МЕТОДЫ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

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

О МЕТОДЕ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Я выбрал предмет моего доклада, будучи убежден, что в почвенной микробиологии не существует в настоящее время более важного вопроса: это убеждение разделяют, я не сомневаюсь, многие из моих коллег. Настала пора ближе подойти к данному вопросу, вооружившись критикой, свободной от прежних иллюзий, и спросить себя, располагаем лы мы методом, пригодным для разрешения задачи, которая состоит в том, чтобы проследить активность микробов в самой почве, или, лучше сказать, исследовать почву с точки зрения ее биологии? Есть ли у нас такой метод?

Я думаю, что нет.

Чтобы удостовериться в этом, окинем быстрым взглядом развитие наших знаний с первых шагов микробиологии и до настоящего времени.

Ограничимся кратким перечислением главных этапов. Перейдем затем к критике современного метода и под конец дадим набросок нового.

Исходным пунктом нашей науки было, как всем известно, открытие Пастером роли микробов как минерализаторов органических веществ. Первым фактом, касающимся специально почвенной микробиологии, была нитрификация, отнесенная Шлезингом и Мюнцем к числу биологических явлений. Этот факт не преминул сильно двинуть исследования вперед. К ним приступили, вооруженные простыми практическими методами, введенными в бактериологию Р. Кохом и его школой. В успехе были уверены, но Случилось обратное: последовал довольно длинный период малопродуктивных работ. Причина лежала в том, что принятый способ оказался непригодным для микробиологического изучения естественных сред.

Известно, что с самого зарождения микробиологии первенствующее место заняла ее медицинская отрасль, за которой скоро последовала ' промышленная.

Совершенно естественно, что их рецепты и методы преобладали по всей линии исследований. В медицинской области среды, богатые протеинами, оказались наиболее пригодными для того, чтобы изолировать и поддерживать в культурах патогенные организмы и обычные сапрофиты.

Для выделения микробов к таким средам прибегали повсюду, не исключая и почвы.

Ошибочная мысль о физиологическом единстве или тождественности микробов и даже всех живых существ поддерживала веру в действительность общего метода.

Эта мысль была, однако,^опровер гну та уже в то время исследованиями над серобактериями и железобактериями, открывшими неизвестный дотоле физиологический тип, не поддающийся изучению общепринятыми методами.

Исследования над нитрификацией дополнили характеристику физиологической группы, которая впоследствии была названа прототроф- ной или а в т о т р о ф н о й.

Эти исследования, произведенные в 1890 г. над, так сказать, классическими почвенными микроорганизмами, были одной из важнейших ступеней в развитии нашей науки.

Стало ясно, что изучение еще нового мира микробов может только затормозиться готовыми рецептами, что следует придерживаться строго индуктивного метода.

Именно с этого момента старые рецепты, будучи слишком узкими, уступили мало-помалу место новому методу, или принципу элективной культуры, который был выдвинут в 1893 г.

С тех пор, приступая к изучению какого-либо вопроса в микробиологии, прежде всего подбирали элективную среду, что не требует особого усилия; это достаточно верно приводило к обнарул«ению искомого возбудителя.

Так был открыт в 1893 г. первый фиксатор свободного азота.

За ним последовали другие интересные микробы, и, мало-помалу, благодаря указанному методу, применяемому вначале сознательно, а в последующие годы, может быть, и бессознательно, наши лаборатории обогатились довольно большим числом видов микробов, выделенных из почвы. '

В настоящее время мы располагаем целыми коллекциями их.

Многие были подвергнуты подробному изучению. Некоторые, как азотобактер Бейеринка, породили целую литературу.

Можно было бы гордиться такими результатами коллективной работы, продолжавшейся четверть века, если бы коварно не вкрадывалось при этом; сомнение: может ли ряд чистых культур в пробирках дать нам сколько- нибудь точное понятие о жизни в почве?

Мы думаем, что вокруг этого вопроса накопилось немало иллюзий.

Прежде всего, надо обратить внимание на то, что вся указанная коллек тивная работа относилась к общей микробиологии, почти без попыток применения к естественным условиям.

Другими словами, при выделении почвенных микробов до сих пор не обращали никакого внимания на самую почву; она служила лишь источником для получения зародышей и притом только таких, которые приспособлены к искусственным средам, для них приготовленным.

