Что такое ассимиляция почвы

Ассимиляция в биологии – это что такое? Примеры ассимиляции и диссимиляции в природе

Ассимиляция в биологии – это процесс, который играет важную роль в пищеварительной системе живого организма. Что же это такое? Допустим, вы сегодня съели еду, чтобы получить определенную энергию. Но вы когда-нибудь задумывались о том, как пища попадает из тарелки в клетки? После того как вы что-то съели, ваш организм начинает расщеплять пищу во время пищеварения, поглощает питательные вещества и распределяет их по клеткам во время ассимиляции, где они используются для роста и восстановления.

Что происходит после еды?

Чтобы понять, что такое усвоение пищи и ассимиляция в биологии, давайте сначала посмотрим, как мы перевариваем обычную еду. Возьмем такой пример, как чизбургер. Во время жевания происходит вымачивание, измельчение и превращение еды в болюс, который затем перемещается через пищевод в желудок, где уже сильные кислоты и ферменты разбивают его на части.

Углеводы и белки (булочка и мясо) начинают перевариваться раньше всех. Далее в тонком кишечнике жиры (сыр) начинают разрушаться до их отдельных компонентов, называемых жирными кислотами. На данный момент переваривание чизбургера завершено. Теперь пришло время, чтобы усвоить питательные вещества, поступившие в ваш организм.

Усвоение питательных веществ

Усвоение питательных веществ осуществляется в тонком кишечнике, который снабжен мелкими выступами, которые называются микроворсинками. Эти важные клетки принимают питательные вещества из кишечника и перекачивают его в кровь, которая доставляет их к телу. Чтобы понять этот процесс, давайте посмотрим на то, как конкретно усваиваются углеводы.

К тому времени, как углеводы, содержащиеся в булочке гамбургера, достигают тонкого кишечника, они разбиваются на сахар, известный как глюкоза. Микроворсинки содержат небольшие насосы, которые высасывают ее из просвета кишечника, и перемещают в его эпителиальные клетки. Однако, чтобы сахар поступил к остальной части тела, он должен войти в поток крови. Другая сторона кишечных эпителиальных клеток имеет еще один насос, который направляет глюкозу в кровеносные сосуды, которые окружают кишечник.

Слишком много глюкозы в крови может вызвать серьезные проблемы, поэтому часть ее доставляется в печень для хранения. Клетки этого жизненно важного органа хранят избыток сахара в виде гликогена. Оттуда глюкоза доставляется ко всем клеткам в организме, которые используют ее для создания клеточной энергии, или АТФ, необходимой для удовлетворения всех потребностей клеток и организма в целом. Питательные вещества – это не единственное, что необходимо для того, чтобы тело продолжало оставаться здоровым. Очень важным является достаточное употребление воды.

Ассимиляция в биологии – это что?

Биологическое усвоение представляет собой сочетание двух процессов, во время которых в клетки поставляются питательные вещества. Первый включает в себя поглощение витаминов, минералов и других химических веществ из пищи. В организме человека это делается с помощью физического (пероральное жевание и желудочное вспенивание) и химического распада (ферментов и кислот). Второй процесс, который называется биоассимиляцией, является химическим изменением веществ в крови, печени или клеточных выделениях.

Ассимиляция и диссимиляция в биологии

Диссимиляцией в биологии называют процесс распада органических соединений (белков, жиров, углеводов и т. д.) на простые вещества. Единство ассимиляции и диссимиляции обеспечивает обмен вещества и энергии, которая является краеугольным камнем жизнедеятельности и обеспечивает непрерывность обновления органического вещества в течение всего жизненного цикла организма.

Диссимиляция в растительных и животных организмах

Диссимиляция в растениях занимает центральное место в метаболизме целого ряда процессов, в том числе дыхания и гликолиза. Высвобождение энергии и используемый результат этих процессов необходим для существования жизненно важных признаков. Среди конечных продуктов диссимиляции лидирующие позиции занимают вода, газообразный диоксид углерода и аммиак.

Если у животных эти продукты в процессе накопления выделяются снаружи, то у растений углекислый газ (не в полной мере) и аммиак применяются для биосинтеза органики и являются исходным материалом для усвоения. Интенсивность процессов диссимиляции у растений изменяется в зависимости от стадии онтогенеза организма и зависит от некоторых других факторов.

Примеры биологической ассимиляции

Основным источником энергии для всего живого на планете является солнечное излучение. Все организмы, обитающие на Земле, могут быть разделены на автотрофные и гетеротрофные. Первая группа – это преимущественно зеленые растения, способные преобразовывать лучистую энергию от солнца и путем фотосинтеза получать органические соединения из неорганических веществ.

