Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ

АНАЭРОБНОЕ УСВОЕНИЕ АЗОТА

 

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

 

ПРЕДИСЛОВИЕ (1945)

 

Следующие ниже сообщения и статьи относятся к 1893—1895 гг., когда еще не был известен ни один организм, способный фиксировать атмосферный азот. Но после работ Бейеринка, Гелльригеля и Вильфарта о симбиозе бобовых с клубеньковыми бактериями, начали приписывать роль фиксаторов азота бактериям, живущим в симбиозе с указанными растениями. Вопрос о том, насколько процесс фиксации азота распространен в естественных условиях и кто является его возбудителем, уже служил в то время предметом горячего обсуждения.

 

Бертло принял в нем очень деятельное участие: сообщения в Академии, начиная с 101 по 116 том «Comptes Rendus», пять подробных статей в «Annates de Chimie et de Physique» (6-e serie, t. 13 и 14) быстро следуют друг за другом, сопровождаемые полемикой с Шлезингом. Решительно, даже со страстью, он объявляет себя автором учения об усвоениии азота низшими организмами. Имел ли великий химик право претендовать на эту роль? Способствовал ли он, по крайней мере, продвижению вперед вопроса путем внесения в него твердо установленных фактических данных?

 

Надо сознаться, что решительный тон его статей, наряду с неточностью достигнутых им результатов, производили тогда довольно странное впечатление. Но «еще не настало время, для того чтобы критика во всеоружии достаточно точных в этой области знаний могла правильно оценить труды различных ученых, принимавших участие в исследованиях по данному вопросу» (см. статью III, 1895 г., стр. 341).

 

Время это настало уже давно, но до сих пор еще никто не делал критического разбора работы знаменитого химика в области микробиологии. Его имя продолжает фигурировать во всех книгах как имя великого инициатора в вопросе усвоения азота почвенными бактериями. Тут кроется недоразумение, которое пришло время рассеять. Это может быть сделано в немногих словах.

 

Сперва он подошел к делу отвлеченно:

«Азот может получаться только из атмосферы, но до сих пор неизвестно, каким путем... Запас связанного азота несомненно уменьшался бы, если бы не было причин, вызывающих его пополнение... следовательно, должны существовать обратные процессы — процессы усвоения азота» («Ann. Chim. Phys.», 13).

 

Каковы эти обратные процессы? Они представлялись многообразными и очень сильно отличающимися в различных сообщениях или статьях, причем о их взаимоотношениях ничего не говорилось. Комбинируются ли между собой их действия? Противоположны ли они, или же они идут независимо, хотя и наряду один с другим? Так, иногда имеются в виду диатомовые («Comptes Rendus», 102), иногда утверждается, что:

«Способность к усвоению азота присуща некоторым глинистым почвам и пескам, бедным азотом, богатым калием» («Comptes Rendus», 106).

 

В следующих строках сообщается, что он:

«установил существование естественной и неожиданной причины прямого усвоения свободного азота, имеющей непосредственное отношение к объектам растительного мира. Я хочу сказать о нормальном атмосферном электричестве, действующем непрерывно..., порождаемом мало- помалу медленным постоянным индуктивным действием, существующим всегда и всюду на поверхности земного шара...» («Ann. Chim Phys.»).

 

И это не все, есть еще вот какая причина:

«Скрытая, но непрестанная деятельность глинистых почв и микроскопических организмов, которые они в себе содержат».

 

Говоря о микроскопических организмах Бертло, очевидно, думает, не высказывая этого прямо, о бактериях, так как он стремится выделить их с помощью ботаника Гиньяра на питательной желатине. Некоторые из полученных колоний, засеянные на среды, состоящие из каолина с прибавлением гуминовой кислоты или сахара или из чистого каолина, дали якобы прибыль азота, колеблющуюся от 2 до 10 мг. Отсюда вывод: «существуют принадлежащие к различным видам микробы, лишенные хлорофилла и способные усваивать азот, главным образом некоторые почвенные бактерии».

 

Но такое утверждение находится в противоречии с опытными данными микробиологов, так как невозможность выделить микроб, усваивающий азот при помощи питательной желатины, доказана очень большим числом опытов.

