Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ

МЕТОДЫ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

 

С.Н. Виноградский

С.Н. Виноградский

 

Смотрите также:

 

Биография Виноградского

 

Микробиология

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

 

растения

 

Геоботаника

 

 Биографии биологов, почвоведов

Биографии почвоведов

 

Эволюция

 

Биология

 

Эволюция биосферы

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Геохимия - химия земли

 

Гидрогеохимия. Химия воды

 

Минералогия

минералы

 

Химия почвы

 

Круговорот атомов в природе

 

Книги Докучаева

докучаев

 

Происхождение жизни

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

ОБСУЖДЕНИЯ И ВЫВОДЫ

 

Хотя описанные опыты и не являются исчерпывающими, они показывают, однако, по нашему мнению, действительность метода, позволяющего приблизиться к естественным функциям почвенных микробов, и к факторам, управляющим всей совокупностью реакций микробных сообществ. В почве ведь дело идет не просто о множестве каких-то микробов, но о настоящем микробном сообществе, сложившемся в течение бесконечного ряда столетий и действующем на поступающие извне источники энергии с максимальной активностью. Этот максимум активности основывается здесь, как и всюду, на принципе разделения труда , находящем свое выражение в специальных свойствах и приспособленности отдельных членов сообщества.

 

Подобное представление при настоящем состоянии наших знаний является лишь гипотезой, но факты, установленные путем нового метода, и опыты, произведенные при его помощи, делают ее крайне вероятной. Остановимся на выводах из этих опытов и на предположениях, которые они подсказывают.

 

I.          Мы видим, что различных химических соединений вызывает в каждом отдельном случае развитие своеобразной, очень характерной микрофлоры. Воздействие проявляется часто с поразительной быстротой, и активный возбудитель, развиваясь иногда в почти чистом виде, сраз^ привлекает внимание. Таким образом можно выявлять микробные формы почвенной среды и определять их естественные функции. Разделение труда или, если угодно, распределение ролей является, следовательно, несомненным, как несомненно и то, что для выполнения различных функций необходимы специальные свойства; что касается продуктивности, то максимальная активность в этом отношении определяется конкуренцией, так как только та форма, которая опережает в своем развитии все другие, может воспользоваться внесенным источником энергии. В наблюдениях, иллюстрирующих специфические реакции бактериальных сообществ почвы на внесение того или другого соединения, недостатка нет: исключительное развитие бацилл, образующих нити, на пептоне и аспа- рагине, преобладание очень мелких нитей на уксуснокислых и масляно- кислых солях, почти чистые культуры коккобактерий на органических кислотах, Cellvibrio и Cytophaga на волокнах целлюлозы, образование одного только азотобактера на чашках без азота, появление на некоторых соединениях одних только грибов, активность нитрификаторов при совершенно специальных условиях опыта и т. д.

 

II.        Почвенная микрофлора является, повидимому, устойчивой в отношении неблагоприятных условий. Шесть—восемь лет без удобрения сильно замедлили активность нашего контрольного участка if., но он все же сохранил способность воздействовать почти на все вносимые соединения. Замедление, однако, чаще всего было ясно выражено. Наблюдались даже случаи, когда воздействие на соединения едва намечалось. Но в общем, с качественной стороны, жизнедеятельность осталась той же, и в большинстве случаев были найдены те же возбудители, хотя и в гораздо меньшем количестве. Единственное исключение представляет развитие мелких нитей на уксуснокислых и маслянокислых солях, видимых на чашках ZZ7., но не появляющихся на чашках К.

