دورة النيتروجين

غالبا ما يعد توفر مصدر مناسب من النيتروجين عاملا محددا لنمو الكائنات الحية في النظام البيئي.
فعلى الرغم من توفر غاز النيتروجين بكميات طائلة في الغلاف الجوي تفوق الحاجة إلا انه لا توجد ضمن الكائنات الحية عموما إلى مجموعة محدودة من الكائنات الحية الدقيقة التي لها القدرة على استخدام هذا الغاز كمصدر لنيتروجين وتثبيته في جسمها , لذا صار لزاما حدوث تدوير لهذا العنصر وبكفاءة عالية فيما بين مركبات النيتروجين العضوية وغير العضوية فيتم تحويل صور النيتروجين المعدنية الموجودة على صورة أمونيا أو نترات إلى مركبات عضوية عند استخدامها أساسا بواسطة النباتات والميكروبات , مع ملاحظة أنه في حالة استخدام النترات فانه يلزم اختزالها إلى أمونيا أولا. وتقع مسئولية معدنة صور النيتروجين العضوي المتكون إلى أمونيا في الغالب على الكائنات الحية الدقيقة سواء بفعلها النشط على الكائنات الميتة أو بتحليلها للمخلفات الحيوانية المختلفة .
وتحت الظروف الهوائية في التربة تستطيع بكتريا التأزن أكسدة الأمونيا إلى نترات ولو أن العملية قد تعتبر ضارة من الناحية الزراعية نظرا لان النترات المتكونة على الرغم من سهولة امتصاصها بواسطة النباتات عن الامونيا إلا أنها اكثر عرضة للغسيل والفقد في التربة ثم أن عملية انطلاق الازت التي تقوم بها بعض الميكروبات أثناء نموها اللاهوائي مستخدمة النترات حيث لا يمكن تعويض هذا الفقد إلا عن طريق نشاط الميكروبات المثبتة للنيتروجين الجوي أو بإضافة الأسمدة الكيميائية.
والنيتروجين عنصر أساسي لكل أنواع الحياة لكن طبيعة المركبات النيتروجينية التي تفي بالاحتياجات الغذائية تختلف من كائن إلى آخر وتعتمد الحياة على استمرار سد النقص في المركبات النيتروجينية في نطاق من حالات الأكسدة والاختزال .وتسمى هذه التحولات مجتمعة بدورة النيتروجين Nitrogen Cycle وبينما تعتمد النباتات على الأمونيا أو النترات كمصدر للنيتروجين والحيوانات على النيتروجين العضوي فان الميكروبات تختلف في احتياجاتها .
وهذا التنوع في تمثيل النيتروجين بواسطة الميكروبات , يوفر الخطوات الأساسية في دورة النيتروجين.
وفي هذا البحث سوف ندرس التحولات المختلفة التي تمثل الجزء الرئيسي في دورة النيتروجين.




نيتروجين عضوي

معدنه ميكروبية


نمو ميكروبي أو نباتي

نمو نباتي أو ميكروبي





NH3

NO-3

N2


تثبيت النيتروجين الجوي

بكتريا التأزن

بكتريا انطلاق الأزوت

رسم تخطيطي يوضح دورة النيتروجين.

















ولإيضاح ذلك لا بدمن إيضاح العمليات الرئيسية في دورة النيتروجين كالتالي :-
1- النترته Nitrification

NH4 NO2 NO3

2- اختزال النترات Nitrate reduction

NO3 NO2 NH4

3- عكس النترتة Denitrification

NO2 N2

4- تثبيت النيتروجين Nitrogen Fixation

N2 NH4

النشدرة AMMONIFICATION

تتعرض مركبات النيتروجين العضوية في الطبيعة مثل البروتين الحيواني والنباتي والميكروبي وكذلك المخلفات مثل اليوريا لعمليات هدم بواسطة مجموعات عديدة من الميكروبات الهيتروتروفية , وتنتج الأمونيا ونواتج نهائية أخرى عديدة.
النترته ( التأزن) Nitrification
الأمونيا الناتجة من تحلل البروتين , والأحماض الأمينية , والصور العضوية الأخرى للنيتروجين قد تتعرض لما يلي :-
تمثل بواسطة الميكروبات إلى بروتين خلوي.
تؤكسد أولا إلى نتريت ثم إلى نترات بواسطة بكتريا التأزن وتسمى عملية الأكسدة هذه باسم النترته أو التازن وتتم على خطوتين بواسطة جنسين من البكتريا الأوتوتروفية هما جنس Nitrosomonas الذي يؤكسد الأمونيا إلى نيتريت , وجنس Nitrobacter الذي يؤكسد النتريت إلى نترات .

