Без темы
<<  Хроматографические и масс-спектрометрические методы в диагностике острых отравлений синтетическими каннабимиметиками Чарующие звуки музыки  >>
Лекция 7. Lect_07_Nitrogen_II Цикл азота (окончание)
Лекция 7. Lect_07_Nitrogen_II Цикл азота (окончание)
C H N O P S
C H N O P S
Азотфиксация Среди ныне существующих азотфиксаторов: Фототрофы:
Азотфиксация Среди ныне существующих азотфиксаторов: Фототрофы:
Frankia alni (actinomycetales) образующая симбиоз с ольхой
Frankia alni (actinomycetales) образующая симбиоз с ольхой
Frankia alni (Actinomycetales)
Frankia alni (Actinomycetales)
Casuarina glauca – растение семейства буковых, вступает в симбиоз с
Casuarina glauca – растение семейства буковых, вступает в симбиоз с
14 NOVEMBER 2008 VOL 322 SCIENCE www
14 NOVEMBER 2008 VOL 322 SCIENCE www
Pseudotrichonympha grassi — представитель гипермастигин
Pseudotrichonympha grassi — представитель гипермастигин
В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий,
В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий,
Pseudotrichonympha grassi
Pseudotrichonympha grassi
Разные формы колоний Trichodesmium
Разные формы колоний Trichodesmium
По существующим оценкам экспорт азота из поверхностных вод океана
По существующим оценкам экспорт азота из поверхностных вод океана
Планктонная сеть и видеопланкторекордер
Планктонная сеть и видеопланкторекордер
Цикл азота
Цикл азота
Coastal Zone Color Scanner (or CZCS)
Coastal Zone Color Scanner (or CZCS)
Распределение пыли (г/м2 в год), приносимой ветрами из Сахары, пустынь
Распределение пыли (г/м2 в год), приносимой ветрами из Сахары, пустынь
Буря в северо-западной Африке
Буря в северо-западной Африке
За старой шхуной Ragland остается красный след
За старой шхуной Ragland остается красный след
Распределение интенсивности азотфиксации (микромоль N2/м2 в год) по
Распределение интенсивности азотфиксации (микромоль N2/м2 в год) по
Растения потребляют азот из почвы или воды в основном в форме
Растения потребляют азот из почвы или воды в основном в форме
Redfield ratio (соотношение числа атомов в веществе океанического
Redfield ratio (соотношение числа атомов в веществе океанического
C : N
C : N
Азот из насекомых
Азот из насекомых
Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava
Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava
Животные получают азот с пищей
Животные получают азот с пищей
Аммонификация – перевод азота из органической формы в аммоний (NH4+ )
Аммонификация – перевод азота из органической формы в аммоний (NH4+ )
Аммоний (NH4+ ) и аммиак NH3 - потенциальные доноры электронов
Аммоний (NH4+ ) и аммиак NH3 - потенциальные доноры электронов
Нитрификация – окисление аммония (NH4+ ) до нитрита (NO2-), а потом до
Нитрификация – окисление аммония (NH4+ ) до нитрита (NO2-), а потом до
Нитрификация открыта Сергеем Николаевичем Виноградским: в 1887 (идея)
Нитрификация открыта Сергеем Николаевичем Виноградским: в 1887 (идея)
I фазу (NH3+
I фазу (NH3+
Денитрификация – восстановление нитрата NO3- до свободного
Денитрификация – восстановление нитрата NO3- до свободного
Денитрификация возможна только в анаэробной среде (свободный кислород
Денитрификация возможна только в анаэробной среде (свободный кислород
Схема преобразований азота в ходе денитрификации: NO3
Схема преобразований азота в ходе денитрификации: NO3
NO3? ? NO2
NO3? ? NO2
Из: Davidson et al
Из: Davidson et al
Возрастание содержания СО2 ведет к эмиссии N2O и CH4
Возрастание содержания СО2 ведет к эмиссии N2O и CH4
Денитрификация стала возможной только после появления в достаточном
Денитрификация стала возможной только после появления в достаточном
Способность к денитрификации возникала в эволюции не один раз: она
Способность к денитрификации возникала в эволюции не один раз: она
«Нитратное дыхание» фораминифер предполагалось ещё в 1991 г., но было
«Нитратное дыхание» фораминифер предполагалось ещё в 1991 г., но было
Распределение фораминифер (a) и нитрата (b) по глубине в верхних 5 см
Распределение фораминифер (a) и нитрата (b) по глубине в верхних 5 см
Фораминиферы Globobulimina pseudospinescens (a), Nonionella cf
Фораминиферы Globobulimina pseudospinescens (a), Nonionella cf
Anammox anaerobic ammonium oxidation Нитрит и аммоний непосредственно
Anammox anaerobic ammonium oxidation Нитрит и аммоний непосредственно
Kuypers M.M, Sliekers A.O., Lavik G. et al
Kuypers M.M, Sliekers A.O., Lavik G. et al
b, Morphology of the anammox cell and proposed model for the anammox
b, Morphology of the anammox cell and proposed model for the anammox
Анаэробное окисление метана с помощью нитрата (процесс открыт в 2006 г
Анаэробное окисление метана с помощью нитрата (процесс открыт в 2006 г
Метан (CH4), образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно
Метан (CH4), образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно
На рисунке из статьи Raghoebarsing et al , 2006, видно, как в культуре
На рисунке из статьи Raghoebarsing et al , 2006, видно, как в культуре
Превращения азота при сжигании ископаемого топлива в воздухе
Превращения азота при сжигании ископаемого топлива в воздухе
Загрязнение атмосферы оксидами азота ведёт к повышению продуктивности
Загрязнение атмосферы оксидами азота ведёт к повышению продуктивности
Высокогорные растения могут добывать азот из снега с помощью
Высокогорные растения могут добывать азот из снега с помощью
Хохлатка Corydalis conorhiza
Хохлатка Corydalis conorhiza
Хохлатка Corydalis conorhiza
Хохлатка Corydalis conorhiza

