Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ

О РАЗРУШЕНИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ПОЧВЕ

 

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

 

Действие микробов на целлюлозу

 

Микроорганизм способен развиваться только за счет целлюлозы и весь его обмен веществ основан на разрушении этого соединения. Связанный азот необходим, а нитраты или аммоний более благоприятны, чем органический азот. В многочисленных опытах с аммонийной солью отношение ассимилированного азота к разложенной целлюлозе равнялось 1 : 30. Ваксман в своих опытах с почвой, к которой была добавлена размельченная бумага, показал, что обычно разложение целлюлозы в почве является функцией ассимилируемого азота.

 

Вторым условием является аэробность, что уже было отмечено Гэт- чинсоном и Клэйтоном. Развитие шло лучше на поверхности их жидких культур, чем в глубине.

 

Культуральная жидкость, по данным этих авторов, становилась через несколько дней кислой, что объяснялось образованием масляной кислоты. Ее количество достигало 7—9 частей на 100 частей целлюлозы.

 

Образование желтой слизи делало среду тягучей. Эта слизь имела свойства пектина. Высушенная в вакууме, она немного растворяется в холодной воде и значительно лучше в горячей. Осаждается спиртом. Соляная кислота делает водные растворы студенистыми. Иногда та же кислота, разбавленная и теплая, вызывала выпадение осадка, нерастворимого в воде, но легко растворимого в аммиаке.

 

Наконец, культуральная жидкость, подвергнутая гидролизу, не обнаруживала восстановительной способности.

 

Авторы заключают, что эта слизь, образуемая в почве, составляет часть гумуса.

 

Применив пробу с окрашиванием метиленовым синим, можно убедиться, что действие Cytophaga на волокна по существу окислительное, в результате чего волокна обогащаются веществом, которое сообщает им вышеупомянутые свойства оксицеллюлозы. Делают посев штрихами на кружок бумаги на кремнекислом геле, выдерживают несколько дней в термостате, затем снимают кружок, высушивают и окрашивают в бане с метиленовой синью 0,05%. После промывания в течение 24 часов, штрихи представляются синими, почти черными (оттенок воспроизведен на табл. XXI, фиг. 23), тогда как промежутки между штрихами сохраняют бледноголу- бую окраску. На 49 показан фильтр в 150 мм, засеянный тонкими штрихами, снятый с геля через 6—7 дней после посева и обработанный, как указано выше. Штрихи ярко окрашены только на верхней поверхности фильтра. На поверхности, обращенной к гелю, они лишь слабо заметны. Можно видеть, что окисление идет активно только при непосредственном соприкосновении с воздухом. Небольшая толщина фильтровальной бумаги уже достаточна, чтобы подавить окисление.

 

Классические реакции на оксицеллюлозу наиболее заметны на волокнах, пораженных Cytophaga. Но эти волокна, частично окисленные, не обнаруживают восстановительной способности при пробе жидкостью Фелинга.

 

Как уже было сказано, лизис волокон целлюлозы на чашках идет до конца, и образующаяся студнеобразная масса является устойчивым продуктом. Чтобы снять ее с поверхности пластинки, чашку заливают водой и снимают массу фарфоровым шпателем. При этом, конечно, принимают все предосторожности, чтобы не нарушить поверхность геля. Мутная жидкость с желтыми сгустками переносится в стакан с водой и нагревается до кипения. Сгустки расходятся, и получается суспензия, ярко окрашенная в яично-желтый цвет, слизистая, мутная. Она не просветляется даже при длительном нагревании, из чего следует, что вещество только рассеивается в воде, очень слабо в холодной и в большей степени в теплой. Эта суспензия коагулирует, но очень медленно, через несколько дней и не до конна. За это время жидкость обесцвечивается, сохраняя лишь желтоватый оттенок. Если ее нагреть до кипения, то можно отфильтровать с насосом, но очень медленно. Спирт осаждает эту суспензию € образованием белого осадка. 1 %рный раствор соды растворяет слизистый продукт на холоду и быстрее^) при нагревании. Получается прозрачный раствор, сохраняющий ^желтый цвет в течение многих дней. Если добавлять по каплям соляную кислоту к щелочному раствору, то образуются хлопья или муть, появляющаяся уже при приближении к нейтральному пункту. При подкислении муть усиливается и немедленно же или через несколько часов образуется желтый осадок.

