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

НОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО МОРФОЛОГИИ И ФИЗИОЛОГИИ АЗОТОБАКТЕРА

Многочисленные исследования микробиологов, проведенные в течение последних тридцати лет с группой азотобактера, решительно подтвердили способность этих микроорганизмов фиксировать молекулярный азот в лабораторных условиях при размножении на искусственных средах. После того как этот важный результат был окончательно установлен, возник вопрос, каковы условия деятельности азотобактера в естественной среде. Было совершенно очевидно, что опыты с чистыми культуpaW на средах с сахаром, как бы многочисленны и тщательны они ни были, не могут дать об этом надлежащего представления. В этом случае, как и во всех других вопросах агробиологии, разрешавшихся при помощи общепринятых методов общей микробиологии, экологический подход отсутствовал.

Мы попробовали ввести его в наши исследования, применяя методику, которая позволяет следить за поведением всего микробного ценоза почвы, на пластинках из кремнекислого геля, пропитанных определенными веществами, снабженными или лишенными связанного азота. Отсутствие такого азота оказалось первым необходимым условием появления азотобактера на пластинках. Что касается вносимых питательных веществ, то не сахара способствовали преобладанию этого микроорганизма на средах, но вещества меньшей питательной ценности, а именно спирты и кислоты жирного ряда с 2—4 атомами углерода: этиловый спирт, нормальный бутиловый и соли уксусной, пропионовой и масляной кислот, которые являются конечными продуктами при самых обычных видах брожения в почве. Гель, снабженный одним из этих соединений в качестве единственного энергетического вещества и лишенный в то же время азота, был заполнен исключительно азотобактером, который вытеснял всю остальную микрофлору, в то время как в присутствии аммиачного или нитратного азота она в большей или меньшей степени всегда брала верх над этим азотфиксатором.

Было полной неожиданностью встретиться с точно таким же воздействием на азотобактер солей бензойной кислоты при условии применения их в слабых концентрациях, как, впрочем, это практикуется и по отношению к другим веществам в подражание условиям, чаще всего встречающимся в почве. Факт, интересный с экологической точки зрения, так как эту кислоту находили в почве, где она, повидимому, образуется при разложении лигнина.

Эти первые наблюдения намечали направление, которому можно было следовать при изучении специальной экологии группы фиксаторов азота. Они позволяли предположить, что «плохие» питательные вещества как раз используются азотобактером в природных условиях, где этот микроб начинает размножаться лишь к концу разложения растительных остатков. Именно в это время среда уже истощена азотом, но обогащена продуктами брожения, недоступными для самих возбудителей его из-за бедности почвы связанным азотом.

Предпринимая в настоящее время пересмотр всей этой группы микроорганизмов, таких интересных и важных для понимания круговорота азота в почве, надо было отказаться от методики, установленной многие годы тому назад и заслужившей упрек, что она завела в тупик изучение роли азотобактера в природе.

Прежние рецепты сред, с нашей точки зрения, грешили не только подбором питательных веществ, но и тем, что они предоставляли одно и то же питательное вещество всем видам группы азотобактера, не Давая им в этом смысле свободы выбора.

Нами же маннит и глюкоза были заменены целым рядом веществ: этиловым спиртом, нормальным бутиловым, уксусно- и маслянокислым кальцием и бензойнокислым кальцием или натрием. Среда приготовлялась с прибавлением одного из этих соединений к раствору минеральных солей без азота и или применялась как таковая или служила для пропитывания кремнекислого геля.

Предложенные рецепты сред оказались гораздо лучше прежних, когда дело касалось выделения азотобактера: культуры микроба вырастали более типичными и менее загрязненными посторонними видами, от которых не всегда легко избавиться. Подвергнутые испытанию в строго одинаковых условиях, различные виды этой группы обнаружили черты, которые отличали их друг от друга с физиологической точки зрения. Маннит и глюкоза были включены в эти опыты.

Приводим несколько примеров первых полученных результатов.

Вид 1. Предпочтительное питание: этиловый спирт, соли масляной и уксусной кислот. Во вторую очередь: маннит, глюкоза. На солях бензойной кислоты не растет. 1

Вид 2. Предпочтительное питание: этиловый спирт, маннит, соли бензойной кислоты. Во вторую очередь — бутиловый спирт. Не растет на солях уксусной и масляной кислот.

Вид 3. Предпочтительное питание: этиловый спирт, соли масляной и уксусной кислот, глюкоза. Во вторую очередь — бутиловый спирт. Не растет на манните и солях бензойной кислоты.

Вид 4. Питание: соли уксусной, масляной кислот. Не растет на этиловом, бутиловом спиртах, солях бензойной кислоты, глюкозе, манните.

Легко видеть, до какой степени различны потребности в смысле качественного состава питательных веществ этих четырех форм азотобактера, объединяемых обычно авторами в один общий род Azotobacter.

Таким образом, к физиологической, резко выраженной особенности азотобактера усваивать азот воздуха, которая до сих пор почти исключительно занимала внимание физиологов, надо прибавить теперь еще не менее замечательную другую, а именно его специфическую приспособленность к утилизации органических веществ простого строения. Таковыми являются конечные продукты разложения растительных остатков. Окисляя эти отходы, азотобактер — возбудитель фиксаций азота — заставляет молекулярный азот вступать в химическую реакцию.

Склонность азотобактера к указанным веществам, кроме сравнительных опытов в культурах, подтверждается еще тем фактом, что его морфологические свойства всегда сохраняются при этом нормальными, чего не наблюдается в культурах с сахарами.

Чтобы составить себе представление об этой нормальной морфологии, необходимо было предпринять систематическое изучение группы азотобактера: нельзя было также избежать критики ошибок, которые накопились в этой области.

Не задерживаясь на них слишком долго, заметим только, что чрезвычайный плеоморфизм, приписываемый азотобактеру, является в значительной степени иллюзией, которая объясняется, с одной стороны, тем, что при смешанном размножении различных видов этой группы, трудно их различить и разделить, с другой стороны, незнанием цикла их развития.

В этот цикл входят: молодая форма, очень часто подвижная, вытянутая в палочку или в нить, взрослая форма, затем старая форма меньшей величины, готовящаяся к инцистированию, и, наконец, цисты, которые выполняют роль покоящихся форм. Эти последние образования уже наблюдались и раньше, но инцистирование не признавалось обязательной конечной стадией развития для видов группы азотобактера. Между тем оно является наиболее характерным морфологическим признаком всей этой^руп- пы, дающим возможность ставить диагноз в сомнительных случаях.

Образование цист происходит таким образом, что старая клетка микроба окружается плотной двуслойной оболочкой или капсулой, наружный слой которой иногда гранулирован или покрыт мельчайшими выростами. Таким образом, есть все основания говорить о цистах.

Так же как при образовании спор у бацилл, нормальное развитие азотобактера должно закончиться общим инцистированием, за исключением отдельных редких клеток, претерпевающих инволюционные изменения и конечный автолиз. Это явление наблюдается регулярно у штаммов, све- жевыделенных из природных условий и культивируемых на средах, состав которых мы отметили. Но далеко не так обстоит дело со штаммами, сохранявшимися в течение долгих генераций на средах, богатых сахаром. Среди них мы даже наблюдали штаммы, которые полностью утратили способность инцистироваться.

Совершенно очевидно, что эти штаммы, превратившиеся за время своего искусственного культивирования в инвалидов, которые обнаруживают и другие несомненные признаки дегенерации, не могут больше служить для изучения «почвенного» азотобактера, независимо от того, какой этикеткой снабжена культура.

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