Это была, разумеется, полезная работа, особенно на первых шагах. Следовало изучить мир микробов, его морфологию и физиологию и составить общее представление о его роли в явлениях природы.

Мы пришли таким путем к начаткам знания, но только к самым начаткам — к гипотезам, к аналогиям, к признакам, подчас довольно шатким, к обрывкам представлений,— вот и все, что дала нам общая микробиология, и она никогда не сможет дать нам большего.

Можно ли, действительно, забывать, что все сведения были получены при условиях совершенно отличных от естественных? Применять их к естественной среде возможно только с величайшей осторожностью.

Этому мешают главным образом три обстоятельства.

Первое относится к природе искусственной среды, совершенно отличной от почвы. Микроб, хорошо изученный в лабораторных условиях, в.

почве может вести себя иначе; часто нельзя представить себе, как именно.

Второе касается условий чистой культуры, никогда не встречающихся в почве; там мы находим разнородную смесь зародышей, непрестанна борющихся между собой за энергетическое вещество.

Когда представляешь себе такую борьбу, невольно приходишь к мысли, что она-то и является регулятором и распределителем роли микробов в природе, где деятельность последних, вследствие этой борьбы, должна быть несравненно более ограниченной, чем в лаборатории.

Наконец, третье обстоятельство относится к одному из самых банальных фактов биологии. Можно ли лабораторные микробы, выращенные в искусственных культурах, отождествлять с их дикими предками, выделенными из почвы?

И можно ли объяснять естественные процессы, исходя из жизнедеятельности культур, выращенных в течение ряда поколений в термостатах? Не распространяясь особенно, скажу, что, со своей стороны я готов ответить на это отрицательно.

Но, возразят мне, почвенными микробами занималась ведь не только общая микробиология, а еще и созданная лет пятнадцать назад новая отрасль, названная сельскохозяйственной микробиологией. Кто не знает трактатов и руководств, появившихся под таким заглавием на всех языках?

Авторы их, несомненно, привели в порядок сведения, рассеянные по журналам разных стран, они резюмировали все данные, относящиеся к сельскохозяйственной промышленности, к переработке сельскохозяйственных продуктов, к их лучшему сохранению и т. п. Они сделали в общем полезную работу. Но что касается почвенной микробиологии, то современная сельскохозяйственная микробиология ограничилась тем, что заимствовала от общей микробиологии уже установленные положения. Ей посчастливилось найти там наряду с нитрификаторами и фиксаторами азота — их открытие, думаем мы, и породило мысль об автономной сельскохозяйственной отрасли! — еще много видов, которым можно было приписать различные наблюдаемые в почве процессы: аммонификацию, брожение мочевины, разложение углеродных соединений и др.

Ей оставалось только сделать выбор из имеющейся коллекции; если даже она и обогатила ее некоторыми новыми видами, наука не много от этого выиграла, так как не было разработано специального метода для наблюдения за их жизнедеятельностью в природе, и все сомнения продолжали существовать.

В этом отношении новая отрасль стоит гораздо ниже других, созданных ранее.

Действительно, взглянем на патолога. Он имеет дело с чистыми культурами и изучает их, как мы. Но его метод характеризуется опытом in vivo, при помощи которого он исследует жизнедеятельность микробов и реакцию организма.

Замените организм бродильным чаном,— это даст отражение приемов микробиолога в промышленности.

Один располагает морскими свинками, мышами, кроликами и т. п.9 Другой — бродильным чаном, при помощи которых возможно непосредственное изучение процессов, действительно происходящих. Круг опыта завершен, метод — совершенен.

А мы? Мы должны были, бы иметь дело с почвой, работать непосредственно с нею, а не довольствоваться тем, что извлекаем из нее зародыши, да и то только такие, к которым приспособлены наши методы-

Другими словами нам нех^аГает главного звена в круге опыта. Подобно садоводству, ограничивающемуся выращиванием растений, мы принуждены ограничиться выращиванием микробов, вместо того чтобы изучать почву с микробиологической точки зрения.

