Batteri Nitrificanti

Eccovi una interessante lettura rigurdo i batteri nitrificanti.

Uno degli aspetti più importanti e meno compresi del successo dell'acquario è la filtrazione biologica e la sua funzione nel ciclo dell'azoto. Tradizionalmente, gli acquariofili alle prime armi si sentono disillusi a causa degli elevati tassi di mortalità dei loro animali domestici acquaticati con frequenza, dopo aver installato un nuovo acquario. Statisticamente, fino al 60% del pesce venduto per un nuovo acquario morirà entro i primi 30 giorni. Due nuovi acquariofili su tre abbandonano l'hobby entro il primo anno. Conosciuti come "New Tank Syndrome", questi pesci sono avvelenati da alti livelli di ammoniaca (NH ₃ ) prodotti dalla mineralizzazione batterica dei rifiuti di pesce, dall'eccesso di cibo e dalla decomposizione di tessuti animali e vegetali. L'ammoniaca aggiuntiva viene escreta direttamente nell'acqua dai pesci stessi. Gli effetti dell'avvelenamento da ammoniaca nei pesci sono ben documentati. Questi effetti includono: danni estesi ai tessuti, specialmente alle branchie e ai reni; squilibri fisiologici; crescita ridotta diminuita resistenza alle malattie, e; Morte.

L'avvelenamento da nitriti inibisce l'assorbimento di ossigeno da parte dei globuli rossi. Conosciuto come malattia del sangue marrone, o metaemoglobinemia, l'emoglobina nei globuli rossi viene convertita in metaemoglobina. Questo problema è molto più grave nei pesci d'acqua dolce che negli organismi marini. La presenza di ioni cloruro (CL ^- ) sembra inibire l'accumulo di nitrito nel flusso sanguigno.

L'acquarista di successo si rende conto dell'importanza di stabilire il ciclo dell'azoto rapidamente e con uno stress minimo per gli abitanti dell'acquario. La filtrazione per acquari è avanzata dai vecchi filtri a scatola pieni di carbone di legna e lana di vetro ai filtri sottosabbia, quindi i filtri a percolazione e, più recentemente, i filtri a letto fluido. Ogni progresso è stato quello di migliorare l'efficacia della filtrazione biologica che a sua volta aumenta l'efficienza del ciclo dell'azoto. La disponibilità di avanzati sistemi di filtrazione high-tech ha dato ulteriore importanza alla comprensione della chimica acquatica di base.

I batteri nitrificanti sono classificati come chemitrotropi obbligati. Ciò significa semplicemente che devono utilizzare i sali inorganici come fonte di energia e generalmente non possono utilizzare materiali organici. Devono ossidare ammoniaca e nitriti per il loro fabbisogno energetico e fissare biossido di carbonio inorganico (CO ₂ ) per soddisfare i loro requisiti di carbonio. Sono in gran parte non mobili e devono colonizzare una superficie (ghiaia, sabbia, biomedia sintetica, ecc.) Per una crescita ottimale. Secernono una matrice di melma appiccicosa che usano per attaccarsi.

Le specie di Nitrosomonas e Nitrobacter sono microrganismi gram negativi, per lo più a forma di bastoncello, di lunghezza compresa tra 0,6 e 4,0 micron. Sono obbligati in aerobi e non possono moltiplicare o convertire ammoniaca o nitriti in assenza di ossigeno.

I batteri nitrificanti hanno tempi di generazione lunghi a causa della bassa resa energetica delle loro reazioni di ossidazione. Da quando si produce poca energia da queste reazioni si sono evoluti fino a diventare estremamente efficienti nella conversione di ammoniaca e nitriti. Studi scientifici hanno dimostrato che il batterio di Nitrosomonas è così efficiente che una singola cellula può convertire l'ammoniaca a un ritmo che richiederebbe fino a un milione di eterotrofi da realizzare. La maggior parte della produzione di energia (80%) è dedicata alla fissazione della CO ₂ attraverso il ciclo di Calvin e rimane poca energia per la crescita e la riproduzione. Di conseguenza, hanno un ritmo riproduttivo molto lento.