 

III.       Для определения активности различных почв могут быть поставлены сравнительные опыты при помощи описанного нами простого метода. Эти опыты позволяют определить скорость происходящих в них процессов разложения. Не собираясь в настоящее время составлять окончательный план таких опытов, мы думаем, что можно предварительно остановиться на 7—8 нижеследующих опытах:

1)        чашки с пептоном или с аспарагином;

2)        чашки с целлюлозой, с подсчетом колоний;

3)        чашки с уксуснокислыми и маслянокислыми солями;

4)        чашки с молочнокислыми солями и солями янтарной кислоты;

5)        чашки с солями бензойной кислоты без азота, с подсчетом колоний;

6)        чашки с солями для окисления в нитриты;

7)        чашки с нитритами для окисления в нитраты.

Можно прибавить сюда традиционный подсчет на агаре Ваксмана или Торнтона , чтобы получить представление относительно группы зародышей, приспособленных к развитию на таких средах.

Из всех указанных опытов довольно длительными являются те, которые касаются двух фаз нитрификации; они требуют от двух до трех недель; те, которые относятся к целлюлозе и фиксации азота, отнимают около 5 дней, остальные от 12 до 48 часов.

 

IV.       Всестороннее изучение видов, естественная функция которых определена путем физиологической селекции, может, несомненно, продолжаться и производиться в чистой культуре. Начав, согласно нашему методу, с выделения, мы сразу же получим представление об избирательных функциях видов и, следовательно, о наиболее благоприятной для их культуры среде. Это даст возможность, выйдя за пределы агробиологии, ближе изучить не только их специфические, но и их потенциальные свойства, т. е. всю гамму процессов, которые они способны вызывать в изолированном виде.

 

V.        В вопрос о фиксации азота наши опыты вносят недостававшую ему ясность. Оставались неразрешенными два пункта.

1.         Существуют ли в природе многочисленные и разнообразные аэробные фиксаторы азота, или эта замечательная способность присуща исключительно азотобактеру? Вопрос разбирается в нашей статье об усвоении азота аэробами (см. часть восьмую). Там мы приходим в выводу, что многочисленные виды, у которых ряд ученых находил известную активность в отношении фиксации азота, проявляют ее только в чистой культуре, при определенных совершенно искусственных условиях, но никогда не обнаруживают еевсамостоятельных культурах. Это побудило нас дать им название искусственных фиксаторов азота в противоположность азотобактеру, который является естественным фиксатором его. Но тщательные исследования методов анализа, применяемых к культурам микробов, произведенные Хопкин- сом  и Марией Лёнис2, привели к убеждению, что дело идет даже не об искусственной фиксации азота, а просто об ошибках анализа: неправильно оценивали значение разницы в изменениях количеств азота у культурной и контрольной почв, считая, что она зависит от прибыли азота, тогда как в действительности она обусловливалась утерей азота в контрольной почве. Благодаря этому случаи сомнительной фиксации азота отпали независимо от всяких указаний на особенности искусственных культур. Группа азотобактера остается единственным признанным фиксатором азота почвы в нормальных условиях при свободном доступе воздуха. Такая исключительная роль его ясно доказана нашими опытами, где азотобактер проявил себя в присутствии всей совокупности микробов как единственный возбудитель фиксации азота на лишенных азота средах, которые он заполнял как полновластный хозяин, подавляя всякую конкуренцию.

2.         Но встает еще другой вопрос, а именно: за счет каких веществ может он развиваться в почве? Редкие в почве и очень быстро разрушающиеся шестиатомные углеводы и спирты нельзя рассматривать как источник энергии, находящийся в распоряжении фиксаторов азота. Каким же источником могут они пользоваться, если они не способны разлагать целлюлозу, гемицеллюлозу, пентозаны и лигнин? Такая неопределенность привела некоторых авторов к отрицанию важной роли, приписываемой азотобактеру. По мнению Ваксмана, вопрос о фиксации азота может быть