مادة عضوية

تثبيت النيتروجين لا تكافلياAzotobacter

تثبيت النيتروجين تكافليا Rhizobium

النشدرة (أجناس عديدة)

نبات

N2

انطلاق النيتروجين Pseudomonas

NO2,NH3,N2O

اختزال النترات

(أجناس عديدة)

NO3

تكوين النترات

Nitrobacter

تكوين النيتريت Nitrosomonas

NO2

NH3

أسماء الأجناس البكتيرية المذكورة هي أمثلة هامة للأجناس التي تقوم بالتفاعل . وفي حالات كثيرة فان أجناس أخرى تشارك في التفاعل.

.

انطلاق النيتروجين DENITRIFICATION

تتم عملية اختزال النترات بواسطة مجموعة من الميكروبات القاطنة بالتربة وقد يكون النتريت والأمونيا وأكسيد النيتروز وغاز النيتروجين من بين النواتج النهائية لعملية اختزال النترات Nitrate reduction إذا كان الاختزال كاملا إلى نيتروجين غازي فان العملية تسمى انطلاق نيتروجين وتقوم بعض أنواع الميكروبات بعملية النشدرة بنشاط تحت الظروف الهوائية ولكن تحت الظروف اللا هوائية فإنها تقوم بعملية انطلاق النيتروجين . وتعمل النترات كمستقبل لأيدروجين بالنسبة لهذه الأنواع في غياب الأكسجين الجوي في تفاعل يسمى بالتنفس اللا هوائي Anaerobic respiration

نبذه قصيرة عن البكتريا المثبتة للنيتروجين

التثبيت البيولوجي للنيتروجين لا يتم إلا بواسطة مجموعة من البكتريا ومن ثم لا يمكن اعتبار القدرة على تثبيت النيتروجين صفة بروكايوتية وكل من زعم بخروجها خارج هذه المملكة ثبت أنه غير صحيح نتيجة لاستخدام طريقة اختزال الاسيتيلين وهي من أحدث الطرق وأدقها في مجال إقرار القدرة على تثبيت النيتروجين ومعنى تثبيت النيتروجين بيولوجيا هو تحويلة من النيتروجين الثنائي الغازي إلى نيتروجين مركب مختزل وهو النشادر وينتهي مفهوم التثبيت عند هذا الحد أما إدخال النشادر في مسالك الأيض فهو ما يتم بعد التثبيت .
وتختلف البكتريا المثبتة للنيتروجين في شكلها فبعضها كروي وبعضها عصوي وبعضها خيطي والبعض متجرثم والبعض غير متجرثم كما أنها تختلف في طريقة المعيشة فبعضها حر والبعض تكافلي .
وثبت أن الأنواع المثبتة للنيتروجين تتبع مجاميع الأجناس التالية:-
1- البكتريا الهوائية :-
Azotobacter-Azomonas-Beijerinckia- Derxia-
Xanthobacter
2- بكتريا لا هوائية اختيارية:-
Bacillus – Klebsilla – Azospirillum –Thiobacillus
3- بكتريا لا هوائية ومختزلة للكبريتات :-
Desulfovibrio – Desulfotomaculum
4- بكتريا لا هوائية غير مختزلة للكبريتات :-
Clostridium
5- بكتريا لا هوائية اختيارية تم نقل الجين الخاص بتشييد النيتروجينيز لها بالطرق المتقدمة للهندسة الوراثية:-
Salmonella – Escherichia- Serratia
6- بكتريا منتجة للميثان :-
Methanobacterium- Methanosarcina
7- بكتريا فوتوتروفية :-
أ‌- لا هوائية :-
Rhodopseudomonas – Rhodomicrobium

Rhodospirillum -Chromatium – Chlorobium –Thiocapsa

ب- هوائية :-
وتمثل معظم البكتريا الزرقاء ومن أمثلتها:-
وحيدة الخلية مثل Glocapsa
خيطيه تتضمن حويصلات مغايرة مثل Anabaena Nostoc – Scytonema
خيطيه خالية من الحويصلات المغايرة مثل :-
Oscillatoria - Lyngbya- Plectonema

