27.11.2008

OBIEG WĘGLA W PRZYRODZIE
Źródła węgla:
- dla autotrofów: CO₂, jony dwuwęglanowe
- dla heterotrofów: cukry proste, aminokwasy, węglowodory proste, kwasy organiczne, alkohole, wielocukry - skrobia, celuloza i ligniny

Obieg CO₂ jest regulowany przez procesy:
- wiązania:
a) fotosynteza,
b) chemosynteza,
c) rozpuszczanie w wodzie
- uwalniania:
a) oddychanie,
b) uwalnianie z gleby,
c) procesy geologiczne,
d)spalanie paliw

Obieg węgla w przyrodzie:
Rys.1
C-org -> humus-> torf -> węgiel kamienny, gaz ziemny, ropa naftowa -> eksploatacja -> CO2 w atmosferze -> asymilacja -> C-org

Bezazotowa materia organiczna
1) węglowodany:
- cukry proste (np. heksozy, pentozy)
- wielocukry (skrobia, celuloza, hemiceluloza, pektyny oraz inne wielocukry z niewielkimi dodatkami azotu, siarki lub fosforu np. chityna)
- kwasy uronowe i ich pochodne
2) kwasy organiczne:
3) substancje aromatyczne: fenole, ligniny, tanina
4) związki hydrofobowe: węglowodany, tłuszcze, woski

Rozkład cukrów prostych
Bakterie tlenowe kwas pirogronowy, mlekowy, octowy, aldehyd octowy, CO₂, H₂O
Bakterie beztlenowe kwasy tłuszczowe, kwas mlekowy, H₂, metan, CO₂
Grzyby pleśniowe kwasy organiczne
Drożdże alkohol etylowy

Rozkład skrobi
Tlenowe:
- pałeczki nieprzetrwalnikujące: Bacterium, Pseudomonas, Amylobacter
- pałeczki przetrwalnikujące: Bacillus
- promieniowce
- grzyby: Aspergilllus Niger, A. oryzae
Beztlenowe:
- Clostridium

Skrobia (α-amylaza) dekstryny (β-amylaza) maltoza (β-glukozydaza) glukoza

Rozkład celulozy (błonnika)
Warunki:
a) tlenowe, kwaśne: Alternaria, Aspergillus, Penicillum, Chaetomium
b) tlenowe, niekwaśne: Cytophaga, Sporocytophaga, Cellulomonas
c) beztlenowe, słabo kwaśne: Clostridium, cellobioparum
d) beztlenowe, bardzo kwaśne - celuloza nie jest rozkładana

Mikroflora żwacza
Bakterie: Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Fibrobacter succinogenes
Pierwotniaki: Diplodinium, Entodinium
Grzyby: Neocallimastix frontalis
Produkty rozkładu celulozy w żwaczu: kwas octowy, propionowy, masłowy, walerianowy, mrówkowy, alkohole, CO₂, metan, azot, H₂

Celuloza
Celuloza rozpuszczalna

Procesy zewnątrzkomórkowe (celuloliza właściwa)

celotetroza, celotrioza, celobioza
Glukoza
Procesy wewnątrzkomórkowe

Rozkłd hemicelulozy
- nierozapuszczalne w H2O wielocukry o różnej strukturze chemicznej
- hemicelulozy mogą być zbudowane z pentoz - pentozany - ksylany, arabany
lub z heksoz - heksozany - mangany, galaktazy
Ksylany - powszechnie występujące w sianie, u których zasadniczym elementem budowy jest ksyloza, dodatkowo może występować też kwas galakturonowy i arabinoza.

Rozkład pektyn
- składnik blaszki środkowej między ścianami komórkowymi tkanek roślinnych, stanowią lepiszcze tkanek roślin
- zbudowane z cząsteczek kwasu galakturonowego
- rozkład mikrobiologiczny: drobnoustroje posiadające enzymy pektyno lityczne 9esterazy, de polimerazy)
- Bacillus macerans, Pseudomonas, Aspergillus, Penicillum, Fusarium
-Roszenie lnu i konopi:
a) w warunkach tlenowych - drożdże
b) w warunkach beztlenowych - Clostridium pectinovorum, Clostridium felsineum
- klarowanie soków owocowych i wina: grzyby

Rozkład lignin
- polimery pierścieni aromatycznych, zawierające grupy metoksylowe (-OCH₃)
Najprostsze składniki lignin:
- wanilina - główny składnik drzew iglastych
- aldehyd syryng owy - w ligninie drzew liściastych
- p-benzaldehyd - w ligninie roślin zielonych
Grzyby rozkładające ligniny:
- wywołujące białą zgniliznę drewna - Armillaria, Polysporus

