RELAIILE MICROBIOLOGIEI CU MEDIU

ROLUL MICROORGANISMELOR IN NATURAMicroorganismele au un rol important in solubilizarea elementelor minerale indispensabile vieii plantelor: calciu, azot, fosfor, sulf, potasiu - circuitul diferitelor elemente: C, N, P, S.Circuitul carbonului complex Cronologia procesului :n aer exista CO2 singura sursa de carbon pentru plantele verzi; n cloroplastele frunzelor E solar + CO2 transformat de ctre microorganisme n compui organici compleci (glucide, lipide si protide) proces condiionat de existena unei cantiti suficiente de CO2 in atmosfera.

CIRCUITUL AZOTULUICIRCUITUL AZOTULUI - azotul intr n compoziia tuturor organismelor vii,Cronologia transformrilor compuilor organici cu azot procese: amonificarea proces n care sub aciunea microorganismelor (bacterii, mucegaiuri, actinomicete) compui organici azotoi transformai n compui minerali cu azot i sruri de amoniu; nitrificarea proces de transformare legat de oxidarea amoniacului, la nceput n acid azotos i apoi in acid azotic - procesul biologic cel mai rspndit n sol i de mare importanta pentru agricultura, deoarece plantele utilizeaz azotul sub forma de nitrai aciune a doua grupe de microorganisme numite generic " bacterii nitrificatoare

Prima etap, cu obinere de acid azotos, se realizeaz de ctre bacteriile nitroase, NITROSOBACTERII (genul Nitrosomonas, genul Nitrospira, genul Nitrosocystis);A doua etap, cu obinere de acid azotic i sruri azotate, se realizeaz de ctre bacteriile nitrice, NITROBACTERII (genul Nitrobacter). A treia etap denitrificarea faza n care srurile azotate sunt reduse la azot molecular, sub aciunea microorganismelor: Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Bacterium denitrificans, Pseudomonas denitrificans, Thiobacillus denitrificans.A patra etap fixarea azotului molecular - ultima veriga conduce la mbogirea solului n azot, fenomen foarte important, determinat de faptul ca plantele verzi nu pot asimila singure azot atmosferic prin acest proces, se menine echilibrul n azot. Fixarea azotului molecular se face cu ajutorul bacteriilor fixatoare de azot simbiotice i asimbiotice (Rhizobium).

CIRCUITUL SULFULUI - proces cu obinere de acid sulfuric, este important prin faptul c formarea H2SO4 uureaz trecerea srurilor minerale n stare solubil, crescnd astfel cantitatea de compui minerali accesibili plantelor. Procesul este produs de sulfo-bacterii i tiobacterii.

Circuitul fosforului - se realizeaz n trei etape: 1. mineralizarea fosforului organic prin trecerea n fosfai - are importan deoarece compuii organici cu fosfor nu pot fi utilizai de ctre plante; 2. "mobilizarea fosforului" - se face prin aciunea bacteriilor nitrificatoare i a tiobacteriilor; 3. reducerea fosfailor de ctre bacteriile anaerobe, cu formare de acid fosforos, acid hipofosforic i hidrogen sulfurat.Acest proces duce la pierderea unor fosfai elemente nutritive pentru plante;poate fi evitat printr-o bun aeraie a solului. In acest sens, se poate folosi un preparat cu bacterii, care mbuntete nutriia cu fosfor a plantelor. Preparatul se numete "Fosfobacterin" i transform fosforul din compuii organici in forma mineral.

CIRCUITUL FIERULUI - fierul intr n constituia esuturilor vegetale sub forma de compui organici moartea plantelor procedee de fermentare microbian compuii organici mineralizai oxidai de ctre bacterii in fier feric (Fe2+), fier feros (Fe3+) - refolosit de ctre plante. Concluzie - microorganismele circuitul complet al fierului.

Circuitul carbonului se realizeaz printr-o mare diversitate de MECANISME patru etape principale:Organizarea i ncorporarea carbonului mineral n materia vie,Utilizarea substanelor organice de ctre consumatorii primari i secundari,Descompunerea sau mineralizarea substanelor organice cu degajare de CO2,Constituirea rezervelor de carbon organic i mineral sub form de humus sau de depozite geologice.Microorganismele intervin n meninerea unui echilibru ntre ncorporarea bioxidului de carbon n substane organice (fotosintez, chimiosintez, asimilaie la animale) i procesele de mineralizare care l restituie atmosferei .

Schema circuitului biogeochimic al carbonului

Cantitatea cea mai mare de carbon din natur se afl sub form de CO2, care provine din erupii vulcanice, prelucrri industriale sau ca produs de catabolism al organismelor vii. Rezervorul carbonului atmosfera unde acest element se gsete sub form de CO2 n proporie de 0,032%.

