Азотфиксирующие микроорганизмы и их роль в природе и хозяйственной деятельности человека

  Со  многими микроорганизмами в почве Clostridium находится в метабиотических  отношениях, при которых предполагается обмен продуктами метаболизма. Так, азотобактер улучшает условия жизни  клостридия, поглощая кислород, а клостридий вырабатывает из органических соединений, недоступных азотобактеру, органические кислоты, которые может ассимилировать азотобактер.

  Было  бы трудно ответить на вопрос: в каких почвах нет Clostridium? «Всеядность» Clostridium, малая взыскательность к условиям внешней среды, а также способность в неблагоприятных условиях переходить в состояние спор объясняют их широкое, практически повсеместное распространение.

  Накопления  азота в почвах за счет деятельности Clostridium, однако, невелики и не превышают, как правило, нескольких килограммов на один гектар почвы.

  До  недавнего времени считалось, что  монополия азотфиксации принадлежит  только представителям родов Azotobacter, Clostridium и Rhizobium.

  Правда, еще до выделения М. Бейеринком (1901) азотобактера и почти одновременно с С.Н. Виноградским (1895) клостридия французский исследователь Бертло (1885—1892) описал большое количество разнообразных почвенных микроорганизмов, обладающих азотфиксирующей функцией. Некоторые из них повышали содержание азота в среде на 80% (от исходного). Однако отсутствие в ряде случаев идентификации выделенных культур и несовершенство используемых Бертло методик не давали права согласиться с утверждениями о значительной широте распространения азотфиксирующей функции среди почвенных микроорганизмов.

  За  последнее время использование  высокочувствительного изотопного метода и других точных приемов исследовании позволило установить способность  многих почвенных микроорганизмов  связывать атмосферный азот. Список азотоусвоителей пополнился новыми видами бактерий: Azotomonas insolita, Azotomonas fluorescens, Pseudomonas azotogensis. Установлена азотфиксирующая способность у ряда известных бактерий, таких, как актиномицеты (Actinomycetes), фотосинтезирующие бактерии (Rhodospirillum rubrum), представители эубак-терий (семейств Thiorhodaceae, Athiorhoda-сеае, а также родов: Pseudomonas, Bacterium, Bacillus). Наконец, выявлено, что некоторые виды микроорганизмов, не фиксирующие азот в обычных условиях культивирования, могут стать энергичными азотфиксаторами в ассоциациях с другими видами микроорганизмов.

  Сейчас  известно свыше 80 видов и разновидностей бактерий, несколько видов актиномицетов, дрожжей, дрожжеподобных организмов и плесневых грибов, способных фиксировать азот. Они населяют почву, дно морей и пресных водоемов.

  Остановимся на характеристике лишь основных представителей бактерий.

  Способность фиксировать азот присуща ряду представителей семейства Pseudomonadaceae. Они довольно широко распространены в природе. К наиболее интересным представителям этого семейства  относится несколько видов: Azotomonas insolita, фиксирующий до 12 мг азота на 1 г использованного сахара и встречающийся нередко не только в почве, но и как эпифит на растениях; Azotomonas fluorescens, выделенный впервые из компостов Н. А. Красильниковым (1945), продуктивность азотфиксации которого не меньше, чем у первого вида; Pseudomonas azotocolligans, населяющий кислые и щелочные почвы Америки; Pseudomonas azotogensis, широко распространенный в почвах Канады и легко выделяющийся из парниковых почв, и, наконец, Pseudomonas methanitrificens, который встречается в почвах, имеющих выход источников природных газов. Последняя бактерия особенно интересна тем, что она использует метан и другие газообразные углеводороды в качестве единственного источника углерода, за счет энергии разложения которых она усваивает азот атмосферы.

  Представители семейства Spirillaceae, фиксирующие молекулярный азот, распространены преимущественно  в рыбоводных прудах, озерах, морской  воде, морских отложениях. Возможно, они играют немаловажную роль в фиксации азота в водоемах.

  Не  только азотобактеру, как члену семейства Azotobacteriaceae, свойственна азотфиксирующая  функция. В почвах Индии встречаются  еще два представителя этого семейства — Derxia gummosa и Derxia indica — активные, хотя и медленнодействующие, азотфиксаторы. В азотном балансе почв они, как и бактерии Agrobacterium radiobacter из семейства Rhizo-biaceae, по-видимому, не играют сколько-нибудь значительной роли. Молекулярному азоту они предпочитают связанные источники азота, такие, как мочевина, пептон, аминокислоты и минеральные соединения.