Остальные живые организмы, не считая некоторых микроорганизмов, способных получать энергию с помощью средств от химических реакций, усваивают уже сформированное органическое вещество и используют его в качестве источника энергии или в качестве структурного материала для создания органов. Время, когда происходит самая активная и интенсивная ассимиляция в биологии, – это молодой возраст у животных и вегетационный период у растений.

Метаболизм: единство двух процессов

Метаболизм представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. Усвоение является суммой всех процессов создания живой материи: поглощение клеткой веществ, поступающих в организм из окружающей среды, формирование более сложных химических соединений из более простых и так далее. Ассимиляция в биологии – это процесс, в котором клетки, использующие различные материалы, превращаются в живую материю. Диссимиляция – это разрушение живой материи, распад, расщепление веществ в клеточных структурах, в частности в белковых соединениях. Ассимиляция (примеры в природе – это фотосинтез, фиксация азота из почвы, поглощение питательных веществ при пищеварении) и диссимиляция неразрывно связаны между собой. Усвоение сопровождается увеличением процессов разрушения, которые, в свою очередь, подготавливают почву для ассимиляции.

Источник

Азотистый обмен почвы

Азотистый обмен почвы — это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества (газа — N₂), но и в виде ионов: нитритов (NO₂-), нитратов (NO₃-) и аммония (NH₄+).Концентрации этих ионов отражают состояние почвенных сообществ, поскольку на эти показатели влияет состояние биоты (растений, микрофлоры), состояние атмосферы, вымывание из почвы различных веществ. Очень большую роль в круговороте азота играют почвенные микроорганизмы. Они способны снижать концентрации азотсодержащих веществ, губительные для других живых организмов. Они могут переводить токсичный для живых существ аммиак в менее токсичные нитраты и в биологически инертный атмосферный азот. Таким образом, микрофлора почвы способствует поддержанию стабильности её химических показателей.

Содержание

Роль почвенных микроорганизмов в круговороте азота

Запасы азота в природе очень велики. Общее содержание этого элемента в организмах составляет более 25 млрд. тонн, большое количество азота находится также в почве. В воздухе азот присутствует в виде газа N₂. Однако газ азот (N₂), содержание которого в атмосфере достигает 78 % по объёму, эукариоты сами по себе ассимилировать не могут. А уникальной способностью превращать N₂ в азотсодержащие соединения обладают некоторые бактерии, которые называют азотфиксирующими, или азотфиксаторами. Фиксация азота возможна многими бактериями и цианобактериями. Они живут или в почве, или в симбиозе с растениями, или с несколькими разновидностями животных. Например, семья бобовых растений (Fabaceae) содержит такие бактерии на своих корнях. Типичным представителем свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов является Azotobacter — грамотрицательная бактерия, связывающая азот воздуха. Продукты фиксации азота — аммиак (NH₃), нитриты.

Нитрификация

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов. Этот процесс носит название нитрификации, он осуществляется нитрифицирующими бактериями. Однако нет такой бактерии, которая бы прямо превращала аммиак в нитрат. В его окислении всегда участвуют две группы бактерий : одни окисляют аммиак, образуя нитрит, а другие окисляют нитрит в нитрат. Наиболее известные виды нитрифицирующих бактерий- это Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляет аммиак:

Nitrobacter окисляют нитрит:

Бактерии, окисляющие аммиак, поставляют субстрат для бактерий, окисляющих нитрит. Поскольку высокие концентрации аммиака оказывают на Nitrobacter токсическое действие, Nitrosomonas, используя аммиак и образуя кислоту, тем самым улучшает и условия существования для Nitrobacter.

Нитрификаторы- грамотрицательные бактерии, принадлежащие к семейству Nitrobacteracea. Им не нужны восстановленные соединения углерода для нормального роста и размножения, они способны восстанавливать CO₂ до органических соединений, используя для этого энергию окисления минеральных соединений азота- аммиака и нитритов. То есть нитрификаторы- бактерии, которые способны питаться исключительно неорганическими соединениями и осуществляют процесс хемосинтеза, синтеза органических соединений из минеральных. Хемосинтез- путь усвоения живыми существами неорганического углерода, альтернативный фотосинтезу. Растения используют нитраты для образования разных органических веществ. Животные потребляют с пищей растительные белки, аминокислоты и др. азотсодержащие вещества. Таким образом, растения делают органический азот доступным для других организмов-консументов.

Все живые организмы поставляют азот в окружающую среду. С одной стороны, все они выделяют в ходе жизнедеятельности продукты азотистого обмена: аммиак, мочевину и мочевую кислоту. Последние два соединения разлагаются в почве с образованием аммиака (который при растворении в воде дает ионы аммония).

