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

ХОД НИТРИФИКАЦИИ В СМЕШАННЫХ КУЛЬТУРАХ

При изучении культур, засеянных почвой, наше внимание привлекают следующие три момента: 1) нитрификация приводит к полному исчезновению аммиака; 2) она начинается с образования нитрита, продолжающегося вплоть до исчезновения аммиака; 3) лишь после прекращения образования нитритов вследствие отсутствия аммиака, начинается образование нитратов, заканчивающееся полным окислением нитритного азота.

В результате нескольких последовательных пересевов на один и тот же раствор нитрификация приобретает все более правильный характер; начало ее наступает на 4—5-й день, исчезновение аммиака на 8-й, что соответствует окислению 10 мг сернокислого аммония или 2 мг аммиачного азота в день. Для увеличения количества организмов в среде и интенсификации процесса полезно прекратить пересевы и, после исчезновения аммиака, ввести в культуру новые порции аммонийной соли. В итоге через несколько дней производительность культуры увеличивается в четыре раза, через 5 дней в пять или шесть раз, а по прошествии трех недель культура в состоянии ежедневно окислить от 100 до 200 мг сульфата аммония, что равно 20 мг азота. На этой стадии развития рекомендуется перелить куль- туру в большую колбу с плоским дном, диаметром в 25 см, и увеличить количество карбоната.

Соотношение нитритов и нитратов в ходе пересевов широко колеблется. Иногда образование нитратов наступает тотчас же после окончания образования нитритов, иногда же нитрит остается без изменения в течение неопределенно долгого времени. В частности, если количество аммиака возобновляется немедленно после его исчезновения, нитрит почти не окисляется, в то время как при введении аммиака через более или менее долгие промежутки образуются некоторые количества нитратов.

Ход процесса в основных чертах остается одинаковым, независимо от происхождения образца, служившего для посева. Он начинается каждый раз с обильною образования нитритов, иногда сопровождаемого продукцией нитратов. При проведении пересевов в момент исчезновения аммиака окисления нитритов в дочерних культурах не наблюдается. Работая с образцами почв, взятыми в различных точках земного шара, мы установили следующее: в сериях, происшедших от двух европейских и двух азиатских образцов, образование нитратов прекратилось уже после первых пересевов; в сериях из четырех африканских и двух южно-американских образцов оно продолжалось в течение многих пересевов; все же в конечном счете образование нитратов прекратилось во всех сериях, кроме серии Квито (Эквадор).

Это явление казалось загадочным и лишь углубленное изучение микробиологической стороны процесса позволило раскрыть его причины. Ранее уже было сказано, что агрохимики считали нитриты продуктом неполного окисления, вызываемого недостаточной аэрацией и другими неблагоприятными факторами. Уорингтон первый стал искать причины этого явления в природе самого возбудителя, способного осуществить полное окисление, но в «ослабленном» состоянии останавливающегося на образовании азотистой кислоты. Этот ученый, как и ряд других, не решился четко выделить две фазы нитрификации, как два самостоятельных явления, осуществляемых каждое специфическим микроорганизмом. Подобный взгляд представлялся чрезмерным развитием биологической доктрины. Онр не хотели стать на эту точку зрения, не попытавшись предварительно найти какое- либо другое объяснение.

Так, Мюнц приписал нитрификацию в почве действию углекислоты, освобождающей азотистую кислоту, которая затем сама подвергается произвольному окислению. Однако эта теория опровергается вышеописанными опытами, в которых нитрификация в водных растворах то шла так же хорошо, как и в почве, то даже не начиналась, несмотря на одинаковые внешние условия. С другой стороны, нитриты в почве при известных условиях могут быть столь же неизменными, как и в жидкой культуре. Наконец, опыты с насыщением раствора нитритов углекислотой в присутствии карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов показали, что в подобном растворе нитрификация не развивается.

Теория постепенного ослабления возбудителя нитрификации также не в состоянии ответить на данный вопрос, ибо экспериментально доказано, что окисление нитритов совершенно не зависит от условий культуры; если это свойство исчезает, его уже невозможно восстановить. Кислородный режим не оказывает никакого влияния на окисление нитритов. Зачастую концентрация нитритов в культуре после завершения процесса их образования остается неизменной в течение многих месяцев.

Из всех этих опытов видно, что мы имеем дело с двумя самостоятельными функциями, каждая из которых осуществляется особым микроорганизмом. На первый план выступает необходимость расчленения этих процессов и выделения и изучения их возбудителей. После того как все внимание было сосредоточено на этом моменте, разделение двух возбудителей было легко осуществлено.

Для этого оказалось достаточным заменить раствор аммонийных солей 0Д% раствором нитрита натрия. Нитритная реакция постепенно ослабевала и по прошествии 15 дней исчезла. Через два пересева культура потеряла способность окислять аммиак, вследствие чего уже вторая генерация не оказывала никакого воздействия на растворы аммонийных солей;

13 них не происходило ни окисления аммиака, ни тем более окислеиия нитритов.

Все описанные выше факты образования нитритов в неочищенных культурах (т, е. в культурах со смешанной микрофлорой) легко объяснить с "точки зрения самостоятельности обоих процессов. Так как дело идет о двух различных микроорганизмах, результаты пересева зависят от момента взятия посевного материала; если он совпадает с нитритной *азой или производится тотчас по ее окончании то, по всей вероятности, в новой культуре разовьется лишь нитритный микроб, без сопровождения своего запаздывающего спутника. Если же выждать завершения окисления нитритов, результат будет совершенно иной. Наконец стали ясны причины непроизвольного отсеивания нитратного микроба, которое приводило в жидкой среде к образованию одних лишь нитритов. Стало также понятно, что более активные или выносливые штаммы нитратного микроба лучше переносили неблагоприятные условия, как это было, например, с микробом из почвы Квито; он сохранил свою активность, несмотря на семь пассажей.

Оставалась еще неясной причина антагонизма, существующего между двумя фазами нитрификации, вследствие которого образование нитратов было, казалось, оттеснено на второй план. Действительно, неоднократно отмечалось, что оно начинается лишь после завершения нитритной фазы или незадолго до этого, причем внесение каждой новой порции аммиака вызывает его торможение. Некоторые ученые склонны были приписать это явление антагонистическому действию обильной флоры нитритного микроба, подавляющей развитие немногочисленного нитратного организма. Однако Уорингтон [17] выдвинул гипотезу об угнетающем действии солей аммония на нитратный микроб. Наши исследования эту гипотезу подтвердили, о чем будет итти речь ниже.

Все наблюдения, описанные в предыдущих главах, проводились над культурами, не прошедшими никакой специальной очистки, кроме обычных пересевов. Помимо нитрификаторов, в таких культурах всегда встречаются сопутствующие формы, находящиеся в бездеятельном, почти латентном состоянии. Их присутствие нисколько не мешает изучению нитрификации. Опыты с жидкими культурами очень поучительны и могут быть осуществлены даже лицами, не имеющими специального бактериологического образования. Это обстоятельство явилось одной из причин, заставивших меня уделить данным экспериментам столь большее внимание, прежде чем перейти к опытам с чистыми культурами специфических возбудителей.

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