Органикалық заттар топырақта ыдырағанда оның құрамындағы аммиак азоты қышқылға шапшаң тотығады. Азотты қышқыл тиісінше азот қышқылына айналады. Осы құбылысты нитрификация деп атайды. Ал бұл процеске белсене қатысатын организмдер – нитрификациялаушы бактериялар.
С.Н. Виногарадский нитрификация процесі екі сатыда жүреді деген пікір айтты. Бірінші топтағы бактериялар аммиакты азотты қышқылға дейін тотықтырады, бұл нитрификацияның бірінші кезеңі, ал екіншісі – азотты қышқылдың азот қышқылына дейін тотығуы.
Нитрификацияға қатысатын бактериялар негізінен төрт туысқа жатады: нитрозомонас, нитрозоцистис, нитроспора және нитробактер.
Нитрозомонос – пішіні сопақша, мөлшері 1,5 мкм, микроспора түзбейді, қозғалғыш топырақта таралған.
Нитрозоцитиз- пішіні шар тәрізді, клеткалары шоғарланып орналасқан, сыртына шырыш қабықшасы – копсуласы бар.
Нитрозоспора – спирал тәрізді, ұзыны 20 микрондай. Көбінесе тың жерлерде тіршілік етеді.
Нитробактер — ұзыны бір микрондай, таяқша бактериялар. Спора түзбейді, анаэробты жағдайда жақсы өніп-өседі. Нитрификация процесінің осы бактериялардың қатысуымен жүруін мынадай схемамен көрсетуге болады.
а) 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O
б) 2 HNO2 + О2 = 2 HNO3
Денитрификация
Белгілі бір жағдайларда, мәселен көміртегіне бай органикалық заттар шамадан тыс мол болған жағдайда, топырақта азот қышқылы тұздарының азайып кететіні анықталды. Бұл кезде топырақта жүретін процестердің нәтижесінде, азот тотығына (нитраттар, нитриттер), түрлі азотты тотыққа одан барып молекулалы азотқа айналады. Бұл процесті денитрификция, яғни нитрификацияға қарама – қарсы процес деп аталады. Бұл топырақта азот қорының азаюына әкеліп соқтыратын зиянды құбылыс.
Денитрификацияның тікелей немесе жанама жолдармен жүретін түрлері бар. Денитрификация тікелей жүргенде ол биологиялық жолмен, ал жанама жүргенде – химиялық жолмен жүреді. Биологиялық денитрификацияның өзі ассимиляторлық және диссимиляторлық болып екіге бөлінеді. Ассимиляторлық денитрификация кезінде азот қышқылы тұздары – нитраттар аммиакқа дейін тотықсызданады. Бұл құбылыс өсімдіктер мен микроорганизмдерге тән. Ал диссимиляторлық денитрификация кезінде нитраттар ауадағы оттегінің орнына органикалық заттарды тотықтырушы ретінде жұмсалады. Бұл процесс микроорганизмдерді қажетті энергиямен қамтамасыз етеді. Мұны кейде нитраттық тыныс алу деп атайды.
Молекула күйіндегі азоттық сарқылмас қоры атмосфера азоты. әр шаршы километр жердің бетіндегі ауада 8 млн. тоннадай азот бар. Бірақ осындай мол қорды өсімдіктер де , жануарлар да пайдалана алмайды. Мұны тек микроорганизмдердің ерекше бір тобы сіңіріп, органикалық азотқа айналдыратын қабілеті бар. Жеке өздері тіршілік ете отырып, ортаны азотқа байытатын микроорганизмдер барлығын 1888 жылы француз ғалымы Жарден анықтаған болатын. Ол ішінде азотсыз органикалық заттары бар, сырттан ешқандай азот көзі қосылмаған ыдыста микроорганизмдер ал қалса, ортаны азотқа байытатын дәлелдеді.
1885 жылы француз ғалымы М.Бертло дәл осындай құбылысты топырақтан байқады.
Азот сіңіретін микроорганизмдердің таза культураларын алғаш рет С.Н. Виноградский (1893) бөліп алған болатын. Ол анаэробты спора түзетін таяқша бактериялар. Аты — Glostridium pаsteurianum. Ол топырақта еркін тіршілік етеді, таяқша тәрізді өскен клеткалары спора түзетін анаэроб бактериялар. 1901 жылы Бейерник ашқан азобактер микробы да атмосфера азотын сіңіре алады. өскен клеткалары ірі шар тәрізді, қозғалғыш, шырыш қабық — капсуламен қоршалған. Бұлардың қазір бірнеше түрі белгілі. Олардың ішінде азотобактер агилес түрлері біршама жақсы зерттеледі. Азотобактердің барлығы дерлік аэроб бактериялар.
Азот сіңірнуші бактериялардың барлығына ортақ қасиет, егерде тіршілік ортасында байланысқан азот мол болса, олар атмосфера азотын сіңірмейді.
Азот сіңіру үшін бұл микроорганизмдерге молибден микроэлементі қажет. Ауа азотын сіңіретін қабілет кейбір микробактерияларда, проактиномицеттерде, спирохеталарда, кейбір саңырауқұлақтарда және ашытқыларда болады.
Атмосфера азотын көк жасыл балдырлар да сіңіреді. Молекулалық азотты микроорганизмдермен бірлесе отырып бірқатар жоғары сатыдағы өсімдіктер де сіңіре алады. Бұлардың ішінде біршама жақсы зерттелгендері бұршақ тұқымдас өсімдіктер.
Мұнда өсімдіктер тамырына енетән түйнек бактериялары олардың тамыры бөлетін органикалық қосылыстармен қоректенеді, ал өсімдіктер байланысқан азотты қабылдайды.
1888 жылы бұршақ тұқымдас өсімдіктердің тамырынан Ризовиум туысына жататын түйнек бактерияларын М.Бейерник бөліп алып, зерттеген болатын. Бұлар гром теріс, спора түзбейтін аэробты, таяқша тәрізді қозғалғыш бактериялар. Ол бактериялардың өсе келе көлемі үлкейеді, жуандайды. Мұндай клеткаларды бактероидтер деп атайды. Түйнек бактериялардың тіршілік ортасында витамандер, түрлі өсуді қолданушы заттар мол болғанда жақсы өніп- өнеді. Олар үшін орта реакциясы (зР) 6,5-7,5 шамасында болғаны дұрыс, ал қолайлы температурасы 24-26 градус жылылық болып есептеледі.
Табиғатта таралған өсімдіктердің көптеген өнімдерінде микориза болатыны анықталды. Бұл — өсімдік қабықтарына жабысып, бірлесіп өскен саңырауқұлақтар. Микоризалар эктотрофты және эндотрофты болып бөлінеді. Бұл саңырауқұлақтардың өніп-өсуі, даму циклі көпшілік жағдайда түйнек бактерияларына тым ұқсас. Олардың кейбір жағдайда атмосфера азотын сіңіре алатыны анықталып отыр. Бірақ бұл саңырауқұлақтар жеке тіршілік.