पोषण के प्रकार के अनुसार, सभी ज्ञात जीवों को दो बड़े प्रकारों में विभाजित किया जाता है: हेटेरो- और स्वपोषी। उत्तरार्द्ध की एक विशिष्ट विशेषता कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य अकार्बनिक पदार्थों से स्वतंत्र रूप से नए तत्वों का निर्माण करने की उनकी क्षमता है।
ऊर्जा के स्रोत जो उनकी महत्वपूर्ण गतिविधि का समर्थन करते हैं, उनके विभाजन को फोटोएफ़ोटोट्रॉफ़्स (स्रोत प्रकाश है) और केमोऑटोट्रॉफ़्स (स्रोत खनिज है) में निर्धारित करते हैं। और कीमोअथोथोफाइट्स द्वारा ऑक्सीकृत सब्सट्रेट के नाम के आधार पर, उन्हें हाइड्रोजन और नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया, साथ ही सल्फर और आयरन बैक्टीरिया में विभाजित किया जाता है।
यह लेख उनमें से सबसे आम समूह - नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया को समर्पित होगा।
खोज इतिहास
19वीं शताब्दी के मध्य में भी, जर्मन वैज्ञानिकों ने साबित कर दिया कि नाइट्रिफिकेशन की प्रक्रिया जैविक है। अनुभव से, उन्होंने दिखाया कि जब सीवेज के पानी में क्लोरोफॉर्म मिलाया गया, तो अमोनिया का ऑक्सीकरण बंद हो गया। लेकिन ऐसा क्यों होता है, यह समझाने के लिए वे नहीं करते हैंसकता है।
यह कुछ साल बाद रूसी वैज्ञानिक विनोग्रैडस्की ने किया था। उन्होंने बैक्टीरिया के दो समूहों की पहचान की जिन्होंने धीरे-धीरे नाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में भाग लिया। इस प्रकार, एक समूह ने अमोनियम के नाइट्रस एसिड के ऑक्सीकरण को सुनिश्चित किया, और बैक्टीरिया का दूसरा समूह नाइट्रिक एसिड में इसके रूपांतरण के लिए जिम्मेदार था। इस प्रक्रिया में शामिल सभी नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया ग्राम-नकारात्मक हैं।
ऑक्सीकरण प्रक्रिया की विशेषताएं
अमोनियम ऑक्सीकरण द्वारा नाइट्राइट के निर्माण की प्रक्रिया में कई चरण होते हैं, जिसके दौरान NH समूह के ऑक्सीकरण के विभिन्न डिग्री वाले नाइट्रोजन युक्त यौगिक बनते हैं।
अमोनियम ऑक्सीकरण का पहला उत्पाद हाइड्रॉक्सिलमाइन है। सबसे अधिक संभावना है, यह NH4 समूह में आणविक ऑक्सीजन के शामिल होने के कारण बनता है, हालांकि यह प्रक्रिया अंततः सिद्ध नहीं हुई है और बहस का विषय बनी हुई है।
अगला, हाइड्रॉक्सिलामाइन नाइट्राइट में परिवर्तित हो जाता है। संभवतः, नाइट्रस ऑक्साइड की रिहाई के साथ एनओएच (हाइपोनाइट्राइट) के गठन के माध्यम से प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है। इस मामले में, वैज्ञानिक नाइट्रस ऑक्साइड के उत्पादन को नाइट्राइट की कमी के कारण संश्लेषण का केवल एक उपोत्पाद मानते हैं।
रासायनिक तत्वों के उत्पादन के अलावा, विनाइट्रीकरण के दौरान बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। हेटरोट्रॉफ़िक एरोबिक जीवों में क्या होता है, इस मामले में एटीपी अणुओं का संश्लेषण रेडॉक्स प्रक्रियाओं से जुड़ा होता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों को ऑक्सीजन में स्थानांतरित किया जाता है।
