О РАЗРУШЕНИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ПОЧВЕ

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

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Ван-Итерсону  обычно приписывают честь привлечения внимания микробиологов к тому факту, довольно очевидному, что разрушение целлюлозы идет не только без доступа воздуха, но также и в его присутствии, и притом более энергично. Фильтровальная бумага, засеянная почвой или илом, через 4—5 дней покрывается желтыми или коричневыми пятнами и превращается в бесформенную массу. В ней можн.о обнаружить смесь различных микроорганизмов, где преобладают короткая палочка и кокк, так что автор был вынужден заключить, что палочка, названная В. ferrugineus, является активным возбудителем процесса, а кокку он приписывал стимулирующее действие, механизм которого не ясен.

Но все усилия автора выделить организмы из его накопительных или обогатительных культур были тщетны. Никогда, по его признанию, разложение клетчатки не удавалось воспроизвести при помощи чистых культур, которые были получены с первоначальной среды, где это явление было очень хорошо выражено. Вследствие этой неудачи автор приостановил свою работу и направил свои исследования на грибы, разрушающие целлюлозу, которые выделялись легче.

В 1912 г. этот вопрос был вновь поднят Келлерманом и его сотрудниками — Мак-Бесом, Скейлсом и Смитом . Их исследования, очень обширные, длившиеся несколько лет, по мнению авторов, окончательно разрешили проблему разрушения целлюлозы в природе.

Ими было выделено 30 видов мелких палочек, все новые виды, их куль- туральные свойства тщательно описаны на двадцати двух бактериологических средах. Они там хорошо размножались, особенно на крахмальном агаре. Но, что касается самого основного, способности воздействовать на целлюлозу, то среди всех наблюдений авторов ни один факт не устанавливает этого убедительным образом.

Основой их методики является новая среда — целлюлозный агар. Он состоит из агаризованной суспензии преципитата целлюлозы с добавлением сульфата аммония и минеральных солей. Методика приготовления состоит в растворении фильтровальной бумаги в медноаммиачном растворе и в осаждении соляной кислотой или в растворении в концентрированной серной кислоте и в осаждении избытком воды. Эта среда служила для выделения бактерий, выросших в накопительной культуре, и для отбора тех, которые проявляют растворяющее действие на осажденную целлюлозу в агаре. На этой среде авторы видели мелкие колонии, окруженные прозрачными зонами, не превышающими 1 мм в диаметре. Они, не колеблясь, приписали им энзиматическое действие на целлюлозу и отнесли их к возбудителям бактериального разрушения целлюлозы в почве.

Бесполезно возвращаться к спору о показательном значении этих зон, если только нет никаких средств, чтобы решить, есть ли это действительно растворение или только простое оттеснение колонией тонкого аморфного осадка в толщу агара, может быть размягченного под ее воздействием. Очевидно, что единственное средство для доказательства наличия какого- либо действия, это измерение его результата. Авторы даже не пытались поставить опыт подобного рода. Наоборот, они указывают, что эта способность очень легко теряется, а это означает, что на различных бульонах культура исчезает, перестает развиваться.

Если даже допустить, вместе с авторами, что прозрачные зоны являются проявлением энзиматического действия на осадок, заключенный в агар, следует ли отсюда, что колонии, которые образуют эти зоны, способны разлагать целлюлозу волокна, тот естественный и столь устойчивый продукт, который мы находим в почве? Как нас учит химия целлюлозы, не существует растворителя для этого вещества. Нельзя отождествлять осадок, которым пользовались авторы, и естественную целлюлозу. Тем более, что в случае естественного разрушения дело идет не только о чисто химическом воздействии, но и о биологическом приспособлении, подобном случаям паразитизма, которое должно играть роль в воздействии на нерастворимое органическое вещество. В общем, эти исследования очень мало продвинули вперед наши познания в этом вопросе.

Первая веха в этой проблеме после стольких лет застоя была поставлена в 1919 г. замечательной работой Гэтчинсона и Клэйтона, сделанной в Ротамстеде . Организм, выделенный ими из почв знаменитой агрономической станции, названный Spirochaeta cytophaga, проявил себя как наиболее энергичный аэробный возбудитель разрушения волокнистой целлюлозы со специфической функцией.

Если поинтересоваться причиной их успеха, то ее можно найти в применяемой ими методике, которая с самого начала была основана на функциональной специфичности организма и на неотступном применении элективной среды.

Чтобы избегнуть повторения, рассмотрим результаты английской работы с точки зрения наших данных об этом организме или, вернее, об этой группе организмов, которых мы называем Cytophaga, переменив их видовое название на родовое. Основания к этому будут видны из дальнейшего.

Важная работа Гэтчинсона и Клэйтона не нашла продолжателей и вообще не привлекла того внимания, которого она заслуживала. Она даже не упоминается во многих работах, появившихся между 1919 и 1926 гг.