I batteri nitrificanti si riproducono per divisione binaria. In condizioni ottimali, Nitrosomonas può raddoppiare ogni 7 ore e Nitrobacter ogni 13 ore. Più realisticamente, raddoppieranno ogni 15-20 ore. Questo è un tempo estremamente lungo considerando che i batteri eterotrofi possono raddoppiare in meno di 20 minuti. Nel tempo che impiega una singola cellula di Nitrosomonas per raddoppiare la popolazione, un singolo batterio di E. Coli avrebbe prodotto una popolazione di oltre 35 trilioni di cellule.
Nessuno dei Nitrobacteraceae è in grado di formare spore. Hanno una citomembrana complessa (parete cellulare) circondata da una matrice di melma. Tutte le specie hanno intervalli di tolleranza limitati e sono individualmente sensibili al pH, ai livelli di ossigeno disciolto, al sale, alla temperatura e alle sostanze chimiche inibitorie. A differenza delle specie di batteri eterotrofi, non possono sopravvivere a nessun processo di essiccazione senza uccidere l'organismo. In acqua, possono sopravvivere brevi periodi di condizioni avverse utilizzando materiali immagazzinati all'interno della cellula. Quando questi materiali sono esauriti, i batteri muoiono.

Dati biologici

Esistono diverse specie di batteri Nitrosomonas e Nitrobacter e molti ceppi tra queste specie. La maggior parte di queste informazioni può essere applicata a specie di Nitrosomonas e Nitrobacter in generale, tuttavia, ogni ceppo può avere tolleranze specifiche per fattori ambientali e preferenze nutrizionali non condivise da altri ceppi strettamente correlati. Le informazioni qui presentate si applicano specificamente ai ceppi Nitrosomonas e Nitrobacter .

Temperatura

La temperatura per la crescita ottimale dei batteri nitrificanti è compresa tra 25 ° -30 ° C (77-86 ° F).
Il tasso di crescita è diminuito del 50% a 64 ° F (18 ° C).
Il tasso di crescita è diminuito del 75% a 46-50 ° F.
Nessuna attività si verificherà a 39 ° F (4 ° C)
I batteri nitrificanti moriranno a 0 ° C (32 ° F).
I batteri nitrificanti moriranno a 120 ° F (49 ° C)
Nitrobacter è meno tollerante rispetto alle basse temperature di Nitrosomonas. Nei sistemi di acqua fredda, occorre prestare attenzione per monitorare l'accumulo di nitriti.

pH

L'intervallo di pH ottimale per Nitrosomonas è compreso tra 7,8-8,0.
L'intervallo di pH ottimale per Nitrobacter è compreso tra 7,3-7,5
Nitrobacter crescerà più lentamente ad alti livelli di pH tipici degli acquari marini e preferito dai Cichlids dei Rift Lake africani. Possono esistere concentrazioni iniziali di nitriti elevati. A livelli di pH inferiori a 7,0, Nitrosomonas crescerà più lentamente e l'aumento di ammoniaca potrebbe diventare evidente. La crescita di nitrosomonas è inibita a un pH di 6,5. Tutta la nitrificazione è inibita se il pH scende a 6.0 o meno. Bisogna fare attenzione a monitorare l'ammoniaca se il pH inizia a scendere vicino a 6.5. A questo pH quasi tutta l'ammoniaca presente nell'acqua si troverà nello stato NH3 ⁺ leggermente tossico e ionizzato.

Ossigeno dissolto

Se i livelli di ossigeno disciolto (DO) superano l'80% di saturazione, i tassi di nitrificazione saranno maggiori. La nitrificazione non si verificherà se le concentrazioni di DO diminuiscono a 2,0 mg / l (ppm) o meno. Nitrobacter è più fortemente influenzato dal DO basso rispetto a NITROSOMONAS.

salinità

I batteri nitrificanti d'acqua dolce cresceranno in salinità comprese tra 0 e 6 ppt (parti per mille) (peso specifico compreso tra 1.0000-1.0038).
I batteri nitrificanti dell'acqua salata cresceranno in salinità che vanno da 6 a 44 ppt. (gravità specifica tra 1.0038-1.0329).
L'adattamento a diverse salinità può comportare un ritardo di 1-3 giorni prima dell'inizio della crescita esponenziale.

Micronutrienti

Tutte le specie di batteri nitrificanti richiedono un numero di micronutrienti. La più importante tra queste è la necessità di fosforo per la produzione di ATP (adenosina tri-fosfato). La conversione di ATP fornisce energia per le funzioni cellulari. Il fosforo è normalmente disponibile per le cellule sotto forma di fosfati (PO ₄ ). In particolare, Nitrobacter non è in grado di ossidare il nitrito in nitrato in assenza di fosfati.