Circuitul carbonului este ntreinut de dou procese contradictorii: fotosinteza scoate carbonul din rezervor i-l fixeaz respiraia restituie bioxidul de carbon atmosferei. CaracteristiciFotosinteza este ntotdeauna mai intens dect respiraia. Circuitul carbonului nu se compenseaz exact. Carbonul nerestituit imediat prin respiraie, intr n formarea biomasei n cadrul ciclurilor trofice ntoarcerea sa n atmosfer este ncetinit. Restituirea atmosferic a C se face prin descompunerea microbiologic + mineralizarea materiei organice moarte de origine vegetal i animal. Cantitativ restituia prin mineralizare a substanei organice ~90% din cantitatea total de bioxid de carbon restituit atmosferei. O parte din substanele organice ies pentru un timp din circuitul intern al carbonului i se depoziteaz ca zcminte de combustibili organici i zcminte de carbonat de calciu mobilizate prin activitate antropogen.

Microorganismele fotosintetizante i microorganismele chimiolitotrofe , prin procese de fotosintez i respectiv chimiosintez, determin ncorporarea carbonului mineral (CO2) n materia vie. n aceste procese CO2 este redus cu eliberare de O2 n atmosfer. ntre circuitul carbonului i al oxigenului exist o strns ntreptrundere. Orice reducere a CO2, prin ncorporarea carbonului n substane organice este nsoit de oxidarea apei i eliberarea oxigenului i orice oxidare a carbonului din substane organice (reacii de respiraie i combustie), implic formarea i eliberarea de CO2 concomitent cu reducerea O2 din ap

Corelaia ntre circuitul carbonului i al oxigenului

Substanele organice organisme moarte dejeciile eliminate n timpul vieii n sol sau n bazinele acvatice procese de biodegradare prin variate mecanisme biochimice microorganisme Biodegradarea mineralizarea total a substanelor organice i eliberarea de CO2, indiferent de procesele prin care are loc i de produii intermediari rezultai.Marea diversitate de substane organice acumulate n sol i ape presupune existena a numeroase organisme de mineralizare. O importan deosebit prezint biodegradarea resturilor vegetale n poliglucide i substane aromatice.Glucidele simple (ozele) i oligoglucidele vegetale mineralizate cu mare uurin de toate microorganismele heterotrofe surs unic de carbon i energie greu mineralizate unele poliglucide i substane organice complexe macromoleculare.CELULOZOLIZACeluloza componenta principal a esuturilor vegetale important compus cu carbon din sol i ape. Biodegradarea celulozei pna la CO2 i ap = celulozoliz o mare varietate de microorganisme celulozolitice, aerobe i anaerobe, aparinnd bacteriilor i ciupercilor.Ageni de biodegradare. Cele mai importante genuri i specii de bacterii : Vibrio, Cellvibrio, Cellfacicula, Cellulomonas, Cromobacterium, Bacillus termocellulolyticus, Bacterium albidum, Streptomyces, Micronospora, Cytophaga, Sporocytophaga, Clostridium termocellum, C. cellulosolvensCiupercile micromicete (mucegaiuri) cele mai active genuri sunt: Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Vetricillium,Sporotrichum, Monosporium, Alternaria, Cladosporium.

MINERALIZAREA SUBSTANELOR ORGANICE

Degradarea anaerob a celulozei are loc n natur n mlul lacurilor, n rumenul ierbivorelor, n blegar. n funcie de natura produselor rezultate, degradarea anaerob poate avea loc prin: Fermentaie hidrogenic formare de acizi butiric i acetic. Cantitatea de gaze (H2, CO2) rezultate reprezint 1/3 din cantitatea de celuloz fermentat produs de bacteriile: Bacterium cellulose-disolvens, B. hidrogenicus, Clostridium thermocellus.Fermentaia metanic determin formarea de acizi i de gaze, care reprezint din cantitatea de celuloz fermentat. n compoziia gazelor predomin CO2 i CH4 bacteriile metanogene Methanosarcina barkeri, Methanospirillum (produc metan prin descompunerea acidului acetic)Importan. Fermentaia metanic are o importan deosebit n natur i n practic, fiind folosit n procesele dirijate pentru transformarea n metan a reziduurilor rezultate din complexele animaliere. Pentru dirijarea fermentaiei, dejeciile animalelor se depoziteaz n metantancuri i sub aciunea microorganismelor aflate n numr foarte mare n dejecii

Mineralizarea substanelor aromaticeSubstanele aromatice acumulate n sol - din organismele vegetale/sintetizate de unele microorganisme (mucegaiuri)-conin un singur nucleu benzenic (fenoli, acizi fenolici, acid benzoic, cumarine), doi nuclei de benzen (flavone, antociani) sau mai muli compui fenolici condensai (lignin, taninuri, substane humice).Substana aromatic cea mai important din punct de vedere cantitativ este lignina. Mineralizarea ligninei important n circuitul carbonului -dup celuloz, n cantitatea cea mai mare, n vegetale, mai ales n cele lemnoase. Lignina este una din substanele cele mai rezistente la biodegradare. Taninurile, substane larg rspndite n regnul vegetal, sunt mineralizate n sol.Ageni de degradare. Compuii fenolici sunt mineralizai de bacterii. Pseudomonas, Arthrobacter, Bacillus i de mucegaiuri.Lignina este mineralizat de mucegaiuri: Aspergillus, Trichoderma, Trichothecium, Alternaria, Fusarium i de bacterii: Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium.Taninurile sunt mineralizate de mucegaiuri: Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Cylindrocarpon, Gliocladium.

Biodegradarea hidrocarburilorUnele microorganisme -degradeaz hidrocarburile alifatice alifatice i aromatice din sol i ape.Mai rezistente la biodegradare sunt hidrocarburile ramificate (detergenii). Hidrocarburile aromatice (benzen, toluen, xilen) - degradate de un numr mic de microorganismeAgeni de degradare. Se cunosc mai multe specii de bacterii unic surs de carbon i energie metanul (Methanomonas metanica) sau propanul (Pseudomonas propanica) Hidrocarburile complexe sunt degradate de microorganisme foarte variate, bacterii: Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, actinomicete, levuri: Candida lypolitica, mucegaiuri.Factori de influen. Biodegradarea hidrocarburilor - n funcie de compoziia chimic, consistena, solubilitatea, toxicitatea i concentraia lor n mediul respectiv favorizat de temperaturile relativ ridicate i de prezena oxigenului.Biochimism. Hidrocarburile sunt metabolizate diferit, n funcie de specie i de tulpin oxidate n alcooli, apoi n acizi grai, iar acetia degradai prin beta-oxidare.Importan. Acest proces de mineralizare prezint nu numai importan bioedafic sau geologic ci i n lupta mpotriva polurii mediului ambiant.

Biodegradarea lipidelor

Lipidele simple i complexe se gsesc n materia organic vegetal i animal transformate n compui mai simpli, sau oxidate la CO2 i H2O.Agenii de dagradare produc lipaze mucegaiurile lipolitice: Aspergillus, Penicillum, Cladosporum, Rhyzophus, Geotrichum bacteriile: Bacillus, Pseudomonas, AchronobacterBiochimism. Sub aciunea lipazelor, lipidele sunt transformate n acizi grai i glicerol. Glicerolul, dup fosforilare, este metabolizat prin ciclul EMP (glicoliz), iar acizii grai sufer o -oxidare, n ciclul lui Lynen, pn la CO2 i H2O. Prin oxidarea complet a acizilor grai se obine o cantitate mare de energie.

Rezervele de carbon

Unele fraciuni din resturile vegetale (taninuri, lignin) i unii compui rezultai din metabolismul microorganismelor, n anumite condiii, pot s sufere transformri care dau natere la substane mai mult sau mai puin polimerizate, rezistente la aciunea microbian. Aceste substane nou formate, n general de culoare nchis, stabilizate i rezistente formeaz humusul, care reprezint rezerva de carbon organic a solului. Humusul n contact cu aerul poate fi oxidat spontan /lent mineralizat progresiv de microorganisme.n afar de aceste rezerve, carbonul organic s-a depozitat sub form de crbuni i petrol. Crbunii s-au format probabil din lignin, iar petrolul din acizii grai, prin procese fizico-chimice i microbiologice, n perioade ndelungate de timp, n anaerobioz, de presiune ridicat i la temperaturi mici.O alt rezerv de carbon sunt carbonaii insolubili din rocile solului.Numai o parte din carbonul fosil este redat atmosferei, n special n urma arderilor industriale ale hidrocarburilor i crbunilor.

CIRCUITUL AZOTULUI foarte complex alctuit din dou subcicluri: fixarea azotului atmosferic de ctre organisme i eliberarea azotului molecular n atmosfer. mineralizarea substanelor organice cu azot pn la substane minerale utilizabile din nou de ctre plante (sinteza de nitrii i nitrai) i utilizarea acestor substane de ctre plante i animale pentru sinteza de substane organice cu azot, aminoacizi, proteine, acizi nucleici, alcaloizi uree. Mineralizarea se realizeaz prin procesul de amonificare urmat de nitrificare care cuprinde dou etape: nitritarea i nitratareaFixarea azotului molecular atmosfericFixarea azotului molecular liber cale chimic prin procese fotochimice i pe cale biologic prin fixarea microbiologic a azotului.Ageni de fixare. Dup modul de via, microorganismele fixatoare de azot se mpart n dou grupe:microorganisme simbiotice - n nodozitile plantelor leguminoase (Rhizobyum) sau neleguminoase (Frankia).microorganisme libere (nesimbiotice) - bacterii aerobe sau anaerobe.bacterii aerobe sunt: Azotobacter chroococcum, A. vinelandi, A. agilis, A. insignis, Azomonas, Klebsiella, Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Aerobacter, Methanomonas. Cyanobacteriile cuprind genuri fixatoare de azot care aparin familiilor Nostocaceae, Rivulariaceae, Scytonamataceae, Stigonemataceae. bacterii anaerobe sunt reprezentate de Clostridium pasteurianum, Cl. butylicum, Cl. felsineum, Cl. lactoacetophillum, Cl. madisoni, Cl. tetanomorphum, Cl. acetobutyllicum, Desulfovibrio desulfuricans, Rhodospirillum rubrum i alte specii fotosintetizante..

Reprezentarea schemei ciclului azotului