Аммонификация

Мочевая кислота, выделяемая птицами и рептилиями, также быстро минерализуется особыми группами микроорганизмов с образованием NH₃ и СО₂. С другой стороны, азот, включённый в состав живых существ, после их гибели подвергается аммонификации (разложение содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония(NH₄ + )) и нитрификации.

Денитрификация

Продукты нитрификации — NO₃— и (NO₂-) в дальнейшем подвергаются денитрификации. Этот процесс целиком происходят благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, которые обладают способностью восстанавливать нитрат через нитрит до газообразной закиси азота (N₂O) и азота (N₂). Эти газы свободно переходят в атмосферу.

В отсутствии кислорода нитрат служит конечным акцептором водорода. Способность получать энергию путем использования нитрата как конечного акцептора водорода с образованием молекулы азота широко распространена у бактерий. Временные потери азота на ограниченных участках почвы, несомненно, связаны с деятельностью денитрифицирующих бактерий. Таким образом, круговорот азота невозможен без участия почвенной микрофлоры.

Ассимиляция

Усваиваемые соединения азота могут накапливаться в почве в неорганической форме (нитрат) или могут быть включены в живой организм как органический азот. Ассимиляция и минерализация определяет поглощение соединений азота из почвы, объединение их в биомолекулы растений и конверсию в неорганический азот после отмирания растений, соответственно. Ассимиляция — переход неорганического азота (типа нитрата) в органическую форму азота как, например, аминокислоты. Нитрат переходит с помощью ферментов сначала в нитрит (редуктаза нитрата), затем в аммиак (редуктаза нитрита). Аммиак входит в состав аминокислот.

Факторы, влияющие на круговорот азота в антропогенных биоценозах

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство. Но в настоящее время на круговорот азота влияют много факторов, вызванных человеком. Во-первых, это кислотные дожди — явление, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков и снега из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (например, оксидами азота). Химизм этого явления состоит в следующем. Для сжигания органического топлива в двигатели внутреннего сгорания и котлы подается воздух или смесь топлива с воздухом. Почти на 4/5 воздух состоит из газа азота и на 1/5 — из кислорода. При высоких температурах, создаваемых внутри установок, неизбежно происходит реакция азота с кислородом и образуется оксид азота:

Эта реакция эндотермическая и в естественных условиях происходит при грозовых разрядах, а также сопутствует другим подобным магнитным явлениях в атмосфере. В наши дни человек в результате своей деятельности сильно увеличивает накопление оксида азота (II) на планете. Оксид азота (II) легко окисляется до оксида азота (IV) уже при нормальных условиях:

Далее оксид азота реагирует с атмосферной водой с образованием кислот :

образуются азотная и азотистая кислоты. В капельках атмосферной воды эти кислоты диссоциируют с образованием, соответственно нитрат- и нитрит-ионов, а ионы попадают с кислотными дождями в почву. Вторая группа антропогенных факторов, влияющих на азотистый обмен почв, — это технологические выбросы. Оксиды азота- одни из самых распространенных загрязнителей воздуха. А неуклонный рост производства аммиака, серной и азотной кислоты напрямую связан с увеличением объёма отходящих газов, а следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Третья группа факторов — переудобрение почв нитритами, нитратами (селитрой) и органическими удобрениями. И наконец, на азотистый обмен почв отрицательно влияет повышенный уровень биологического загрязнения. Возможные его причины: сброс сточных вод, несоблюдение санитарных норм (выгул собак, неконтролируемые свалки органических отходов, плохое функционирование канализационных систем и др.). Как следствие почва загрязняется аммиаком, солями аммония, мочевиной, индолом, меркаптанами и другими продуктами разложения органики. В почве образуется дополнительное количество аммиака, который затем перерабатывается бактерииями в нитраты.

Актуальность изучения круговорота азота в антропогенных биоценозах

Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние.

Антропогенные биоценозы — это особые природные сообщества, сформировавшиеся под непосредственным влиянием человека, который сам может создавать новые ландшафты и серьёзным образом изменять экологическое равновесие. Кроме того, деятельность человека оказывает огромное влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие, потому что произошли серьёзные изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате вызванных человеком воздействий. Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, гемов и др. В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов.

Очень важно изучать и контролировать круговорот азота, особенно в антропогенных биоценозах, потому что небольшой сбой в какой-либо части цикла может привести к серьёзным последствиям: сильным химическим загрязнениям почв, зарастанию водоемов и загрязнению их продуктами разложения отмершей органики (аммиак, амины и др.), высокому содержанию растворимых соединений азота в питьевой воде.

Для изучения особенностей круговорота азота можно использовать комплексную методику по изучению содержания ионов нитритов (NO₂-), нитратов (NO₃-) и аммония (NH₄+)в почве и её микробиологических показателях.

Источник