Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ

АЗОТОБАКТЕР

 

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

 

ОБ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ МИКРОБАХ

 

Вопрос, к которому мы приступаем, представляет собой одну из самых важных и наиболее объемистых глав почвенной микробиологии. Библиография, касающаяся этого предмета, насчитывает до 500 значительных публикаций, появившихся в течение последних тридцати лет 

 

В нашу задачу не входит воспроизводить историю вопроса. Это легко найти в другом месте. Мы же с тем большим правом считаем возможным от этого уклониться, что опыты, которые мы намерены изложить в настоящей статье, проведены при помощи нашей новой методики и поэтому не могут рассматриваться как непосредственное продолжение прежних исследований.

 

Обзор, с которого мы начнем, имеет целью определить лишь отправную точку наших исследований и их программу.

 

Отметим сразу же, что мы ограничимся микробиологическими исследованиями в естественной обстановке, не занимаясь морфологическими и цитологическими свойствами микробов-азотфиксаторов.

 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАШИХ ЗНАНИЙ О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПОЧВЕ МИКРОБОВ-АЗОТФИКСАТОРОВ

 

Наиболее замечательным свойством микробов-азотфиксаторов, которое делает из них физиологически самостоятельную и обособленную группу, является их способность размножаться в среде, лишенной связанного азота, при условии наличия углеводного питания. В случае достаточного количества необходимых минеральных веществ, подобная среда воспроизводит нормальные условия для аэробной фиксации азота.

 

Эта особенность азотфиксаторов была нами намечена в наших первых исследованиях по анаэробным фиксаторам азота, и с того времени это их свойство служит для нас основой для разработки методов изучения как возбудителей азотфиксации, так и самого процесса.

 

Известно, что первые исследования по азотфиксаторам были проведены с анаэробным микроорганизмом, названным Clostridium pastorianum, к которому затем присоединился открытый Бейеринком несколькими годами позднее аэробный фиксатор азота, получивший название Azotobacter.

 

Эти два микроорганизма вот уже в течение более четверти века считаются наиболее шпересными возбудителями фиксации атмосферного азота в почве.

Начатые с изучения анаэробного усвоения азота, дальнейшие исследования в общем лишь подтвердили первоначальные данные, касающиеся этого вопроса.

 

Приводим краткое изложение этих данных.

1) Clostridium и родственные ему микроорганизмы, выделенные позднее, относятся к группе бактерий маслянокислого брожения; последние известны, начиная с Пастера, и со времен Трекюля (Trecul) и Ван-Тигема (Van Tieghem) часто объединяются под общим названием Amylobacter; 2) высеянные в колбу, наполненную до горла жидкостью, способной к брожению и содержащей азот, они ведут себя как обычные возбудители маслянокислого брожения; 3) их азотфиксирующая деятельность обнаруживается лишь в том случае, если питательная среда лишена связанного азота, но при условии доступа к ней азота воздуха; однако размножение микроорганизмов происходит при этом лишь в присутствии аэробов, которые защищают их от непосредственного воздействия кислорода, или же в атмосфере чистого азота; 4) прибыль азота в этих условиях происходит регулярно, но продуктивность процесса не превышает 2—3 мг на 1 г энергетического вещества; наконец, 5) эти микроорганизмы, видимо, очень распространены в почве, что подтверждается тем, что маслянокислое брожение очень редко не развивается, если раствор, содержащий сахар, заразить небольшим количеством почвы.

 

Повидимому, именно это последнее наблюдение побудило микробиологов перенести данные, полученные в лаборатории, в естественную обстановку без предварительного специального изучения условий, управляющих деятельностью этих микроорганизмов в почве, условий, трудно воспроизводимых в колбе, наполненной жидкостью. Легкость, с которой вызывается маслянокислое брожение при прибавлении к питательной среде необходимого количества почвы, ничего еще не говорит о степени населенности почвы этими микроорганизмами и ни в малейшей степени не свидетельствует о том, насколько они в ней активны.

