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

ОБ АЗОТФИКСИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ

ПРЯМОЙ МЕТОД

Таково было состояние проблемы к концу второго этапа, в течение которого классические методы общей микробиологии были использованы до возможного предела своей эффективности. Проблема перестала развиваться в самом интересном направлении — в сторону познания природного явления, его особенностей и его агрономической важности.

Изучение биологии почвы при использовании последней лишь в качестве посевного материала для условных сред не могло дать многого. Было совершенно очевидно, что важно изучать самую почву как среду для культивирования микроорганизмов, наблюдая непосредственно в ней за развитием ее микрофлоры.

Это несомненное положение внушило мысль о необходимости так называемой прямой методики, которая, по нашему мнению, должна обслуживать специальные задачи почвенной микробиологии, этой наиболее молодой отрасли микробиологической науки.

Принципы этой методики уже были изложены ранее, между прочим в нашем докладе, сделанном в Обществе промышленной химии четыре года назад, что позволяет мне не возвращаться больше к этому вопросу. приспособления, которыми пользуются при проведении опытов. В маленькую чашку Петри насыпан слой растертой почвы, в которую прибавлено немного маннита и которая надлежащим образом увлажнена.

Через 48 часов пребывания в термостате из почвы после ее перемешивания берут небольшую пробу, подвергая ее микроскопическому анализу. На препаратах видны (59) круглые образования, часто соединенные попарно, с зернистым содержимым — это азотобактер.

Если взять почву другого происхождения, то в том случае, когда она содержит клетки азотобактера, картина в сущности будет та же (60). Снова развивается лишь один азотобактер, который дает самопроизвольную или естественную культуру.

Если хотят получить культуру из ^анаэробных азотфиксаторов, то пользуются стеклянными трубками,, как это изображено на 58, наполненными почвой, к которой прибавлены маннит или глюкоза. Почву хорошо утрясают и увлажняют до степени, близкой к насыщению.

Через 24 часа почва, взятая около нижней пробки, издает запах масляной кислоты, и микроскопический анализ обнаруживает Clostridium pastorianum (61). Это первый, ставший известным, фиксатор -азота, отодвинутый теперь на второй план своим аэробным соперником. На рисунке изображен весь цикл его развития: молодые палочки, формы, раздувшиеся в виде веретен, многие из которых имеют спорогенные зерна, впоследствии превращающиеся в споры. Характерной особенностью этих спороносных клеток является их способность окрашиваться в темносиний цвет от иода, откуда произошло старое название amylobacter. На 62 они окрашены в темный цвет под действием иода.

В начале этих опытов вызывало удивление развитие таких однородных культур в среде, столь богатой разнообразными микроорганизмами, как почва. Но затем было установлено, что почва реагирует на внесение в нее любого энергетического вещества развитием почти однородных культур и что состав их зависит от химической природы прибавляемых веществ.

Приведем пример, особенно важный в отношении азотфиксации. Прибавим в ту же почву вместо маннита азотсодержащее вещество — немного пептона. Уже через 3—4 часа пребывания в термостате ощущается легкий запах аммиака, что же касается микроскопического анализа, то он обнаруживает присутствие только палочек, образующих нити (63). Через 7—8 часов почва полностью заполнена клубками из перепутанных нитей (64). От азотобактера не осталось больше никаких следов.

Таким образом, внесение азотсодержащего вещества совершенно изменило характер микрофлоры, полностью исключив из нее азотфиксаторов.

Продолжим наши опыты в этом направлении, прибавляя к почве с маннитом постепенно возрастающие количества азота в виде нитратов, начав с минимальных доз. Эффект получится следующий: почва снова заполняется палочками, азотобактера найти невозможно (65).

Действительно ли так «нитратофобны» эти интересные азотфиксирующие микроорганизмы? В чистых культурах этого совершенно не наблюдается: в этих условиях они охотно ассимилируют внесенные нитраты. Следовательно, наблюдаемое явление представляет собой лишь результат борьбы за питательное вещество между бациллами и азот- фиксаторами.

В среде, снабженной азотом, палочки легко выходят победителями, вследствие огромной быстроты их размножения, и азотобактер, в этом смысле менее энергичный, легко ими оттесняется. Но он легко побеждает в среде, лишенной азота, так как в этих условиях развитие палочек подавляется из-за недостатка пищи. Этот пример иллюстрирует поразительным образом роль борьбы между микроорганизмами в почве в качестве регулятора деятельности этих существ.

Таким образом, применение методики самопроизвольных культур позволило нам сделать наблюдение, которое невозможно было бы осуществить при помощи общепринятых бактериологических методов. Именно: связанный азот вызывает в почве развитие антагонистического биологического фактора, который подавляет деятельность азотфиксаторов.