Презентация на тему: «Цикл азота». Автор: Ghilarov. Файл: «Цикл азота.ppt». Размер zip-архива: 8871 КБ.

Цикл азота

содержание презентации «Цикл азота.ppt»
СлайдТекст
1 Лекция 7. Lect_07_Nitrogen_II Цикл азота (окончание)

Лекция 7. Lect_07_Nitrogen_II Цикл азота (окончание)

Продолжение рассказа про азотфиксацию. Азотфиксирующий представитель актиномицет Frankia (симбиоз с ольхой и Casuarina). Азотфиксация в кишечнике термита. Новый учет колониальной морской цианобактерии Trichodesmium. Железо как лимитирующий элемент. Пыль из Сахары. Стехиометрия разных продуцентов и консументов. Ограничение азотом. Растения, добывающие азот из животных. Аммонификация. Нитрификация. Денитрификация. Фораминиферы – эукариоты, способные проводить денитификацию. Anammox (anaerobic ammonium oxidation) – анаэробное окисление аммония. Анаэробное окисление метана с помощью нитрата. Загрязнение атмосферы оксидами азота. Кислые дожди и неожиданное удобрение. «Снежные корни» альпийской хохлатки.

2 C H N O P S

C H N O P S

3 Азотфиксация Среди ныне существующих азотфиксаторов: Фототрофы:

Азотфиксация Среди ныне существующих азотфиксаторов: Фототрофы:

цианобактерии 2. Хемотрофы: водородные бактерии (существующие за счет окисления молекулярного водорода), некоторые метанокисляющие бактерии, актиномицеты, а также ряд анаэробных бактерий, разлагающих сахара Азотфиксация связана с большими энергетическими затратами

4 Frankia alni (actinomycetales) образующая симбиоз с ольхой

Frankia alni (actinomycetales) образующая симбиоз с ольхой

Наросты на корнях ольхи

http://www.biolib.cz/en/image/id19044/

5 Frankia alni (Actinomycetales)

Frankia alni (Actinomycetales)

Alnus glutinosa root hairs 14 days after infection by Frankia alni. Numerous deformations at tips are now visibles, they will trap Frankia hyphae and thus permit penetration of the root hair and subsequent nodule induction (photo P. Pujic)

http://www.cns.fr/spip/Casuarina-glauca-EST-library.html#

6 Casuarina glauca – растение семейства буковых, вступает в симбиоз с

Casuarina glauca – растение семейства буковых, вступает в симбиоз с

азотфиксирующим актиномицетом frankia

7 14 NOVEMBER 2008 VOL 322 SCIENCE www

14 NOVEMBER 2008 VOL 322 SCIENCE www

sciencemag.org

8 Pseudotrichonympha grassi — представитель гипермастигин

Pseudotrichonympha grassi — представитель гипермастигин

(Hypermastigida), обитающих в кишечнике термита. A — под микроскопом в фазовом контрасте. B — то же при окраске люминесцентным красителем, выявляющим ядро. C — то же при использовании метода FISH (fluorescence in situ hybridization); зеленым цветом выделяются бактерии — внутриклеточные симбионты простейших, желтым — масса перерабатываемой древесины. Длина масштабной линейки 100 мкм