  Среди спорообразующих грамположительных  бактерий семейства Bacillaceae азотфиксирующая  способность выявлена у факультативных анаэробов Bacillus polymyxa, аэробов Bacillus megaterium и Thermobacillus azotofigens. Последняя бактерия, выделенная из удобренной навозом дерново-карбонатной  почвы Эстонской ССР, оказалась  термофильной с оптимумом роста 45—50 °С и максимумом 60—65 °С. При температурах ниже 20 °С она не развивается.

  Распространение функции азотфиксации в ряде семейств фотосинтезирующих бактерий (семейства Thiorhodaceae, Athiorhodaceae, Chlo-robacteriaceae, Hyphomicrobiaceae) не случайно, так как, по-видимому, они  являются представителями одной  из древнейших групп азотфиксаторов на Земле.

  Небольшие количества молекулярного азота  способны усваивать почвенные микобактерии. Усвоенный микобактериями азот в  сочетании с азотом, ассимилированным другими олиго-нитрофильными микроорганизмами, сине-зелеными водорослями, лишайниками  и мхами, настолько обогащает  примитивную почву азотом, что  ее могут заселять высшие растения.[6]

     Бактериальные удобрения на основе клубеньковых бактерий, нитрагин и ризоторфин

     Микрофлора  почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные  микроорганизмы в процессе роста  и развития улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные  вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания. Для стимуляции этих процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие ризосферу растений полезными микроорганизмами. Микроорганизмы, используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).

     В настоящее время выпускают такие  бактериальные удобрения, как нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин, экстрасол.  

     Применение  азотфиксаторов на практике 

     Открытие  азотфиксаторов привело к созданию так называемых микробных удобрений. Уже в 1895 году Наббе и Хилтнером  запатентован препарат микробной культуры Nitragin. Он выпускался в 17 вариантах для различных растений. Препарат представлял собой культуры азотфиксирующих микроорганизмов, смешанных с почвой, торфом, песком, навозом и другими субстратами. Внесение нитрагина в почву или обработка семян назывались инокуляцией и позволяли фермеру повысить качество и количество продукции. В первой половине XX века наблюдался неуклонный рост научно-исследовательских работ по созданию перспективных микробных препаратов для бобовых и небобовых культур.

     После второй мировой войны начался  период химизации сельскохозяйственного  производства и работы по исследованию микробиологических препаратов стали свертываться. Возможности большой химии, дешевизна азотных удобрений, простота их использования как бы отодвигали на второй план микробные препараты. Однако выяснилось, что интенсивное использование синтетических азотных удобрений кроме положительного эффекта (роста урожайности) несут в себе большую опасность. Происходит загрязнение азотсодержащими веществами почвы, подпочвенных вод, рек и озер. Минеральные удобрения вымываются из почвы, выщелачиваются и становятся вредными для человека соединениями - нитритами, нитрозаминами и т.д. поэтому в последнее время отдаётся предпочтение микробным препаратам.

     Сейчас  спектр применяемых микропрепаратов  под бобовые, злаковые и другие культуры довольно широк. Штаммы ризобий, используемые для инокуляции сельскохозяйственных бобовых культур, обычно выделяются из клубеньков этих же видов, однако в качестве источника таких штаммов могут быть использованы и некоторые дикорастущие виды бобовых.  

     В конце XX века во многих странах нитрагенизации подвергается 70-80 % бобовых культур. В районах традиционного возделывания бобовых культур прибавка урожая от применения нитрагина оставляет 2-4 ц/га зерна сои, 1-2 ц/га зерна гороха и люпина, 80-100 ц/га зеленой массы бобовых культур, 6-12 ц/га сена клевера и люцерны. На почвах, где бобовые культуры ранее не возделывались и в которых нет специфичных для них клубеньковых бактерий, дополнительный сбор сельскохозяйственной продукции за счет применения препаратов клубеньковых бактерий достигает 50-100 % и более.[7]. [8] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература 

1) http://sbio.info

2) http://www.biotechnolog.ru

3) http://www.rkm.kz

4) http://www.3planet.ru

5) Игнатов  В.В. Биологическая фиксация азота  и азотфиксаторы // Соросовский  образовательный журнал, 1998, №9, с. 28-33. http://window.edu.ru/window/

6) http://www.biotechnolog.ru

7) В. В. Игнатов Статьи Соросовского Образовательного журнала в текстовом формате «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИКСАЦИЯ АЗОТА И АЗОТФИКСАТОРЫ»

8) http://www.pereplet.ru