Proudění energie a koloběh uhlíku v ekosystému

Transkript

1 Prudění energie a klběh uhlíku v eksystému světelná energie ftauttrfní rganizmy CO 2 rganické látky chemhetertrfní rganizmy

2 KOLOBĚH UHLÍKU NA ZEMI ATMOSFÉRICKÝ CO 2 planktn ryby mikrrg. suchzemské frmy živta rstliny ŽIVOT V MOŘI déšť, pvrchvá vda ŽIVOT NA SOUŠI

3 Rzklad plysacharidů becné schéma plysacharidy (škrb, celulóza, inulin, pektin) hydrlázy mnsacharidy (glukóza, fruktóza,...) glyklýza aerbní rzklad pyruvát anaerbní rzklad CO 2, H 2 O rganické kyseliny alkhly, CO 2, H 2

4 Knečné prdukty rzkladu plysacharidů Aerbně: CO 2, H 2 O Anaerbně: rganické kyselin (máselná, mléčná, ctvá), alkhly (etanl, butanl), CO 2, H 2

5 Rzklad slžitých Clátek Rzklad celulózy celulóza celuldextriny celbióza glukóza celulázy celulázy celbiáza pyruvát aerbní rzklad v půdě anaerbní rzklad v půdě neb TT

6 Aerbní rzklad v půdě úplná respirace mineralizace rganických látek zisk velkéh mnžství energie Cytphaga, Sprcytphaga, Cellulmnas, aktinmycety, mikrmycety

7 Anaerbní rzklad v půdě máselné kvašení k. máselná, k. ctvá, další rganické kyseliny, etanl, CO 2, H 2 O rd Clstridium může navazvat prdukce metanu (metanvé bakterie) CO 2 + H 2 = CH 4 význam: mineralizace v zamkřené půdě (mčály, bažiny) kmpsty, chlévská mrva čištění dpadních vd (anaerbní vyhnívání kalů) výrba biplynu

8 Anaerbní rzklad v trávicím traktu mdifikvané máselné kvašení hlavním metablitem je k. ctvá, dále k. máselná, prpinvá, mravenčí, (mléčná), alkhly, CO 2, H 2 O plygastři bachr mngastři tlusté a slepé střev Fibrbacter, Butyrivibri, Bacterides, Rumincccus, Clstridium cellbiparum, Cl. thermcellum, anaerbní huby energie, prekurzry pr bisyntézy

9 Rzklad škrbu škrb (amylóza + amylpektin) dextriny α + β amylázy maltóza glukóza α gluksidáza úplná xidace, máselné kvašení

10 Aerbní rzklad úplná aerbní respirace huby (Apergillus, Rhizpus), bakterie (Bacillus, Pseudmnas, Streptmyces) typický půdní prces amyllytické enzymy, umělá sladidla, slad Anaerbní rzklad máselné kvašení Clstridium, Streptcccus půdní prces trávicí trakt

11 PŘEMĚNY NLÁTEK sučást všech živých systémů funkce stavební, metablická, dědičná infrmace, (zásbní látky) amnifikace rganické N látky NH 4 + (NH 3 ) fixace ±O 2 N 2 hetertrfní nitrifikace denitrifikace asimilační O 2 NO 2 nitritace +O 2 denitrifikace disimilační O 2 NO 3 nitratace +O 2

12 AMONIFIKACE rganické Nlátky NH 4+, NH 3 mineralizace AK, prteiny, NK, mčvina, kyselina mčvá, chitin, peptidglykan,... využití NH 4+, NH 3 syntéza AK, nitrifikace, příjem rstlinami, vlatizace (únik d vzduší), vyplavení, fyzikálněchemická vazba na půdní kmplexy

13 Amnifikace bílkvin prtelytické enzymy hydllýza peptidické vazby prteiny ply lig di peptidy aminkyseliny AK výstavba mikrbiálních bílkvin, deaminace, transaminace, dekarbxylace Aerbní rzklad NH 4+, NH 3, CO 2 aerbní, fakultativně anaerbní, Bacillus, Pseudmnas, Prteus, plísně Anaerbní rzklad aminy, indl, skatl, merkaptany, rganické kyseliny, sirvdík, NH 4+, NH 3, CO 2 Clstridium

14 Amnifikace mčviny CO(NH 2 ) 2 CO 2 + NH 3 Urbakterie: Micrcccus ureae, Plansarcina ureae stájvé prstředí trávicí trakt (bachr)

15 NITRIFIKACE xidace redukvaných frem, aerbní Auttrfní nitrifikace 2 fáze: NH 4 + NH 2 OH NO 2 NO 3 aerbní, auttrfní, chemtrfní, mezfilní, ph 7 typický půdní prces zdrj C = CO 2 (Calvinův cyklus) Nitritace NH O 2 NO 2 + 2H + + H 2 O + E Nitrsmnas, Nitrscccus, Nitrslbus Nitratace NO 2 + O 2 NO 3 + E Nitrbacter, Nitrcccus