Azot w glebie
- N mineralny: 2-5 %
- N organiczny: 95-98 %
Dopływ azotu:
- związany z atmosfery
- z nawozów mineralnych
- z mineralnych nawozów organicznych
- z organicznych resztek pożniwnych
Ubytek azotu:
- wyniesiony z plonem
- denitryfikacja biologiczna i chemiczna
- wymyty z gleby
- ulatnianie się NH₃
Formy azotu w glebie:
- organiczny: białko, kwasy nukleinowe, aminokwasy, mocznik, cyjanamid
- mineralny: NH₃ NH₄⁺, NO₂^- (ślady) NO₃^-
Krążenie azotu w przyrodzie:
- wiązanie azotu atmosferycznego
- rozkład organicznych związków azotowych (mineralizacja)
- nitryfikacja
- denitryfikacja
- białczanie mineralnych związków azotu
Źródła azotu dla drobnoustrojów:
- NO₃^-, NO₂^-,N_2, NH₄⁺,
- R-NH₂ (R - rodnik organiczny), białko, aminokwasy, mocznik
- Denitryfikatory: azotany lub azotyny
- Nitryfikatory: NH₄⁺, NO₂^-,NH₃,
- Bakterie wiążące azot atmosferyczny: N₂
- Drobnoustroje wykorzystujące N wbudowany w związki organiczne: proteolityczne, amonifikatory, rozkładające kwasy nukleinowe
- Mocznikowe: R-NH₂

Obieg azotu w przyrodzie:

Mineralizacja azotu organicznego
Białka
peptony
polipeptydy (peptydy)
*) (proteoliza) aminokwasy
**) NH₃, H₂O, CO₂
amonifikacja = dezaminacja
*) i **)Aminy, merkaptany, zw. Aromatyczne
H₂S, CH₄, H₂
**) Kwasy tłuszczowe, alkohole, węglowodany

Nitryfikacja
NH₃
NO₂
NO₃^- + energia
I FAZA (NITROSOFIKACJA)
NH₄⁺ + ½ O₂
NO₂^- + 2H⁺ + H₂O + 66kcal
„Nitroso”: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis
NH₃
HO*NH₂ (hydroksyloamina)
½ HO-N=N-OH (nitroksyl - dihydroksyamoniak)
OH-N=O (kwas azotawy)

II FAZA
NO₂^- + ½ O₂
NO₃^- + 18 kcal
„Nitro” : Nitro bacter
OH-N=O (kwas azotawy)
HON*2(OH) (wodzian kw. azotawego)
HO-N *2O(kwas azotowy)

Denitryfikacja - redukcja azotanów w warunkach beztlenowych
- denitryfikacja całkowita:
a) NO₃^- + 2H⁺ + 2e
NO₂^- + H₂O
b) 2NO₃^- + 10H⁺
N₂O + 5H₂O
c) 2NO₃^- + 12H⁺
N₂ + 6H₂O
- denitryfikacja częściowa
a) NO₃^- +10H⁺
NH₄⁺ + 3H₂O
enzymy: desymilacujna reduktaza azotanowa i azotynowa
denitryfikatory: Pseudomonas denitrificans, Paracoccus denitrificans, Bacillus licheniforms

Wiązanie azotu atmosferycznego:
N₂ + 8H⁺ + 8e^-
2NH₃ + H₂
Rhizobium leguminosarum
var. trifoli - koniczyna
var. vicie - groch, pełuszka, wyka, soczewica, bób, bobik
var. phaseoli - fasola
Rhizobium meliloti - lucerna, nostrzyk
Rhizobium loti - komonica, ciecierzyca
Bradyrhizobium japonicum - soja
lupini - łubiny, seradela
Azotobacter chroococcum
vinelandii
paspali
Clostridium
Azospirillum brasilense
lipoferum

Fosfor w glebie
- źródłem fosforu dla mikroorganizmów są związki organiczne lub mineralne PO4 lub P2O5
- 25-80% fosforu glebowego występuje w związkach organicznych
- C:N:P = 100: 10: 10
Fosfor występujący w:
- fitynie - fitazy
- fosfolipidach - fosfatazy
- nukleoproteidach - nukleopeptydazy
- kwasach nukleinowych
- fosforyzowanych cukrach
Bacillus megaterium var. phosphaticum

Wyróżnia się trzy grupy drobnoustrojów korzystających za związków fosforu:
- mineralizatory fosforu organicznego
- rozpuszczające fosforany, które są nierozpuszczalne w H₂O
- asymilatory fosforu - wbudowują fosfor we własną plazmę

---