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 ФИКСАЦИИ АТМОСФЕРНОГО АЗОТА ПОЧВЕННЫМИ МИКРОБАМИ

Я позволю себе прежде всего поблагодарить Организационный комитет за предоставленную мне возможность изложить свои мысли, касающиеся столь интересного явления, как фиксация атмосферного азота, перед такой многочисленной и почтенной аудиторией.

Если я не ошибаюсь, вопрос о синтезе азота в природных условиях сегодня в первыйуэаз поставлен в повестку дня конгресса, объединяющего представителей промышленности, сельского хозяйства и науки.

Ограниченный рамками лабораторий, этот вопрос вообще не подвергался еще широкому обсуждению. Пришло ли сейчас для этого время? Может ли этот вопрос интересовать сельского хозяина и винодела?

Я осмелюсь думать, что во всяком случае они не могут относиться к нему безразлично, поскольку дело касается природного источника связанного азота, так дорого стоящего на рынке. Поэтому легко понять стремление воспользоваться этим природным богатством. Но, кроме чисто платонического желания, можно ли что-либо сделать, чтобы обеспечить за собой такую возможность? : Это -вопрос, который неизбежно встает перед нами и который, может быть;уже пришло время обсуждать. Но чтобы перейти к нему, необходимо располагать некоторыми документальными сведениями об истории развития проблемы биологической фиксации азота в почве и о ее современном положении в науке. Позвольте же работнику, занимавшемуся этой проблемой с первого момента ее возникновения, набросать перед вами в широких чертах как первое, так и второе. Я более подробно остановлюсь на недавних достижениях в этой области. И с тем большим удовольствием я это сделаю, что эти современные исследования открывают заманчивые перспективы, которые позволяют предвидеть практическую пользу микробиологических достижений в этой области, добытых с большими усилиями в лабораториях.

Но прежде всего ограничим нашу тему.

Под фиксацией азота в почве понимают два очень различных между собой процесса: фиксацию симбиотическую и несимбиотическую.

Мы не будем касаться случая с бобовыми растениями, уже давно известного. Другим специальным случаем являются почвенные водоросли, которые видимо иногда тоже играют роль растения-хозяина* Но особенности последнего процесса остаются еще очень неясными, количество усвоенного при этом азота очень незначительным, что позволяет нам не останавливаться сегодня и на этом вопросе. Остается общий вопрос о фиксации азота пахотными почвами, т. е. микроорганизмами, которые живут в них постоянно или, лучше сказать, очень часто.

Выдающийся химик, столетие со дня рождения которого скоро будут праздновать, часто считается отцом теории фиксации азота при помощи микроорганизмов: я имею в виду Бертло. Он смело .провозгласил ее и многократно с большой страстностью отстаивал свой приоритет в этой области.

«Скрытая и не прекращающаяся работа глинистых почв и живущих в них микроскопических организмов», — так определял Бертло сущность теории на своем красочном, но... лишенном научной точности языке.

Внимательно перечитывая длинную серию его заметок и статей, начиная с 1885 г., невольно получаешь впечатление, что эта концепция возникла у него интуитивно.

Наблюдается такое огромное количество случаев потери связанного азота без соответственного восстановления его, говорил он, что количество такого азота быстро сократилось бы, если бы не существовало источников его пополнения. Таким образом, должны существовать обратные процессы. Где их искать? Микробы, которые уже были известны как носители специальной химической энергии, привлекали его внимание, и именно с этой стороны он начал свои поиски возбудителей «скрытой и не прекращающейся работы». Но как обнаружить этих микробов, чтобы доказать их деятельность? Выдающийся химик, надо прямо сказать, не видел этого достаточно ясно. Впрочем, в этом не было ничего удивительного, так как другие ученые, более специализированные, чем он, в области биологии, знали немногим больше.

Бертло выбрал путь, который был ему знаком: путь химических изысканий. Образцы почв, подвергавшихся анализам, в течение месяцев и лет хранились в различных условиях: в комнате, в подвале, в башне, на лугу, на свету и в темноте, в сосудах открытых или закрытых и т. д., и т. д. С течением времени анализы повторялись. Произведенные количественные определения, утверждает он, повсюду обнаружили прибыль азота, даже в стерильных субстратах — песке Фонтенебло, каолине, которые он предпочитал употреблять в целях «упрощения» опыта. Но то же самое наблюдалось и в образцах возделываемой почвы. Прибыль была незначительная, и накопление азота шло медленно (несколько десятков миллиграммов на килограмм сухой почвы), но все же количество азота заметно возрастало по сравнению с исходным его содержанием в почве. Иногда его становилось вдвое больше, чем было вначале. И это наблюдалось в большей или меньшей степени при всех условиях опытов, з а исключением случаев, когда почва нагревалась до температуры в 100°. Тогда никакой фиксации не происходило.

Вот в нескольких словах методика, которой пользовался Бертло, и результаты его экспериментов, казавшихся ему достаточными для установления теории фиксации азота почвеиными микроорганизмами.

Познакомимся несколько ближе с этими данными. Среди них мы встречаемся с утверждением (которое трудно оспаривать, настолько автор его отстаивает), что некоторые почвы и глинистые пески, бедные азотом, в каких бы условиях они ни сохранялись, обогащаются связанным азотом за счет атмосферного. Но действительно ли причина этого лежит в деятельности микроорганизмов?

Такое допущение не только невероятно для данного частного случая, но оно вообще неприемлемо по той простой причине, что опытные образцы почв, по словам автора, содержали только от 2 до 3% воды, определенной как потеря при высушивании их при 110°; иными словами, почвы были почти совершенно сухие. Их никогда не увлажняли, так как предполагалось, что такое состояние сухости особенно благоприятно для фиксации азота и считалось, что процесс прекратится, если количество воды в почве превысит 12—15%. Но как раз именно начиная лишь с этой степени увлажнения возможно развитие микробной жизни в почве! Прибавьте к этому бедность этих «почв и глинистых песков» органическим углеродом, который встречается в них лишь в количестве нескольких десятых грамма на килограмм, и недостаток или отсутствие питательных веществ и источников энергии — и вы убедитесь, что развитие жизни в таких почвах было невозможно.

Во всяком случае не найдется ни одного микробиолога, который мог бы представить себе возможность размножения микроорганизмов в этих условиях, тем более в течение месяцев и целых лет. Однако, возразят мне, какое другое объяснение можно было бы предложить, учитывая тот факт, что нагретая и стерилизованная почва не фиксировала азот? Этот довод меня несколько смущает, но поскрйкку возможность микробиологической деятельности в данном случае 'для меня совершенно исключена, мне остается лишь признать мое невежество. Чем вызывается фиксация азота в опытах Бертло, если она действительно существует, мне совершенно непонятно. Я нахожу себе извинение лишь в уверенности, что другие не более осведомлены на этот счет, чем я.

Должен сказать, что если я останавливаюсь на этих старых исследованиях, то не с целью их критиковать с таким запозданием, но для того, чтобы привлечь внимание агрохимиков к недоразумению, которое успело укорениться в течение нескольких десятков лет и которого никто, казалось, не замечал, а именно: идеи знаменитого ученого были интуицией, так как они основывались на опытах, неприемлемых для биологов. Приемлемы ли они для агрохимика? Возникшие между Бе?тло и Шлёзингом разногласия, приведшие к громкой полемике, не оставляют на этот счет никаких сомнений. Ответ совершенно ясен. Выдающийся агрохимик Шлёзинг отказался принять данные Бертло после того, как он их подверг самой строгой экспериментальной проверке. Он их объяснил просто ошибками количественных определений. Таким образом, мы приходим к заключению, что исследования Бертло привели к утверждениям, не основанным на достаточно убедительных опытах.

Однако, вспоминая поразительные усилия и настойчивость этого знаменитого ученого, следует добавить, что современная ему микробиология была бессильна придти к нему на помощь. В этой микро- оиологии господствовали методические приемы, выработанные для исследований патогенных микробов, но мало приложимые к изучению наиболее интересных почвенных микроорганизмов. В то время еще не знали никаких эффективных методов для выделения из почвы микробов с определенной функцией. Для этих целей неизменно применялась все та же самая желатина или питательный бульон. Таким путем выделяли массу видов, но всегда обычных, и исследования запутывались, не приводя к искомой цели.

Необходимо было найти новый принцип, для того чтобы продвинуть вперед те проблемы, которые нас интересуют. Я подразумеваю метод элективных культур. Этот принципиально новый метод исследования гласил: для того чтобы выделить микроба, отличающегося определенной функцией, необходимо применять среду, которая допускает развитие только тех видов, которые .этой функцией обладают; подобная исключающая, элективная или специфическая среда произведет своего рода отбор в смеси развившихся микробов, в результате чего интересующий исследователя микроорганизм попадет в сферу его внимания. Этот принцип, не дававший готовых рецептов сред, но ясно указывавший путь, по которому надо было в этом случае следовать, оказался чрезвычайно плодотворным. Именно этому новому принципу мы целиком обязаны всем прогрессом микробиологических исследований в естественной обстановке, которые проводились в течение последних тридцати лет.

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