 

При применении хлопчатобумажной ткани вместо бумаги легко удается выделить желтое вещество, образуемое культурой. Выдерживают приблизительно 1,5 г ткани на пластинке кремнекислого геля до тех пор, пока не образуется слой желтой слизи. Не дожидаясь пока масса станет совсем бесформенной, снимают кусочки пинцетом и помещают в 50 мл 1 %-ного раствора соды. Нагревают до кипения, размешивая палочкой. Отфильтровывают через воронку Бухнера при помощи насоса и получают раствор с вышеописанными свойствами. Ткань становится чисто белой; ее промывают на фильтре кипящим 1 %-ным раствором соды, а затем многократно теплой водой. Ткань получается несколько разреженная, но состоит из чистой целлюлозы, без всяких следов вещества, которое сообщало ей упомянутые свойства. В этом можно убедиться проще всего при помощи метиленовой синькг. Ткань более не удерживает краску. Не обнаруживается никакой разницы в оттенке между ее цветом и цветом нормальной ткани.

 

Метод с тканью позволяет легко измерить энергию процесса или его продуктивность по весу исчезнувшей целлюлозы к концу определенного промежутка времени. Для этого надо взять точный вес ткани, до того как помещать ее на поверхность геля, а затем после указанного промывания высушить на взвешенном фильтре.

 

Примеры.

1.         1,54 г положено на гель 27 февраля, снято 2 марта. Осталось 1,08 г, потеря 30% за 3 дня.

2.         1,57 г положено на гель 28 февраля, снято 6 марта. Осталось 0,80 г, потеря около 50% за 6 дней.

3.         1,54 г положено на гель 6 марта, снято 11 марта. Осталось 0,94 г, потеря 38% за 5 дней.

4.         1,54 г положено на гель 6 марта, снято 14 марта. Осталось 0,67 г, потеря 56% за 8 дней.

5.         1,51 г положено на гель 8 марта, снято 21 марта. Осталось 0,31 г, потеря 1,2 г, или 80% за 13 дней.

Можно видеть, что количество разложенной целлюлозы в этих условиях весьма значительно.

Отметим еще, что ни экстракт из окисленной целлюлозы., ни кремнекислый гель после гидролиза сильными кислотами не обнаруживают никакой редуцирующей способности с жидкостью Фелинга. Один единственный раз было обнаружено заметное восстановление после гидролиза, но это был исключительный случай.

Кроме этого органического геля, нам не удалось найти никаких других продуктов! ' Мы никогда не обнаруживали никаких летучих продуктов, отгоняя с серной кислотой водную суспензию окисленной целлюлозы или ее щелочной раствор или, наконец, гель, растертый в порошок. Дистиллят давал те же реакции, что и лабораторная дистиллированная вода, и при счете капель те же сто капель, что и эта вода.

Мы не можем, следовательно, подтвердить заметное образование масляной кислоты, на которое указывали Гэтчинсон и Клэйтон. Не следует ли объяснить это расхождение недостаточной аэрацией жидкой среды? Или образование этой кислоты присуще ассоциации Cytophaga—кокк, который заселял их культуры? Пока невозможно ответить на эти вопросы.

 

Cytophaga aurantiaca. Она обязана своим названием ярким оранжево-красным пятнам, которые образует на бумаге. Менее распространенная, чем вид Гатчинсона, она тем не менее легко выделяется на самопроизвольных культурах, благодаря своему яркому цвету и интенсивному растворению целлюлозы, которое происходит под пятнами или колониями. Малейшее окрашенное пятно уже с первого дня делается прозрачным, что необычно для этих организмов.

Нередко эти оранжевые зоны, окружающие комочки почвы, состоят из совершенно однородной популяции. Представление об этом дает фиг. 2 табл. XXII, на которой представлено население одной такой зоны.

Форма клеток, заостренных, часто извилистых, но не скрученных или только изредка скрученных, точно воспроизводит форму предыдущего вида. Только размеры различны: этот вид вдвое крупнее первого: максимальная длина клеток 6—8 р, толщина в среднем приближается к 1 \i. Такой признак вместе с оранжево-желтой окраской достаточен для распознавания этого вида. Эти свойства остаются совершенно неизменными на протяжении сотни пересевов. Пересев, заключающийся в прикосновении палочки, вытянутой в нить, дает через 2 дня маленькие оранжево-розовые точки, как это представлено в красках на фиг. 18 табл. XXI. Из них можно сделать посев в виде штриха, который становится видимым через тот же срок. Если придерживаться такой процедуры, то зародыши микроба располагаются редко и образуют мелкие колонии, достаточно изолированные для выделения.

Штрихи затем покрываются окрашенной слизью, что придает им характер жирных полос. Они распространяются, образуя иногда розово-оранжевые прожилки, как это видно на фиг. 11 табл. XXI, и, наконец, весь кружок бумаги превращается в слой оранжевого геля, совершенно однородного и прозрачного, но более плотного, чем у предыдущего вида. Как и У последнего, гель через несколько дней обесцвечивается.

Характер воздействия на волокна совершенно такой же, как уже описано. Так как это более сильная форма, лучше окрашивающаяся и легче очищающаяся, то следить за ее культурами особенно поучительно. Так, на фиг. 3 табл. XXIII показано волокно в самом начале воздействия на него, взятое из очень молодой культуры. Клеток еще немного, но лежат они почти параллельно. На фиг. 4 табл. XXII микробный чехол на волокне почти готов, но его «структура» остается та же. Наконец, на фиг. 3 табл. XXII чехол массивный, волокна почти нет и не поддерживаемый им чехол кажется растрепанным — картина характерная и очень частая в препаратах. Очень характерны также обрывки чехла, поврежденного при приготовлении препарата, которые изображает фиг. 2 табл. XXII.

На других видах мы остановимся вскользь, чтобы лишь показать, что мы имеем дело с группой или родом, состоящим из нескольких отдельных штаммов или видов.

Cytophaga rubra. Клетки с заостренными концами, прямые, иногда слегка изогнутые или загнутые на конце. Не длиннее, чем форма Гэтчин- сона, достигают 3 JA, но более толстые. В общем, переходная форма между предыдущими видами и Cellvibrio.

Она оказывает такое же действде на бумагу, которая окрашивается иод штрихами в кирпично-красный ^цв^т (фиг. 10 табл. XXI), но лизис волокон далеко не так выражен, как у предыдущих видов: штрихи представляются диффузными (фиг. 19 табл. XXI). Они широко распространяются по бумаге, напоминая штрихи, образуемые Cellvibrio, как это будет видно из дальнейшего. Лизис волокон происходит не сразу, не раньше чем микроб распространится по всему кругу, который в конце концов превращается в красную пленку, почти такую же, как описано ниже.

Этот вид поддерживался в культуре более одного года, но был загрязнен маленькой палочкой, которая упорно не отделялась. Было бы желательно произвести новые выделения, но мы не имели времени это сделать.

 

Cytophaga lutea. Этот вид встречается редко. Был выделен один единственный раз из почвы луга. Клетки такие же длинные, как и у оранжевого вида, даже более длинные и тонкие, без заметного утолщения в середине, с заостренными концами, немного извилистые или изогнутые, никогда не скрученные в спираль (фиг. 5 табл. XXIII). Слизь, которую он образует, ярко желтая как у формы Гэтчинсона. Эта форма была выделена почти в чистом виде и поддерживалась в культуре два месяца.

Cytophaga tenuissima. Обитатель сырого гумуса лесной почвы Швеции. Отличается от остальных исключительной длиной. На фиг. 4 табл. XXIII она изображена на волокне. Слизь, которую она образует, имеет зеленоватый или оливковый оттенок.

Ассоциации Cytophaga с кокками. Эта связь очень распространена в природе. Один случай, обнаруженный в почве Ротамстеда, явился темой работы, столь часто цитируемой. Первый раз мы обнаружили это сожительство в почве из тропиков, но потом оно часто встречалось в наших самопроизвольных культурах из почвы Бри.

Неизвестно, способны ли эти кокки (мы наблюдали две формы) воздействовать непосредственно на волокна целлюлозы, так как они развиваются совместно с тем или другим видом Cytophaga. Многочисленные попытки выделить этих кокков пока не удались.

 

Нам удалось выделить одного кокка, частого спутника Cytophaga, но он оказался лишенным способности воздействовать

на волокна. С другой стороны, образование им форм, сходных со стрептококками, показывает, что в этом случае не может быть и речи о стадии развития Cytophaga, особенно той, которую называют спороидом.

 

Cellvibrio охряно-желтого цвета. Эти вибрионы очень распространены в регулярно унаваживающихся почвах. На самопроизвольных культурах они появляются через 2—3 дня и вскоре покрывают весь кружок своими зонами. Один из этих видов, наиболее активный, был исследован более полно. Мы его назвали Cellvibrio ochracea по причине охряного цвета, который он сообщает волокнам, что является его постоянным макроскопическим признаком (фиг. 4, табл. XXI).

Его легко выделять благодаря тому, что он быстро распространяется по бумаге и обгоняет своих конкурентов. Трех или четырех пересевов обычно достаточно для того, чтобы получить однородную культуру, которая хорошо поддерживается без особых забот, если только не давать ей стареть.

Морфологические и культуральные свойства. Вибрионы имеют форму палочек 2—4 ц длины с закругленными концами, иногда, но редко, изогнутых, иногда немного кривых, слегка утолщенных в середине. В средней части палочки часто наблюдается более ярко окрашивающееся зернышко (фиг. 1 табл. XXIV).

Клетки снабжены одним жгутиком. В темном поле можно видеть очень интенсивное движение (фиг. 4 табл. XXIV).

При культивировании на нашей обычной среде поражает быстрота, с которой вибрион распространяется по бумаге, сообщая ей охряно- желтую окраску. Посевы в виде штриха на кружке фильтровальной бумаги через 24 часа вырастают уже шириной в 1—2 см. Фильтр, диаметром 150 мм, на котором делается посев в виде 3—4 штрихов концом платиновой проволочки, уже через 48 часов весь делается охряно-желтым. При микроскопическом наблюдении можно убедиться, что этот цвет появляется в результате распространения вибриона. Откуда бы ни взять кусочек пожелтевшей бумаги для исследования под микроскопом, все волокна будут покрыты вибрионами. В этом случае не образуется такого сплошного чехла, как у Cytophaga. Клетки легко отделяются, но их масса заполняет все промежутки между волокнами бумаги. Весь круглый фильтр становится сплошной колонией микроба, достигающей 150 мм в диаметре. Среди известных микробов трудно найти другой пример такого энергичного распространения по субстрату, как в данном случае, когда за 48 часов микроб покрывает поверхность, диаметром 150 мм, совершенно лишенную избытка влаги. Этот вибрион, так же как и другие, ему подобные, о которых речь будет ниже, является из ряда вон выходящим «захватчиком».

Мало можно сказать о цикле развития. Единственная разница между молодыми и старыми культурами заключается в том, что у первых более длинные и изогнутые клетки. Фрагментация, происходящая в старых культурах, приводит к образованию очень коротких клеток (в среднем1>5 х 1 fx и меньше). При пересеве они образуют молодые клетки. Ни автолиза, ни споруляции не замечено.

Попытки культивирования на четырех агаровых средах без целлюлозы потерпели неудачу. Микроб не развивается на пептоне, на глюкозе, на крахмале, на трагаканте, не развивается и на чистом агаре.

Он хорошо развивается на агаре с гидроцеллюлозой, но несколько необычным образом. Мы производим посев, размазывая по поверхности агара каплю суспензии микроба согнутой стеклянной палочкой или платиновой петлей. Затем чашки Петри без крышек помещаем в термостат на2 часа, чтобы испарился капиллярный слой воды и подсохла поверхность агара насколько возможно, но чтобы не образовались трещины. Это нужно для того, чтобы посевной материал был фиксирован на одном месте и можно было бы получить развитие изолированных колоний.

Однако это не удается. В течение 6—7 дней белая как фарфор поверхность агара остается без изменений. Затем появляется желтое окрашивание, диффузно, во всей толще, которое усиливается и становится охряно- желтым, характерным для этого микроба. Нет ни колоний, ни зон просветления, которые можно было бы приписать деятельности энзимов. Далее никаких изменений не отмечается, только поверхность агара теряет свой блеск и становится немного шероховатой, очевидно, вследствие оседания, которое происходит в результате уменьшения массы мелких частиц волокна, погруженных в агар. Микроскопический просмотр пожелтевшего агара показывает, что среда равномерно пронизана массой вибрионов.

Трудно сказать, можно ли объяснить это явление, наблюдаемое на всех чашках с гидроцеллюлозой, таким энергичным движением, что оно преодолевает сопротивление твердой среды. Это свидетельствует снова о необыкновенной способности к распространению этого вибриона.

 

 

 

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