți flageli și zooglee imobile.

La Nitrosocystis oceanus, celulele sunt rotunde, cu un diametru de 1,8-2,2 microni, dar pot fi și mai mari (până la 10 microni). Capabil de mișcare datorită prezenței unui flagel sau a unui mănunchi de flageli. Ele formează zooglee și chisturi.

Dimensiunile Nitrosolobus multiformis sunt 1,0-1,5 X 1,0-2,5 microni. Forma acestor bacterii nu este în întregime corectă, deoarece celulele sunt împărțite în compartimente, lobuli (-lobus, de unde și numele Nitrosolobus), care se formează ca urmare a creșterii în interiorul membranei citoplasmatice.

La Nitrosospira briensis, celulele sunt în formă de baston și întortocheate (0,8-1,0 X 1,5-2,5 µm) și au de la unu la șase flageli.

Dintre bacteriile din faza a doua de nitrificare se disting trei genuri: Nitrobacter, Nitrospina și Nitrococcus.

Cele mai multe dintre studii au fost efectuate cu diferite tulpini de Nitrobacter, dintre care multe pot fi clasificate ca Nitrobacter winogradskyi, deși au fost descrise și alte specii. Bacteriile au celule predominant în formă de pară. După cum arată G. A. Zavarzin, reproducerea Nitrobacterului are loc prin înmugurire, iar celula fiică este de obicei mobilă, deoarece este echipată cu un flagel situat lateral. Se remarcă, de asemenea, asemănarea Nitrobacter cu bacteriile în devenire din genul Hyphomicrobium în compoziția acizilor grași incluși în lipide.

Datele privind bacteriile nitrificante, cum ar fi Nitrospina gracilis și Nitrococcus mobilis, sunt încă foarte limitate. Conform descrierilor disponibile, celulele N. gracilis sunt în formă de baston (0,3-0,4 X 2,7-6,5 µm), dar au fost găsite și forme sferice. Bacteriile sunt imobile. În schimb, N. mobilis este mobil. Celulele sale sunt rotunde, de aproximativ 1,5 microni în diametru, cu unul sau doi flageli.

Pe baza structurii celulare, bacteriile nitrificatoare studiate sunt similare cu alte microorganisme gram-negative. Unele specii au dezvoltat sisteme de membrane interne care formează o stivă în centrul celulei (Nitrosocystis oceanus), sau sunt situate de-a lungul periferiei paralel cu membrana citoplasmatică (Nitrosomonas europaea) sau formează o structură asemănătoare cupei din mai multe straturi ( Nitrobacter winogradskyi). Aparent, cu aceste formațiuni sunt asociate enzimele implicate în oxidarea substraturilor specifice de către nitrificatori.

Bacteriile nitrificatoare cresc pe medii minerale simple care conțin un substrat oxidabil sub formă de amoniu sau nitriți și dioxid de carbon. Pe lângă amoniu, hidroxilamina și nitriții pot fi o sursă de azot în procesele de construcție.

De asemenea, s-a demonstrat că Nitrobacter și Nitrosomonas europaea reduc nitriții pentru a forma amoniu.

Un microorganism precum Nitrosocystis oceanus, izolat din Oceanul Atlantic, este un halofil obligatoriu și crește pe un mediu care conține apă de mare. Intervalul de pH la care se observă creșterea diferitelor specii și tulpini de bacterii nitrificatoare este 6,0-8,6, iar valoarea optimă a pH-ului este cel mai adesea 7,0-7,5. Dintre Nitrosomonas europaea se cunosc tulpini care au o temperatură optimă la 26 sau aproximativ 40 °C și tulpini care cresc destul de repede la 4 °C.

Toate bacteriile nitrificatoare cunoscute sunt aerobe obligatorii. Au nevoie de oxigen pentru oxidarea amoniului în acid azot:

și pentru oxidarea acidului azotic în acid azotic:

Dar întregul proces de transformare a amoniului în nitrați are loc în mai multe etape cu formarea de compuși în care azotul are grade diferite de oxidare.

Primul produs al oxidării amoniului este hidroxilamina, care se poate forma ca rezultat al includerii directe a oxigenului molecular în NH+4:

Cu toate acestea, mecanismul oxidării amoniului la hidroxilamină nu a fost pe deplin elucidat. Transformarea hidroxilaminei în nitriți:

se crede că apare prin formarea de hiponitrit NOH, precum și de oxid nitric (NO). În ceea ce privește protoxidul de azot (N2O), găsit în timpul oxidării amoniului și hidroxilaminei de către Nitrosomonas europaea, majoritatea cercetătorilor îl consideră a fi un produs secundar format în principal din reducerea nitriților.