जब नाइट्राइट का ऑक्सीकरण होता है, तो रिवर्स ट्रांसपोर्ट की प्रक्रिया एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैइलेक्ट्रॉन। श्रृंखला में इसके इलेक्ट्रॉनों का समावेश सीधे साइटोक्रोम (सी-प्रकार और / या ए-प्रकार) में होता है, और इसके लिए काफी बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। नतीजतन, कीमोऑटोट्रॉफ़िक नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया पूरी तरह से आवश्यक ऊर्जा आरक्षित प्रदान करते हैं, जिसका उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण और आत्मसात करने की प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।
नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के प्रकार
नाइट्रोबैक्टीरिया के चार जनन नाइट्रीकरण के पहले चरण में भाग लेते हैं:
- नाइट्रोसोमोनस;
- नाइट्रोसिस्टिस;
- नाइट्रोसोलबस;
- नाइट्रोसोस्पिरा।
वैसे, आप सुझाई गई छवि (माइक्रोस्कोप के नीचे फोटो) में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया देख सकते हैं।
प्रयोगात्मक रूप से, उनमें से किसी एक संस्कृति को अलग करना काफी मुश्किल है, और अक्सर पूरी तरह से असंभव है, इसलिए उनका विचार मुख्य रूप से जटिल है। सभी सूचीबद्ध सूक्ष्मजीव आकार में 2-2.5 माइक्रोन तक के होते हैं और मुख्य रूप से अंडाकार या गोल आकार के होते हैं (नाइट्रोस्पिरा के अपवाद के साथ, जिसमें एक छड़ी का रूप होता है)। वे फ्लैगेल्ला के कारण द्विआधारी विखंडन और निर्देशित गति में सक्षम हैं।
नाइट्रिफिकेशन का दूसरा चरण भाग लेता है:
- जीनस नाइट्रोबैक्टर;
- नाइट्रोस्पिन प्रकार;
- नाइट्रोकोकस।
जीनस नाइट्रबैक्टर के बैक्टीरिया का सबसे अधिक अध्ययन किया गया तनाव है, जिसका नाम इसके खोजकर्ता विनोग्रैडस्की के नाम पर रखा गया है। इन नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया में नाशपाती के आकार की कोशिकाएँ होती हैं, जो एक मोबाइल (फ्लैजेलम के कारण) बेटी कोशिका के निर्माण के साथ, नवोदित द्वारा गुणा करती हैं।
बैक्टीरिया की संरचना
अध्ययन किए गए नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया में अन्य ग्राम-नकारात्मक सूक्ष्मजीवों के समान सेलुलर संरचना होती है। उनमें से कुछ में आंतरिक झिल्लियों की एक काफी विकसित प्रणाली होती है जो कोशिका के केंद्र में एक ढेर बनाती है, जबकि अन्य में वे परिधि पर अधिक स्थित होती हैं या एक कप के रूप में एक संरचना बनाती हैं, जिसमें कई पत्ते होते हैं। जाहिर है, यह इन संरचनाओं के साथ है कि एंजाइम जुड़े हुए हैं जो नाइट्रिफायर द्वारा विशिष्ट सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में शामिल हैं।
Nitrifying बैक्टीरिया खाद्य प्रकार
नाइट्रोबैक्टीरिया बाध्य स्वपोषी हैं, क्योंकि वे बहिर्जात कार्बनिक पदार्थों का उपयोग करने में सक्षम नहीं हैं। हालांकि, कुछ कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करने के लिए नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के कुछ उपभेदों की क्षमता को प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है।
यह पाया गया कि कम सांद्रता में यीस्ट ऑटोलिसेट्स, सेरीन और ग्लूटामेट युक्त सब्सट्रेट ने नाइट्रोबैक्टीरिया के विकास को प्रेरित किया। यह नाइट्राइट की उपस्थिति और पोषक माध्यम में इसकी अनुपस्थिति दोनों में होता है, हालांकि प्रक्रिया बहुत धीमी है। इसके विपरीत, नाइट्राइट की उपस्थिति में, एसीटेट के ऑक्सीकरण को दबा दिया जाता है, लेकिन प्रोटीन, विभिन्न अमीनो एसिड और अन्य सेलुलर घटकों में इसके कार्बन का समावेश काफी बढ़ जाता है।
