МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  образовательное  учреждение

  высшего пРофессионального  образования

ргау-мсха имени К.А. Тимирязева 
 
 

КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 
 

НА  ТЕМУ:

"Роль  биологического азота в азотном балансе почв" 
 
 
 

                                                         ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ II КУРСА

                                                                                  АГРОХИМИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА                                                               

                                                                       ПРОВЕРИЛА: доцент Годова Г.В. 
 
 

Москва 2006г. 
 
 
 

Аннотация

   В теоретической части работе рассмотрены  вопросы значения биологического азота  в азотном балансе почв. Рассмотрены химизм биологической азотфиксации, основные группы бактерий-азотфиксаторов, их значение в сельском хозяйстве, методы изучения биологической азотфиксации, основные биопрепараты, направленные на усиление биологической азотфиксации. В практической части представлены результаты опыта по учету численности микроорганизмов в дерново-подзолистой почвы.

   Курсовая  работа содержит 33 страницы,  8 таблиц. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Содержание

   Введение…………………………………………………….

   ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

   1.Биологическая  фиксация минерального  азота………..

   2.Свободноживущие  азотфиксирующие  микроорганизмы и  их роль в обогащении  почвы азотом

   а) значение азотобактера в практике с/х………….......

   б) роль Clostridium в пополнении азотного фонда почв……..

   в) значение других видов свободноживущих азотфиксаторов……

   3. Симбиотические азотфиксирующие  микроорганизмы, значение  клубеньковых бактерий  в агротехнике  бобовых культур…………

   4. Методы исследования  биологической азотфиксации………..

   5. Пути повышения  эффективности биологической азотфиксации

   а) агротехнические  мероприятия……………………………….

   б) применение бактериальных  препаратов в земледелии……

   6. Роль биологического  и технического  азота в земледелии  бывшего СССР и  других стран…………………………………………………………..

   ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ…………………………………………

   Библиографический список………………………………………… 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение

  Безусловно, проблема биологического азота в  земледелии на данный момент одна из самых  актуальных в современном земледелии. Со времени открытия первых бактерий-азотфиксаторов и применения первых бактериальных препаратов прошло немногим более 100 лет, но за это время было сделано очень многое в этой отрасли сельскохозяйственной микробиологии. Однако до сих пор многие вопросы остаются нерешенными, в частности, вопрос о роли свободноживущих азотфиксаторов в азотном балансе почв.

  Безусловно, применение бактериальных препаратов, направленных на биологическую фиксацию азота является эффективным и  экологически чистым методом увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и пополнения азотного баланса почв. Но не следует забывать и про технический азот. Оптимальные объемы урожая и увеличение содержания доступного азота в почве возможно при грамотном сочетании этих статей баланса азота.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1. Биологическая фиксация азота.

   В молекуле азота существует очень  прочная тройная связь, которая  обеспечивает инертность газообразного  азота. Для перевода одной молекулы N₂ в две молекулы аммиака требуется 225 ккал.

         Биологический процесс  восстановления азота представляет собой цепь ферментативных реакций, в которых главную роль играет фермент нитрогеназа. Активный центр этого фермента состоит из комплекса белков, содержащих железо, серу и молибден в соотношении Fe : S : Mo = 6 : 8: 1. Выделена также ванадийсодержащая нитрогеназа, уровень активности которой на 30% ниже, чем у Mo – нитрогеназы.

   Азот, растворенный в воде, поступает в  азотфиксирующий центр, где в  его активации участвуют два  атома молибдена. После взаимодействия с азотом молибден восстанавливается за счет электронов, поступающих в активный центр через Fe – белок и Mo-Fe-белок. Этот перенос сопряжен с реакцией разложения АТФ, т.е., он идет с затратой энергии. В передаче электронов нитрогеназе участвует железосодержащий водорастворимый белок – фермент ферредоксин, а в активации водорода воды и переносе протонов – фермент гидрогеназа.

   Образование нитрогеназы у бактерий связано  с наличием особых генов, содержащихся или в ДНК, или в плазмиде, ответственной  за синтез этих специфических ферментных белков. Эти гены высоко консервативны и широко распространены у бактерий благодаря существованию эффективных систем обмена генетической информацией. В то же время диазотрофы не встречаются среди эукариот. Долгое время не обнаруживали азотофиксаторов и среди архебактерий. Однако в последнее время стало известно, что метаногены имеют особую термостабильную систему азотфиксации, отличную от термолабильной системы эубактерий. Таким образом, хотя свойство фиксировать азот присуще многим организмам, оно ограничено только царством прокариот.

   У бактерий – азотфиксаторов встречаются  все известные типы метаболизма. Среди них есть аэробы с дыхательным  энергетическим обменом, анаэробы, осуществляющие брожение, хемоорганотрофы, автотрофы  – фотосинтетики и хемолитоавтотрофы. Фиксация молекулярного азота для них не обязательный процесс, так как в присутствии азота в другой форме – минеральной или органической – они обеспечивают свои потребности связанным азотом.

   Итак, если ранее считалось, что азотфиксация присуща лишь некоторым формам прокариотических организмов, то на данном этапе развития общей и почвенной микробиологии данный процесс считается фундаментальным свойством прокариот [Звягинцев и др., 2005] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Свободноживущие азотфиксирующие  микроорганизмы и их роль в обогащении почвы азотом.

а) Значение азотобактера в практике сельского  хозяйства.