 

Указанный пробел был заполнен лишь недавно в результате разработки метода микроскопического исследования почвы; при помощи этого метода можно было показать, что самопроизвольно^ размножение Clostridium действительно происходит в почве, в которукъприбавлен углевод и аэрация которой затруднена. Таким образом, Clostridium заслужил свою репутацию возбудителя фиксации азота в почве.

 

Но кроме этого утверждения, о его роли в почве знают еще очень мало.

Большая монография, опубликованная в 1909 г., считается большинством микробиологов исчерпывающим исследованием по этой группе микроорганизмов. Она написана М. Бредеманом (М. Bredemann) . Этот ученый изучил 137 почвенных образцов различного происхождения и всюду обнаружил бактерии маслянокислого брожения. Он выделил 16 штаммов, которые он сравнил с 11 штаммами, вызывающими тот же процесс и уже ранее известными под различными именами. Сравнительное изучение особенностей всех указанных штаммов доказало ему их тождественность. Вследствие этого он их объединил под обшим названием Bacillus amylobacter А. М. и Вг. Это является основным выводом его монографии, к которому ведут все его доказательства. Если иногда у отдельных штаммов наблюдались незначительные отклонения, то ими можно было пренебречь с таксономической точки зрения.

 

Не интересуясь таксономией, которая в области бактериологии слишком часто носит произвольный характер, мы остановимся более подробно на методике. Ее особенностью является предварительное культивирование всех штаммов на одинаковой среде — 1% глюкозы, 1,2% пептона и 0,8% экстракта Либиха: культивирование длилось по крайней мере шесть месяцев и имело целью сгладить влияние предшествовавших внешних условий, с тем чтобы штаммы стали более сравнимы между собой.

 

Методика кажется нам верной, но она имеет большой недостаток. Она ни*в какой мере не учитывает влияния культивирования в искусственных условиях, тем более в среде, столь богатой азотом. Не могли ли особенности различных штаммов приблизиться к общему биотипу под воздействием вынужденного культивирования в течение продолжительного времени в условиях, поддерживаемых неизменными? Отсюда следовало, что невозможно считаться с результатами, полученными при помощи такой искусственной методики. Что касается стремления объединить большое число недостаточно известных форм различного происхождения и различной функции под одним общим названием, то это не представляется нам удачным для нашей науки, которая может итти вперед, лишь совершенствуя методику наблюдений и приемы распознавания крайних пределов, доступных нашему восприятию. Таким образом, можно лишь удивляться, что выводы, сделанные в этой монографии, которая, правда, импонировала своим объемом и кропотливыми деталями, были приняты столькими авторами и воспроизведены почти во всех крупных сводках. По нашему мнению, термин Вас. amylobacter А. М. и В г» носит слишком сборный характер и может внести лишь путаницу. Поэтому мы сохраним старое наименование Clostridium.

 

Что касается аэробных фиксаторов азота, то известен тот интерес, который возбудило открытие азотобактера Бейеринком. Его так ясно выраженные отличительные макро- и микроскопические особенности, простота культивирования и фиксация им азота привлекли к себе многочисленных исследователей.

 

Классическим приемом, при помощи которого микроорганизм был выделен, является заражение почвой 1—2% раствора маннита с небольшим количеством фосфата. Этот способ применяется и до настоящего времени. Конечно, он сохранит и в дальнейшем свою историческую ценность, но мы думаем, что его пора уже заменить другим методом, более надежным и дающим более быстрые результаты. Старому методу не свойственно ни то, ни другое. Микроб, чрезвычайно жадный к кислороду, не находит в жидкой среде благоприятных условий для быстрого размножения. Погруженный вместе с почвенными частицами, на которых располагаются его колонии, в питательную среду, он вынужден начинать свое развитие под более или менее высоким слоем жидкости вместо непосредственного соприкосновения с воздухом, что для него нормально. По мере накопления в жидкости углекислоты условия для развития азотобактера становятся еще менее благоприятными. Особенно маслянокислое брожение, обнаруживающееся почти неизменно в жидкости, может полностью прекратить развитие микроорганизма, как это часто и наблюдается.

 

Тем не менее, этот способ культивирования, при котором в конце процесса развития образуется на поверхности жидкости бурая пленка, в течение 25 лет играл важную роль в почвенной микробиологии. Если хотели выявить присутствие азотобактера в исследуемой почве, то засевали несколькими граммами этой почвы маннитную питательную среду; образование пленки указывало на присутствие микроба, отсутствие пленки означало, что его в почве нет. Если нужно было определить азотфикси- рующую способность почвы, то снова прибавляли почву к той же жидкой маннитной среде лишь в больших количествах — до 10 г на 100 мл, и тогда увеличение количества азота в такой смешанной культуре служило мерилом фиксирующей способности исследуемого образца почвы.

Совершенно очевидно, что такая постановка опытов, указывая лишь на присутствие или отсутствие азотобактера, не может дать ни малейшего представления ни о количестве, ни о степени активности азотобактера в природных условиях. Таким образом, описанная методика не может считаться подходящей ни для изучения распространения этого фиксатора в природе, пи для исследования условий, которые этому благоприятствуют, или, наоборот, создают препятствия.

 

Распространена ли эта группа микробов в почве? Сначала думали, что это так, но последующие исследования показали, что значительная часть почв не содержит этого микроба. Так, Кристенсен, проверивший с этой точки зрения 145 образцов датских почв, обнаружил азотобактера лишь в 77 из них, т. е. приблизительно только в половине. Об отсутствии азотобактера в остальных образцах он заключил по тому, что на поверхности маннитной питательной среды, в которую была прибавлена известь, пленка не развивалась. Гейни (Gainey) проанализировал 200 образцов американских почв и констатировал образование поверхностной пленки азотобактера лишь в 177 случаях, несмотря на прибавление в среду СаС03; когда углекислый кальций не вносился, цифра падала до 75. Бурри (Burri) отметил отсутствие клеток азотобактера в 34 из 105 образцов швейцарских почв.

 

Таким образом, количество положительных случаев нахождения азотобактера в почвах недалеко от 50 %. Однако такое заключение встречается с недоверием, которое внушает сама применявшаяся методика, настолько мало чувствительная, что возникает вопрос, насколько реальны полученные величины и насколько они не обусловлены малой чувствительностью самого метода исследования.

 

Какие физические, химические и биологические особенности почвы привлекают азотобактера и какие угнетают его развитие?

 

Многие авторы согласны считать, что известь, т. е. насыщенность почвы основаниями, играет первую роль в качестве условия, благоприятствующего и даже необходимого для существования этого микроорганизма в почве: [Реми (Remy), Кристенсен, Фишер (Н. Fischer), Липман (J. Lip- man) и др.]. Присутствие фосфатов точно также рассматривалось как суще ственно важное условие для развития азотобактера [Стоклаза (Stoklasa), Кристенсен, Никлас (Niklas) и др.]. Наконец, принималось, что наблюдается тесная зависимость между реакцией почвы и наличием в ней азотобактера, который встречается лишь в тех почвах, величина рН которых не менее 6,0. Таким образом, реакция почвы является ограничивающим фактором для развития этого микроорганизма (Гейни). В подтверждение приведенных нами заключений были опубликованы многочисленные исследования, и они обычно считаются прочно установленными.

 

Мы надеемся способствовать выяснению ^сех вопросов, относящихся к затронутой нами проблеме, если приведем в настоящей статье:

1)        наши микроскопические исследования самопроизвольных культур азотфиксаторов в почве;

2)        наши опыты с культурами на пластинках из кремнекислого геля, засеянных почвой, а также на почвенных пластинках.

3)        химические определения количеств азота на больших пластинках с кремнекислым гелем в качестве мерила азотфиксирующей способности почв, т. е. активности их специфического микробного населения.

 

 

 

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