НИТРИФИЦИРУЮЩИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ

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

МИКРОБЫ-ВОЗБУДИТЕЛИ НИТРИФИКАЦИИ. НОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Напомним вкратце метод, которым мы пользовались 40 лет назад дли выделения микробов нитрификации, а также главные результаты этих давних исследований.

Минеральный раствор, содержащий сернокислый аммоний, засеваем небольшим количеством почвы.

Производим длинный ряд пересевов в тот же раствор чистых солей.

Наконец, выделяем специфических микробов, пользуясь кремнекислым гидрозолем, который застывает при прибавлении солевого раствора.

С первого взгляда кажется, что описанный метод не сложнее того, которым пользуются обыкновенно для выделения сапрофитов. В действительности же он гораздо труднее и требует более тонкой техники. Возбудители нитрификации развиваются слишком слабо, не образуя на плотной среде хорошо видимых простым глазом колоний, и их мало характерные формы нелегко отличить и освободить от неизменно сопровождающих их гетеро- трофов.

Один и тот же возбудитель окисления до нитритов, или нитритная бактерия, называемая Nitrosomonas, и один и тот же возбудитель окисления до нитратов, или нитратная бактерия, именуемая Nitrobacter, были выделены из почвы Франции, Швейцарии, Германии. В почвах России и некоторых заокеанских стран нитритные бактерии имели морфологические отличия от Nitrosomonas europea, но все же во всех почвенных пробах мы находили только один вид. Точно так же во всех пробах содержалась одна и та же нитратная бактерия, повсюду казавшаяся идентичной. В заключение нашего беглого обзора добавим, что все возбудители нитрификация оказались способными кхемосинтезу, представляя собою совершенно новый для того времени физиологически]! тип, называемый теперь автотрофным.

Мы не можем останавливаться на многочисленных работах, следовавших одна за другой в течение столь долгого периода и имевших целью проверку наших выводов. Достаточно сказать, что они подтвердили их при точном применении того же экспериментального пути; ноне было открыто никакого нового метода,который мог бы заменить старыми внес бы облегчение и уточнение в работу с тарификаторами. Однако, по мере развития исследований над динамикой почвы, необходимость в новом методе заставляла себя сильно чувствовать. Ведь с начала нынешнего века, особенно в Германии и Америке, проводились очень многочисленные исследования над жизнедеятельностью микробов в почве — аммонификацией, нитрификацией, азот фиксацией — и возникали очень горячие споры относительно лучшего метода для определения и сравнения активности этих процессов и выяснения их соотношения о плодородием почвы.

Нитрификация занимала тут первое место — она вызывала наибольшее число исследований. Рассмотрим же методы, применявшиеся для определения способности почв к нитрификации.

Для этой цели нужно провести пять опытов. Возьмем: 1) минеральный раствор, содержащий аммиачную соль с прибавлением почвы в количестве 10%; 2) 100 г почвы, как она есть; 3) то же количество почвы, обогащенное аммиачной солью; 4) то же количество с прибавлением, кроме аммиачной соли, еще и углекислого кальция; наконец 5) то же количество с прибавлением азотсодержащего органического вещества. После тридцатидневного содержания в термостате произведем во всей серии определение азотной кислоты: более высокий выход этого конечного продукта должен будет показать более высокую способность к нитрификации и наоборот.

Такой вывод кажется обоснованным, но на самом деле это не так. Прежде всего рискованно судить об интенсивности процесса, происходящего в почве, по тому, что произошло в маленькой пробе почвы, удобренной внесением аммиачного азота или углекислого кальция, не говоря уже о почве, погруженной в раствор. Более того, по конечному продукту биологического процесса нельзя судить о его интенсивности, не принимая во внимание скорости его течения во времени, что представляется почти само собою очевидным.

Гораздо более достоверным мерилом является плотность самих специфических возбудителей в почве. Именно эта идея и внушила столь многочисленные опыты подсчета зародышей по методу чашек, так часто практиковавшемуся в отношении гетеротрофных видов. К бактериям нитрификации такой метод не применяли только из-за трудностей, на которые в этом случае наталкивались.

Действительно, синтез органического вещества у этих бактерий настолько мал, что образуемые ими на чашках колонии часто невидимы для простого глаза.

К счастью, эту трудность можно преодолеть, как показывает новый, недавно разработанный нами метод. Найти его было нетрудно: если сами колонии отличаются микроскопическими размерами, то действие, оказываемое ими на нерастворимые карбонаты основания, легко заметно макроскопически. Для того чтобы усмотреть невидимые колонии, достаточно кремнекислый гель, пропитанный аммиачной солью, покрыть перед засевом слоем углекислого кальция. Состав этой белой эмали полезно изменять в зависимости от случаев; применение фосфорнокисло-аммонийно-магнезиальной соли, смешанной с углекислым кальцием, делает предварительное пропитывание аммиачной солью ненужным; можно пользоваться также углекислым магнием, который повышает щелочность среды. Техника метода, разумеется, очень проста; необходимы, однако, некоторые специальные приемы, Для того чтобы покрывающий гель однородный слой был гладким, как белая эмаль.

Результат жизнедеятельности развивающихся бактерий сказывается Дней через десять и выражается в растворении этой эмали; на ней появляются просвечивающие пятна и, в конце концов, гель под ними совершен но обнажается. Число таких пятен, представляющих собою центры процесса окисления в нитриты, соответствует, по всей видимости, числу зародышей или групп зародышей, вызывающих процесс. Чтобы определить их плотность в пробе почвы, надо, значит, рассыпать точную навеску ее и подсчитать появившиеся на пластинке зоны растворения. Цифры будут численным выражением нитрификационной способности почвы. Они дадут возможность оценить относительную силу этой способности.