Вот в каком виде представилось мне современное состояние нашей отрасли микробиологии, когда около десяти месяцев тому назад я возобновил свои исследования, приняв на себя заведывание новой лабораторией Института Пастера в Бри-Конт-Робер.

Моей первой мыслью было стремление ввести звено, недостающее в цепи наших микробиологических опытов: почву!

Я хочу сказать, что столь необходимый прямой метод должен быть основан на микроскопическом исследовании почвы, в первую очередь, и на опытах с этой средой, не стерилизованной, разумеется, а в ее естественном состоянии со всей ее микрофлорой.

Я уже имел случай сообщить основы этого метода, и теперь позволю себе резюмировать их, добавив несколько наблюдений общего характера, подсказанных методом и со своей стороны подтверждающих его.

Микроскопическое исследование почвы в целях выявления ее микрофлоры никогда систематически не практиковалось.

Как на нашего предшественника, мы можем указать только на одного Конна. Этот американский бактериолог обратил внимание на то, как полезно параллельно с чашечным методом, производить прямое микроскопическое исследование почвы, и уже в 1918 г. предложил соответственный метод, который, впрочем, оказал мало влияния на господствующие методы.

От него не ожидали обыкновенно ничего, признавая невозможным отличать микробы среди всевозможных частиц почвы, тем более, что гель почвы жадно удерживает основные краски, считавшиеся лучшими, и полностью маскирует в препарате микробов.

К счастью, мы скоро убедились, что такой пессимистический взгляд очень преувеличен и что вполне возможно получить безупречные препараты, пользуясь кислыми красками.

При их помощи можно составить точное представление о микробах, господствующих в данной почве.

Вид, представленный в меньшем количестве, имеет, само собою разумеется, больше шансов ускользнуть от наблюдения.

Споры совсем невидимы, если только они не содержатся в огромном количестве, ибо споры не окрашиваются кислыми красками.

Словом, картина микрофлоры под микроскопом будет состоять из преобладающих в данный момент видов. Это и определяет, по нашей терминологии, биологическое состояние почвы. Такое состояние обусловлено, следовательно, совокупностью активных форм, предполагаемых возбудителей микробиологических процессов, происходящих в данный момент в почве. Но, кроме активных, в ней заключаются еще и неактивные формы, чаще всего споры, представляющие собою ее потенциальные силы. Как можно подойти к их инвентаризации?

Мы ответим: надо нарушить биологическое равновесие почвы, внеся в нее какие-нибудь энергетические вещества, например, удобрения. Такие вещества вызовут развитие зародышей, до того бывших неактивными, появятся новые формы и мы увидим то, что мы называем биологической реакцией почвы, соответствующей внесенному энергетическому веществу.

Из вышеизложенного видно, как важно иметь контрольную почву, сохраняющую неизменное биологическое состояние. Микробиолог найдет ее на своем опытном поле, выбрав участок пахотной земли, возможно долго не получавший никакого удобрения, рыхлой и свободной от всякой растительности. Он начнет с прямого изучения ее микрофлоры под микроскопом. Он увидит, что она состоит почти исключительно из и о к к о в различной величины и с различным способом деления, часто соединенных в мелкие колонии, фиксированные на хлопьях геля. Только в редких случаях он встретит настоящих споровых бацилл, мицелий гриба, простейших. Затем он перейдет к изучению форм в скрытом состоянии при помощи указанного нами способа, который мы уточним ниже.

Вы видите, что наш метод с самого начала приводит к двум заключениям, которые не могут не оказать влияния на его развитие:

1.         Микрофлора контрольной почвы не зависит от притока питательных веществ извне; она развивается за счет веществ, содержащихся в нормальной почве; мы имеем, следовательно, право считать, что она представляет собою автохтонную микрофлору этой почвы.

2.         Наоборот, развитие зародышей, находящихся в ней в состоянии покоя, зависит от энергетических веществ, вносимых извне, от удобрений в самом широком смысле слова; их жизнедеятельность в почве бывает, следовательно, перемежающейся; они не принадлежат к автохтонной микрофлоре нормальной почвы, они появляются вместе с разлагающимися веществами, попадающими или вносимыми в почву.

Надо, значит, различать эти две группы, столь непохожие одна на другую с точки зрения их роли в почве! Жизнедеятельность первой выражается в медленном сгорании, второй — в явлениях разложения или брожения, более или менее бурных, в зависимости от характера внесенного в почву вещества.