9 В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий,

В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий,

относящихся к отряду Bacteroidales. Условное название «phylotype CfPt1-2»

10 Pseudotrichonympha grassi

Pseudotrichonympha grassi

См. на сайте ЭЛЕМЕНТЫ: Бактерии-симбионты, разлагающие для термитов древесину, еще и связывают для них атмосферный азот 11.12.08 http://elementy.ru/news/430938

11 Разные формы колоний Trichodesmium

Разные формы колоний Trichodesmium

Сфотографированное из космоса скопление Trichodesmium — Снимок NASA около Австралии

12 По существующим оценкам экспорт азота из поверхностных вод океана

По существующим оценкам экспорт азота из поверхностных вод океана

составляет 420 Тг (1012 г) в год Приток за год: с речными водами – 80 Тг с пылью и осадками – 60 Тг из глубинных вод (апвеллинги) – 90 Тг за счет азотфиксаторов – 140 Тг В сумме – 370 Тг N в год НЕ ХВАТАЕТ 50 Тг

13 Планктонная сеть и видеопланкторекордер

Планктонная сеть и видеопланкторекордер

По данным видеопланкторекордера суммарная азотфиксация в океане в 2.7-7.0 раз выше, чем предполагалось ранее

14 Цикл азота
15 Coastal Zone Color Scanner (or CZCS)

Coastal Zone Color Scanner (or CZCS)

16 Распределение пыли (г/м2 в год), приносимой ветрами из Сахары, пустынь

Распределение пыли (г/м2 в год), приносимой ветрами из Сахары, пустынь

Аравийского полуострова и Центральной Азии. С пылью поступает железо!

17 Буря в северо-западной Африке

Буря в северо-западной Африке

Снимок со спутника 28 февраля 2000 г. Облака пыли из района Сахары сносятся ветром на запад, в Атлантический океан. Попадающая в центральные районы океана пыль – важнейший источник биогенных элементов, прежде всего фосфора и железа, необходимых для развития фитопланктона. С сайта: http://www.nasa.gov/images/content/105016main_Saharan_dust_lg.jpg

18 За старой шхуной Ragland остается красный след

За старой шхуной Ragland остается красный след

Рас Джордж, бизнесмен, исследователь-любитель, основатель фонда «Планктос Фаундейшн», вносит в океан около Гавайских островов раствор железной руды. Он надеется так образом повысить продуктивность фитопланктона, который будет связывать больше СО2. Фото из: Nature (2003. V. 421. P. 109)

19 Распределение интенсивности азотфиксации (микромоль N2/м2 в год) по

Распределение интенсивности азотфиксации (микромоль N2/м2 в год) по

акватории Мирового океана. Азот связывается там, где интенсивно идет денитрификация

20 Растения потребляют азот из почвы или воды в основном в форме

Растения потребляют азот из почвы или воды в основном в форме

нитратного (NO3-) и аммонийного (NH4+ ) ионов. В ходе ассимиляции используется растениями для построения аминокислот, белков и нуклеиновых кислот и др.

21 Redfield ratio (соотношение числа атомов в веществе океанического

Redfield ratio (соотношение числа атомов в веществе океанического

планктона) C : N : P 106 : 16 : 1

22 C : N

C : N

C : P

6.6 : 1

116 : 1

10 : 1

307 : 1

36 : 1

968 : 1

6.3 : 1

124 : 1

6.5 : 1

116 : 1

Морской фитопланктон

Водная растительность

Наземная растительность

Водные фитофаги

Наземные фитофаги

Средние значения отношения числа атомов углерода к азоту и углерода к фосфору в веществе фитопланктона, высшей водной и наземной растительности, а также в телах водных и наземных животных-фитофагов (по: Elser J.J., et al., 2000, с добавлениями).

23 Азот из насекомых

Азот из насекомых

Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava. Predators accelerate nutrient cycling in a bromeliad ecosystem // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 963

24 Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava

Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava

Predators accelerate nutrient cycling in a bromeliad ecosystem // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 963

25 Животные получают азот с пищей

Животные получают азот с пищей

В процессе метаболизма животных происходит диссимиляция веществ, содержащих азот Продукты выделения у водных животных: как правило аммиак и мочевина CO(NH2)2 а у наземных животных – мочевая кислота C5H4N4O3

26 Аммонификация – перевод азота из органической формы в аммоний (NH4+ )

Аммонификация – перевод азота из органической формы в аммоний (NH4+ )

или аммиак NH3 реакцию осуществляют бактерии аммонификаторы (аэробы и анаэробы)

27 Аммоний (NH4+ ) и аммиак NH3 - потенциальные доноры электронов

Аммоний (NH4+ ) и аммиак NH3 - потенциальные доноры электронов

28 Нитрификация – окисление аммония (NH4+ ) до нитрита (NO2-), а потом до

Нитрификация – окисление аммония (NH4+ ) до нитрита (NO2-), а потом до

нитрата (NO3-)

29 Нитрификация открыта Сергеем Николаевичем Виноградским: в 1887 (идея)

Нитрификация открыта Сергеем Николаевичем Виноградским: в 1887 (идея)

в 1890 (доказательства)

(1856-1953)

30 I фазу (NH3+

I фазу (NH3+

NO2-) проводят бактерии рода nitrosomonas, II фазу (NO2- ? NO3-) бактерии рода nitrobacter

31 Денитрификация – восстановление нитрата NO3- до свободного

Денитрификация – восстановление нитрата NO3- до свободного

молекулярного азота N2 При этом окисляются органические вещества (углеводы, спирты, органические кислоты). Процесс энергоемкий

32 Денитрификация возможна только в анаэробной среде (свободный кислород

Денитрификация возможна только в анаэробной среде (свободный кислород

– более выгодный окислитель) Пример: окисление глюкозы, сопровождающееся восстановлением нитрата 5C6H12O6 + 24KNO3 ? 24KHCO3 + 12N2 + 18H2O

33 Схема преобразований азота в ходе денитрификации: NO3

Схема преобразований азота в ходе денитрификации: NO3

? NO2? ? NO ? N2O ? N2

34 NO3? ? NO2

NO3? ? NO2

? NO ? N2O ? N2

Из: Davidson et al., Testing a conceptual model of soil emissions of nitrous and nitric oxides // BioScience. 2000. V.8. P 667-680

35 Из: Davidson et al

Из: Davidson et al

, Testing a conceptual model of soil emissions of nitrous and nitric oxides // BioScience. 2000. V.8. P 667-680

36 Возрастание содержания СО2 ведет к эмиссии N2O и CH4

Возрастание содержания СО2 ведет к эмиссии N2O и CH4

В ответ на рост содержания в воздухе СО2 растения снижают интенсивность транспирации, но связывают при этом больше СО2. Уменьшение транспирации приводит к тому, что из почвы откачивается меньше воды. Соответственно, возрастает увлажненность почвы, ухудшается её аэрация, возникают участки, где кислород практически отсутствует (состояние аноксии). В отсутствии кислорода в почве развиваются бактерии, которые при получении необходимой им энергии в качестве окислителя используют азот. Начинается процесс денитрификации, в ходе которого азот последовательно восстанавливается. На одном этапе этого процесса в воздух выделяется закись азота (N2O). С другой стороны, в условиях обилия СО2 растения растут быстрее, в частности, увеличивают массу корней. При этом корнями в почву выделяется большое количество лабильного органического вещества, которое охотно используется бактериями. В местах, где нет кислорода, преимущество получают бактерии метаногены. Конечный продукт их метаболизма, выбрасываемый во внешнюю среду, это метан. Закись азота и метан – газы, обладающие сильным парниковым эффектом. Из: Alexander Knohl and Edzo Veldkamp // Nature 2011 V. 475. P. 177-178

37 Денитрификация стала возможной только после появления в достаточном

Денитрификация стала возможной только после появления в достаточном

количестве нитритов, а их образование требовало наличия в среде свободного кислорода. Т.е. всё это могло происходить не ранее, чем 2.4 млрд лет тому назад

38 Способность к денитрификации возникала в эволюции не один раз: она

Способность к денитрификации возникала в эволюции не один раз: она

свойственна представителям разных неродственных групп бактерий, оказавшихся в среде, где нет свободного кислорода, но есть нитраты

39 «Нитратное дыхание» фораминифер предполагалось ещё в 1991 г., но было

«Нитратное дыхание» фораминифер предполагалось ещё в 1991 г., но было

обнаружено только в 2006 Risgaard-Petersen N., Langezaal A., Ingvardsen S. et al., 2006. Evidence for complete denitrification in a benthic foraminifer // Nature. 2006. V. 443. P. 93-96

40 Распределение фораминифер (a) и нитрата (b) по глубине в верхних 5 см

Распределение фораминифер (a) и нитрата (b) по глубине в верхних 5 см

донного осадка

Распределение кислорода (светлые кружки) и численности фораминиферы Globobulimina (заштрихованная гистограмма) (a), нитритов и нитратов, находящихся в воде (черные точки) и в клетках живых организмов (серая гистограмма) (b). (Risgaard-Petersen et al., 2006 // Nature. V. 443. P. 93-96)

41 Фораминиферы Globobulimina pseudospinescens (a), Nonionella cf

Фораминиферы Globobulimina pseudospinescens (a), Nonionella cf

stella (b) и Stainforthia (c). Масштабная линейка слева – 100 мкм. Нижняя панель: d – часть клетки Globobulimina; пищевые вакуоли (FV), митохондрии (Mi) и пероксисомы (показаны стрелками); e – при большем увеличении видны митохондрии (Mi); и аппарат Гольджи (G); f – группа митохондрий

42 Anammox anaerobic ammonium oxidation Нитрит и аммоний непосредственно

Anammox anaerobic ammonium oxidation Нитрит и аммоний непосредственно

конвертируются в газообразный N2. Процесс дает по-видимому до 50% N2 , образующегося в океане NH4+ + NO2- ? N2 + 2H2O

43 Kuypers M.M, Sliekers A.O., Lavik G. et al

Kuypers M.M, Sliekers A.O., Lavik G. et al

, 2003. Anaerobic ammonium oxidation by anammox bacteria in the Black Sea // Nature. V. 422. P. 608-611

44 b, Morphology of the anammox cell and proposed model for the anammox

b, Morphology of the anammox cell and proposed model for the anammox

process. HH, hydrazine (N2H4) hydrolase; HZO, hydrazine oxidizing enzyme; NR, nitrite reducing enzyme. c, Fluorescence in situ hybridization of filter material from station 7617 (142 m water depth). Green cells are total Eubacteria stained with EUB338 probe; red cells (encircled) are anammox bacteria stained with a new specific probe

45 Анаэробное окисление метана с помощью нитрата (процесс открыт в 2006 г

Анаэробное окисление метана с помощью нитрата (процесс открыт в 2006 г

) 5CH4 + 8NO3– + 8H+ ? ? 5CO2 + 4N2 + 4H2O

Ashna A. Raghoebarsing, Arjan Pol, Katinka T. van de Pas-Schoonen et al. A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification // Nature. 2006. V. 440. P. 918-921

46 Метан (CH4), образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно

Метан (CH4), образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно

(2), взаимодействуя с нитритами (NO2–) и нитратами (NO3–). Часть метана проходит выше и окисляется аэробно (3). В левой части рисунка показано образование нитритов и нитратов (4) и обычная денитрификация (5). Из статьи Thauer, Shima, 2006. Nature. V. 440. P. 878-879

47 На рисунке из статьи Raghoebarsing et al , 2006, видно, как в культуре

На рисунке из статьи Raghoebarsing et al , 2006, видно, как в культуре

в течение суток содержание метана уменьшается, а молекулярного азота возрастет (верхняя пaнель), а также как расходуются при этом нитрат и нитрит (нижняя панель). Концентрации веществ – в микромолях (за исключением нитрата – в миллимолях).

48 Превращения азота при сжигании ископаемого топлива в воздухе

Превращения азота при сжигании ископаемого топлива в воздухе

49 Загрязнение атмосферы оксидами азота ведёт к повышению продуктивности

Загрязнение атмосферы оксидами азота ведёт к повышению продуктивности

лесов (Magnani et al., Nature. 2007. V. 447. P. 849-851)

50 Высокогорные растения могут добывать азот из снега с помощью

Высокогорные растения могут добывать азот из снега с помощью

специальных «снежных корней»

Vladimir G. Onipchenko et al., New nitrogen uptake strategy: specialized snow roots // Ecology Letters. Published Online: Jun 4 2009

51 Хохлатка Corydalis conorhiza

Хохлатка Corydalis conorhiza

«Ковер» между растениями – высохшие «снежные корни»

52 Хохлатка Corydalis conorhiza

Хохлатка Corydalis conorhiza

См. также: «Высокогорные растения могут добывать азот из снега с помощью специальных «снежных корней»». «Элементы» Новости науки. 1.07.2009 http://elementy.ru/news/431113

«Цикл азота»
http://900igr.net/prezentacija/fizika/tsikl-azota-114282.html
cсылка на страницу

Без темы

353 презентации
Урок

Физика

134 темы
Слайды