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La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:
Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, de géneros como Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.
Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya.
Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores en el mar.
- Nitrificación: Conversión de amoníaco (NH3) en nitrato (NO3-), una forma importante también usada por las plantas. Es llevado a cabo por bacterias nitrificantes del suelo del género Nitrobacter. Las bacterias responsables de la conversión de amoníaco (NH3) en nitrito (NO2-), son las bacterias nitrificantes del género Nitrosomas, Nitrococcus.
- Asimilación: Conversión de nitratos o amoníaco (que las raíces de las plantas absorben) en proteínas, clorofila y otros compuestos nitrogenados por las plantas. La conversión de proteínas vegetales en proteínas animales también se considera asimilación (la cual sucede cuando los consumidores comen tejidos de las plantas).
- Amonificación: Conversión de nitrógeno orgánico en amoníaco. Comienza con la producción de desechos nitrogenados (como la urea de la orina) y ácido úrico (en las excretas de aves). Las bacterias que realizan este proceso están en el suelo y ambientes acuáticos y se llaman bacterias amonificantes.
- Desnitrificación: Conversión del nitrato (NO3-) en nitrógeno gaseoso. Lo realizan las bacterias desnitrificantes las cuales son anaerobias por lo que viven y prosperan en ambientes con poco o nada de oxígeno.
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