 

Бертло произвел много опытов над усвоением азота самой почвой вне всякой микробиологии. Он считал, что лучше проводить опыты «в целях упрощения с почти стерильными почвами». Действительно, он пользовался преимущественно минеральными веществами, вроде песка Фонтенбло (взятого на глубине трех метров), белой глины, каолина. Сосуды с 50—60 кг таких материалов помещались на лугу, на башне, в поле и т. п. и оставлялись там на несколько лет. Определения азота производились затем на 40—50 г материала. Для вычисления общего количества приходилось, следовательно, увеличивать полученные цифры более чем в 1000 раз.

 

В другой серии опыты ставились с четырехлитровыми бутылями, из которых каждая содержала 1 кг песку или каолина и была закрыта притертой пробкой. «Основная» серия была поставлена с чистым песком. Всюду получалась якобы прибыль азота, доходящая до 22—38 мг. И вот решающий аргумент: в серии, стерилизованной в течение двух часов при 100°, «количество азота осталось без изменения, оно даже уменьшилось». Тут мы уже перестаем понимать; ведь нагревание при 100° в течение двух часов килограмма почвы может вызвать только уменьшение количества жизнеспособных зародышей, ввиду того, что полной стерилизации килограмма почвы трудно достигнуть даже посредством продолжительного нагревания в автоклаве при 120°.

 

Однако, мы наталкиваемся на еще более серьезное недоразумение.

 

В статье, озаглавленной: «О некоторых общих условиях усвоения азота почвой, покрытой растительностью» («Ann. Chim. Phys.», t. 14), где описываются опыты с двумя пробами песка, двумя — каолина и одной— почвы, покрытой растительностью (последняя проба при определении дала прибыль меньшую, чем песок и каолин), автор особенно настаивает на одном из условий, которое является наиболее важным, а именно: «Присутствие определенного количества воды, между 2—3 и 15 сотыми веса почвы. При лишенной растительности почве оно может быть понижено до 2 или 3 сотых. В общем, оно не должно превышать 12—15 сотых (потеря при 110°) веса почвы».

 

Нечего и говорить, что такое утверждение представляет собою венец всех выводов, сделанных Бертло; ведь не надо быть микробиологом, чтобы понимать невозможность какого бы то ни было развития микробов в сухом или почти сухом песке (потеря 2% при 110°).

 

Но если и принять данный опыт за доказательство того, что почва или песок в сухом состоянии, сохраняющиеся в сосуде или бутыли в течение довольно долгого времени (без поливки?), могут удвоить свой азот, то подобный результат нельзя приписать деятельности какого-либо организма. Биологический фактор должен быть исключен. Идет ли дело о чисто химическом явлении? Пытаясь дать ответ, можно только запутаться в предположениях. Что же касается до экспериментального повторения опыта, то вряд ли это удастся. Приходится вспомнить тут строгую критику Шлезинга, так настоятельно указывавшего ошибки в анализе, допущенные знаменитым химиком.

 

После того как Дюкло доложил мое первое сообщение по этому предмету в Академии естественных наук, Бертло счел нужным заметить: «всякому ясно, что оно представляет большую аналогию в отношении метода и результатов с сообщением, которое я сделал около двух месяцев тому назад» (заседание 24 апреля 1893 г.).

 

Такое заявление о приоритете является характерным для ученого. Однако, трудно понять, на каких доказательствах оно могло быть основано.

 

Достаточно сравнить оба сообщения и следующую ниже подробную статью, чтобы убедиться в полном отсутствии аналогии между двумя линиями исследований.

У Бертло исследования приводят только к неопределенному утверждению, «что существуют совершенно отличные один от другого виды, способные усваивать азот; в первую очередь к ним принадлежат некоторые почвенные бактерии». Мною же открыт и выделен специфический организм, обладающий указанной способностью, и многочисленными опытами факт этот поставлен вне сомнения. Но особенно характерным для работ и полученных результатов является метод, который применялся с той и с другой стороны. Бертло пользовался двумя методами. Путем количественных определений азота в образцах почвы или других материалов (каолин, песок) он пытался доказать, что при хранении их получается прибыль в азоте. Если даже признать, что такая прибыль твердо установлена, то все же у него нет никаких указаний на факторы, вызывающие это явление. Идет ли речь об электричестве? О глинистом песке? О диатомовых? О почвенных бактериях? Вторым методом служил основной бактериологический метод чашек с питательной желатиной, на которых выделить бактерий,, фиксирующих азот, невозможно. Словом, названный ученый совершенно не располагал методами, пригодными для достижения поставленной им цели.