Вот, например, пластинка, засеянная компостом: на ней насчитывается 240 колоний на 0,01 г, т. е. 24 ООО на 1 г. Участок плодородной почвы, регулярно обрабатываемой и удобряемой, дает гораздо меньше,— около 3 ООО. Та же почва, остававшаяся в течение восьми лет под черным паром, значит, истощенная, дала около 600; естественный луг, покрытый частично мхом,—около 700; несколько проб лесной почвы не дали нам ничего.

Итак, вот микробиологический метод для исследования Динамики почвы, тогда как те, которые мы указывали выше, являются, по правде сказать, только химическими методами с микробиологическим истолкованием.

Говоря о результатах нашей прежней работы, мы привели сделанное нами заключение о том, что лишь очень малое число микробных видов принимает на земле участие в нитрификации. По мере развития микробиологической науки такое заключение стало казаться сомнительным. Приходилось спрашивать себя, например, является ли эта бедность форм действительно существующей или она зависит от метода, которым пользовались 40 лет назад. Ведь согласно последнему полагалось начинать работу с более или менее длительного культивирования почвы в минеральном растворе. Выделение активного вида на плотной среде было лишь вторым этапом. А между тем, как мы впоследствии убедились, эти так называемые культуры обогащения Бейеринка и германских ученых, широко распространенные и доныне, только сильно з^сложняют работу, создавая смешанную микрофлору, которую часто невозможно разделить, тогда как, действуя только что описанным нами способом, очень часто можно сразу обнаружить на протравленных местах развитие нитритных микробов, совершенно однородных и чистых: их микроскопическое изучение и дальнейшие пересевы, таким образом, в высшей степени облегчаются. Применение метода к морфологическому исследованию названных микробов напрашивалось само собою, и в результате оказалось, что разнообразие форм специфических микробов гораздо больше, чем это предполагалось, что в действительности существует целая флора нитритных бактерий, отличающихся одна от другой в зависимости от почвы в одной и той же местности. Не останавливаясь здесь на их морфологических прргзнаках, укажем только их предварительную группировку: 1) монады, свободные и подвижные, имеющие овальную или короткую палочкообразную форму; 2) з о о г л е и, состоящие из кокков, соединенных в плотные массы, которые снабжены общей капсулой; наконец, 3) спиральные мелкие, характерные формы, напоминающие спирохеты и появляющиеся реже других.

Что касается нитратных бактерий, то их крайне мелкие размеры делают их микроскопическое изучение исключительно трудным. Можно все-таки различить несколько рас с постоянными признаками. Чтобы сделать заметным развитие этих микробов, не вызывающих никакого растворения слоя углекислого кальция, его заменяют на пластинке кремнекислого геля,— в которую внесены на этот раз нитриты,— слоем каолина. Колонии вызывают образование бледножелтых пятен, достаточно отчетливых для микроскопического исследования, пересева и выделения. Они могут служить и для подсчета в целях определения нитрифицирующей способности почвы. Мы не думаем, однако, что такой подсчет необходим, ибо для этой цели достаточно опыта с нитритными бактериями, играющими преобладающую роль.

Все эти расы с одинаковой, в главных чертах, функцией, число которых в дальнейшем несомненно увеличится, требуют, повидимому, в природе различных условий, судя по тому, что отдельные естественные среды характеризуются разной нитрифицирующей микрофлорой. Так, компост и плодородная почва в изобилии содержат только монад (.Nitrosomonas); неплодородные и лесные почвы (когда они способны нитрифицировать, что'не всегда имеет место) — только зооглеи (.Nitrosocystis); наконец, Nitrosospira нам удалось найти только в необработанных почвах. В качестве фактора распределения надо изучать, главным образом, реакцию среды, ее рН. Этот вопрос уже вызвал очень основательные исследования норвежских ученых Гаардера и Хагема; они признают существование многих видов, которые проявляют активность лишь при условии определенного рН, узко ограниченного для каждого вида. Этот вопрос так же, как и многие другие того же порядка, может быть изучен и разрешен только после морфологической дифференциации видов* и рас.

В заключение интересно бросить ретроспективный взгляд на различные этапы, пройденные в изучении проблемы, поднятой уже около века назад в замечательной работе Шлезршга и Мюнтца.

После того как нитрификация была признана явлением биологическим, необходимо было найти ее возбудителя. В качестве этого возбудителя выдвинули так называемую нитратную бактерию, хотя истинный возбудитель открыт еще не был. Ей приписывали широчайшую функцию: функцию превращения органического азота почвы в нитратный азот.

Следует открытие настоящих возбудителей, и оказывается, что они не имеют никакого отношения к распаду азотистого органического вещества, что нитритная бактерия воздействует только на аммиачный азот, а нитратная только на азот нитритов.

Наконец, последняя фаза: процесс нитрификации ведут не только два вида или очень малое число их, существует целая небольшая нитрифицирующая микрофлора, в которую входят несколько видов, обладающих различной приспособленностью к условиям естественных сред, где проявляется их деятельность. Таким образом, и в этой области мы находим множественность видов (констатированную в других отраслях микробиологии), находящихся в непрерывной борьбе за энергетическое вещество. Представляется очевидным, что именно такое положение вещей и обусловливает наибольшую активность независимо от того, подвергается ли воздействию живое и мертвое органическое вещество или же окисляемое неорганическое соединение.

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