АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Открытие микроорганизмов, фиксирующих молекулярный азот

Запасы газообразного азота в атмосфере практически неисчерпаемы. Над 1 км2 земной поверхности в воздухе содержится около 8 млн. т азота, но этим огромным фондом азота не могут воспользоваться ни растения, которым необходим азот минеральных соединений, ни животные, потребляющие азот в форме органических соединений.

Однако существуют азотфиксирующие микроорганизмы, способные питаться молекулярным азотом и строить из него все разнообразие азотсодержащих органических соединений своей клетки. Эти микроорганизмы свободно живут в почве или находятся в симбиозе с растениями. Азотфиксирующие микроорганизмы обусловливают повышение плодородия почвы, и их изучению уделяется большое внимание. Рациональное использование биологической фиксации молекулярного азота дает возможность существенно повысить урожай и экономнее расходовать минеральные азотные удобрения.

Впервые обогащение субстратов азотом в результате деятельности свободноживущих микроорганизмов было показано французским ученым Жоденом в 1882 г. Он установил, что питательные растворы в замкнутых сосудах, содержащие органические безазотистые вещества, могут обогащаться азотом при развитии в них микроорганизмов.

В 1885 г. другой французский ученый — М. Бертло подтвердил этот факт в отношении почвы. В стерилизованной почве за летний период содержание азота не изменялось, а в нестерильной — возрастало. Это позволяло предположить, что почва обогащается азотом с помощью микроорганизмов.

Чистую культуру азотфиксирующего микроорганизма впервые выделил С. Н. Виноградский (1893). Это была анаэробная спорообразующая палочка, названная Clostridium pasteurianum. Несколько позднее голландский микробиолог М. Бейеринк (1901) открыл Azotobacter chroococcum — аэробную бактерию, также способную усваивать молекулярный азот.

Первоначально считали, что связывать молекулярный азот могут лишь отдельные специализированные виды микроорганизмов, однако в последнее время было установлено, что функция азотфиксации присуща представителям различных микроорганизмов — бактериям разных систематических групп, актиномицетам, а также многим сине-зеленым водорослям (цианобактериям).

Некоторые азотфиксирующие микроорганизмы живут в симбиозе с высшими растениями, в частности с бобовыми. О том, что бобовые растения повышают плодородие почвы писали греческие и римские мыслители, жившие за 100—150 лет до нашей эры. Значительно позднее было доказано, что благоприятное воздействие на почву бобовых растений тесно связано с обогащением ее азотом. Первые точные эксперименты в этом направлении принадлежат французскому ученому Ж. Буссенго (1838).

Классическими работами немецких ученых Г. Гельригеля и Г. Вильфарта (1886—1888) было показано, что существует взаимосвязь между нахождением на корнях бобовых растений бородавчатых наростов (корневых клубеньков) и фиксацией растениями свободного азота. В клубеньках обнаружили бактерии. Еще в 1866 г. М. С. Воронин опубликовал работу, в которой описал микроскопические тельца, находившиеся в тканях клубеньков.

Чистую культуру клубеньковых бактерий выделил М. Бейеринк в 1888.г. Им было доказано, что данные бактерии вызывают образование клубеньков, в которых происходит усвоение молекулярного азота. Клубеньки или подобные клубенькам образования имеются у многих растений, не относящихся к бобовым, и они также способны усваивать молекулярный азот. Формирование этих клубеньков происходит под влиянием микроорганизмов, относящихся к различным систематическим группам (бактерии, актиномицеты). У ряда небобовых растений выделили чистые культуры их симбионтов.

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) могут фиксировать атмосферный азот в чистых культурах. В природных условиях они часто живут в симбиозе с грибами, мхами и т. д

В некоторых случаях микроб-симбионт внедряется в ткани растительного организма (эндосимбиоз), в других — происходит тесное сожительство (эктосимбиоз). В. Сильвестер предложил схему азотфиксирующих симбиозов (рис. 33).

Многие свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы интенсивнее всего развиваются в зоне ризосферы корней растений и на их поверхности, то есть там, где имеется экзосмос органических веществ.

You are here