АЗОТОБАКТЕР

С.Н. Виноградский

Смотрите также:

Биография Виноградского

Микробиология

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Геоботаника

 Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Биология

Эволюция биосферы

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА АКТИВНОСТЬ АЗОТОБАКТЕРА В ПОЧВЕ

Первые наблюдения в этом направлении были проведены в 1926 г. [6] при помощи следующего простого метода:

К 50 г просеянной почвы из свежевзятого образца прибавляют 0,5 г маннита, тщательно перемешивают, увлажняют, как требуется, и помещают в чашки Петри так, чтобы получился слой почвы толщиной в 1 см. Образец предварительно изучают микроскопически, так что его бактериальное население известно. Это позволяет легко заметить рост новых форм, как только он начнется после прибавления маннита.

Плотность микроорганизмов в почве может быть также грубо оценена при помогли количественного микроскопического метода автора, описанного в другом месте [51. Надо отметить, что биологическая реакция на внесение маннита в этом случае почти всегда начинается с развития палочек, количество которых в течение 24 часов при температуре в 30' С достигает нескольких десятков миллионов. Этот первоначальный рост гораздо обильнее в случае плодородной почвы, чем не плодородной. Однако через 48 ча- <*ов культура значительно изменяется. Палочки обнаруживаются теперь с трудом, так как они вытесняются азотобактером, число которого, грубо говоря, достигает нескольких сотен миллионов на 1 г почвы. В течение третьего и четвертого дня количество азотобактера доходит до двух-трех млрд. на 1 г. Почва и почвенный раствор заполнены этим микроорганизмом, и частицы почвы обволакиваются его слизью.

Эти и другие сходные наблюдения приводят к заключению, что если к хорошо аэрируемой почве прибавляется энергетическое вещество, не содержащее доступного азота, то оно стимулирует рост только одного азотобактера, все же остальное бактериальное население почвы сохраняется в состоянии покоя. Бациллярные формы составляют исключение из этого правила, однако их скудное и кратковременное развитие происходит за счет использования тех ничтожных следов связанного азота, которые могут содержаться в почве. Но после этого наступят как раз те условия которые наиболее благоприятны для развития азотобактера. Вследствие недостатка доступного азота все остальные виды теперь исключаются из соревнования с этим микроорганизмом, и последний может завладеть всем питательным веществом и начать свободно размножаться в почве.

Правильность такого объяснения в дальнейшем подтверждается опытами, аналогичными с только что описанными, в которых небольшие количества нитратного азота прибавлялись к 50-граммовым порциям почвы, помещенным в пяти чашках Петри со следующим процентным отношением нитратного азота к глюкозе [5]:

(а) 0, (б) 0,5, (в) 1,0, (г) 1,5, (д) 2,0.

Результаты получились следующие:

(а)       Количество азотобактера через 72 часа составляет 2 миллиарда на 1 г почвы.

(б)       Обильный рост палочек. Азотобактер появляется через 48 часов. Количество его вначале измеряется несколькими единицами, достигая через 72 часа 75 млн. на 1 г почвы.

(в, г, д) Все три порции почв заполнены одними палочками. Азотобактер совершенно не появляется.

Описанные опыты ясно показывают, что наличие очень небольших количеств связанного азота немедленно изменяет характер бактериального населения почвы: ничтожной доли прибавленного азота — 5 частей на 100 000 весовых частей почвы — было достаточно, чтобы замедлить рост азотобактера и снизить его количество до 1/25 того, что было бы без внесения азота: большие дозы полностью подавляют развитие этого возбудителя азотфиксации [6].

В 1932 г. автор вернулся к этому вопросу с целью выработать общую методику для изучения биохимической активности отдельных микроорганизмов или различных их групп, составляющих население почвы, без разделения или выделения среди них отдельных видов [9]. По пластинкам кремнекислого геля, пропитанным различными питательными веществами, были рассыпаны частицы почвы. Часть пластинок получила связанный азот, другая его не получила. Колонии азотобактера появились лишь на чашках второй серии опытов, на чашках же первой наблюдался рост различных микроорганизмов, но азотобактер всегда отсутствовал. Это происходило при внесении любого энергетического материала.

Если, как это следует из двух вышеописанных серий опытов, проведенных при помощи двух различных методов, азотобактер может удерживаться только в тех почвах, в которых доступный азот встречается в ничтожных количествах или совершенно отсутствует, то любые азотные удобрения должны оказаться вредными для его развития в поле. Регулярное и обильное внесение их повело бы к уменьшению количества азотобактера и даже к полному его исчезновению из почвы.

Автору известны лишь две попытки разобраться в этом вопросе. Одна была сделана им самим совместно с Земецкой [7], другая, независимо от него, одной Земецкой, пользовавшейся той же самой методикой [12].

Десять образцов были присланы в лабораторию с экспериментальной станции виноградарства в Граммоне около Монпелье под номерами соответствующих им делянок, но без указаний на внесенные в последние удобрения. Первой задачей было определить количество азотобактера в этих образцах (в которых он встречался) в зависимости от обработки тех делянок, с которых они были взяты.

Делянки в течение 6 лет подвергались следующей обработке:

Делянка № 3 получила лишь минеральное удобрение без азота. Делянка № 4 была контрольной без внесения удобрений. Остальные ежегодно получали 80 кг азота на гектар — 40 кг в виде сушеной крови, 20 кг в виде роговой муки и 20 кг в виде нитрата калия.