16 Hetertrfní nitrifikace RNH 2 NO 2 NO 3 hetertrfvé, zdrj C rganická látka kyselé půdy, chlévská mrva huby(aspergillus), aktinmycety (Streptmyces), bakterie (Arthrbacter)

17 amnifikace rganické N látky NH 4 + (NH 3 ) fixace ±O 2 N 2 hetertrfní nitrifikace denitrifikace asimilační O 2 NO 2 nitritace +O 2 denitrifikace disimilační O 2 NO 3 nitratace +O 2

18 Význam nitrifikace: zdrj energie pr nitrifikační bakterie živina pr rstliny (hlavní zdrj NO 3 ) substrát pr denitrifikaci nežáducí prces v chlévském hnji nitráty silně phyblivé, neakumulují se, ztráty vyplavením = mžnst vzniku nitrsaminů (karcingen) = ztráta živiny = zhršená kvalita vdy pvrchvé vdy eutrfizace spdní vdy zvýšený bsah NO 3 neumžňuje jejich využití jak pitné vdy (methemglbinemie)

19 DENITRIFIKACE redukce xidvaných frem N anaerbní respirace (zdrj energie) anaerbní půdní prces Disimilativní denitrifikace NO 3 + H + N 2 + H 2 O + E + O 2 (NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 ) uvlňvání N z půdy (chlévské mrvy) d vzduší dstraňvání NO 3 z pitné a dpadní vdy anaerby a fakultativní anaerby Pseudmnas, Paracccus, Prpinibacterium, Thibacillus

20 amnifikace rganické N látky NH 4 + (NH 3 ) fixace ±O 2 N 2 hetertrfní nitrifikace denitrifikace asimilační O 2 NO 2 nitritace +O 2 denitrifikace disimilační O 2 NO 3 nitratace +O 2

21 Asimilativní denitrifikace NO 3 + H + NH H 2 O + E NO 3 NO 2 NO NH 3 OH NH 3 půdní prces anaerbní, pzměněný dýchací řetězec, příjem O 2 z dusičnanů zisk E a N látek pr syntézu AK a bílkvin

22 FIXACE VZDUŠNÉHO DUSÍKU redukce N 2 na NH 4 + N = N HN=NH H 2 NNH 2 2 NH 3 2 NH 4 + AK N e + 16 ATP + 10 H + 2 NH 3 + H ADP + 16 P i nitrgenázy přens H + na N 2 návrat N z atmsféry d klběhu bigenních prvků aerbní i anaerbní intenzivní především při nedstupnsti jiných zdrjů N diaztrfní bakterie: vlně žijící v půdě Aztbacter, Clstridium, Aztmnas,. asciativní Azspirillum,. symbitické Frankia, Bradyrhizbium, Rhizbium,.

23 Aztbacter plemrfní (diplkky, tyčinky) aerbní mezfilní bakterie nárčný na pdmínky prstředí: neutrální půdní reakce (Ca 2+ ) vyský bsah rganických látek (zdrj E jedndušší Clátky) strukturní půdy (humus, vzduch) dbrá zásba bigenních prvků (P, Ca, K ) fixace při nedstatku jiných zdrjů N výskyt jen v kvalitních půdách (využíván jak indikátr) úrveň fixace 1520 mg N/1g glukózy, 15 kg/ha/rk

24 Clstridium anaerbní sprulující mesfilní tyčinka (1 x 1,58 μm) výskyt i při mírně kyselé reakci méně aktivní ve fixaci N 2 fixuje jen v nepřítmnsti jiných zdrjů N využití i slžitějších Clátek (máselné kvašení) 1012 mg N/1g glukózy, 1015 kg/ha/rk

25 Rhizbium (symbitická fixace) symbisa s křeny rstlin (Fabaceae) vytváří hlízky (hlízkvé bakterie), rstlina pskytuje glycidy, bakterie Nslučeniny aerbní nesprulující plejmrfní tyčinka, v křenech jak bakteridy (až T, Y tvary) specifita věrnst hstitelské rstlině zvýšená zásba půdníh N mezuje fixaci (30) (800) kg/ha; Ø 140 kg/ha/rk inkulace semen před výsevem (Rizbin)

26 Imbilizace převd minerálních frem N d rganických látek v živých buňkách; prjevuje se nárůstem bimasy (pčet, velikst) suvisí s pměrem C:N 25:1 ptimum, vyvážený zdrj C + N + energie < 25:1 rzklad rychlý, nadbytek N, únik NH 3 > 25:1 dčerpání N z jiných zdrjů = imbilizace mžná knkurence s rstlinami (negativní) stabilizace N v bdbí vegetačníh klidu (humifikace)