Un studiu al oxidării nitriților cu Nitrobacter folosind izotopul greu de oxigen (18O) în experimente a arătat că nitrații rezultați conțin mult mai mult 18O atunci când substanța marcată este apă, mai degrabă decât oxigen molecular. Prin urmare, se presupune că se formează mai întâi complexul NO2-H2O, care este apoi oxidat la NO2-. În acest caz, electronii sunt transferați prin acceptori intermediari la oxigen. Întregul proces de nitrificare poate fi reprezentat sub forma următoarei diagrame (Fig. 137), ale cărei etape individuale necesită însă clarificări.

Pe lângă prima reacție, și anume formarea hidroxilaminei din amoniu, etapele ulterioare oferă organismelor energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP). Sinteza ATP este asociată cu funcționarea sistemelor redox care transferă electroni în oxigen, similar cu ceea ce se întâmplă în organismele aerobe heterotrofe. Dar, deoarece substraturile oxidate de nitrificatori au potențiale redox ridicate, ele nu pot interacționa cu dinucleotidele nicotinamide adenină (NAD sau NADP, E1/0 = -0,320 V), așa cum se întâmplă în timpul oxidării majorității compușilor organici. Astfel, transferul de electroni în lanțul respirator de la hidroxilamină are loc aparent la nivelul flavinei:

Când nitritul este oxidat, includerea electronilor săi în lanț are loc probabil la nivelul fie al citocromului de tip c, fie al citocromului de tip a. În legătură cu această caracteristică, așa-numitul transport de electroni invers, sau inversat, are o importanță deosebită în bacteriile nitrificante, care are loc odată cu cheltuirea energiei dintr-o parte din ATP sau potențialul transmembranar format în timpul transferului de electroni în oxigen (Fig. . 138).

În acest fel, bacteriilor chimioautotrofe nitrificatoare sunt furnizate nu doar ATP, ci și NADH, necesar pentru absorbția dioxidului de carbon și pentru alte procese constructive.

Conform calculelor, eficiența utilizării energiei gratuite de către Nitrobacter poate fi de 6,0-50,0%, iar Nitrosomonas - chiar mai mult.

Asimilarea dioxidului de carbon are loc în principal ca urmare a funcționării ciclului de reducere a carbonului pentoeofosfat, denumit altfel ciclu Calvin (vezi Fig. 134).

Rezultatul este exprimat prin următoarea ecuație:

unde (CH2O) înseamnă substanțele organice rezultate cu un nivel de reducere a carbonului. Cu toate acestea, în realitate, ca urmare a asimilării dioxidului de carbon prin ciclul Calvin și alte reacții, în primul rând prin carboxilarea fosfoenolpiruvatului, se formează nu numai carbohidrații, ci și toate celelalte componente celulare - proteine, acizi nucleici, lipide etc. De asemenea, s-a demonstrat că Nitrococcus mobilis și Nitrobacter winogradskyi pot produce poli-β-hidroxibutirat și polizaharide asemănătoare glicogenului ca produse de depozitare. Același compus a fost găsit în celulele Nitrosolobus multiformis. Pe lângă substanțele de rezervă care conțin carbon, bacteriile nitrificatoare sunt capabile să acumuleze polifosfați, care fac parte din granulele metacromatice.

Chiar și în primele sale lucrări cu nitrificatorul, Vinogradsky a remarcat că prezența substanțelor organice în mediu, precum peptona, glucoza, ureea, glicerina etc., este nefavorabilă creșterii lor. Efectul negativ al substanțelor organice asupra bacteriilor nitrificatoare chimioautotrofe. a fost remarcat în mod repetat în viitor. Exista chiar și opinia că aceste microorganisme nu sunt deloc capabile să folosească compuși organici exogeni. Prin urmare, ei au ajuns să fie numiți „autotrofi obligați”. Cu toate acestea, recent s-a demonstrat că aceste bacterii sunt capabile să utilizeze unii compuși organici, dar capacitățile lor sunt limitate. Astfel, s-a observat un efect stimulativ asupra creșterii Nitrobacterului în prezența nitriților din autolizat de drojdie, piridoxină, glutamat și serină, dacă acestea sunt adăugate în mediu în concentrații scăzute. S-a demonstrat, de asemenea, includerea piruvatului, a-cetoglutaratului, glutamatului și aspartatului în proteine ​​și alte componente ale celulelor Nitrobacter 14C. De asemenea, se știe că Nitrobacter oxidează lent formiatul. Încorporarea 14C din acetat, piruvat, succinat și unii aminoacizi, în principal în fracția proteică, a fost găsită atunci când aceste substraturi au fost adăugate la suspensiile de celule Nitrosomonas europaea. Asimilarea limitată a glucozei, piruvatului, glutamatului și alaninei a fost stabilită pentru Nitrosocystis oceanus. Există dovezi ale utilizării acetatului de 14C de către Nitrosolobus multiformis.

De asemenea, s-a stabilit recent că unele tulpini de Nitrobacter cresc pe un mediu cu acetat și autolizat de drojdie nu numai în prezență, ci și în absența nitritului, deși lent. În prezența nitritului, oxidarea acetatului este suprimată, dar este crescută încorporarea carbonului său în diverși aminoacizi, proteine ​​și alte componente celulare. În sfârșit, există dovezi că creșterea Nitrosomonas și Nitrobacter este posibilă pe un mediu cu glucoză în condițiile analizate, care asigură îndepărtarea produselor din metabolismul acestuia care au efect inhibitor asupra acestor microorganisme. Pe baza acestui fapt, se face o concluzie despre capacitatea bacteriilor nitrificatoare de a trece la un stil de viață heterotrof. Cu toate acestea, sunt necesare mai multe experimente pentru a trage concluziile finale. Este important, în primul rând, să aflăm cât timp pot crește bacteriile nitrifiante în condiții heterotrofe în absența unor substraturi oxidabile specifice.

Bacteriile chimioautotrofe nitrificatoare sunt răspândite în natură și se găsesc atât în ​​sol, cât și în diferite corpuri de apă. Procesele pe care le desfășoară pot avea loc la scară foarte mare și au o importanță semnificativă în ciclul azotului din natură. Anterior, se credea că activitatea nitrificatorilor contribuie întotdeauna la fertilitatea solului, deoarece transformă amoniul în nitrați, care sunt ușor absorbiți de plante și, de asemenea, cresc solubilitatea anumitor minerale. Acum, totuși, opiniile cu privire la importanța nitrificării s-au schimbat oarecum. În primul rând, s-a demonstrat că plantele absorb azotul de amoniu și ionii de amoniu sunt reținuți mai bine în sol decât nitrații. În al doilea rând, formarea nitraților duce uneori la acidificarea nedorită a mediului. În al treilea rând, nitrații pot fi reduceți prin denitrificare la N2, ceea ce duce la epuizarea solului de azot.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că, împreună cu bacteriile chimioautotrofe nitrificante, sunt cunoscute microorganisme heterotrofe care sunt capabile să efectueze procese similare. Nitrificatorii heterotrofici includ unele ciuperci din genul Fusarium și bacterii din genuri precum Alcaligenes, Corynebacterium, Achromobacter, Pseudomonas, Arthrobacter, Nocardia.

S-a demonstrat că Arthrobacter sp. oxidează amoniul în prezența substraturilor organice pentru a forma hidroxilamină și apoi nitriți și nitrați. În plus, se poate forma acid hidroxamic. S-a demonstrat că o serie de bacterii efectuează nitrificarea compușilor organici care conțin azot: amide, amine, oxime, hidroxamați, compuși nitro etc. Modalitățile de transformare a acestora sunt prezentate după cum urmează:

Amploarea nitrificării heterotrofice în unele cazuri poate fi destul de mare. În plus, aceasta produce unele produse care au efecte toxice, cancerigene, mutagene și compuși cu efect chimioterapeutic. Prin urmare, acum se acordă o atenție considerabilă studiului acestui proces și elucidării semnificației sale pentru microorganismele heterotrofe.

Viața plantelor: în 6 volume. - M.: Iluminismul. Editat de A. L. Takhtadzhyan, redactor-șef, membru corespondent. Academia de Științe a URSS, prof. A.A. Fedorov. 1974 .

Transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de acid azotic: nitrați: nitrozobacterii, nitrobacterii. Distribuit in soluri si corpuri de apa... Dicţionar enciclopedic mare

Transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de acid azotic: nitrați: nitrozobacterii, nitrobacterii. Distribuit în soluri și corpuri de apă. * * * BACTERII NITRIFICANTE BACTERII NITRIFICANTE transformă amoniacul și sărurile de amoniu în săruri de azot... ... Dicţionar enciclopedic

bacterii nitrificatoare- nitrifikatoriai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nitritinės (Nitrosomonas genties) ir nitratinės (Nitrobacter genties) bakterijos, paverčiančios amonio druskas nitratais. atitikmenys: engl. nitrificatori; bacterii nitrificante vok... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas - efectuează reacții de oxidare a compușilor cu azot redus. Reprezentanții genului Nitrosomonas oxidează amoniacul în nitriți, iar bacteriile din genul Nitrobacter oxidează nitriții în nitrați. Ele aparțin grupului aerobic de chimiosinteză autotrof... ... Enciclopedie geologică

Pe baza tipului de nutriție, toate organismele sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe. Autotrofii, care înseamnă „auto-hrănire” în greacă, pot construi toți compușii celulelor lor din dioxid de carbon și alte substanțe anorganice. Sursă... ... Enciclopedie biologică

Amoniacul, format în sol, gunoi de grajd și apă în timpul descompunerii materiei organice, este rapid oxidat la acid azotic și apoi acid azotic. Acest proces se numește nitrificare.

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, mai exact, înainte de lucrările lui L. Pasteur, fenomenul de formare a nitraților era explicat ca o reacție chimică de oxidare a amoniacului de către oxigenul atmosferic și se presupunea că solul joacă rolul de catalizator. în acest proces. L. Pasteur a sugerat că formarea nitraților este un proces microbiologic. Prima dovadă experimentală a ipotezei sale a fost obținută de T. Schlesing și A. Münz în 1879. Cercetătorii au trecut apele uzate printr-o coloană lungă de nisip și CaCO 3 . În timpul filtrării, amoniacul a dispărut treptat și au apărut nitrații. Încălzirea coloanei sau adăugarea de antiseptice a oprit oxidarea amoniacului.

Totuși, nici cercetătorii menționați, nici microbiologii care au continuat să studieze nitrificarea nu au reușit să izoleze culturi de agenți patogeni de nitrificare. Abia în 1890-1892. S. N. Vinogradsky, folosind o tehnică specială, a izolat culturi pure de nitrificatori. Omul de știință a sugerat că bacteriile nitrificatoare nu cresc pe medii nutritive obișnuite care conțin materie organică, ceea ce a explicat eșecurile predecesorilor săi.

Într-adevăr, nitrificatorii s-au dovedit a fi chemolitoautotrofe, adică bacterii care folosesc energia de oxidare a amoniacului sau a acidului azotat pentru a sintetiza substanțe organice din CO2 (chimiosinteză). Prin urmare, celulele lor sunt foarte sensibile la prezența compușilor organici în mediu. Bacteriile nitrificante au fost izolate pe medii nutritive minerale.

S. N. Vinogradsky a stabilit că există două grupe de nitrificatori: unul realizează oxidarea amoniacului la acid azotat (NHJ-? N0 2) - prima fază de nitrificare, cealaltă - oxidarea acidului azot la acid azotic (NOj-? NOj) -

a doua fază de nitrificare.

Reprezentanții ambelor grupuri sunt clasificați ca familie Nitrobacteriaceae. Acestea sunt bacterii gram-negative unicelulare. Bacteriile nitrifiante includ celule pleomorfe, eliptice, sferice, contorte și lobate. Dimensiunile celulelor variază de la 0,3 la 1 µm în lățime și de la 1 la 3 µm în lungime. Exista forme mobile si imobile cu flagelatie polara, subpolara si peritricala.

Bacteriile nitrificatoare se reproduc în principal prin diviziune, cu excepția Nitrobacter, care se caracterizează prin înmugurire. Aproape toți nitrificatorii au un sistem bine dezvoltat în interiorul membranelor citoplasmatice, care variază semnificativ în formă și locație în celulele speciilor individuale. Membranele citoplasmei sunt similare cu cele ale bacteriilor violete fotosintetice.

