НИТРИФИКАЦИЯ

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)

Изучение процесса нитрификации было начато мною в 1890 г. в Цюрихе и проводилось там в продолжение трех последующих лет. Позднее эти исследования были возобновлены в Петербурге и продолжались с перерывами до конца столетия. Наконец, в последний раз я вернулся к ним в Бри-Конт-Робере в 1930—1933 гг.

Мои первые шаги в изучении этого вопроса, насчитывающего уже столетнюю давность, были в значительной степени облегчены заранее сложившимся представлением о том, что «возбудитель нитрификации» предшествующих авторов представлял собой организм, в основном сходный по своим физиологическим признакам с «первыми автотрофами», изученными ранее, т. е. с серобактериями и железобактериями. Это предположение полностью подтвердилось. В результате исследований удалось установить у этого нового объекта изучения совокупность физиологических признаков, характерных для автотрофов, или аноргоксидантов. Удалось также количественно доказать возможность хемосинтеза, ранее являвшегося отличительным признаком двух вышеупомянутых групп микроорганизмов.

В процессе исследований было опубликовано 14 печатных работ, приводимых ниже.

Первое сообщение по этому вопросу появилось в «Отчетах Академии наук» («С. R. Ac. Sc.»), 110,1890. Во избежание повторений оно не приведено в настоящей книге, так как вслед за его опубликованием была напечатана первая статья в «Анналах Пастеровского института» («Ann. Inst. Pasteur»), 4, 1890. Из тех же соображений не помещена работа «Об образовании и окислении нитритов в процессе нитрификации», опубликованная в «Отчетах Академии наук», ИЗ, 1891 (Sur la formation et TOxydation des nitrites pendant la Nitrification, «С. R. Ac. Sc.», 113, 1891). Вскоре после нее появилась пятая статья в «Анналах Пастеровского института»,1891 («Ann. Inst. Pasteur», 5, 1891).

Наконец статья «О микробиологии процесса нитрификации» (Zur Mikrobiologie Nitrifikationsprozesses, «Zentr. f. Bakteriologie», II, 1896), посвященная полемике со Штуцером и его сотрудниками (Stutzer et с°11.)> была также исключена, как не представляющая интереса в настоящее время.

В первой статье сообщается об открытии «возбудителя нитрификации», о второй описаны его свойства и подчеркнута способность к хемосинтезу. В третьей статье наличие хемосинтеза подтверждено более наглядными экспериментами и обращено внимание на большое количество образующихся нитритов — факт, не известный для большинства агрохимиков или неправильно трактуемый ими. В четвертой описаны приготовление плотных сред с кремнекйслым гелем и их применение для культуры специфических микроорганизмов. В пятой дано понятие о двух фазах нитрификации — нитрит ной и нитратной, осуществляемых каждая специфическими микроорганизмами, и о выделении в чистой культуре нитратного микроорганизму. В шестом сообщении, опубликованном в «Петербургских архивах», дано иллюстрированное описание морфологии некоторых штаммов нитритных и нитратных микроорганизмов, выделенных из почв Европы и других частей света. Наконец, седьмая статья подводит итог многочисленным опытам, посвященным влиянию органических веществ на ход нитрификации; этот вопрос отнесен в последний раздел программы как представляющий наибольшие затруднения для исследователя, не имеющего длительного опыта в разработке данной проблемы.

В восьмом сообщении — переводе немецкой монографии«Нитрификация» (Die Nitrifikation), опубликованном в третьем томе «Руководства по технической микологии» Лафара (Handbuch der technischen Mycologie, herausgegeben von Lafar), последовательно, в дидактической форме изложен ход исследований.

После опубликования седьмой статьи я считал программу моих исследований в области нитрификации выполненной и мою работу временно законченной.

Эти исследования вызвали появление в печати, начиная с 1903 г., многочисленных трудов, принадлежащих перу микробиологов, агрохимиков, агрономов и гигиенистов. Очевидной целью всех работ было воспроизведение и проверка результатов, полученных Виноградским. Краткий обзор работ этого периода исследований дан в исторической части восьмого и в критических обзорах одиннадцатого и четырнадцатого сообщений. Работа Кингмы Болтьес (Kingma Boltjes) , отличающаяся высоким техническим совершенством, завершила, как можно надеяться, серию исследований, контролирующих данные Виноградского.

Об этом периоде коллективной работы Бартель (Barthel) говорит следующее:

«В области изучения нитрификации нужно отметить как совершенно выдающийся факт то, что биохимическое объяснение процесса, выдвинутое Виноградским 30 лет назад, остается почти неизменным и на сегодняшний день. Действительно, все последующие работы в этой области лишь послужили подтверждением классических исследований Виноградского как по морфологии и физиологии бактерий, участвующих в процессе, так и по его химизму» .

Во всяком случае не были выработаны новые представления, дополняющие наши знания, приобретенные в конце прошлого века, равно как не было предложено новой методики, которая облегчила бы исследования. А в этом ощущалась большая необходимость. Дело в том, что выделение специфических микроорганизмов в абсолютно чистом состоянии требует большой затраты времени и сил. Длительные и однообразные манипуляции, необходимые для получения чистых культур, не всегда достигают желаемого результата, испытывая долготерпение исследователя. Поэтому ученые направляли свои усилия на совершенствование методики с целью выделения, наконец, чистой культуры, что считалось необходимым условием для микробиологического изучения. Достигнув этого, исследователи убеждались в том, что специфический микроорганизм действительно отличался теми необычайными свойствами, которые ему приписывал Виноградский, а именно: автотрофностью, хемосинтезом, нетерпимостью к органическим веществам. Дальше констатации этих фактов они не шли.

Таким образом, создается впечатление, что исследователи в первую очередь интересовались вопросами общей физиологии, изучение которых связано с техническими трудностями, познание же естественного процесса нитрификации не двигалось вперед. Я имею в виду ряд вопросов, касающихся природы этих микроорганизмов и их деятельности в естественной среде, а именно: дифференциацию штаммов, происходящих из различных мест; распределение штаммов в разных субстратах (перегное, пахотной земле, целинных и лесных почвах, болотах, реках) и их приспособление к условиям существования, короче — их экологию; их оптимальный рН и влияние рН естественной среды на их развитие; наконец, методику количественного определения нитрификаторов в почве, пригодную для сравнительного изучения количества нитрификаторов в землях, подвергающихся различной обработке. Все эти вопросы, а также ряд других, касающихся агрономической стороны проблемы, остались неизученными. Не больше успехов можно было отметить и в разработке этой проблемы в аспекте санитарном: я имею в виду изучение нитрификаторов в сточных водах, биологических фильтрах и активных илах.

Этот застой в развитии одной из важнейших проблем круговорота азота легко объясняется отсутствием достаточно совершенной методики. Перед каждым исследователем возникала необходимость итти путем, проделанным некогда пионерами науки, в том числе и мною, что требовало чрезвычайной затраты времени и сил. Трудности чисто технического порядка препятствовали более обстоятельному изучению процесса нитрификации.

В 1930 г. я поставил перед собой задачу облегчить работу применением рационального метода. Описание этого метода, названного методом эмалевых пластинок, изложено в статьях XI, XII и XIV. Он был подвергнут разностороннему экспериментальному испытанию в работах, упомянутых в статье XIII. Следуя указанным несложным приемам, можно осуществить выделение чистой культуры, не опасаясь ошибок и^ промахов. Ведь только нитрозобактерии могут вызвать образование «зон растворения» в слое углекислого кальция или магния, нанесенного нагель. «Зоны растворения»соответствуют колониям нитрозобактерий. Их дочерние колонии, микроскопически чистые, полностью соответствуют условиям опытов по изучению первой — нитрит- ной — фазы нитрификации. Что же касается нитробактерий, то присутствие слоя каолина делает их мельчайшие колонии более заметными, что сильно облегчает манипулирование с ними.

Новый метод, будучи значительно эффективнее старого, дает более широкие возможности для разделения и дифференциации штаммов, выделения новых видов и осуществления прямого подсчета нитрозобактерий в почве.

Как лучшее доказательство эффективности этого метода можно привести следуЮщие факты: выделение очень тонкой спиралевидной формы Mitrosospira — из двух образцов невозделанной земли: одного — из Местных почв, другого — из арктических; выделение Ромеллем (Romell) формы Nitrosocystis из лесных почв Швеции и Америки; наконец, открытие Еленой Виноградской специфической нитритной и нитратной микрофлоры, приспособленной с существованию в активных илах, где количество этих организмов достигает внушительных величин.

Главным достижением последней работы было открытие разнообразных форм нитри- фикаторов, приспособленных к данной среде и к чрезвычайно высокой концентрации микроорганизмов. Особенно показательна высокая концентрация микроорганизмов: возможно, именно она является основным фактором, обусловливающим интенсивность действия этого ила.

 Наконец, последнее замечание для предупреждения возможной критики нового метода: он может быть применен для изучения влияния органических питательных веществ на нитрификаторов лишь при исчерпывающем контроле чистоты культуры. Вопрос этот уже рассматривался многими учеными и полученный ответ всегда был отрицателен: нитрификаторы отказывались расти в гетеротрофных условиях. Повторное изучение этого вопроса не обещает ничего нового; однако, если все же оно будет предпринято, то логичным было бы отделить его от изучения собственно процесса нитрификации, отнеся его к специальному разделу «физиологических артефактов», уже не отождествляемых с микроорганизмами, населяющими естественные среды и развивающими в них свою специфическую деятельность.

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