Azot Döngüsü
Tüm canlıların yapı taşını oluşturan aminoasit, proteinler ile nükleik asit, hormon ve vitaminlerin yapısına giren azot canlı yaşamı için temel elementlerdendir. Doğadaki temel azot kaynağı atmosfer olup N2 ve N2O formundadır.
Atmosfer gazları itibariyle %78’ini oluşturur. Bitkiler ve mikroorganizmaların çoğu atmosferde bulunan N=N gazından besin maddesi olarak yararlanamazlar. Ancak bazı mikroorganizma grupları serbest azot gazını redükte ederek amonyak (NH3) formuna çevirir. Bu olay biyolojik azot fiksasyonudur. Bitkiler ise nitrat (NO3) ve amonyum (NH4) iyonları halindeki azotu kullanırlar. Azot döngüsü mineralizasyon, fiksasyon, asimilasyon ve denitrifikasyon olaylarını içerir.
Azot Mineralizasyonu
Organik azotlu bileşiklerin mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılarak mineral forma dönüştürülmesi olayıdır. Bunun sonucunda amonyum ve nitrat iyonları oluşur. Organik bileşiklerden amonyum iyonlarının tüketilmesine amonifikasyon, topraktaki özel bakteri grupları tarafından amonyum iyonlarının kademeli olarak nitrit ve nitrat iyonlarına yükseltgenmesine de nitrifikasyon denir. Amonifikasyon olayı çeşitli heterotrofik organizmalar tarafından yürütüldüğü halde nitrifikasyon ototrof nitelikli organizmalarca oluşturulur.
Organik azotla organik karbon mineralizasyonu birbiriyle ilişkilidir. İşlenmeyen topraklarda iki elementin mineralizasyonu paralellik gösterir. Bu gibi ortamlarda C ve N arasında 7-15/1 gibi bir oran vardır. Bu nedenle toprağa katılan organik kalıntılardaki C/N oranları mineralizasyon hızı ve olayları üzerinde etkili olmaktadır. Organik maddenin C/N oranı 30/1 den daha geniş ise net immobilizasyon, 20/1 daha dar ise net mineralizasyon gerçekleşmektedir.
(İmmobilizasyon=Asimilasyon= azotun karmaşık bileşikler halinde organik olarak tutulması) (Bu oranlar kuzey yarıküredeki ılıman işlenir topraklar için hesaplanmıştır).
Amonifikasyon
Heterotrof organizmalar tarafından topraktaki organik maddelerden azotun açığa çıkarılmasıdır. Bu mikroorganizmalar arasında gram – ve + kısa çubuk bakterileri, Arthrobacter spp. gram + kokkoid çubuklar, koklar, spor oluşturmayan uzun çubuk bakteriler, Bacillus spp. gözlenmektedir. Bu ayrışım sürecinde ilk önce protein çözünmesi (proteolisis) gerçekleşir ve sonuçta amino-N formları açığa çıkar. Bu nedenle olay aynı zamanda aminizasyon olarak da tanımlanmaktadır. Amonyağın açığa çıkmasına neden olan bu olay amonifikasyon olarak tanımlanır. Mikroorganizmalar bu işlevi hücre dışına salgıladıkları enzimlerle gerçekleştiriler. Aerob koşullarda amonifikasyon sonunda CO2, NH2, H2O ve SO2 gibi ürünler ortaya çıktığı halde, anaerob kokuşma koşullarında kötü kokulu merkaptanlar, H2S, CO2, RNH2 ve RCOOH gibi tam mineralize olmamış ürünler ortaya çıkar.
Değişik topraklarda amonifikasyon yapan bazı bakteriler; Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serrata, Micrococcus, bazı mantarlar; Alternaria, Aspergillus, Mucor, Penicillum ve Rhizopus gibi örneklerdir.
Proteinlerdeki peptid bağlarını ekzopeptidaz ve endopeptidaz gibi proteaz enzimleri parçalar. Ektopeptidaz aminoasit zincirinin son kısmını, endopeptidaz ise zincirin belli bir mesafedeki kısmını etkiler. Aminoasitlerin ayrışması sırasında amin grubunun amonyağa çevrilmesi ve açığa çıkarılmasına ise dekarboksilasyon denir.
Diğer azot içeren bir organik madde olan nükleik asitler ribonükleaz ve deoksiribonükleaz enzimleriyle parçalanır. Ribonükleaz enzimi Bacillus, Pseodomonas, Mycobacterium gibi bakterilerle Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillum ve Rhizopus türü mantarlar tarafından salgılanır. Deoksiribonükleaz salgılayan mikroorganizmalar Arthrobacter, Bacillus, Clostdrium ve Pseudomonas bakterileri ile Cladosporium ve Fusarium türü mantarlardır.
Amonifikasyon sonucu oluşan amonyak toprak çözeltisinde çözünerek form değiştirir. CO2’nin suda çözünmesiyle oluşan karbonik asit de amonyum iyonlarının oluşumunda etkili olmaktadır. Oluşan amonyağın bir kısmı ortam pH’ına göre NH3 gazı halinde atmosfere geçer.
Nitrifikasyon
Amonyum iyonlarının özel mikroorganizma grupları tarafından kademeli olarak nitrat iyonlarına çevrilmesine nitrifikasyon denir. Molekül oksijene ihtiyaç duyulan bir reaksiyondur. Amonyumun nitrit iyonlarına çevriminde rol alan toprak bakterileri; Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus.
Oluşan nitrit iyonları mikroorganizma ve bitki gelişimi için toksik maddelerdir. Ancak ortam koşullarında hemen nitrat iyonlarına çevrilirler. Bu işlemden sorumlu bakteriler; Nitrobacter.
Nitrifikasyon organizmaları organik C’u kullanmadıkları gibi azot içermeyen diğer organik maddelerin oksidasyonundan enerjide sağlayamazlar, bu amaçla mutlaka azot içeren organik maddeler (NH4, NO2 gibi) kullanmak zorundadırlar. Yani nitrifikasyon bakterileri C kaynağı olarak CO2’i enerji kaynağı olarak da inorganik azotlu bileşiklerin biyolojik oksidasyonunu kullanırlar.
Nitrifikasyon bakterileri kuvvetli aerob olduklarından reaksiyonlar mutlaka oksijence zengin koşullarda gerçekleşmektedir. Bundan dolayı su altında kalan veya drenaj sorunları olan topraklarda nitrifikasyon sınırlanmaktadır.
Toprak pH’sının 6’nın altına düşmesi nitrifikasyonu zayıflatır. Nitrifikasyonun optimum sıcaklığı 24-29 ºC arasındadır. Tarla kapasitesinin %80 düzeyinde nem miktarı nitrifikasyon için optimumdur. Topraklarda karbonatların ve diğer tampon maddelerin varlığı nitrifikasyonu olumlu etkiler. Toprağa eklenen bitki kalıntılarının C/N oranları süreci etkilemekte ve C/N oranı dar organik maddelerin ilavesi nitrat oluşumunu hızlandırmaktadır. Yağışın fazla olduğu bölgelerde topraktaki nitratın yıkanması ve taban suyuna karışması fazla olmakta bu da çevre sorunlarına yol açmaktadır.
İnorganik Azotun Topraktan Kaybı
İnorganik azot bileşikleri olan amonyum ve nitratlar çeşitli yollarla topraktan uzaklaştırılır;
1. Bitkiler tarafından alınım
2. Mikroorganizmalar tarafından özümleme (immobilizasyon)
3. Uçucu bileşikler şeklinde atmosfere karışma
4. Sızma sularıyla topraktan yıkanma
Azotun genel çevrimi en önemli mikrobiyolojik etki mineral azotlu bileşiklerin uçucu formlara çevrilmesi şeklinde kaybıdır. Amonyum amonyak şeklinde atmosfere kaçabilir ama bu ancak alkali koşullarda gerçekleşir. Azotun gaz bileşikler halinde kaybının en önemli kaynağı ise denitrifikasyondur.
Denitrifikasyon
Toprak azotunun gaz bileşikler halinde kaybolması olayıdır. Topraktaki nitrat ve amonyum iyonları azot oksit (N2O) ve serbest azot gazı (N2) şeklinde çevrilir. Bu olay çok asidik olmayan koşullarda, genellikle pH 5’in üzerinde ve zayıf havalanma koşullarında meydana gelmektedir. Toprakta aktif mikrobiyal populasyonun ve kolay ayrışabilir organik maddelerin varlığı, sıcak ve nemli periyotlar denitrifikasyon için uygun koşullar yaratır.
Denitrifikasyon bakterileri fakültatif anaerob olup serbest O2 yokluğunda nitrat, nitrit veya azot oksitlerini hidrojen akseptörü (alıcı) olarak kullanmaktadır. Denitrifikasyon yapan mikroorganizmalar nitratlardan 3 şekilde yararlanır
• Azot kaynağı olarak
• Nitratı oksijen kaynağı olarak
• Nitrat özümlenmesinde
Denitrifikasyon yapan bakteriler;
Heterotrof bakteriler; Pseudomonas denitrificans, Bacillus nitroxus
Ototrof bakteriler; Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans
Fakültatif bakteriler; Achromobacter
Koşullar anaerobik solunum için uygun olmadığında bu bakteriler nitrat redüksiyonuna başlarlar. Aşırı su miktarı ve olumsuz fiziksel koşulların yarattığı anaerobik ortamın yanı sıra kuvvetli bir toprak solunumunun oluşturduğu yüksek CO2 basıncı da denitrifikasyona sebep olabilir. Bu durumda toprak havasında oksijen kısmi basıncı azalır ve mikroorganizmalar elektron transferinde kullanacakları oksijeni nitrat ve nitrit yoluyla sağlarlar. Bu nitrat solunumunda nitrat ve nitrit iyonları hidrojen akseptörü olarak O2’nin görevini üstlenir. Bu olay sonucunda nitrat hücredeki azotlu bileşiklerin oluşturulmasında kullanıldığı için nitrat asimilasyonundan ayırmak gerekir.
Denitrifikasyon, elektron vericisi olarak organik maddenin, elektron alıcısı olarak nitrat azotunun, karbon kaynağı olarak da gene organik maddenin kullanıldığı bir olaydır. Oksijensiz ortamda heretotrof organizmalar tarafından gerçekleştirilen bu olay ANOKSİK solunum olarak da adlandırılır. Amaç nitrat azotunun NO3- → NO2- → NO → N2O →N2 zinciriyle önce nitrite sonra azot gazına indirgenmesidir.
Nitrat redüksiyonunda her zaman gaz çıkmaz, iki şekilde denitrifikasyon olur;
1. Gazsız denitrifikasyon veya nitrat amonifikasyonu
Gerçek denitrifikasyon (gaz çıkışlı)
Mikrobiyoloji
-
Antibiyotiklerin Etki Mekanizmaları Nelerdir?
-
Azot oksit
-
Petri Kutusunda Agarlı Besiyeri Hazırlanması
-
Tüpde Agarlı Besiyerlerinin Hazırlanması
-
Besiyeri Hazırlarken Dikkat Edilecek Hususlar Nelerdir ?
-
Dehidre Besiyerleri Nedir?
-
Besiyerinin Sahip Olması Gereken Özellikler
-
Besiyeri hazırlanmasında kullanılan maddeler nelerdir ?
-
Besiyerlerin Sınıflandırılması Nasıl Yapılır ?
-
Besiyerinin Tanımı ve Kullanım Amaçları Nelerdir ?
-
Pseudomonas Cinsine ait Türler
-
Veba - Yersinia Pestis
-
Tularemi - Francisella tularensis
-
Şarbon - Bacillus anthracis Enfeksiyonu
-
Bruselloz - Brucella spp