Цианобактерии фиксация азота

Показана принципиальная возможность получать с помощью азотфиксирующих цианобактерий из N2 аммиак в промышленных условиях. В этих же целях могут быть использованы фототрофные пурпурные бактерии, многие из которых, как и цианобактерии, способны к фиксации молекулярного азота в результате конверсии энергии света. [c.599]

Группа цианобактерий представлена одноклеточными, колониальными и нитчатыми формами. Отличительной особенностью цианобактерий является своеобразная сине-зеленая окраска, обусловленная присутствием в их клетках четырех светочувствительных пигментов зеленого, синего, красного и желтого. В зависимости от количественного соотношения пигментов меняется и окраска клеток. Колониальные формы цианобактерий образуются в результате слияния слизи отдельных клеток. Как правило, колонии не имеют определенной формы. У нитчатых рм клетки в пределах одной нити могут быть одинаковыми или разными по величине и форме. Сверху клетки нити покрыты общим слизистым чехлом. У некоторых видов нити способны ветвиться. Часто наблюдается образование гетероцист, расположенных в нити через определенное число клеток. Гетероцисты образуются из вегетативных клеток, но по размеру значительно превосходят их. Они имеют плотную оболочку, но через поры сообщаются с соседними клетками. Предполагают, что гетероцисты — специализированные клетки, осуществляющие фиксацию азота. [c.47]

Среди них присутствие в клетках клубеньков легоглобина — гем-содержащего белка, который встраивается в мембрану бактероида (увеличенная в размере бактериальная клетка, характеризующаяся наибольшей способностью к фиксации азота) и регулирует поступление кислорода. Легоглобин кодируется в геноме растительной клетки-хозяина, но его синтез начинается только после проникновения бактерий в эту клетку. У цианобактерий механизм защиты нитрогеназы от кислорода иной. Азотфиксация идет в гетероцистах, а фотосинтез — в обычных клетках. Поэтому кислород, вьщеляющийся в процессе фотосинтеза, не ингибирует фиксацию азота. Таким образом, введение только //-генов в какую-то растительную клетку не решает проблемы. Если нитрогеназа будет синтезироваться в этой клетке, в частности в клетках злаков, то она разрушится под действием кислорода, присутствующего в клетке. Кроме того, сама клетка, в которую переносят гены азотфиксации, может бьггь не приспособлена к синтезу и расходованию большого количества энергии, которое требуется для фиксации азота. [c.153]

Фиксация азота свободноживущими цианобактериями имеет существенное значение, во всяком случае на рисовых полях (где они связывают 30-50 кг азота на 1 га в год). В чистых культурах способность связывать азот установлена примерно у 40 видов цианобактерий. Эти [c.399]

Организованные формы дифференцировки клеток встречаются даже у некоторых прокариот, например, многие цианобактерии не расходятся после деления, образуя нитевидные цепочки до метра длиной. Через регулярные интервалы в такой цепочке встречаются изменившиеся клетки, способные включать атмосферный азот в органические молекулы. Эти немногие специализированные клетки осуществляют фиксацию азота не только для себя, но и для соседних клеток, с которыми они обмениваются продуктами метаболизма. Однако эукариотические клетки добились значительно больших успехов в таком разделении труда . И именно они, а не прокариоты являются теми живыми единицами, из которых построены все наиболее сложные многоклеточные организмы. [c.43]

Основной механизм направлен на превращение молекулярного азота в аммиак с помощью сложной ферментативной системы — нитрогеназы. Нитрогеназа содержится в клубеньковых бактериях, живущих в симбиозе с высшими растениями, и участвует в процессе симбиотической фиксации азота. Кроме того, в организмах свободноживущих азотфиксирующих бактерий (микобактерии, цианобактерии, азотобактер, спириллы и др.) нитрогеназа регулирует процессы несимбиотической фиксации. Значительная часть из 13 ООО видов бобовых растений способна к симбиотической фиксации азота, причем в значительных количествах. Особенно эффективно этот процесс протекает у таких культурных растений, как горох, соя и др. Известно также около 250 видов растений других семейств, способных симбиотически фиксировать азот (ольха, лисохвост, облепиха и т. д.). Симбиотическая фиксация азота ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200 — 300 кг азота, в то время как несимбиотическая — всего на 15-30 кг. [c.362]

Наиболее широкое стратиграфическое распространение свойственно синезеленым водорослям. Они относятся к прокариотам, что сближает их с бактериями. Есть и другие признаки, более свойственные бактериям строение клеточной стенки, наличие газовых вакуолей, способность к фиксации азота и др. В настояшее время их чаще называют цианобактериями. Они существуют на Земле более 3 млрд лет. Автотрофные формы при фотосинтезе используют СО2 и выделяют кислород благодаря их жизнедеятельности была создана кислородная атмосфера Земли. В течение всей истории своего развития они не претерпели изменений. В протерозойских бассейнах они были подавляющей формой жизни и поставщиком ОВ. Многими исследователями отмечались консервативность цианобактерий, их экологическая выносливость. Синезеленый цвет определяется наличием синего и бурого пигментов в сочетании с хлорофиллом. Некоторые формы имеют и другие пигменты — от красного до черного. Эти водоросли токсичны, хищны, подавляют развитие других водорослей и зоопланктона, радиорезистентны, приспособлены жить в темноте, в горячих и холодных водах. Очень важным свойством этих водорослей является антибактериальное действие их липидов (циано-фитина и хлороллина). Это предопределило устойчивость ОВ синезеленых (как и некоторых зеленых водорослей) к микробному разрушению. Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. [c.111]