Работы Гроневеджа , Сака , Грея и Челмерса  оставляют одно и то же впечатление: трудности разделения и дифференцирования бактериальной смеси, которая размножается на среде, содержащей целлюлозу. Авторы не создают методики, которая облегчила бы эту дифференциацию, и не дают точного описания выделенных ими организмов, без чего нельзя быть уверенным, что они не имели дело со смесью многих видов, содержащей среди других те или иные виды, воздействующие на целлюлозу.

Это имеет место в особенности в работе Грея и Челмерса «О стимулирующем действии некоторых органических веществ на разложение целлюлозы новым аэробным микроорганизмом, который разлагает целлюлозу так же как и агар». Эти авторы полагают, что они выделили микроорганизм, названный Мicrospira agar-liquefaciens, ничего не говоря о том, как это сделано. Этот микроб, совершенно не специализированный, хорошо развивается на мясном бульоне, на питательном агаре и желатине и т. д. Под действием этого микроба бумага, погруженная в минеральный раствор, разрушается, но если его посеять штрихами на бумагу, лежащую на поверхности агара, он не развивается. Что же касается стимулирующего действия на этот процесс некоторых гексоз и пентоз, которое наблюдалось в двух сериях опытов, то в третьей серии оно превратилось в тормозящее, хотя условия существенным образом не менялись. Этим противоречивым результатам трудно найти другое объяснение, кроме того, что авторы имели дело со смесью видов, которая, как известно, всегда дает непостоянные результаты. Если добавить, что схематические рисунки, где можно видеть на волокнах палочки или вибрионы вместе со спириллами и кокками, не дают никакого представления о микроскопическом характере культуры, то мы вынуждены будем заключить, что существование этого нового микроба в том виде, как он описан, сомнительно.

Наши исследования этого вопроса начинаются с 1925 г. Пользуясь методами, которые основаны главным образом на применении кремнекислого геля, мы убедились, что, заражая эту среду комочками почвы, мы леягко выделяем микроб Гэтчинсона и Клэйтона, еще мало известный в лабораториях. Мы рекомендовали эту методику, как дающую наилучшие результаты . Эти первые наблюдения были опубликованы в работе, появившейся в октябре 1926 г. 

Среда из кремнекислого геля, приготовленная несколько иначе, была применена для той же цели Бояновским  в 1925 г. и Ваксманом в 1926 г. Этот последний, кроме того, счел метод, состоящий в посеве маленьких комочков почвы на гель, покрытый кружком фильтровальной бумаги, очень удобным для показа наличия и природы бактерий из вида Spiro- chaeta cytophaqa Н et С, способных воздействовать на целлюлозу; это подсказало ему верную мысль, что «только специфические и элективные среды желательны для обнаружения, выделения и изучения этих бактерий».

Как можно видеть, применение этой среды направило исследования на правильный путь, показав, что микроб из Ротамстеда, которому сами авторы придавали лишь скромное значение, распространен повсеместнот и есть все основания считаться с его деятельностью во всех почвах.

Продолжая эти исследования, всегда пользуясь одной и той же методикой, мы убедились в разнообразии аэробных бактерий, разрушающих волокна целлюлозы, и мы их разделили предварительно на две группы: 1) Cytophaga и 2) вибрионы, которые мы кратко охарактеризовали. Эти наблюдения были описаны в работе, представленной Академии Наук в феврале 1927 г.

В третьей работе мы попытались дать общую характеристику химического действия всех этих специфических организмов на волокнистую целлюлозу .

Упомянем, наконец, важные работы Ваксмана и его школы  , которые способствовали нашему ознакомлению с ходом процесса в почве и с условиями, которые им управляют. Ход процесса прослеживается: 1) путем определения количества выделенной углекислоты, 2) путем определения количества разрушенной целлюлозы. Опыты привели к заключению, что процесс зависит в первую очередь от количества ассимилируемого азота в почве, всегда содержащей активных возбудителей процесса, но активность которых может проявляться только в присутствии азота.

Что же касается возбудителей процесса, то исследования Ваксмана затрагивали только общую активность трех классов организмов, обитающих в почве: грибов, бактерий и актиномицетов, не имея в виду определенных видов. Он исследовал, какое участие они принимают в процессе,, учитывая размножение, которое начиналось после добавления в почву измельченной бумаги. Предварительные наблюдения в этом направлении привели ученого к выводу о преобладающей роли грибов, с оговоркой, что средой, которая употреблялась для подсчета бактерий, был альбуминный агар. Позднейшие наблюдения, с применением кремнекислого геля, менее убедительны в этом смысле. Они показывают, что наряду с грибами активно действуют и аэробные бактерии. Актиномицеты действуют только в тех случаях, когда первые две группы угнетены, например, в более сухих почвах .

Наконец, в последнем сообщении Рэне Дюбо  подводит итог работе, сделанной под руководством Ваксмана; в этом сообщении можно найти короткую характеристику пяти новых микроорганизмов, выделенных из различных почв вместе с Cytophaga.

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