कई प्रयोगों के परिणामस्वरूप, डेटा प्राप्त किया गया था कि नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया अभी भी हेटरोट्रॉफ़िक पोषण में बदल सकते हैं, लेकिन ऐसी परिस्थितियों में वे कितने उत्पादक और कितने समय तक मौजूद रह सकते हैं, यह देखा जाना बाकी है। जब तक डेटा पर्याप्त हैइस मामले पर अंतिम निष्कर्ष निकालने के लिए असंगत।
पर्यावास और नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया का महत्व
नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया कीमोआटोट्रॉफ़ हैं और प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित किए जाते हैं। वे हर जगह पाए जाते हैं: मिट्टी में, विभिन्न सब्सट्रेट, साथ ही जल निकायों में। उनकी महत्वपूर्ण गतिविधि की प्रक्रिया प्रकृति में समग्र नाइट्रोजन चक्र में एक महान योगदान देती है और वास्तव में विशाल अनुपात तक पहुंच सकती है।
उदाहरण के लिए, अटलांटिक महासागर से पृथक नाइट्रोसिस्टिस ओशनस जैसे सूक्ष्मजीव, बाध्य हेलोफाइल्स से संबंधित हैं। यह केवल समुद्र के पानी या इसमें मौजूद सबस्ट्रेट्स में मौजूद हो सकता है। ऐसे सूक्ष्मजीवों के लिए न केवल आवास महत्वपूर्ण है, बल्कि पीएच और तापमान जैसे स्थिरांक भी महत्वपूर्ण हैं।
सभी ज्ञात नाइट्रिफाइंग जीवाणुओं को तिरछा एरोबेस के रूप में वर्गीकृत किया गया है। उन्हें अमोनियम को नाइट्रस एसिड और नाइट्रस एसिड को नाइट्रिक एसिड में ऑक्सीकृत करने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।
आवास की स्थिति
एक और महत्वपूर्ण बिंदु जिसे वैज्ञानिकों ने पहचाना है वह यह है कि जिस स्थान पर नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया रहते हैं, उसमें कार्बनिक पदार्थ नहीं होना चाहिए। सिद्धांत को सामने रखा गया था कि ये सूक्ष्मजीव, सिद्धांत रूप में, बाहर से कार्बनिक यौगिकों का उपयोग नहीं कर सकते हैं। उन्हें बाध्य स्वपोषी भी कहा गया है।
बाद में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया पर ग्लूकोज, यूरिया, पेप्टोन, ग्लिसरीन और अन्य कार्बनिक पदार्थों का हानिकारक प्रभाव बार-बार साबित हुआ, लेकिन प्रयोग बंद नहीं हुए।
के लिए बैक्टीरिया नाइट्रिफाइंग का महत्वमिट्टी
हाल तक यह माना जाता था कि नाइट्रिफायर का मिट्टी पर लाभकारी प्रभाव पड़ता है, अमोनियम को नाइट्रेट में तोड़कर इसकी उर्वरता को बढ़ाता है। उत्तरार्द्ध न केवल पौधों द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होते हैं, बल्कि स्वयं भी कुछ खनिजों की घुलनशीलता को बढ़ाते हैं।
हालांकि, हाल के वर्षों में वैज्ञानिक दृष्टिकोण बदल रहे हैं। मिट्टी की उर्वरता पर वर्णित सूक्ष्मजीवों के नकारात्मक प्रभाव का पता चला था। नाइट्रेट बनाने वाले बैक्टीरिया, पर्यावरण को अम्लीकृत करते हैं, जो हमेशा एक सकारात्मक बात नहीं होती है, और नाइट्रेट्स की तुलना में अमोनियम आयनों के साथ मिट्टी की संतृप्ति को भी काफी हद तक भड़काती है। इसके अलावा, नाइट्रेट्स में N2 (डिनाइट्रिफिकेशन के दौरान) को कम करने की क्षमता होती है, जिसके कारण नाइट्रोजन में मिट्टी की कमी हो जाती है।
नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया का खतरा क्या है?