تثبيت النيتروجين تكافليا

symbiotic

Nitrogen Fixation

معظم النباتات البقولية مثل البازلاء والفاصوليا والبرسيم تحمل على جذورها عقدا nodules عديدة ذات نمو منتفخ .تتكون هذه العقد نتيجة لعدوى الشعيرات الجذرية ببكتيريا من جنس Rhizobium .تعتبر خلايا الرايزوبيوم المسببة للعدوى طفيلية على البقوليات ,وهي تنمو بأعداد كبيرة داخل العقد ,وتحصل على مصادر الطاقة اللازمة لنموها من النبات العائل .وفي أثناء النمو فان البكتيريا تثبت النيتروجين الغازي من الجو ويصبح النيتروجين ميسرا للنبات . وهكذا .. فان كلا من البكتيريا والنبات يصبحان في علاقة تكافلية symbiotic relationship أي منفعة متبادلة.

تثبيت النيتروجين لا تكافليا

على عكس عملية تثبيت النيتروجين بواسطة جنس رايزوبيوم الذي يعيش تكافليا مع نباتات معينة ..فان بعض أنواع أخرى من البكتيريا تثبت النيتروجين أثناء معيشتها في التربة في الحالة الحرة. وفي مقدمة هذه الأنواع ,الجنس البكتيري Azotobacter,الذي يؤكسد المواد العضوية الموجودة في التربة كمصدر للطاقة ,ويثبت النيتروجين الجوى كمصدر لنيتروجين الخلية كما أن البكتيريا الخضراء المزرقة blue-green bacteria والكلوستريدياClostridia والبكتيريا الأرجوانية غير الكبريتية الممثلةللضوء
purple non-sulfur photosynthetic bacteria ,وأنواع أخرى من البكتيريا السالبة الجرامتستخدم أيضا النيتروجين الغازي بطريقة لا تكافلية .والبكتيريا التي تثبت النيتروجين الحر من الهواء , يمكن تنميتها على بيئة لا تحتوي على النيتروجين ,لكن تحتوي فقط على :أملاح غير عضوية وكربوهيدرات بسيطة تحصل منها على الطاقة.

دور البكتريا الزرقاء في عملية تثبيت النيتروجين

تنتشر البكتريا الزرقاء في الأراضي الغرقة ويندر وجودها في الأراضي جيدة الصرف وتؤدي زيادة الإضاءة إلى زيادة معدل تثبيتها للنيتروجين ومن أهم صفات البكتريا الزرقاء قدرتها على النمو دون الاعتماد على مصادر الكربون المحدودة في التربة وتكون بعض أنواع البكتريا الزرقاء خلايا متحوصلة سميكة الجدر وثبت أنها المراكز النشطة في تثبيت النيتروجين الجزيئي والبعضالآخر من البكتريا الزرقاء خالية من هذه الحويصلات وتقوم خلاياها الخضرية بعملية تثبيت النيتروجين حيث يتم حماية إنزيم نيتروجينيز من الأكسجين بوسائل أخرى منهاحمايه بأغشيةتفصله عن الأكسجين الناتج خلال عملية التمثيل الضوئي .
هذا وقد ثبت أن البكتريا الزرقاء تثبت النيتروجين الجزيئي في العديد من البيئات الطبيعية منها الصحاري والمناطق الجافة التي تنشط فيها هذه المجموعة والاشنات التي تحتويها عقب سقوط الأمطار من وقت لآخر كما أن البكتريا الزرقاء يمكنها تثبيت النيتروجين عند وجودها في حالة معاشرة مع بعض الحزازيات والسرخسيات وكذلك بعض النباتات البذرية وقد وجد أن التثبيت للنيتروجين فيالمناطق الشمالية الباردةيعزى إلىنشاطالبكتريا الزرقاء أو الأشتات المتضمنة البكتريا الزرقاء.
المراجع :-
1-الكائنات الدقيقة عمليا تأليف هاري و.سيلي (الابن)وبول ج. فان ديماك.
1-مقدمة في علم الميكروبيولوجيا تأليف ج. ف. ولكنسون.

مادة تثقيفيه مفيده تحياتي لك..

بصراحه الثقافه حلوووووه بس انا اكره شي اسمه كيمياء عضويه
كفايه ايام الثانويه ....
يعطيك العافيه يالغالي على جهوردك

ألف شكر ......

موضوع علمي مفيد

يعطيك العافيه...

موفق اخووووووي