В ассоциациях с клетками и растениями цианобактерии интенсивно размножаются, образуют гетероцисты и проявляют НГА. Формирование гетероцист, ответственных у данной цианобактерии за фиксацию молекулярного азота, и регистрация НГА свидетельствуют об осуществлении азотфиксации. В специальных опытах, поставленных с совместной культурой ткани люцерны и А. variabilis, было показано, что стимуляция роста НГА и образование гетероцист у цианобактерии (рис. 41) происходят, очевидно, за счет метаболитов клеток люцерны, диффундирующих через агар. Интересно, что и в природных ассоциациях высшие растения вызывают стимуляцию образования гетероцист и НГА у цианобионта. Однако в полученных искусственным путем системах доля гетероцист не достигала максимально высоких значений, известных для природных симбиозов цианобактерий и высших растений (W. Stewart et al., 1983). Существенной особенностью цианобактерий в искусственных ассоциациях является ее интенсивный рост, который в природных ассоциациях с растениями, наоборот, подавлен. Таким образом, полученные в эксперименте системы представляют значительный интерес для изучения на клеточном уровне механизмов влияния растения-хозяина на симбиотические цианобактерии. [c.87]

В настоящее время в результате изучения чистых культур стало ясно, что способность к азотфиксации широко распространена среди цианобактерий. Вегетативные клетки многих изученных культур обнаруживают нитрогеназную активность в анаэробных и микроаэробных условиях. Только для единичных культур, например представителей рода Gloeothe e, показана способность вегетативных клеток к азотфиксации в аэробных условиях. В целом же проблема фиксации N2 в аэробных условиях значительной частью цианобактерий решена путем сформирования дифференцированных клеток определенного типа — гетероцист, в которых чувствительный к молекулярному кислороду аппарат фиксации молекулярного азота отделен от Ог-выделяющего фотосинтетического аппарата с помощью определенных ультраструктурных и биохимических перестроек. Таким образом, способность подавляющего большинства цианобактерий к азотфиксации в аэробных условиях связана с гетероцистами. [c.281]

Обычно цианобактерии для роста не требуют витаминов, азот потребляют в аммонийной или нитратной форме, некоторые способны к фиксации молекулярного азота. Как правило, способны к ассимиляционной сульфатредукции. Облигатные фототрофы. Автотрофная фиксация СО2 происходит в цикле Кальвина. Отдельные представители способны ассимилировать на свету глюкозу или другие простые органические субстраты. В основном нитчатые формы могут расти в темноте, окисляя органические соединения. [c.196]

В клетках некоторых цианобактерий защита нитрогеназы обеспечивается разной локализацией систем фиксации N2 и оксигенного фотосинтеза. Процесс фиксации N2 локализован в гетероцисте - толстостенной дифференцированной вегетативной клетке с четко выраженными физиологическими и биохимическими особенностями. Ферменты, отвечающие за фиксацию молекулярного азота в гетероцистах, защищены толстой клеточной стенкой от атмосферного кислорода и кислорода, выделяемого в процессе оксигенного фотосинтеза. [c.421]

Гетероцисты уже при исследовании в световом микроскопе обратили на себя внимание своими толстыми клеточными стенками, слабой пигментацией и сильно преломляющими свет полярными гранулами. Электронная микроскопия дала возможность изучить их тонкую структуру (рис. 3.21). Что касается полярных гранул, то они оказались цианофици-новыми гранулами плотные же слои, расположенные поверх грам-отрицательной клеточной стенки, состоят из полисахаридов, в которых глюкоза, галактоза, манноза и ксилоза соединены между собой р-1,3-гликозидными связями. Гетероцисты устойчивы к действию лизоцима. С соседйими клетками трихомы гетероцисты связаны порами, своего рода плазмодесмами. По своей функции гетероцисты-это места фиксации азота (N2) в аэробных условиях. Они образуются у нитчатых цианобактерий при недостатке связанного азота (КН , N0 ). Одновременно с морфологической дифференциацией происходят биохимические изменения. В гетероцистах синтезируется нитрогеназа, а фикобилипротеины [c.131]

Таким образом, в изложенных здесь экспериментах было продемонстрировано получение искусственных ассоциаций культивируемых тканей и растений-регенерантов с цианобактериями. Удалось получить ассоциации цианобактерий с каллусом и побе-гами-регенерантами, происходящими из изолированных протопластов. В ассоциациях с азотфиксирующими цианобактериями культивируемые ткани и растения имеют преимущества в росте в условиях дефицита или отсутствия связанного азота по сравнению с неинокулированными культурами и растениями, что обусловлено фиксацией азота цианобионтом. Показана высокая стабильность полученных клеточных систем при их субкультивировании и сохранение ассоциативных взаимодействий в ряду переходов каллус — побег. [c.88]

ГОД В результате фиксации азота, равно 23—380 мг N в 1 м это количество служит основным источником азота для микроорганизмов, так как дождей в этих местах выпадает очень мало (Alexander, 1974). Как и в случае физиологических групп микроорганизмов, главными факторами, от которых зависит скорость фиксации азота организмами в почвах полярных районов, являются влажность и температура. Наиболее активными фиксаторами азота в некоторых полярных районах служат те виды, которые способны выдерживать обезвоживание, например сине-зеленые водоросли (цианобактерии Horne, 1972). [c.58]

Азотфиксирующая активность выявлена более чем у 250 штаммов, принадлежащих к разным группам фототрофных эубактерий. Примерно половину из них составляют цианобактерии. Способность последних к фиксации N2, определяемая по наличию нитрогеназной активности, зависит от условий и в первую очередь от содержания в среде связанного азота и молекулярного кислорода. Основное место действия обоих факторов — нитрогеназа. В первом случае источники связанного азота репрессируют синтез и ингибируют активность фермента, во втором — 62 быстро инактивирует его. [c.317]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология