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Stickstofffixierung
Ökologie
Von Deborah Leaney und Viola
Tacke
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Stickstoffkreislauf
Quelle: http://www.makumee.de/assets/images/Stickstoffkreislauf_2.jpg
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Stickstoff
Element der 2. Periode
des Periodensystems
Nichtmetall
Vorkommen: Luft (78%),
in der Erdkruste als
anorganisch gebundener
Stickstoff eher selten
Bestandteil von
Proteinen, Nukleinsäuren
und Enzymen
Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Dinitrogen.svg&filetimestamp=20100327144457 http://www.3dchem.com/inorganics/N2.jpg
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Stickstoff: Physikalische
Eigenschaften
geruch-, farb- und geschmackloses Gas
Kondensation zu farbloser Flüssigkeit (77,15 K)
sehr reaktionsträge durch Dreifachbindung im N2 (Schutzgas)
hoher Energieaufwand
hohe Aktivierungsenergie
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Verwendung
reines Gas als Schutzgas
Kühlmittel
Synthese von Ammoniak (siehe Haber –
Bosch – Verfahren)
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Bedeutung der
Stickstofffixierung
Stickstoff ist essentiell für alle Organismen
einige Prokaryonten sind in der Lage Stickstoff
zu fixieren (besitzen das Enzym Nitrogenase)
und diesen bioverfügbar zu machen
Pflanzen: in Form von Ammoniumverbindungen
und Nitraten
Tierische Organismen: Nahrungsaufnahme
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Arten der Stickstofffixierung
I. Biologische Fixierung
II. Chemische Fixierung
III. Technische Fixierung
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Biologische Fixierung
verschafft Fixierern ökologischen Vorteil
starke Nachfrage nach fixiertem Stickstoff
in Ökosystemen
Symbioseverhalten
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Beispiele für Stickstofffixierer
Frei lebende aerobe, stickstofffixierende
Bakterien: Schlüsselgattung: Azotobacter,
Azomonas
große, gramnegative, aerobe Stäbchen
zur nicht symbiontischen
Stickstofffixierung fähig
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Azotobacter
groß → 2-4 µm
aerob
können Ruhestadien
bilden → Cysten
Pleomorphismus
Praktikum: Teil B
V 4.2
Quelle: http://www.jic.ac.uk/SCIENCE/molmicro/Azoto5.gif
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Symbionten: Schlüsselgattung: Rhizobium
Knöllchenbakterien
gramnegativ
aerob und chemoorganotroph
Frei lebende anaerobe, stickstofffixierende Bakterien
Schlüsselgattung: Rhodopseudomonas, Clostridium
Grampositive, Sporen bildende Bakterien
Weit verbreitet in Böden
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Symbioseverhalten
Mutualismus: Wechselbeziehung zwischen Lebewesen zweier Arten, aus der im Gegensatz zur Konkurrenz oder Räuber-Beute-Beziehung, beide Partner Nutzen ziehen
enge mutualistische Beziehungen zwischen Prokaryonten und Eurkaryonten
Bsp: Symbiose zwischen Knöllchenbakterien (Gattung Rhizobium) und Leguminosen
Quelle:
http://www.sonnentaler.net/dokumentation/wiss/biologie
/grund/pflanzen/images/genet.jpg
Quelle: http://www.pflanzenkultur.de/pics/250_sporen.jpg
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Symbioseverhalten
Rhizobien fixieren Stickstoff in Knöllchen der Leguminosen
Leguminosen ermöglichen Bakterien aerobe Atmung unter praktisch anaeroben Bedingungen
solcher Mutualismus führt erheblich zur Änderung des ökologischen Status der Leguminosen
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Entstehung der Symbiose
Durch Wurzelausscheidungen wird das Wachstum frei lebender Bakterien angeregt → Aktivierung nod – Gene
Auf einem Wurzelhaar entwickelt sich eine Bakterienkolonie → Zelle beginnt sich einzurollen → Bakterien dringen ein
Knöllchen bilden sich
Im Wirt entwickelt sich ein spezielles Gefäßsystem
In aktiven Knöllchen: Leghämoglobin wird gebildet (Schutzmechanismus für Nitrogenase)
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Chemische Stickstofffixierung
Blitzschlag
Verbrennung
Vulkanaktivität
Quelle: http://www.abendblatt.de/multimedia/archive/00105/blitz2_Wernigerode__105646b.jpg
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Technische Verfahren zur
Stickstofffixierung
Synthese von NH3
durch das Haber-
Bosch-Verfahren
N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3
Verwendung von
Katalysatoren und
Temperaturen von
400-500°C
Quelle: http://wdict.net/img/haber+process.jpg
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Literaturverzeichnis
Anorganische Chemie I SoSe 2010, Prof. Schulz
Ökologie, M.E. Begon, J.L. Harper, C.R.
Townsend, Spektrum Lehrbuch 1998
Praktikumsskript Teil B – Prof. Sand
Anorganische Chemie – Erwin Riedel – de
Gruyter, 7. Auflage 2007
Brock Mikrobiologie, Madigan, Michael T., 11.
aktualisierte Auflage 2009