Изменим несколько эту, так много обещающую, методику. Вместо рыхлого слоя почвы, что требует в дальнейшем последовательного применения микроскопического контроля, замесим почву, к которой прибавлен маннит или крахмал, в густое тесто и приготовим из него небольшие почвенные пластинки с гладкой поверхностью. Через 48 часов на них выступят маленькие колонии, прозрачные или белые, величиной с булавочную головку, которые представляют собой колонии азотобактера. Внешний вид этих колоний к концу 48 часов изображен на 66. Позднее эти ко.дрнии превращаются в пятна или в бурые корочки, что характерно для этих микроорганизмов (67).

Совершенно ясно, что было бы трудно представить себе способ более простой и более быстрый, для того чтобы убедиться в присутствии клеток азотобактера в почве и даже получить некоторое представление об их количестве.

Следует ли делать вывод об отсутствии микроорганизма в почве, если на почвенных пластинках роста не обнаруживается? Такой вывод представляется нам преждевременным, если учесть, что почва может содержать покоящиеся неактивные клетки азотобактера, ставшие такими вследствие специфической непригодности исследуемой почвы для развития азотобактера. Обычный факт в применении к высшим растениям, но ои таков же и по отношению к микробам. Тогда возникает вопрос о «лимитирующем факторе» или о природе удобрения, необходимого для восстановления плодородия почвы по отношению к азотобактеру. В нашем случае прежде всего приходится думать об извести, т. е. о насыщении почвы основаниями, или о содержании доступной фосфорной кислоты.

Самый быстрый способ состоит в приготовлении для каждого исследуемого образца почвы набора из трех или четырех почвенных пластинок, из которых одна оставляется без удобрения, во вторую вносят известь, в третью — растворимый фосфат и в четвертую, если хотят,— поташ. Если почва достаточно снабжена этими солями, то пластинки такой серии не будут существенно отличаться одна от другой. Как видно на 68, все три пластинки покрыты бесчисленным количеством мелких колоний. Это почва, богатая клетками азотобактера и достаточно снабженная минеральными удобрениями.

Совершенно другой случай представляет собой карбонатная почва. Чрезвычайно многочисленные колонии появлялись лишь на пластинке с фосфатом, в то время как на пластинке, лишенной этой соли, развития не наблюдалось (69).

Или еще серия пластинок, приготовленная из бескарбонатной почвы, когда колонии развиваются лишь на пластинке с СаС03, а на других никакого роста не происходит (70).

Из всего сказанного следует, что описанные элементарно простые пробы дают очень ясные ответы на поставленные вопросы, затрагивающие важные свойства почвы и ее способность к азотфиксации.

Самопроизвольные культуры особенно необходимы для установления активности азотобактера в почве. Но когда надо определить его общую плотность в почве, нужна специальная среда: элективный кремнекислый гель в виде пластинок, Д и а м е т " р о м 20 см. Пластинки засевают 1 г почвы в пересчете на сухой вес. Как только появятся колонии, а это бывает при температуре 30° через 48 часов, их считают и получают цифры, которые определяют о о щ у ю плотность специфического населения данной почвы.

В этом нетрудно убедиться, рассматривая эту слизь под микроскопом.

На препарате, сделанном из прозрачной колонии (72), видны очень характерные для этого микроорганизма клетки, снабженные хорошо развитыми капсулами. На 73 показана белая масса налета — расположение клеток гораздо более скученное.

Еще другая белая колония показана на 74 — величина клеток меньше.

Но несмотря на наблюдаемые различия, все это будут штаммы, принадлежащие одной и той же группе или роду Azotobacter.

Если хотят убедиться, что описанные колонии фиксируют азот, то для этих целей лучше всего воспользоваться большими пластинками из кремне- кислого геля.

В общем можно считать, что этот способ тивньтм гелем, который, как мы указывали раньше, рода идеальной почвой, — правильно воспроизводит взаимоотношения микроорганизмов в почве.

Было интересно, применяя ту же методику, разобраться в значении биологического антагонистического фактора, роль которого в самопроизвольных культурах мы уже наблюдали. С этой целью была поставлена специальная серия опытов.

Цифры, отложенные по оси абсцисс — 5, 10, 75, 20, 25, 30,— представляют собой дозы нитратного азота, прибавленного в разных опытах. Ординаты соответствуют количествам фиксированного азота. При нуле нитратного азота прибыль азота около 20 мг. Снижение прибыли азота начинается тотчас же по прибавлении нитратного азота, оно не прекращается и увеличивается довольно быстро, по мере того как повышается доза нитрата; прибыль сводится к нулю, когда эта доза приближается к 30 мг. Таким образом, теряется 2/3 мг фиксированного азота на 1 мг вносимого азота.

Исследуя под микроскопом наши самопроизвольные культуры, мы уже установили, что азотфиксаторы прекращают размножаться в почве, когда последняя содержит связанный азот. В данном случае химический анализ подтвердил, что азотфиксирующая способность азотобактера действительно снижается в присутствии нитратов. На этот раз нет надобности прибегать к помощи микроскопа, так как рост палочек на чашке с кремнекислым гелем с первого же взгляда легко отличить от роста азотобактера.

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