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

Углеродное питание нитритного микроба

Ассимиляция углекислоты

Важным и неожиданным для бактериологов отрицательным свойством нитрификаторов была невозможность их развития за счет органических питательных веществ и нетерпимость к сколько-нибудь значительным количествам этих веществ.

С момента открытия мной нитрифицирующих микроорганизмов мое внимание всегда привлекала их способность к пышному росту на чисто минеральных средах. Замена ключевой воды дистиллированной не оказывала на эти организмы никакого неблагоприятного влияния. Для выяснения, действительно ли эти микробы могут обходиться неопределенно долгое время без малейших следов органических веществ, были применены разные приемы, чтобы освободить от них культура л ьную жидкость. Вся стеклянная посуда обрабатывалась горячей хромовой смесью: дистиллированная вода повторно перегонялась в приборе, состоящем исключительно из стекла. Что же касается солей, то сернокислый магний, фосфорнокислый калий и мел прокаливались, причем последний дополнительно насыщался углекислотой. Для приготовления чистого сернокислого аммония аммонийная соль, перекристаллизованная с содой, разлагалась с выделением аммиака, который улавливался разведенной серной кислотой. Кислота эта до разведения кипятилась и затем разводилась в десяти объемах воды. Вместо обычных ватных пробок применялись тампоны из прокаленного асбеста.

В таких условиях культура велась в течение четырех месяцев; за это время было сделано до 10 пересевов. Культуры одинаково хорошо развивались на свету и в темноте. Из этих опытов следовало, что нитритный микроб оказался в состоянии ассимилировать углекислоту в процессе, не зависящем от действия света. Каким бы логичным ни был этот вывод, он нуждался в прямом количественном доказательстве вследствие его чрезвычайно важного теоретического значения. Требовалось доказать наличие накопления органического углерода в нитрифицируемой среде, в которой в начале культивирования отсутствовали малейшие следы его, или же доказать обогащение культур углеродом по сравнению со стерильными контролями.

Для определения углерода в жидкой среде был избран [24] метод, разработанный Вольфом, Дегенером [26] и Герцфельдом [27]: жидкость освобождается от карбонатов, после чего производится сжигание содержащегося в ней органического углерода в смеси бихромата и серной кислоты; освобождающаяся при этом углекислота собирается в приемник с раствором едкого калия и определяется взвешиванием. Со всеми подробностями вышеописанного метода можно ознакомиться в ^цитированной работе или в книге Тимана и Гертнера «Руководство по изучению вод». Отметим, что все анализы проводились в приборе, целиком состоявшем из стекла, без каучуковых соединений. Проверка работы прибора обнаружила, что получаемые данные на 1,5—2% меньше, чем при обычных методах элементарного анализа. Необходимо было также убедиться, что присутствие нитритов не оказывает никакого влияния на результаты определений. Было установлено, что применение дополнительной промывной склянки с фенолсерной кислотой полностью устраняет влияние нитритов.

Техника самого определения такова: культуру фильтруют через тампон из прокаленного асбеста, который затем переносят в колбу для сжигания. Определение растворимого и нерастворимого углерода производилось в половине культуральной жидкости после ее упаривания до 10—15 мл.

Видно  что количества ассимилированного углерода достаточно велики, для того чтобы уничтожить все сомнения относительно способности нитритного возбудителя ассимилировать углекислоту.

Важность достшнутых результатов с точки зрения общей физиологии очевидна. Они подтверждают следующий неожиданный факт: а с с и м и- л я ц и я углекислоты в природе имеет место не только в процессе фотосинтеза (это положение принято во всем мире как общий закон для живых существ), но также и при хемосинтезе, без участия лучистой энергии.

Так как окисление аммиака является для нитритного организма единственным источником энергии, то можно ожидать, что количество ассимилированного углерода будет пропорционально количеству окисленного аммиачного азота. В приводимой таблице даны эти количества в миллиграммах и подсчитано отношение N : С для четырех культур.

Окисленный азот     722,0 506,1 928,3 815,4

Ассимилированный углерод          19,7 15,2 26,4 22,4

Отношение N : С .                 36,6 33,3 35,2 36,4

Из таблицы видно, что на одну часть углерода приходится в среднем 35 частей окисленного азота.

Против этих результатов, утверждающих, что бесцветный организм в состоянии ассимилировать углекислоту, выступил Эльфвинг [28]. Он высказал сомнение в их истинном значении, исходя из возможности абсорбции летучих органических веществ, постоянно присутствующих в воздухе лаборатории. Он сообщает об одном опыте с плесневым грибом, в кото- тором действительно имела место эта абсорбция. Из данных опыта видно, что прирост органического углерода в этом случае был невелик, в особенности если принять во внимание, что Эльфвинг работал с воздушным мицелием, способным улавливать летучие вещества из воздуха. Несмотря на это, в опыте с пятью культурами, длившемся 5 месяцев, прирост органического углерода не превышал полученного нами в одной культуре за вдвое более короткий период. При этом нужно принять во внимание, что интенсивность абсорбции жидкой культуры не на много превышает интенсивность этого процесса в контроле, так как клетки отделены от воздуха слоем жидкости. Определение, сделанное в контроле, укажет нам поправку, которую следует ввести в данные анализа. Наконец, отношение N : С, указывающее на зависимость ассимилированного углерода от количества окисленного азота, является решительным аргументом против замечаний Эльфвинга.

Годлевский [29] вновь предпринял изучение этой проблемы. Он работал с нитритным микробом, выделенным согласно нашим указаниям. Опытные культуры содержались под тремя колоколами, в которые воздух мог проникнуть, лишь пройдя через серную кислоту (1-й колокол), раствор иерманганата (2-й колокол) и раствор едкого калия (3-й колокол). Нитрификация шла только под двумя первыми колоколами, под третьим же .процесс не развивался. Отсюда можно сделать следующие выводы: 1) летучие органические вещества не являются необходимыми для процесса и 2) эти организмы ассимилируют только свободную углекислоту пли связанную в форме бикарбонатов, но не могут усваивать углекислоту нейтральных либо щелочных карбонатов.

В позднейших работах этот ученый пользовался четырьмя колбами, снабженными барометрическими трубками. В каждую колбу вносилось по 100 мл жидкой среды для нитрификации; углекислота вводилась только в первые две колбы. Нитрификация прошла нормально в двух первых сосудах. В одном контрольном сосуде, лишенном углекислоты, она не развилась, в другом протекала нормально. Последний сосуд, в отличие от остальных, был закрыт корковой пробкой, которая выделяла углекислый газ и тем способствовала началу процесса.

Мы не можем безоговорочно согласиться с мнением Годлевского об абсолютной необходимости добавления свободной углекислоты для того, чтобы вызвать начало окисления, так как для этого достаточно очень малых количеств С02. Однажды начавшись, процесс будет продолжаться до полного исчерпания всего наличного аммиака. Рост культуры будет зависеть главным образом от количества посевного материала и его активности.

Влияние различных органических и неорганических веществ на образование нитритов

Нам кажется вполне вероятным, что углекислота является для нитрификаторов единственным источником усвояемого углерода. Действительно, все попытки заменить ее какими-либо органическими веществами всегда оказывались безуспешными. Более того, постоянно отмечалось угнетающее действие даже малых доз названных веществ. Так как этот эффект наблюдался в чистых культурах, здесь было исключено антагонистическое влияние посторонних видов или вредное воздействие продуктов их обмена. С точки зрения микробиологии нитрификации мы относим питательные органические вещества, в частности отличающиеся высокими питательными свойствами, к антисептикам, или точнее говоря, к веществам, оказывающим антинитрификационное действие [30].

Особенно велико влияние глюкозы и пептона. Так, добавление 0,025% этих веществ задерживает нитрификацию в среднем на 10 дней, 0,5% — на 15 дней, 0,1 %— на 30 дней, 0,2 % вызывает полную остановку процесса. Можно сказать, что специфическое действие антинитрификаторов сильнее, чем действие настоящих антисептиков (фенола, крезола, резорцина, салициловой кислоты) на банальные формы.

Нитритный микроб, проявляя чрезвычайную чувствительное!ь к органическим веществам, значительно слабее реагирует на присутствие неорганических веществ, если судить по данным Буланже и Массоля [22]. Так, нитрификация шла в присутствии следующих солей аммония при концентрации их, соответствующей 257 мг на литр: арсената, нитрита, нитрата, бората, брома та, хлорида, фтористого аммония, гипосульфита, фосфата^ фосфата аммония-магния, сульфита, сульфида. Мышьяковокислый и йодистых! аммоний подвергались нитрификации в концентрациях, не повышающих 0,1 %, борат и фтористый аммоний — при 0,2%. Нитритный микроб хорошо переносил присутствие карбонатов бария, стронция, нинка, свинца, никеля, магния, меди, железа и висмута.

По данным тех же авторов, нитритный микроб может переносить высокие концентрации сернокислого аммония; при 3 и даже 5% еще отмечается нитрификация, протекающая, однако, очень медленно.

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