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

О БИОЛОГИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ АММИАКА В ПОЧВЕ И В ВОДЕ

Мною был установлен   факт образования аммиака в культурах азотобактера на пластинках из кремнекислого геля, лишенных связанного азота.

Весь изученный фактический материал подтверждал заключение, что этот аммиак должен рассматриваться как продукт синтеза, так как с физиологической точки зрения в данных условиях было невозможно допустить существование процессов разложения.

«С этого времени,— говорится в заключении нашей статьи,— изучение азотобактера в качестве микроорганизма, синтезирующего аммиак, становится на первое место при исследовании проблемы^фиксации атмосферного азота».

Наблюдения, кратко изложенные в указанной статье, были подробно приведены в нашей работе, появившейся в 1932 г.

Эти выводы были подвергнуты суровой критике Бэрком и сотрудниками из Почвенного бюро в Вашингтоне, старавшимися доказать, что выделяемый аммиак является лишь продуктом окислительного дезаминирования, которому подвергается само вещество клеток азотобактера, как только начинает недоставать питательного вещества (сахара) в среде.

Чтобы устранить возражения, касающиеся происхождения выделяемого аммиака, необходимо было установить баланс азота в изучаемых культурах при помощи трех последовательных определений, а именно: определения количества азота, фиксированного клетками азотобактера, количества, выделенного в форме аммиака, и, наконец, количества остаточного азота.

Мы пользовались пластинками из кремнекислого геля предпочтительнее диаметром в 20—25 см. В качестве питательного вещества были выбраны этиловый спирт или соль масляной кислоты, оба в слабых концентрациях, имея в виду в дальнейшем применить микрометод Кьельдаля с определением в дистилляте аммиака при помощи реактива Несслера. Последняя методика, чувствительностью до 1/1000 мг азота, давала возможность представить результаты в гаммах.

Для заражения мы брали чистые культуры азотобактера,"свежевыделенные из почвы: местные штаммы Azotobacter vinelandii (зеленый штамм) и Az. agilis (Azomonas). При этом надо было избегать пользоваться коллекционными культурами, особенно выращенными на сахарах.

Во всех опытах в одной части пластинок определялся азот по методу Кьельдаля (микрометод Прегля) сразу же после израсходования питательного вещества. Другая часть пластинок служила для извлечения аммиака при помощи кратковременных возгонок при низкой температуре, повторяемых возможно чаще в течение многих недель и месяцев, пока продолжалось это выделение. Для указанных целей мы помещали культуру азотобактера в чашке Петри на металлическую пластинку, подогреваемую до 38—40°, и охлаждали крышку чашки Петри, ставя на нее колбу, наполненную холодной водой. Черезчетвертьчаса внутренняя поверхность крышки покрывалась капельками конденсационной воды, которую удаляли при помощи воды, свободной от аммиака, и в собранной таким образом жидкости определяли аммиак реактивом Несслера. Необходимо возмещать убыль испаряющейся в чашках воды в таком количестве, чтобы поверхность геля была всегда покрыта тонким слоем воды. Нечего и говорить, что этот, в достаточной мере примитивный, прием допускает потери аммиака, но это его несовершенство в данном случае делает результаты лишь более убедительными.

Приводимые примеры в достаточной мере иллюстрируют те данные, которые получаются при помощи этого простого метода. Цифры сведены в таблицу, следующую за описанием четырех проведенных нами опытов.

1.         Питательное вещество — абсолютный этиловый спирт 1 мл. Обычный раствор солей с прибавлрнием 0,2 г карбоната кальция и. 0,2 г основного карбоната магния. Заражение зеленым штаммом. Выдерживают 160 дней в термостате при 30\ Извлечение аммиака время от времени, но не каждый день, так что полученное общее количество его несомненно ниже всего выделенного. В момент прекращения опыта выделение аммиака еще значительное.

2.         Питательное вещество — маслянокислый натрий 0,1 г. Раствор солей с одним карбонатом кальция. Выдерживают при 38' 78 дней. Величина рН среды под конец превосходит 10, так что часть геля разжижается. Опыт был прекращен, несмотря на продолжающееся выделение аммиака.

3.         Питательное вещество — маслянокислый натрий 0,2 г. Прибавляют лишь один карбонат кальция. Заражение зеленым штаммом. Выдерживают при 30 98 дней. Выделение аммиака еще продолжалось, когда прекратили опыт.

4.         Питательное вещество — абсолютный этиловый спирт 0,1 мл. Прибавляют карбонат кальция и магния по 0,1 г каждого. Заражение Azotobacter agilis (Azomonas), местный штамм. На этот раз возгонки повторяют так ча сто, как это только возможно. Опыт длился с 5 мая до 3 октября, когда выделение аммиака, наконец, прекратилось.

Из всех приведенных опытов, даже и из тех, которые были прерваны слишком рано, вытекает, что количество азота, выделенного в виде аммиака, всегда превышает разницу между начальными и конечными количествами фиксированного азота. Но когда извлечение аммиака продолжалось долго, как в опыте 4-м, количество выделенного аммиачного азота было гораздо больше, чем количество азота, фиксированного клетками. Этот факт неизбежно приводит к выводу, что выделяемый аммиачный азот мог иметь своим источником лйшь воздух, но не тела самих клеток, иными словами, что здесь в самом деле речь идет о синтезированном аммиаке.

Вспомним теорию, которую мы выдвинули, чтобы объяснить выделение аммиака культурами азотобактера и постоянство этого процесса.

По этой теории процесс усвоения газообразного азота происходит в две фазы, из которых одна является синтезом аммиака, а вторая его усвоением. Явное влияние, которое оказывают магнезия или щелочная соль масляной кислоты на более раннее выделение аммиака, должно рассматриваться как аргумент в пользу его образования в качестве промежуточного продукта. Вследствие большой величины рН, потребление аммиака клетками азотобактера замедляется и его неусвоенный избыток выделяется в воздух. В присутствии одного карбоната кальция выделение аммиака замедляется еще больше; оно становится ощутимым, когда начинает недоставать питательных веществ, и достигает своего максимума после исчезновения последних.

Присутствие питательного вещества в среде предотвращает или уменьшает потери аммиака. Это особенно заметно, если внести дополнительно дозу питательного вещества в старую, но еще жизнеспособную культуру в разгар выделения ею аммиака. Немедленно выделение аммиака снижается или полностью прекращается.

Аммиак в присутствии энергетического вещества является промежуточным продуктом; он становится продуктом стабилизации, как только прекращается протоплазматический синтез из-за недостатка углеводного питания.

Синтез аммиака, как энзиматический процесс, может совершаться в минеральной среде за счет очень небольших количеств органических веществ простого строения, как-то — этилового спирта или солей жирных кислот. В этом случае медленное, но непрекращающееся накопление его в конечном итоге дает значительную продукцию синтетического аммиака.

Так протекает процесс в почве, в среде, сравнимой с экологической точки зрения с нашими пластинками.

То же самое наблюдается в водах под действием азомонад (синоним Azotobacter agilis) — этих исключительно водных видов.

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