 

Вопрос мог быть решен только строго аналитическим экспериментальным путем, при применении нового принципа исследований, элективной культуры, действительность которой была доказана в этом вопросе, как впоследствии и во многих других.

Итак, трудно понять, почему в некоторых трудах по микробиологии открытие несимбиотического усвоения азота приписывается Бертло.

 

Разве только реиштельное утверждение какого-нибудь положения или доктрины, без всяких экспериментальных доказательств, будет признано достаточным основанием, для того чтобы считаться их творцом.

Статья III описывает все этапы экспериментального изолирования фиксатора азота и определения условий его активности. Стать^ IV дополняет его морфологическую и физиологическую характеристику как анаэробного возбудителя маслянокислого брожения.

 

Позднейшие исследования ряда ученых подтвердили факт анаэробного усвоения азота и в то же время показали, что функция является более или менее общей для всей группы маслянокислых бактерий и даже, по Маккой, Хигби и Фреду,  для группы возбудителей бутилового брожения. Но последние, в особенности Clostridium aceto-butylicum, усваивают мало азота по сравнению с настоящими маслянокислыми бактериями. Названные авторы изучили 33 расы их. Clostridium pastorianum наиболее активен.

Итак, в лаборатории факт представляется установленным, но желая распространить полученные заключения на природные условия, мы натолкнемся на ряд сомнений. Процесс зависит, как известно, от трех факторов: 1) присутствия активных зародышей; 2) анаэробных условий; 3) сбраживаемых Сахаров в качестве питания. Два первых условия бывают почти всегда налицо, так как споры Clostridium распространены в почве повсеместно и их развитие защищено там от доступа воздуха размножением аэробов или избытком влажности. Но приходится спросить себя, обеспечены ли они там сбраживаемыми сахарами, необходимыми для усвоения азота. Конечно, остатки растений содержат их иногда в изобилии, но мы знаем, что сахара с большой быстротой потребляются множеством микробов даже в присутствии следов усвояемого азота, не говоря уже о больших его количествах, которые сами по себе препятствуют усвоению азота. И кажется поэтому, что конкуренция вокруг усвояемых углеводов слишком интенсивна, для того чтобы усвоение азота, процесс чрезвычайно медленный и в своем роде трудный, мог происходить в природе регулярно.

 

Для аэробных фиксаторов азота или азотобактера трудностей для объяснения их активности в природных условиях не существует, так как доказано, что они способны развиваться и усваивать азот за счет таких органических веществ, как этиловый и бутиловый спирты, соли уксусной, масляной, бензойной кислот и т. п., которыми не могут пользоваться их антагонисты в отсутствие азотистого питания.

 

Вопрос о механизме усвоения азота не был освещен в статье III, написанной полвека тому назад. В ту отдаленную эпоху исследователю приходилось затрачивать слишком много труда и усилий на то, чтобы поставить вне сомнения самый факт фиксации азота почвенными бактериями. Но в продолжение опытов были сделаны наблюдения, о которых стоит упомянуть теперь, когда вопрос о механизме находится в порядке дня.

 

Культуры Clostridium в поглотительных склянках с раствором сахара, совершенно лишенным связанного азота, выделяли аммиак, когда через них пропускалась струя чистого азота. Получались только ничтожные количества аммиака, но иначе и быть не могло, раз бродящая жидкость, несмотря на прибавленный мел, оставалась все же слегка кислой; определения аммиака в жидкости произведено не было.

 

Аналогичное ч наблюдение мы находим в работе Гильмана Виллиса «Метаболизм некоторых азотфиксирующих Clostridium.х» Согласно этому автору, аммиак появляется в культурах при брожении главным образом в течение первых часов инкубации в смеси со следами амин- ного азота.

 

Трудно найти другое объяснение происхождению такого аммиака, чем синтез его за счет молекулярного азота. Если же это так, то значит аммиак является первым устойчивым продуктом усвоения азота, химическая природа которого сводится к восстановлению атмосферного азота. Вопрос будет рассмотрен со всех точек зрения в части восьмой, посвя- щепной азотобактеру.

 

 

 

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