I fosfati sufficienti sono normalmente presenti nell'acqua potabile normale. Durante alcuni periodi dell'anno, la quantità di fosfati può essere molto bassa. Può verificarsi un fenomeno noto come "Blocco di fosfato". Se tutti i parametri sopra descritti rientrano negli intervalli ottimali per i livelli di batteri e nitriti che continuano ad aumentare senza produzione di nitrati, è possibile che si verifichi il blocco del fosfato. Negli ultimi anni, con l'avvento di miscele di sale marino sintetico prive di fosfati, questo problema è diventato prevalente tra gli acquariofili marini quando si stabiliva un nuovo serbatoio.

Fortunatamente, il blocco del fosfato è facile da rimediare. Una fonte di fosfato deve essere aggiunta all'acquario. L'acido fosforico è raccomandato come il più semplice da usare e da dosare, tuttavia, sia il fosfato mono-sodio che il fosfato di sodio possono essere sostituiti. Quando si utilizza una miscela di acido fosforico al 31%, applicare una sola applicazione di 1 goccia per 4 galloni di acqua per attivare il Nitrobacter. Questo piccolo dosaggio di acido fosforico non influenzerà il pH o l'alcalinità degli acquari marini.

I livelli minimi di altri micronutrienti essenziali spesso non sono un problema in quanto sono disponibili nelle nostre forniture di acqua potabile. La crescente popolarità dei filtri per l'acqua ad alta tecnologia per la deionizzazione, la distillazione e l'osmosi inversa (iper-filtrazione) produce acqua che viene eliminata da questi nutrienti. Mentre questi filtri sono generalmente eccellenti per la produzione di acqua ad elevata purezza, questa acqua sarà anche inibitrice per i batteri nitrificanti. Il serio acquariofilo deve reintegrare i sali basici necessari alla sopravvivenza degli abitanti dell'acquario. Questi sali, tuttavia, di solito mancano di questi micronutrienti critici.

Nutrimento

Tutte le specie di Nitrosomonas usano l'ammoniaca (NH ₃ ) come fonte di energia durante la sua conversione in nitrito (NO ₂ ). L'ammoniaca viene prima convertita (idrolizzata) in un composto di ammina (NH ₂ ), quindi ossidata in nitrito. Questo processo di conversione consente a Nitrosomonas di utilizzare alcuni semplici composti dell'ammina come quelli formati dalla conversione dell'ammoniaca da solventi chimici.
Nitrosomonas è in grado di utilizzare l'urea come fonte di energia.
Tutte le specie di Nitrobacter utilizzano nitriti per la loro fonte di energia per ossidarli a nitrati (NO ₃ ).

Colore e odore

Le cellule dei batteri nitrificanti sono opache di colore brunastro. Quello che vedi sono in realtà blocchi di batteri bloccati insieme dalla loro stessa matrice di melma.

La maggior parte delle soluzioni di batteri nitrificanti ha un odore "terroso".
Attenzione: le soluzioni contenenti liquidi marrone scuro o neri e / o prodotti che contengono odore di zolfo o uova marce possono contenere batteri contaminati o addirittura contaminati. Se si sospetta che il prodotto sia rovinato o contaminato, non applicare al sistema acquatico chiuso.

Leggero

I batteri nitrificanti sono fotosensibili, specialmente alla luce blu e ultravioletta. Dopo aver colonizzato una superficie questa luce non pone alcun problema. Durante i primi 3 o 4 giorni molte delle cellule possono essere sospese nella colonna d'acqua. Le lampadine specializzate negli acquari di barriera che emettono raggi UV o vicino ai raggi UV dovrebbero rimanere spenti durante questo periodo. L'illuminazione regolare dell'acquario non ha effetti negativi apprezzabili.

Cloro e cloramine

Prima di aggiungere batteri o pesci a qualsiasi acquario o sistema, tutto il cloro deve essere completamente neutralizzato. Il cloro residuo o le clorammine uccideranno tutti i batteri e i pesci nitrificanti.
La maggior parte delle città degli Stati Uniti ora tratta la sua acqua potabile con le clorammine. Le cloramine sono più stabili del cloro. È consigliabile testare il cloro con un kit di test economico. Se non sei sicuro che la tua acqua sia stata trattata con cloramina, prova l'ammoniaca dopo aver neutralizzato il cloro. Puoi anche chiamare la tua struttura di trattamento dell'acqua locale.