Bacteriile primei faze de nitrificare sunt reprezentate de următoarele genuri: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, NitrosolobusȘi Nitrozo-vibrio. Cel mai amănunțit studiat până în prezent Nitrosomonas europaea(Fig. 42, A). Este format din tije ovale scurte care măsoară 0,8-1 x 1-2 microni. În cultura celulară lichidă Nitrosomonas trece printr-o serie de etape de dezvoltare. Cele două principale sunt reprezentate de o formă mobilă și zooglea imobilă. Forma mobilă are un flagel subpolar sau un mănunchi de flageli.

Au fost descriși și reprezentanți ai altor genuri de bacterii care provoacă prima fază de nitrificare.

A doua fază de nitrificare este efectuată de reprezentanți ai genurilor Nitrobacter, NitrospiraȘi Nitrococul. Cel mai mare număr de studii au fost efectuate cu Nitrobacter winogradskyi(Fig. 42, />), cu toate acestea, sunt descrise și alte specii (de exemplu, Nitrobacter agilis). Celulele Nitrobacter au o formă alungită, în formă de pană sau în formă de pară, capătul mai îngust este adesea îndoit în cioc, dimensiunile celulei sunt de 0,6-0,8 x 1-2 microni. În timpul înmuguririi, celula fiică este de obicei mobilă, deoarece are un flagel polar. Este cunoscută alternanța fazelor mobile și imobile în ciclul de dezvoltare.

Orez. 42.

A - cursa euro Nitrosomonas; B - Nitrobacter winogradskyi

Au fost descrise și alte tipuri de bacterii care provoacă a doua fază de nitrificare.

Bacteriile nitrificatoare sunt cultivate pe medii minerale simple care conțin amoniac sau nitriți (substraturi oxidabile) și dioxid de carbon (sursa principală de carbon). Sursa de azot pentru aceste organisme este amoniacul, hidroxilul și n și nitriții.

Bacteriile nitrifiante se dezvoltă la pH 6,0-8,6, reacția optimă a mediului este pH 7,5-8,0. La valori sub pH 6 și peste pH 9,2, bacteriile nu se dezvoltă. Temperatura optimă pentru dezvoltarea nitrificatorilor este de 25-30 °C. Studierea relației dintre diferitele tulpini Nitrosomonas europaea la temperatură a arătat că unele dintre ele au o dezvoltare optimă la 26 °C sau aproximativ 40 °C, altele sunt capabile să crească destul de repede la 4 °C.

Nitrifitoarele sunt aerobi obligatorii. Folosind oxigenul atmosferic, oxidează amoniacul la acid azotic (prima fază a nitrificării):

În consecință, amoniacul - un produs rezidual al bacteriilor amonifiante - este folosit pentru a produce energie Nitrosomonas, iar nitriţii formaţi în timpul proceselor vitale ale acestuia din urmă servesc drept sursă de energie pt Nitrobacter.

Conform conceptelor moderne, procesul de nitrificare are loc pe citoplasma și în interiorul membranelor citoplasmatice și are loc în mai multe etape. Primul produs al oxidării amoniacului este hidroxilamina, care este apoi transformată în niroxid (NOH) sau peroxonitrit (ONOOH), acesta din urmă, la rândul său, este transformat în continuare în nitriți, iar nitritul în nitrat. Întregul proces de nitrificare este ilustrat de următoarea diagramă:

Nitroxilul, ca și hidroxilamina, se pare că se poate dimeriza în hiponitrit sau se poate transforma în protoxid de azot N20, un produs secundar al nitrificării. Pe lângă prima reacție (formarea hidroxilaminei din amoniu), toate transformările ulterioare sunt însoțite de sinteza legăturilor de înaltă energie sub formă de ATP.

Nitrifitoarele fixează CO2 prin ciclul pentozofosfagic reductiv (ciclul Calvin). Ca urmare a reacțiilor ulterioare, nu se formează doar carbohidrați, ci și alți compuși importanți pentru bacterii - proteine, acizi nucleici, grăsimi etc.

Pentru o lungă perioadă de timp, bacteriile nitrificatoare au fost clasificate drept chemolitoautotrofe obligatorii. Ulterior, s-au obținut date despre capacitatea acestor bacterii de a folosi anumite substanțe organice. Astfel, s-a observat un efect stimulativ asupra creșterii Nitrobacter nitrit, autolizat de drojdie, piridoxină, acid glutamic și serină. Se crede că unele bacterii nitrificatoare au capacitatea de a trece de la alimentația autotrofă la alimentația heterotrofă. Cu toate acestea, nitrificatorii nu cresc pe medii nutritive convenționale, deoarece cantitatea mare de substanțe organice ușor digerabile conținute în astfel de medii întârzie dezvoltarea lor. Cu toate acestea, în natură, astfel de bacterii se dezvoltă bine în cernoziomuri, gunoi de grajd, composturi etc. în locurile în care există multă materie organică.

Această contradicție se dovedește a fi nesemnificativă dacă comparăm cantitatea de carbon ușor oxidabil din sol cu ​​concentrațiile de materie organică la care nitrificatorii trebuie să le suporte în culturi. Astfel, materia organică din sol este reprezentată în principal de substanțe humice, care reprezintă 71-91% din carbonul total din cernoziom, iar substanțele organice solubile în apă ușor digerabile nu reprezintă mai mult de 0,1% din carbonul total. În consecință, nitrificatorii nu întâlnesc cantități mari de materie organică ușor digerabilă în sol.

Acumularea de nitrați are loc în rate diferite în soluri diferite. Cu cât solul este mai bogat, cu atât poate acumula mai mulți compuși de acid azotic. Există o metodă de determinare a azotului disponibil plantelor în sol pe baza capacității de nitrificare. Prin urmare, intensitatea nitrificării poate fi utilizată pentru a caracteriza proprietățile agronomice ale solului.

În același timp, în timpul nitrificării, doar conversia unui nutrient al plantei - amoniacul - într-o altă formă - acidul azotic. Nitrații au însă unele proprietăți nedorite. În timp ce ionul de amoniu este absorbit de sol, sărurile de acid azotic sunt ușor spălate din acesta. În plus, nitrații sunt redusi ca urmare a denitrificării la N2, care epuizează şi rezervele de azot ale solului. Toate cele de mai sus reduc semnificativ rata de utilizare a nitraților de către plante.

Într-un organism vegetal, sărurile acidului azotic trebuie reduse înainte de a fi incluse în sinteză, care necesită energie. Amoniul este utilizat direct. În acest sens, oamenii de știință au ridicat problema posibilității de a reduce artificial intensitatea nitrificării folosind inhibitori specifici care suprimă activitatea bacteriilor nitrificatoare și sunt inofensive pentru alte organisme. Au fost deja propuse numeroase preparate industriale de inhibitori ai nitrificării (2-clor-6-(triclormetil)-piridină, nitropirina etc.) sintetizați pe bază de piridină. Inhibitorii de nitrificare suprimă doar prima fază de nitrificare și nu afectează a doua, precum și nitrificarea heterotrofă. Când se utilizează inhibitori de nitrificare (nitropirina), eficiența îngrășămintelor cu azot crește de la 50 la 80%.

""sb Nitrificare heterotrofică. Unele microorganisme heterotrofe sunt, de asemenea, capabile de nitrificare. Acestea includ bacterii din genuri Pseudomonas, Arthrobacter, Corynebacteriita, Nocardiaşi anumite specii de ciuperci din genuri Fusarium, Aspergillus, Penici/lium, Cladosporium. Hotărât că Arthrobacter sp.în prezența substraturilor organice determină oxidarea amoniacului pentru a forma hidroxilamină, iar apoi nitriți și nitrați. Unele bacterii provoacă nitrificarea substanțelor organice care conțin azot, cum ar fi amidele, aminele, acizii hidroxamici, compușii nitro (alifatici și aromatici), oximele etc. Cu toate acestea, se crede că nitrificarea heterotrofă nu servește ca sursă de energie pentru organisme.

Nitrificarea heterotrofică are loc în condiții naturale (soluri, rezervoare și alte substraturi). Poate dobândi o importanță dominantă, mai ales în condiții atipice (de exemplu, cu un conținut ridicat de compuși organici C- și N-în sol alcalin etc.). Microorganismele heterotrofe nu numai că favorizează oxidarea azotului în astfel de condiții, dar provoacă și formarea și acumularea de substanțe toxice, compuși cu efecte cancerigene și mutagenice, precum și chimioterapeutice. Datorită faptului că unii dintre compușii enumerați sunt dăunători pentru oameni și animale chiar și în concentrații relativ scăzute, posibilitatea formării lor în natură este studiată cu atenție.

• În ultimii ani, a fost descoperită capacitatea bacteriilor de a oxida anaerob amoniacul. Acest proces, numit anammox (An-attox), joacă un rol important în tratarea apelor uzate. Bacteriile care o desfășoară aparțin grupului de planctomiști. (Notă: re