О РАЗРУШЕНИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ПОЧВЕ

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

ОБ ОКИСЛЕНИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ПОЧВЕ

Мы уже имели случай утверждать, что процесс анаэробного разложения целлюлозы играет лишь второстепенную роль в возделываемой почве, а активными в основном являются аэробные организмы — грибы и бактерии.

Теперь представляется возможным выяснить общее биохимическое свойство этих микробов, заключающееся в окислении целлюлозы  .

Напомним, что наши культуры выращиваются на кружке фильтровальной бумаги, помещенном на пластинке кремнекислого геля, пропитанного солевым раствором, содержащим соответствующую дозу азота в форме нитратов. Это простое приспособление имеет то преимущество, что мы можем шаг за шагом проследить все те изменения, которые претерпевает бумага под влиянием микробов.

Три случая представляются наблюдателю:

1)        бумага приобретает желтую окраску от бледножелтой до цвета охры, в зависимости от штамма активного микроба, без других заметных изменений;

2)        бумага изменяется так же, принимая в разных случаях различные оттенки, или остается бесцветной, но в конце концов разбухает и, разрушаясь, ослизняется; наконец,

3)        волокна превращаются сразу же в прозрачный гель.

Рассмотрим представителя первой группы, штамм, который я называю

Cellvibrio охряно-желтый. Затем, добавим несколько замечаний о второй группе, которая вызывает более глубокое разрушение, и, наконец, о третьей, которая приводит к полному фибролизу.

Этот тонкий вибрион распространяется по бумаге с удивительной скоростью, придавая ей диффузную охряно-желтую окраску. Часто можно видеть, как круглый фильтр, диаметром 15 см, желтеет целиком за 5 дней при 30\ Если взять маленькие кусочки бумаги из различных мест фильтра и исследовать их под микроскопом, то можно видеть, что все волокна покрываются слоем вибрионов, заполняющих также и внутренние каналы волокон.

С возрастом пожелтение слегка усиливается, но больше никаких изменений не происходит. Создается впечатление, что процесс останавливается на середине, когда остается еще много неизмененных волокон.

Действительно, микроскопическое наблюдение по ходу развития культуры показывает, что энергичное вначале размножение непродолжительно. Уже через 10 дней обнаруживаются группы клеток, не поддающихся окрашиванию. Их количество увеличивается, начинается автолиз, и к концу 15 дней в препарате виден т<5лько трудно окрашиваемый фон, состоящий из целиком автолизированных клеток, в котором можно разглядеть лишь «тени» вибрионов.

Чтобы изучить воздействие вибрионов, снимают фильтр с поверхности геля при помощи небольшого количества воды. Он немедленно превращается в массу, которая всплывает и может быть собрана без потерь.

Эта масса, промытая и высушенная при ЮСР, обнаруживает потерю в весе за 10

15 дней на 25%, за 3—4 недели — до 50—60%. Это максимум, который не изменяется с возрастом. Если, вместо того чтобы помещать листок на поверхность геля, погрузить его в солевой раствор, налитый тонким споем, то потеря в весе получается вдвое меньшей по сравнению с тем, случаем, когда бумага соприкасается с воздухом.

Переходя к изучению продуктов жизнедеятельности вибрионов при развитии их на волокнах, нужно искать в культуре вещества, аналогичные о к с и ц е л л ю л о з е, или правильнее сказать — различные препараты, относимые сюда, которые были получены Витцем, Настюковым, Фарером и Толленсом, Кроссом и Беваном и другими химиками при сильном окислении гипохлоридом кальция, перманганатом, азотной кислотой, бромом, персульфатом аммония, концентрированными щелочами. Не настаивая на этих химических данных, которые еще требуют уточнения, необходимо напомнить некоторые реакции, которыми пользуются для изучения продуктов окисления волокон ваты и л^ча и которыми являются:

1)        способность фиксировать основные краски; а* именно метиленовую синь и сафранин;

2)        желтая окраска, сообщаемая разбавленными щелочами при кипении;

3)        растворимость в щелочах;

4)        восстановительная способность.

Применяя эти реакции в нашем случае, необходимо иметь в виду, что фильтровальная бумага всегда содержит следы какого-то вещества, обладающего восстановительной способностью, правда слабой, но вполне отчетливой.

Вот результаты наших опытов:

1.         После нагревания в бане в течение 20 минут в растворе метиленовой сипыш (0,5 г на 1 л) и промывания в течение 24 часов, бумага, пожелтевшая под воздействием вибрионов (или бумажная масса), удерживает синюю окраску, в то время как контрольный образец бумаги почти обесцвечивается, сохраняя лишь слабый бледноголубой оттенок.

2.         При нагревании в нормальном растворе соды бумажная масса приобретает золотисто-желтую окраску, более интенсивную, чем у того же количества контрольной бумаги.

3. После нагревания в течение получаса при 120° в 2,5%-ном растворе соды, бумажная масса теряет от 20 до 26%, в то время как бумага той же марки теряет не более 10%. Даже вода под давлением воздействует на окисленные волокна, растворяя от 6 до 10%.

 4. Мы часто обнаруживали у этих волокон, подвергавшихся воздействию бактерий, слабую восстановительную способность, но она не превосходила значительно восстановительной способности обыкновенной бумаги. Нередко и эта способность исчезала под воздействием вибриона. Это позволяет предполагать, что окислительное действие вибрионов распространяется не только на спиртовые группы молекулы целлюлозы, но также и на альдегидные, образовавшиеся в результате первичного окисления с образованием кислотных группировок. Этой реакцией, как известно, в органической химии объясняют отсутствие восстановительной способности у некоторых препаратов оксицеллюлозы.

Эти опыты достаточны, чтобы показать, что волокна целлюлозы претерпевают при действии вибрионов окисление, аналогичное окислению химическими окислителями. В обоих случаях образуется смесь окисленной Целлюлозы со значительным остатком нетронутой целлюлозы. Возможно, что этот продукт окисления, не подвергающийся воздействию микробов защищает волокла и предохраняет их от окончательного разложения.

В водном экстракте культуры находится оксицеллюлоза в виде коллоидного раствора. Раствор опалесцирующий, молочного цвета, желтоватый на свет, трудно фильтруемый. Кислотами осаждается хлопьевидный осадок. Жидкость восстанавливает раствор Фелинга, если же ее подвергнуть гидролизу путем кратковременного кипячения с небольшим количеством кислоты, она становится оранжево-желтой при под- щелачивании и обнаруживает значительную восстановительную способность. Эти наблюдения трудно объяснить иначе, чем присутствием растворимой или диспергированной в воде оксицеллюлозы, такой же, какая была получена Настюковым.

Чтобы завершить интересную физиологическую характеристику вибрионов отметим отсутствие образования летучих жирных кислот и спиртов. Процесс чувствителен к реакции среды и хорошо идет лишь при рН выше 7,0. По ходу процесса рН поднимается, часто достигая 8,5 и выше, при условии, если азот дан в виде нитрата калия (или натрия). Противоположное наблюдается, если источником азота является физиологически кислая соль в виде аммонийной соли.

Вторая группа разрушает целлюлозу с образованием слизи. Бумажный кружок не превращается в массу, когда его снимают и погружают в раствор краски. Сторона, обращенная к гелю, всегда удерживает краску слабее, чем верхняя сторона, что свидетельствует о редкой чувствительности к доступу воздуха. Разложение клетчатки у этой группы микробов идет дальше, чем у предыдущей. В некоторых опытах отмечается до80% потери в весе. Растворимость остатка целлюлозы большая и может достигать и превосходить 33%.

Виды третьей группы микроорганизмов — Cytophaga  образуют на бумаге хорошо ограниченные колонии, которые превращают ее в густую слизь, окрашенную в желтый, оранжевый или розовый цвет, в зависимости от вида. Процесс более медленный, но идет до конца: кружок бумаги превращается в окрашенную слизь, которая со временем обесцвечивается. Слизь растворяется без остатка в 2%-ном растворе соды. Ее химическая природа еще должна быть разъяснена. Можно лишь утверждать, что образование этой слизи — процесс окислительный. Если поднять кружок, засеянный штрихами Cytophaga, после того как окрашенные полосы станут хорошо видны, высушить его и окрасить метиленовой синыо, то можно видеть, что штрихи так сильно поглощают основную краску, что приобретают металлический оттенок. Однако это происходит лишь на верхней поверхности бумаги; на стороне, обращенной к гелю, штрихи не видны или слабо проявляются лишь местами — новое доказательство того, как медленно проникает окислительный процесс в толщу кружка бумаги.

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