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

ПРЕДИСЛОВИЕ

(1945)

Предполагаемые сапрофитные фиксаторы азота

Все мои исследования по проблеме аэробной фиксации атмосферного азота касаются исключительно группы азотобактера. Мы считаем этот микроорганизм единственным свободно живущим не симбиотическим аэробным фиксатором азота, и не признаем этой функции за другими микробами, которые принимаются за фиксаторов в многочисленных работах, упоминаемых во всех сводках по сельскохозяйственной микробиологии (см. Waksman. Principles of Soil Microbiology, 2th edition, p. 116; L б h n i s. H. d. Landw. Bakt., S. 682—688; К а у s e r. Microbiologie appliquee a la fertilisation du sol; русские учебники Омелянского, Худякова и др.).

Список этих предполагаемых фиксаторов азота мог бы быть очень длинным. В течение приблизительно пятнадцати лет, прошедших после открытия азотобактера, многие исследователи занимались поисками азотфиксирующих микробов в почве. Эта работа казалась плодотворной. Таких фиксаторов азота открывали почти повсюду, где их искали. Приводим их список, заимствованный из сводки Ваксмана:

Bact.   lactis viscosum;

»          pneumoniae

»          radiobacter

»          prodigiosum

»          aerogenes

» asterosporus » azophile Planobacillus nitrofigens

»

два представителя группы mesentericus

»          pyocyaneum

Однако этот список далеко не полон, так как авторы обнаружили способность к фиксации азота еще «у многих других» видов или штаммов, родственных некоторым из тех бактерий, которые только что были перечислены. Но к ним надо еще присоединить многочисленную группу клубеньковых бактерий, за представителями которых большинством ученых была признана способность к фиксации азота в чистых культурах вые растения.

Правда, все эти предполагаемые азотфиксаторы давали меньшую прибыль азота, чем азотобактер; однако некоторые из них приближались в этом смысле к азотобактеру, и количество фиксированного ими азота было того же порядка, что у азотобактера. Но величина прибыли азота всегда отличалась значительной неустойчивостью, что было совершенно непонятно. В подтверждение сказанного приведем поучительный пример, заимствованный из работы Скиннера (Skinner Этот автор, экспериментируя с 25 выделенными им штаммами В. aerogenes, получил прибыль азота только у трех из них — и то лишь в самых минимальных количествах; при работе с В. radiobacter положительный результат дал один штамм и отрицательный другой и, наконец, опыты с В. coli и В. cloacae были полностью отрицательными.

Приведенные нами данные вызвали необходимость разделить всех аэробных фиксаторов азота на две группы: с одной стороны, на азотфикса- торов, проверенных, как бы специализированных,— азотобактер, с другой — на обычных неспециализированных сапрофитов. Разпица между этими двумя группами микробов была довольно резко выражена. Первые отличались редким свойством обильно размножаться на средах, лишенных малейших следов азота; их способность к азотоусвоению была относительно постоянной, а интенсивность фиксации азота держалась ceteris paribus на довольно постоянном уровне; наконец, присутствие связанного азота в этом случае, явно подавляло процесс фиксации вплоть до полного его уничтожения, начиная с известной и еще очень слабой концентрации. Ничего подобного не наблюдалось у сапрофитов: в отсутствие связанного азота они не развивались, азотфиксация была слабая, энергия азотоусвоения отличалась непостоянством, и особенно обращало на себя внимание безразличное отношение к присутствию связанного азота даже в относительно высоких концентрациях. Последнее не оказывало тормозящего действия на процесс фиксации. С физиологической точки зрения это трудно было принять без колебаний, несмотря на многочисленность подтверждающих это опытов.

Приведенные соображения всегда мешали мне считать окончательно доказанной способность к фиксации азота у этой группы микроорганизмов. Но ввиду того, что с существованием таких азотфиксаторов все же приходилось считаться, я их временно объединил в группу «условных фиксаторов». Основанием к этому послужил тот факт, что в моих чрезвычайно многочисленных опытах с почвой мне никогда не приходилось констатировать фиксацию азота в отсутствие азотобактера. Точно так же в естественной обстановке, кроме азотобактера, я никогда не встречал бактерий, способных размножаться на средах, лишенных связанного азота. Но этот вопрос все же оставался неясным.

К счастью, американские исследователи Гопьййнс, Мария Лёнис и Аллисон, независимо друг от друга, предприняли доследование методики Кьельдаля, при помощи которой определяют прибыль азота в культуре по разности между опытом и контролем.

Гопкинс установил, что методика Кьельдаля — Гуннинга при применении ее для определения общего количества азота в веществах, содержащих нитратный азот, не предотвращала потерю последнего во время перегонки. Поэтому в таких случаях необходимо предварительно определять количество нитратного азота при помощи смеси Деварда, как этого требует методика Дависсона — Парсона. Большое число определений, проведенных автором (до 500!), ставит этот факт вне всякого сомнения. При применении методики Кьельдаля только контроль теряет свой азот, если он присутствует здесь в форме нитратного, в то время как в условиях опыта последний быстро ассимилируется культурой, вследствие чего получается кажущаяся прибыль азота, которая является в действительности не прибылью, а лишь отсутствием потери.

Что касается аммиачногб азота, то Мария Лёнис   в своих работах показала, что он может произвольно улетучиваться из слабо щелочных растворов в течение их длительного стояния в термостате. В этом случае- точно так же его теряют лишь стерильные среды, в то время как в культурах этот аммиак сейчас же поглощается микробами, тем более что он всегда имеется здесь в недостаточных количествах.

Такая проверка количественного метода определения азота специально касалась только Rhizobium бобовых растений. Учитывая эти данные, Аллисон   в свою очередь провел много сотен опытов и пришел к выводу, что клубеньковые бактерии бобовых растений — в противоположность мнению большинства из 55 исследователей, работавших в этом направлении,— совершенно неспособны фиксировать азот вне растения в условиях чистых культур. Таким образом, мы здесь имели дело с общей постоянной ошибкой и совершенно очевидно, что она относилась не только к клубеньковым бактериям, но ко всем микробам, способность которых к фиксации азота была определена на основании опытов, проведенных на средах с аммиачным или нитратным азотом. В этом случае всегда теряет азот именно контроль, в то время как культура имеет все возможности его полностью сохранить. Среды же, которыми экспериментаторы пользовались,— мясной бульон, или экстракт Либиха, дрожжевая вода, вытяжка из навоза или земли и т. д.,— вполне определенно содержали одну из указанных форм азота, а может быть, и обе.

Подобная проверка методики количественного определения азота, осуществленная американскими исследователями, представляла интерес, так как дело касалось лишь небольших количеств этого элемента, позволила решительно освободить проблему фиксации азота от слабо обоснованных и загромождавших ее представлений, которые вносили путаницу в характеристику биотипа истинного фиксатора и в понимание условий фиксации азота в природе.

В результате этой основательной ревизии возник вопрос, имеются ли вне группы азотобактера бактерии, способные фиксировать азот. Конечно, существование некоторых микроорганизмов, способных к очень ограниченной азотфиксации, не является невозможным, но окончательно разрешить этот вопрос могли бы лишь опыты, проведенные на средах, совершенно лишенных азотного питания и сопровождаемых тщательным химическим контролем.

В качестве примера укажем на одну бациллу, которая довольно часто появлялась на засеянных частицами почвы пластинках из кремнекислого геля, на которых развитие азотобактера запаздывало. Мы называли ее «слизистой» бациллой, так как выпуклые колонии этого микроба состояли из упругой тянущейся слизи, окружавшей редко разбросанные в ней бациллярные клетки. Несмотря на слабое развитие этой бациллы, самый факт, что она могла расти на среде, лишенной азотного питания, указывал, что она способна фиксировать хотя бы следы атмосферного азота, необходимого для ее роста. Однако величина азотоусвоения этого микроорганизма, при продолжительности опыта в две недели, всегда была мепыие 1 мг, т. е. была слишком низкой, для того чтобы можно было с уверенностью сказать, что здесь действительно происходит фиксация азота. Мы не продолжали дальнейших исследований в указанном направлении, считая, что они не представляют большого интереса, требуя, вместе с тем, проведения самых кропотливых химических анализов. До того же времени, пока работа такого характера не будет выполнена, имеются все основания утверждать, что представители группы азотобактера являются единственными известными в настоящее время аэробными несимбиотическими бактериями, способность которых к фиксации атмосферного азота несомненно доказана.

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