разрешен только после того как_будут выяснены источники энергии для азотобактера в природных условиях. Мы думаем, что описанные опыты дают искомый ответ. Азотобактер способен, как мы видим, обильно развиваться за счет соединений сравнительно простого состава; это было известно, но этому не придавали должного значения. А такие соединения— этиловый и бутиловый спирты, уксусная и масляная кислоты и даже молочная и янтарная кислоты — являются самыми обычными продуктами многих брожений. Если мы представим себе, что азотобактер использует их при усвоении азота и что в этом отношении он не встречает в среде, лишенной связанного азота, конкуренции, то характер его жизнедеятельности в природных условиях станет для нас ясным. Представим себе свежие растительные остатки, на которые воздействуют почвенные микробы: содержащиеся в них углеводы и белки исчезают всего быстрее, оставляя продукты брожения и аммиак; процесс замедляется, когда очередь доходит до растительного скелета — пектина, пентозанов, целлюлозы, гемицел- люлозы, лигнина,— которые, разлагаясь, дают приблизительно те же продукты, если запас усвояемого азота не истощился; может быть при этом образуются еще и другие соединения, пока не установленные, принадлежащие к ароматическому ряду. Вследствие того, что растительные ткани бедны азотом, скоро наступает момент, когда запас его, внесенный с расте* нием, попавшим в почву, истощается, и если микробы не могут получить азотистого питания из окружающей среды, процесс разложения в конце концов остановится. Тогда-то и начинается воздействие азотобактера; растворимые продукты распада растительных веществ являются источником энергии, находящимся в его полном распоряжении. Легко представить себе, что два таких различных явления, как разложение, с одной стороны, и усвоение азота, с другой, могут чередоваться несколько раз, используя те же попавшие в почву растительные вещества до их окончательного превращения в гумус. После опытов, произведенных по новому методу, такая гипотеза получает степень вероятности, приближающуюся к достоверности. Во всяком случае, мы не видим, какие можно было бы сделать возражения против нее. Она дает объяснение некоторым опытам, при которых в смешанных культурах азотобактера и целлюлозных бактерий была получена некоторая прибыль связанного азота (Гэтчинсон и Клейтон, Прингсгейм, Макринов).

 

VI. Какова роль грибов в возделываемой почве?

Некоторые виды их были выделены; они культивировались на различных средах, как, например, на желатине с сахаром, на хлебе, рисе, отваре слив, и т. п.; культуры получались пышные, но нельзя было сделать никакого заключения о роли их в естественной среде. Эта роль теснейшим образом связана с ролью бактерий и актиномицетов. Питательные среды различного состава подходят более или менее для всех трех групп. Если кислая реакция мешает развитию большинства бактерий, иногда совсем парализуя его, то обратное положение о влиянии щелочной реакции на плесневые грибы далеко не имеет такого общего значения. У нас еще нет до сих пор исчерпывающих экспериментальных исследований о роли грибов в почве, и поэтому всякие наблюдения по этому вопросу представляют большой интерес. В наших опытах можно найти несколько таких наблюдений. Напомним их вкратце:

1. Рост бактерий идет гораздо быстрее, чем рост плесеней, а количество их зародышей в почве значительно выше, поэтому бактерии неизменно одерживают верх, когда дело доходит до нужного им питательного вещества, которое способно подвергаться скорому разложению. Мицелий как мы видели, никогда не имел времени распространиться на чашках*

с пептоном, амино- и амидосоединениями, шестиатомными спиртами и углеводами, органическими кислотами и т. п.

2.         Но если дело идет о более устойчивом веществе, которое поддается воздействию медленно, мы часто видим появление более или менее обильных сплетений мицелия. Грибы постоянно участвуют в процессе распада клетчатки. В этом случае особенно ясно выступает вторичный, так сказать, характер их действия; первые признаки мицелия появляются поздно, только через несколько дней, когда бумага или ткань уже покрыты Cellvib- rio и Cytophaga и когда жизнедеятельность последних уже слабеет. В этот момент волокна уже дают классическую реакцию оксицеллюлозы (см. часть седьмую, статью III). Все это указывает, повидимому, на то, что разложение проходит два этапа: первый — за счет бактерий, второй — за счет грибов. Первый этап замедляется или останавливается в момент, когда одна или несколько спиртовых групп целлюлозы превращаются в карбоксильные группы, второй продолжается на окисленной целлюлозе, которая приобрела кислые свойства. При химическом изменении вещества меняются и группы микроорганизмов, на него воздействующих.