Мы подошли к вопросу о том, каким путем следует изучать функции второй группы, гораздо более многочисленные и разнообразные, чем функции первой.

Мы имеем в распоряжении два метода, которыми надо пользоваться параллельно.

Первый, уже указанный ранее, заключается в исследовании биологической реакции, вызванной энергетическим веществом. Если бы в этой реакции принимало одновременно участие много видов, то получился бы, очевидно, хаос, из которого нельзя было бы сделать никаких выводов относительно функций отдельных видов или групп.

К счастью, это не так, что можно было, впрочем, предвидеть заранее на основании известных нам фактов о специализации функций в мире микробов.

Действительно, только немногие виды — два, три, а иногда и один единственный вид — найдут при данной конъюнктуре оптимальные для себя условия; их обильное развитие сразу обратит на себя внимание; и число видов будет тем меньше, чем более элективны будут условия.

В результате разовьется богатая культура этих видов в самой опытной ночве, культура, конечно, смешанная, но гораздо более показательная с точки зрения жизнедеятельности микробов в почвенной среде, чем чистая культура в условной среде.

Иллюстрацией может служить самый простой пример. Прибавим к почве немного пептона. Нам известно, что почва не содержит бацилл в активном состоянии. Исследуем ее, после того как она простояла несколько часов в термостате при 30°. Мы увидим, что все поле нашего препарата покрылось бесчисленной массой нитевидных бацилл; на каждый грамм почвы их приходитр# не менее 50 млрд. Среди них можно отчетливо различить, по крайней^мере в нашей почве, только два вида: один крупного, другой более мелкого размера; они развились, вытеснив всех остальных. Можно ли сомневаться, что эти два вида бацилл расщепляют протеиновые вещества почвы, раз они так быстро размножаются за счет последних?

Повторим тот же опыт с другими наиболее распространенными в природе химическими соединениями — сахаром, крахмалом, целлюлозой, органическими кислотами и т. п., возьмем, наконец, сырые материалы,— солому, навоз — и мы получим представление, иногда довольно точное, о микробах, вызывающих разложение этих веществ в почве. И чем длиннее будет список таких веществ и чем разнообразнее условия опыта, тем полнее будет произведен биологический анализ почвы.

Особенно важным надо считать изменение условий при внесении питательных для микробов веществ.

В почве, бедной усвояемым азотом, подобной нашей контрольной, реакцию определяет процентное содержание азота. С внесением глюкозы или маннита, например, поле зрения микроскопа заполняется фиксаторами азота, которые сменяются все новыми и новыми видами при прибавлении минимальной дозы азота и особенно при постепенном увеличении его процента.

Влажность и аэрация также оказывают часто решительное влияние на почвенную микрофлору.

Остановимся теперь на втором способе, который вполне пригоден для той же цели: культура на твердом кремнекислом геле. При посеве на нем почвы получаются самопроизвольные культуры, которыми мы пользуемся для выделения зародышей почвы с целью их дифференциации и для выяснения пейзажа почвенной микрофлоры в данный момент.

Состав среды в чашках должен, по возможности, соответствовать куль- туре — почве, пейзаж которой мы хотим воспроизвести. Другими словами, искусственная среда должна заключать в себе во всех случаях то же самое или те же самые вещества, которые вносят в почву. Образцы будут, следовательно, многочисленны и разнообразны.

Вот в немногих словах принципы предлагаемого нами методам

Он не может еще пока претендовать на то, чтобы дать определенные закономерности на все случаи. Но он ставит микробиолога в прямое соприкосновение с предметом его изучения — почвой.

Этот метод заставляет его изучать путем микроскопического исследования автохтонную микрофлору почвы; культивировать зародыши этой почвы в ней самой, внося в нее энергетические вещества при условиях, приближающихся к естественным; он, наконец, предписывает ему способы, культуры, более соответствующие специальным функциям почвенных микробов.

Нельзя еще сказать, даст ли новый метод возможность продвигать нашу науку правильными и мерными шагами. Но можно надеяться, что он сдвинет исследования в области почвенной микробиологии с мертвой точки, на которой они стоят уже много лет.

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