Il tipo di clorammine formato dipende dal pH. La maggior parte di esso esiste come monocloramina (NH ₂ Cl) o dicloramina (NHCl ₂ ). Sono fatti aggiungendo ammoniaca all'acqua clorata. I prodotti chimici che riducono il cloro, come il tiosolfato di sodio (Na ₂ S ₂ O ₂ ), rompono il cloro: legame di ammoniaca. Il cloro (Cl) è ridotto allo ione cloruro (Cl ^- ) innocuo. Poiché la dicloramina ha due molecole di cloro, si consiglia una doppia dose di un dispositivo di rimozione del cloro, come il tiosolfato di sodio.

Ogni molecola di cloramina che viene ridotta produrrà una molecola di ammoniaca. Se la concentrazione di cloramina è di 2 ppm, l'acquario o il sistema inizieranno con 2 ppm di ammoniaca. Il dispositivo di rimozione del cloro riduce fino a 2 ppm di cloro ai dosaggi raccomandati. Durante i mesi più caldi i livelli di cloro possono superare 2 ppm. Sarebbe necessaria una doppia dose per eliminare efficacemente il cloro in eccesso.

Aggiunta di batteri

Dopo che tutto il cloro è stato neutralizzato in modo sicuro, i batteri nitrificanti dovrebbero essere aggiunti per liberare l'acquario dall'ammoniaca. A seconda del pH dell'acquario, possono essere consigliabili 3-4 giorni prima di aggiungere il pesce per ridurre al minimo lo stress. Se l'approvvigionamento idrico non contiene clorammine e non c'è ammoniaca, i batteri nitrificanti dovrebbero essere aggiunti contemporaneamente al pesce.

Le specie di batteri Nitrosomonas e Nitrobacter appartengono alla famiglia NITROBACTERACEAE - i veri nitrificanti. Cinque generi sono generalmente accettati come ammoniaca-ossidanti e quattro generi come nitrito-ossidanti. Di questi, Nitrosomonas (ammoniaca-ossidanti) e Nitrobacter (nitrito-ossidanti) sono i più importanti. Le specie marine sono diverse da quelle che preferiscono l'acqua dolce, eppure sono strettamente correlate. Ogni specie ha un intervallo ottimale limitato per la sopravvivenza. Sono il gruppo più efficiente e più importante di batteri nitrificanti e sono onnipresenti (in tutto il mondo) nella loro distribuzione.

Bisogna fare attenzione alle società di ricerca che forniscono veri ceppi di batteri nitrificanti. Spesso i "batteri" trovati sul mercato non sono veri batteri nitrificanti autotrofi e sono invece batteri che consumano melma (organici) eterotrofi. I batteri eterotrofi non sono batteri nitrificanti e l'uso di batteri eterotrofi fornirà poco o nessun beneficio nello stabilire un filtro biologico sano o "ciclato" che consuma nitriti e ammoniaca. Un elenco di prodotti che affermano di contenere veri batteri nitrificanti sono i seguenti:

Supplemento dell'acquario marino dei batteri di Nitrificante del grado professionale della colonia ( colonia )
Supplemento dell'acquario d'acqua dolce dei batteri di Nitrificazione del grado professionale della colonia ( colonia )
ATM (Acrylic Tank Manufacturing) , Las Vegas, NV 89118
ATM (Acrylic Tank Manufacturing) Regno Unito , Norwich NR10 3SS - Applicazione Pro

Batteri nitrificanti ProLine, acqua dolce ( ProLine )
Batteri nitrificanti ProLine, acqua salata ( ProLine )
Pentair Aquatic Eco-Systems, Inc. , Apopka, FL 32703

Soluzioni acquatiche Batteri nitrificanti, acqua dolce ( soluzioni acquatiche )
Soluzioni acquatiche Batteri nitrificanti, acqua salata ( soluzioni acquatiche )
Aquatic Solutions, LLC , Des Moines, Iowa 50310

Uno e solo batteri nitrificanti per acquari d'acqua dolce ( uno e solo )
One & Only Live Nitrifying Bacteria per Reef, Nano e Seahorse Aquaria ( One & Only )

DrTim's Aquatics, LLC , Moorpark, CA 93021

Fritz Zyme # 7 - TurboStart (Acqua dolce)
Fritz Zyme # 9 - TurboStart (Acqua salata)
Fritz Industries - Fritz Pet Products, Dallas, TX 75149

disconoscimento

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FONTE: Nitrifying Bacteria Facts