3.         В случае, если бактерии неспособны разлагать какое-нибудь вещество или разлагают его медленно, на него действуют грибы. Мы видели, например, как среды с фенолом, с солями олеиновой, бензойной или салициловой кислот оставались свободными от бактерий и медленно покрывались пушком мицелия. Таким образом, выносливость грибов больше, повидимому, чем выносливость бактерий, равно как и их способность воздействовать на молекулы, обладающие устойчивой структурой. Возможно, что им принадлежит важная роль в разложении лигнина, судя по хорошо известной высокой активности некоторых видов грибов, разрушающих дерево; в этом направлении и надо вести исследования.

4.         Наконец, на средах без азота грибы не появляются, какое бы энергетическое вещество мы ни вносили, из чего можно заключить, что усвоение азота не входит в их функции. Несколько противоречащих этой точке зрения результатов, полученных на чистых культурах, следует отнести к ошибкам анализов, которые подстерегают наблюдателя в таких опытах.

 

VII. Отметим, что ни в одном случае мы не видели появления на наших чашках актиномицетов. А между тем в почве их много. Как объяснить это кажущееся противоречие? Для объяснения его надо выйти за пределы изложенных выше опытов и остановиться на еще не опубликованных, хотя произведенных уже несколько лет назад наблюдениях. Они будут здесь уместны, потому что могут дать ответ на поставленный вопрос.

 

Вот эти наблюдения: приготовляем чашки с кремнекислым гелем, покрытые гуминовыми веществами, которые получаем следующим образом. Взяв плодородную почву или компост, извлекаем из них при помощи раствора аммиака черное гумусовое вещество; избыток аммиака удаляем путем нагревания на водяной бане; раствор разбавляем большим количеством воды, осаждаем при помощи раствора хлористого кальция, даем отстояться хлопьевидному осадку, затем промываем, декантируя, большим количеством воды. Взбалтываем маленькую часть осадка в воде и выливаем соответственное количество бурой взвеси на поверхность чашек с кремнекислым гелем, не прибавляя ничего больше. Высушиваем обычным путем и засеваем на поверхность бурого слоя крупинки почвы. Через 2—4 недели на чашках можно различить микрофлору двоякого рода: 1) легкие пленки, то радужные, то беловатые, как бы рассыпающиеся в виде пыли, которые с необычайной медленностью распространяются по поверхности. Эти тонкие пленки состоят то из мелких палочек, фотография которых дана в статье (см. фиг. 42), то из кокков, также мелких, расположенных мерисмшедиями; 2) колонии актиномицетов, которые растут также очень медленно, но которые через несколько недель получают настолько значительное развитие, что могут рассматриваться как господствующая на чашках микрофлора. Кроме тонких пленок бактерий и «лучей» актиномицетов, на них не появляется никаких других бактерий или грибов. Этот факт свидетельствует о том, что актиномицеты способны усваивать в качестве единственного питания гумусовые вещества, представляющие собою устойчивые остатки после воздействия микробов на растения. Значит, эти микроорганизмы довольствуются тем, что другие не ассимилируют, и такой вывод вполне согласуется со свойственным им чрезвычайно медленным развитием, которое ставит их в невыгодное положение в смысле использования энергетических веществ.

 

 

 

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

 

 

Последние добавления:

 

Ферсман. Химия Земли и Космоса

 

Перельман. Биокосные системы Земли

 

БИОЛОГИЯ ПОЧВ

 

Вильямс. Травопольная система земледелия

 

История русского почвоведения

 

Качинский - Жизнь и свойства почвы

 

Вернадский - ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО