Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ

НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ

 

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

 

Прошло уже около сорока лет после исследований Виноградского об организмах нитрификации, но вопрос этот, повидимому, как предмет изучения не потерял интереса. Несмотря на многочисленные работы (более ста), появившиеся с тех пор, некоторые исследователи опять взялись за данную тему, с единственной целью снова выделить из почвы названные организмы и определить их свойства. Такое исследование все еще признается трудным, а выделение организмов в совершенно чистом виде — недостоверным.

 

Это и не может быть иначе в отношении выделения, раз дело идет о физиологическом типе автотрофов, который не подчиняется обычным бактериологическим приемам. Действительно, если легко механически отделить два вида микробов, развивающихся на той же самой среде с одинаковой энергией и образующих различимые колонии, то метод теряет достоверность, когда его применяют к интересующим нас организмам в сопровождении банальных зародышей: если засев произведен на плотной органической среде, то развиваться будут вторые, тогда как первые останутся в состоянии покоя, а на минеральной среде произойдет как раз обратное.* В обоих случаях экспериментатора подстерегает ошибка: считая, что он пересевает чистую колонию нитратных бактерий, он вызовет не только окисление до нитратов в минеральном растворе, но и помутнение в бульоне или образование колоний на питательной желатине. С другой стороны, возможно, что при пересеве колонии, появившейся на желатине (содержащей латентные зародыши нитрифицирующих бактерий), произойдет нитрификация; хотя это бывает гораздо реже. Чаще всего колония окажется неактивной, что приведет исследователя к убеждению,— как это уже столько раз случалось — что возбудители после культуры на органических средах теряют свою специфическую способность.

 

Необходимо, как мы видим, строго критическое отношение, для того чтобы не запутаться в таких опытах, испытывающих терпение исследователя, особенно, если дело идет об освобождении специфических микробов от всех посторонних зародышей. К счастью, это не нужно для изучения функции, присущей данным микробам в природе; но это совершенно необходимо, разумеется, когда мы хотим убедиться в их обязательной автотроф- ности, связанной с их неспособностью развиваться за счет органических соединений, прежде всего Сахаров и протеиновых веществ, препятствующих, а не содействующих их росту. Поэтому мы и рекомендовали опыт с бульоном, мутнеющим в случае загрязнения культуры, но остающимся прозрачным, если культура окончательно освобождена от примесей. Мы считаем, что при получении чистых культур нам было достаточно этого контроля, и думаем, что его должно быть достаточно для большинства, если не для всех других случаев.

 

К указанному источнику ошибок бактериологического порядка присоединяется другой, порядка химического, зависящий от того, что в лабораторном воздухе часто встречается азотистая кислота. Она может образоваться путем чисто химического окисления, правда, в бесконечно малом количестве, но все же легко поддающемся обнаружению и даже количественному определению колориметрическими методами при помощи крайне чувствительных реактивов.

 

Итак, нельзя выводить заключение о нитрификации на основании появления в среде реакции на нитриты; для того чтобы иметь право утверждать это, необходимо проследить за окислением аммиака, идущим с определенной скоростью и не останавливающимся до его полного исчезновения. Такой источник ошибок был освещен уже в нашей первой статье о нитрификации, появившейся около сорока лет тому назад (см. критику на работу Гереуса). Несмотря на это, а также на опровержения других ученых, «открытия» многочисленных нитрифицирующих бактерий, основанные исключительно на присутствии в культурах следов нитритов, никогда не прекращались. Мы встречаем их в только что появившейся работе Нельсона, в которой именно эта ошибка развивается с большими подробностями на протяжении не менее шестидесяти страниц.

 

Эти предварительные замечания позволят лучше оценить результаты работ, которые мы будем сейчас анализировать.

 

Начнем с работы Гейбюльта, сделанной под руководством профессора Бенеке в Мюнстере; метод ее безупречен. Автор точно следовал по пути, указанному в нашей прежней работе. После посева почвы в наш минеральный раствор и довольно длинного ряда пересевов в той же среде, где было констатировано довольно быстрое окисление аммиака, он перешел к пластинкам кремнекислого геля. Несмотря на многократные пересевы, ему не удалось устранить посторонних микробов, многие формы которых удерживались в культурах. Он обнаруживал их, засевая пробирки с мясным бульоном, продолжавшие мутнеть, хотя все в более и более поздние сроки, по мере того как увеличивалось число пересевов.

 

Приписывая неудачу недостаточной чистоте применяемых материалов, автор принял все меры, чтобы освободить соли, воду, посуду от всякого следа органических веществ. После многих пересевов в этом насколько возможно чистом растворе, в котором постоянно наблюдалось интенсивное окисление в нитриты, он снова вернулся к пластинкам кремнекислого геля и гипса. Появившиеся колонии снова были засеяны в чистыи раствор, который, после того как прошло окисление в нитриты, послужил Для засева бульона. Бульон опять-таки помутнел, но в еще более позднии

срок чем прежде, а именно через 14 дней. Помутнение зависело исключительно от одного микроба, так называемого микрококка X, от которого ав- тору и на этот раз не удалось освободить культуры нитрозомонад.

Утомленный, повидимому, но не обескураженный новой неудачей, автор попробовал метод разведения, продолжая его до крайних пределов. Капля последнего разведения культуры, содержащего в качестве примеси только микрококка, была разведена в 100 мл раствора, одной петлей которого были заражены 60 колб с чистым раствором: лишь через шесть месяцев в девяти колбах возникло окисление в нитриты, тогда как в остальных не произошло никакого изменения. Исследование девяти колб обнаружило развитие нитрозомонад, но была ли культура, наконец, действительно чистой? Новый засев в бульоне показал, что не везде; пять культур вызвали помутневие бульона через 16 дней, причем в нем был найден опять исключительно микрококк X. Однако четыре последних не дали в бульоне никакого роста, бульон остался стерильным. Эти культуры были признаны, наконец, чистыми.

Морфология развившегося в них микроба точно соответствовала нашему описанию; автору не удалось только найти подвижные стадии и зооглей, описанные нами .

В опытном растворе глюкоза мешала окислению, начиная с 0,05%, но не уничтожала его вполне еще и при 0,3%. Следовательно раса была менее чувствительна к действию глюкозы, чем та, которая служила для опытов Виноградского и Омелянского; зато она была гораздо чувствительнее к пептону, 0,05% которого сводили окисление к минимуму, а 0,2% парализовали его совершенно. Вредное действие органических солея оказалось более слабым, что соответствовало прежним опытам.

Констатировав неспособность микроба разлагать органическое вещество, автор доказывает затем, опять-таки тщательно следуя прежнему экспериментальному пути, что только одна углекислота дает ему необходимый углерод: без С02 — никакого развития. Оставалось доказать при помощи химического определения, что действительно происходит ассимиляция С02 и, следовательно, накопление органического углерода в среде, где имела место нитрификация. За это взялся Хорст Энгель в работе, указанной в начале обзора, при помощи аппарата для микроопределения углерода, описанного и изображенного им. Параллельно с культурой нитрозомонад были проведены через 50 дней анализы двух контрольных стерильных колб, из которых одна оставалась в свободном соприкосновении с воздухом, другая была закрыта трубкой с поглощающими веществами, и наконец, культуры микрококка X. Результат параллельных определений оказался несомненным: образование азотистой кислоты и органического углерода было констатировано только в культуре нитритного микроба. Азотистая кислота содержалась, однако, через 50 дней во всех колбах, с той разницей, что в колбе с нитрозомонадами было найдено 132 мг на/ литр, а в колбе с микрококком и в двух контрольных стерильных, не исключая и колбы закрытой трубкой для поглощения, приблизительно 0,5 мг. По мнению Гофмана  , такие следы нитритов в закрытом сосуде могли получиться только в результате медленного окисления аммиака, абсорбированного частицами СаС03, т. е. чисто химическим путем.

Имеют ли нитрифицирующие бактерии морей и соленых озер те же свойства, что л почвенные бактерии, свойства, о которых так хорошо говорится в работе Гейбюльта и Энгеля? Работа Рубенчика, сделанная и Одессе, вносит в этот вопрос интересное дополнение. С точки зрения нитрификации изучались соленые озера в окрестностях Одессы — лиманы; обширные пространства соленой воды, неглубокие, с концентрацией соли от 15° Боме до насыщения, с дном, состоящим из толстого слоя черной грязи, в которой относительно обильно образуется аммиак. Для обнаружения нитрифицйрующих бактерий в этой специальной среде, автор прибегнул к посеву грязи озера в стандартный раствор по нашему прежнему методу и по нашему новому, более прямому методу, состоящему в том, что частицы исследуемого объекта помещают на кремнекислый гель, покрытый фосфорнокисло-аммонийно-магнезиальной солью. К обеим средам пришлось только прибавить значительные дозы NaCl, без чего процесс не имел места. Потребность в галоидах автор изучил во всех подробностях при помощи нескольких серий опытов, в которых концентрация постепенно поднималась с 0 до 17%. В результате выяснилось, что без морской соли никакой активности не было; еще слабая при 1% активность достигала максимума при 5% и затем падала по мере того, как повышалась концентрация; при 15 % она была слабой, при 17 % останавливалась совсем. Бактерия представляет собою, следовательно, галофильный организм, как это уже и указывалось относительно обитающих в морях кит- ритных микробов; для последних, однако, оптимум концентрации солей не превышал 2% в Северном море и 3,5% в Средиземном. Оптимум и особенно выносливость к сильным концентрациям являются, значит, наиболее высокими у микроба лиманов, что представляет собою, очевидно, приспособление к условиям существования.

За исключением этой особенности, автор считает свою разновидность идентичной виду Nitrosomonas europea Winogradsky. Ему удалось, хотя и не без затруднений, выделить эту нитритную бактерию в чистом виде и испытать действие органических соединений на ее активность: прибавление глюкозы к минеральному раствору для нитрификации, содержащему 5% NaCl, задерживало ход процесса, начиная с 0,05%, останавливало его при 0,2%; для пептона соответствующими концентрациями являлись 0,02% и 0,2%, т. е. для обоих соединений они были приблизительно равны тем, которые указаны в^ прежней работе Виноградского и Омелянского.

Отметим, наконец, что автору не удалось открыть в засоленной среде бактерий, доводящих окисление до нитратов. Их отсутствие так же, как и в сосуде с культурой, ведет к устойчивости нитрита в водах озер, в которых нет нитратов. Тот же факт был несколько раз констатирован для морских вод, где тоже нельзя было найти Nitrobacter.

Переходя к работе Нельсона, укажем, что его исследование имело точно такую же исходную точку и цель, как и другие, только что рассмотренные работы. Он начинает с того же классического приема: культура в растворе, пластинка кремнекислого геля, пересев колоний одновременно в раствор и в бульон. При пересевах получается нитрификация, но бульон дает муть; факт этот неизменно повторяется, создавая, естественно, впечатление, что оба явления вызываются одним и тем же микробом. Автор без коле- бания принимает эту точку зрения, что побуждает его оставить исследование автотрофных микробов и заняться гетеротрофами; он выделяет несколько форм последних, принадлежащих главным образом к актиномш- цетам.

Он начинает затем культивировать их в растворе для нитрификации с прибавлением глюкозы; через промежуток времени, продолжающийся от нескольких недель до четырех месяцев, там образуются слабые количества нитритов, обыкновенно, порядка от долен миллиграмма до нескольких миллиграммов на литр; в культурах количество нитритов больше, чем в стерильных контролях, и автору достаточно такого факта, для того чтобы квалифицировать выделенные им четыре актиномицета и две бактерии как нитрифицирующие организмы. В подтверждение их нитрифицирующей функции не приведено никаких других фактов и никакого различия между ними и автотрофной группой не указано.

Такой способ работы приводит его к совершенно ошибочному заключению: «аммиак и нитриты употребляются микроорганизмами в качестве энергетических веществ только в тех случаях, когда лучшие источники энергии (хотя бы, например, сахара) отсутствуют или имеются в недостаточном количестве».

По поводу этой работы следует напомнить об исследованиях группы русских бактериологов — Рунова, Мишустина, Губина (см. «Bull. Inst. Pasteur», t. XXV, стр. 305—306) — над несколькими гетеротрофными видами, образующими малые количества нитритов, в первую очередь за счет белков и аминокислот, но также и за счет свободного аммиака. К числу их относится и холерный вибрион. Однако они не смешивают этот факт с процессом классической нитрификации, а приписывают его какому-то второстепенному явлению, зависящему от катализатора, появившегося в результате деятельности микроорганизмов.

Это, может быть, и вероятно, но считать такой процесс за новый путь образования нитритов в природе, как думают названные авторы, недопустимо. Совершенно очевидно, что он может иметь место только в лаборатории, в искусственных условиях и что в природе нельзя вообразить ничего подобного. То же замечание относится и к наблюдениям Нельсона.

Итак, по рассмотрении всех исследований по вопросу о нитрификации за последние десятилетия, включая сюда и работы, приведшие только к ошибкам, можно считать окончательно установленным тот факт, что нитрификация является специальной функцией очень малочисленной группы Bacteriaceae, т. е. автотрофных микробов, для которых процесс окисления неорганического вещества представляет единственный источник энергии.

 

 

 

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