एक कार्बनिक सब्सट्रेट की उपस्थिति में नाइट्रोबैक्टीरिया के कुछ उपभेद अमोनियम का ऑक्सीकरण कर सकते हैं, जिससे हाइड्रॉक्सिलमाइन और बाद में नाइट्राइट और नाइट्रेट बन सकते हैं। साथ ही, ऐसी प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप हाइड्रोक्सैमिक एसिड हो सकता है। इसके अलावा, कई बैक्टीरिया विभिन्न यौगिकों के नाइट्रीकरण की प्रक्रिया को अंजाम देते हैं जिनमें नाइट्रोजन (ऑक्साइम्स, एमाइन, एमाइड्स, हाइड्रोक्सामेट्स और अन्य नाइट्रो यौगिक) होते हैं।
कुछ शर्तों के तहत विषमपोषी नाइट्रिफिकेशन का पैमाना न केवल विशाल हो सकता है, बल्कि बहुत हानिकारक भी हो सकता है। खतरा इस तथ्य में निहित है कि ऐसे परिवर्तनों के दौरान विषाक्त पदार्थों, उत्परिवर्तजनों और कार्सिनोजेन्स का निर्माण होता है। इसलिए, वैज्ञानिक निकट हैंइस विषय का अध्ययन करने पर काम कर रहे हैं।
जैविक फिल्टर जो हमेशा हाथ में रहता है
नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया एक अमूर्त अवधारणा नहीं है, बल्कि जीवन का एक बहुत ही सामान्य रूप है। इसके अलावा, वे अक्सर मनुष्यों द्वारा उपयोग किए जाते हैं।
उदाहरण के लिए, ये बैक्टीरिया एक्वैरियम के लिए जैविक फिल्टर का हिस्सा हैं। इस प्रकार की सफाई कम खर्चीली है और यांत्रिक सफाई की तरह श्रमसाध्य नहीं है, लेकिन साथ ही नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की वृद्धि और महत्वपूर्ण गतिविधि को सुनिश्चित करने के लिए कुछ शर्तों के अनुपालन की आवश्यकता होती है।
उनके लिए सबसे अनुकूल माइक्रॉक्लाइमेट परिवेश का तापमान (इस मामले में पानी) 25-26 डिग्री सेल्सियस के क्रम का है, ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति और जलीय पौधों की उपस्थिति।
कृषि में नाइट्राइजिंग बैक्टीरिया
उत्पादन बढ़ाने के लिए किसान नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया युक्त विभिन्न उर्वरकों का उपयोग करते हैं।
इस मामले में मिट्टी का पोषण नाइट्रोबैक्टीरिया और एज़ोटोबैक्टीरिया द्वारा प्रदान किया जाता है। ये बैक्टीरिया मिट्टी और पानी से आवश्यक पदार्थ निकालते हैं, जो ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा का निर्माण करते हैं। यह तथाकथित रसायनसंश्लेषण प्रक्रिया है, जब प्राप्त ऊर्जा का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक मूल के जटिल अणुओं को बनाने के लिए किया जाता है।
इन सूक्ष्म जीवों को अपने पर्यावरण से पोषक तत्वों की आवश्यकता नहीं होती है - वे स्वयं इनका उत्पादन कर सकते हैं। इसलिए, यदि हरे पौधे, जो स्वपोषी भी हैं, की आवश्यकता हैसूरज की रोशनी, तो बैक्टीरिया को नाइट्रिफाइंग करने के लिए जरूरी नहीं है।
स्व-सफाई मिट्टी
मृदा न केवल पौधों, बल्कि कई जीवित जीवों के विकास और प्रजनन के लिए एक आदर्श सब्सट्रेट है। इसलिए, इसकी सामान्य स्थिति और संतुलित रचना अत्यंत महत्वपूर्ण है।
यह याद रखना चाहिए कि नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया मिट्टी की जैविक सफाई भी प्रदान करते हैं। वे, मिट्टी, जलाशयों या धरण में होने के कारण, अमोनिया को परिवर्तित करते हैं, जो अन्य सूक्ष्मजीवों और अपशिष्ट कार्बनिक पदार्थों द्वारा नाइट्रेट्स में (अधिक सटीक होने के लिए, नाइट्रिक एसिड के लवण में) जारी किया जाता है। पूरी प्रक्रिया में दो चरण होते हैं:
- अमोनिया का नाइट्राइट में ऑक्सीकरण।
- नाइट्राइट का नाइट्रेट में ऑक्सीकरण।
साथ ही, प्रत्येक चरण अलग-अलग प्रकार के सूक्ष्मजीवों द्वारा प्रदान किया जाता है।
तथाकथित दुष्चक्र
पृथ्वी पर ऊर्जा का संचार और जीवन का रखरखाव सभी जीवित चीजों के अस्तित्व के कुछ नियमों के पालन के कारण संभव है। पहली नज़र में, यह समझना मुश्किल है कि दांव पर क्या है, लेकिन वास्तव में सब कुछ काफी सरल है।
आइए स्कूल की पाठ्यपुस्तक से निम्नलिखित चित्र की कल्पना करें:
- अकार्बनिक पदार्थ सूक्ष्मजीवों द्वारा संसाधित होते हैं और इस प्रकार पौधों की वृद्धि और पोषण के लिए मिट्टी में अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण करते हैं।
- वे, बदले में, अधिकांश शाकाहारी जीवों के लिए ऊर्जा का एक अनिवार्य स्रोत हैं।
- इस जीवन कड़ी की अगली कड़ी परभक्षी हैं, जिसके लिए ऊर्जा है,क्रमशः, उनके शाकाहारी समकक्ष।
- लोगों को शीर्ष शिकारी के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि हम पौधों की दुनिया और जानवरों की दुनिया दोनों से ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं।
- और पहले से ही हमारा अपना जीवन बना हुआ है, साथ ही साथ वे पौधे और जानवर, सूक्ष्मजीवों के लिए पोषक तत्व सब्सट्रेट के रूप में काम करते हैं।
इस प्रकार, एक दुष्चक्र प्राप्त होता है, जो निरंतर कार्य करता है और पृथ्वी पर सभी जीवन के लिए जीवन प्रदान करता है। इन सिद्धांतों को जानकर, यह कल्पना करना कठिन नहीं है कि प्रकृति और सभी जीवित चीजों की शक्ति कितनी बहुमुखी और वास्तव में असीम है।
निष्कर्ष
इस लेख में, हमने इस सवाल का जवाब देने की कोशिश की कि जीव विज्ञान में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया क्या हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, इन सूक्ष्मजीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि, कार्यप्रणाली और प्रभाव के अकाट्य साक्ष्य के बावजूद, अभी भी कई विवादास्पद मुद्दे हैं जिनके लिए और प्रयोगात्मक शोध की आवश्यकता है।
नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया को कीमोट्रोफ के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। विभिन्न खनिज उनके लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करते हैं। अपने सूक्ष्म आकार के बावजूद, इन जीवों का अपने आसपास की दुनिया पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है।
जैसा कि आप जानते हैं, कीमोट्रोफ़्स सब्सट्रेट (मिट्टी या पानी) में मौजूद कार्बनिक यौगिकों को अवशोषित नहीं कर सकते हैं। इसके विपरीत, वे एक जीवित और कार्यशील सेल बनाने के लिए निर्माण सामग्री का उत्पादन करते हैं।