Цифры указывают на вредное действие азотных удобрений на развитие азотобактера. В три последние делянки вносился вместо нитрата сульфат аммония, повышающий кислотность в достаточной мере, для того, ^тебы нанести в этой слабо забуференной почве последний удар по развитию азотобактера, количество которого в делянке № 18 падает до нуля.

Более подробные опыты были проведены Земецкой [12] на классических полях в Ротамстеде, которые, по мнению автора, «дают исключительную возможность проверять на них методику почвенных микробиологических анализов, так как получаемые в этом случае результаты могут быть сравнены с характером вносимых удобрений и с цифрами урожаев, учитывавшихся на этих полях в течение более длительного периода времени, чем где бы то ни было».

В общем было исследовано 79 образцов, взятых на делянках в Ротамстеде. Образцы из Бродбэлка специально исследовались в трех пунктах, притом самым тщательным образом.

«Наилучшие условия для роста азотобактера во всех этих трех случаях были найдены,— говорит автор,— на делянке № 5», «которая получала полное минеральное удобрение, но без азота... Наиболее поразительной особенностью образцов из Бродбэлка было подавление развития азотобактера на делянках, получающих минеральный азот... Опыты на пластинках из кремнекислого геля указывают на обратное соотношение между числом азотобактера и количеством внесенного азотного удобрения. Даже на унавоженных делянках число колоний азотобактера сильно сократилось и было ниже, чем в контрольной делянке, в том случае если в последней был пополнен недостаток фосфатов».

Ввиду того что опыты с образцами, взятыми с других полей Ротамстеда, дали сходные результаты, автор делает общее заключение, что в почвах, удобренных 86 или более фунтами минерального азота, азотобактер Плохо или вовсе не развивается даже в присутствии фосфатов и карбоната кальция. Это, видимо, вызывается бедностью почвы клетками азотобактера, первоначально присутствующими в таких образцах.

Это — поучительный пример ошибки, которую можно сделать, если не учитывать биологических условий. Наблюдатель может думать, что молекулярный азот не необходим азотобактеру, раз этот микроорганизм гораздо лучше развивается за счет связанного азота. Последнее может быть принято за «нормальное» условие его роста. Наоборот, развитие азотобактера медленнее, когда он должен ассимилировать газообразный азот и отсюда такой случай может считаться «ненормальны м». В природных условиях азотобактер вынужден, вследствие конкуренции с палочками, почти постоянно вести такое стесненное существование, так как только таким путем он может завладеть своей частью энергетического вещества. Причиной, объясняющей этот факт, который легко проверить, является, повидимому, гораздо более медленное размножение азотобактера по сравнению с палочками. В силу этого азотобактер может обеспечить себя питательным веществом только в том случае, если размножение его антагонистов парализовано недостатком азотистых соединений в почве. Другими словами, биологические силы почвы приходят в действие, начиная фиксировать азот лишь тогда, когда почва становится бедной или лишенной азотсодержащих веществ. Но процесс останавливается, как только быстрота усвоения азота достигает известного уровня, всегда относительно низкого.

Этот закон, если присвоить ему такое название, в дальнейшем, может быть, заставит земледельца задуматься над тем, что, оплачивая азот удобрений, вносимых в поля, он одновременно лишает свою землю того азота, который ему дает природа даром.

Это отставание в соревновании с другими микроорганизмами — палочками — должно рассматриваться как определенное отрицательное свойство азотобактера, в силу которого последний должен пользоваться питательными веществами худшего качества. Как вытекает из исследований Ваксмана, касающихся разложения растительных остатков в почве, растворимые углеводы, сопровождаемые протеинами, аминокислотами и даже аммиаком и нитратами очень быстро разлагаются в почве. Этот процесс вызывается одними бациллами до тех пор, пока полное питание, т. е. доступный углерод и пропорционально соответствующий ему азот не будут исчерпаны. Процесс замедляется, когда доходит очередь до растительного скелета — целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина. К этому времени количество доступного азота становится ничтожным. Указанные растительные вещества почти лишены его, и тогда он начинает извлекаться из почвы, вследствие чего создаются участки очень бедные или совершенно лишенные доступного азота, но богатые обычными отходами, получающимися при брожениях — жирными кислотами и спиртами. Последние поступают в полное распоряжение азотобактера, так как в среде, лишенной доступного азота, ни один другой микроорганизм не может их у него оспаривать. Отсюда мы приходим к неизбежному заключению, что эти отходы различных бродильных процессов являются обычными питательными веществами, утилизируемыми азотобактером в почве. Известно, что он хорошо растет на них — хотя и менее обильно, чем на сахарах — и фиксирует азот.

Химическая энергия азотобактера представляется исключительной, если принять во внимание, что он развивается на солях бензойной кислоты— факт, установленный автором,— давая обильный, типичный и чистый рост. Встречается ли бензойная кислота в почве в качестве отхода при разложении лигнина — неизвестно, но это не невероятно. Это, может быть, происходит, а может быть, и нет. Во всяком случае автору удалось, применяя бензойную кислоту, выработать один из наиболее эффективных прямых методов изолирования азотобактера из почвы, который будет сейчас описан.

К содержанию книги: Сергей Николаевич ВИНОГРАДСКИЙ - МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