      К настоящему времени установлено, что  многие свободноживущие бактерии –  представители более 30 видов –  способны фиксировать молекулярный азот. Большое значение в фиксации азота имеет семейство Azotobacteriaceae (бактерия Azotobacter Chroococcum, открытая М. Бейеринком и др.).

      Молодые клетки азотобактера представляют собой  палочки размером 2-3 х 4-6 мкм. Позже  они превращаются в круглые кокки диаметром до 4 мкм. Кокковидные клетки обычно покрываются капсулой и содержат разные включения (жир, крахмал, и т. д.).

      Иногда  у кокковидных клеток появляется толстая оболочка, и они превращаются в цисты. На одних питательных  средах палочки быстро приобретают  кокковидную форму, на других – по истечении длительного времени. Палочковидные клетки азотобактера имеют жгутики и обладают подвижностью. При  переходе палочек в кокки жгутики обычно теряются .

      Все виды азотобактера аэробы. В качестве источника азота могут ассимилировать соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутствии связанных форм азота фиксируют молекулярный азот. Небольшие дозы азотосодержащих соединений не депрессируют фиксацию азота, а иногда даже стимулируют ее. Увеличение дозировки связанного азота в среде полностью подавляет усвоение молекулярного азота.

      Энергия усвоения азота у отдельных культур  азотобактера колеблется в широком  диапазоне. Активные культуры связывают 15-20 мг азота на 1 г потребленного  органического вещества.

      Азотобактер обитает в высокоплодородных, достаточно влажных почвах с нейтральной или близкой к ней реакцией среды. При дефиците увлажнения большинство клеток этого микроорганизма отмирают. Во многих черноземах, каштановых и сероземных почвах, благоприятных для азотобактера, его обнаруживают в значительных количествах лишь весной. При летнем иссушении почвы в ней остаются лишь немногочисленные его зародыши. В зоне подзолистых и дерново-подзолистых почв азотобактер можно найти в огородных и пойменных почвах, богатых органическими соединениями, с благоприятным значением рН.

      По  предложению С. П. Костычева и  его сотрудников с 30-х годов  XX века в СССР начали применять землеудобрительный препарат, содержащий культуру Az. Chroococcum. Он рассматривался как аналог азотных удобрений. Позднее, когда выяснилась способность азотобактера продуцировать биологически активные вещества, его действие на растения начали связывать не только с процессом азотфиксации и улучшением азотного питания растений, но и с поступлением в растения вырабатываемых им биологически активных соединений (витаминов и стимуляторов роста). С азотобактерином в СССР была проведена очень большая работа, которая позволяет в настоящее время дать вполне определенный отзыв о целесообразности его использования в практике сельского хозяйства.

      Создается вполне определенное впечатление, что  для полевых культур азотобактерин  малоэффективен. Опыты, поставленные в 1958-1960 гг., показали, что лишь в 34% случаев  применение препарата давало прибавку урожая, но она была невысока и граничила с возможной ошибкой полевого эксперимента.

      На  унавоженных почвах положительное  действие азотобактерина возрастает. Вполне благоприятно влияет этот препарат на овощные культуры, которые, как  правило, выращиваются на сильно удобренных навозом почвах. В таких случаях бактеризация высеваемых семян может увеличить урожай на 20-30% и, что особенно важно, ускорить его созревание. [Мишустин Е. Н., 1972].

      Азотобактер, безусловно, не может действовать  как аналог азотных удобрений. Его  благоприятный эффект на растения связан с продукцией биологически активных веществ и особенно фунгистатических соединений. Азотобактерин, очевидно, может с успехом применяться на богатых почвах как ростовой препарат. 

б) Значение Clostridium в пополнении азотного фонда почвы.

      Из  анаэробных азотфиксаторов хорошо изучены  представители рода Clostridium.

      Первым  из свободноживущих фиксаторов азота  был открыт Clostridium pasterianum. Этот микроорганизм имеет палочковидные клетки длиной 1,5-8 мкм и шириной 0,8-1,3 мкм. Молодые клетки несут перитрихиально расположенные жгутики, старые – образуют споры. При спорообразовании клетки утолщаются в середине или на конце. В присутствии кислорода воздуха Cl. Pasterianum может развиваться только при наличии в среде аэробных бактерий, поглощающих кислород, он малочувствителен к реакции среды и встречается как в кислых (рН = 4,5-5,5), так и в щелочных (рН = 8-9) почвах. Споры его довольно устойчивы: они выдерживают нагревание до 96⁰С  в течение нескольких минут.

      В качестве источника азотного питания бактерии рода Clostridium могут использовать соли аммония, азотной кислоты и многие содержащие азот органические соединения. При дефиците этого элемента бактерии усваивают молекулярный азот. Источником углерода могут быть различные углеродсодержащие элементы – моно-, ди- и некоторые полисахариды, а также органические кислоты. Освобождающаяся при сбраживании углеводов энергия частично идет на усвоение газообразного азота атмосферы.

      Бактерии  рода Clostridium считаются слабоактивными фиксаторами азота. Пределом их активности считается связывание от 1 до 3 мг азота на 1 г сброженного сахара (но в лабораторных условиях, используя среды, физиологически оптимальные для этого рода, удалось повысить их активность до 10-12 мг азота на 1 г сброженного сахара [Мишустин Е.Н., Емцев В. Т.; 1987].