Мир микробов

Долгое время человечество не знало, как происходит образование селитры в почве. Еще в середине XVIII века немецкая Академия наук объявила премию за решение этого практически важного вопроса. Но только в 1889 г. была раскрыта тайна происхождения селитры. Мы обязаны этим открытием одному из величайших микробиологов — русскому учёному Сергею Николаевичу Виноградскому (род. в 1856 г.) (рис. 37).

Рис. 37.

С. Н. Виноградский

С. Н. Виноградский доказал, что селитра образуется из аммиачных солей под влиянием особой группы бактерий, так называемых нитрифицирующих (от слова «нитрум» — селитра). С. Н. Виноградский, применив разработанную им оригинальную методику, о которой мы говорили в главе 3 этой книги, установил, что в почвах живут мельчайшие бактерии, окисляющие аммиак в азотную кислоту, которая нейтрализуется солями кальция и магния и превращается в селитру. Нитрифицирующие бактерии оказались самыми непритязательными в смысле источников питания микробами: они пользуются для этой цели чисто минеральными соединениями — аммиаком, являющимся источником азота, и углекислотой воздуха, используемой для построения углеродистых соединений.

Нитрифицирующие бактерии образуют в почве огромные количества селитры. Летом в поверхностных слоях черноземной почвы может образоваться более 1500 килограммов селитры на 1 гектар. Селитра эта легко исчезает из почвы вследствие потребления её зелёными растениями, вымывания влагой, а также вследствие деятельности другой группы микробов, так называемых денитрифицирующих бактерий, которые разлагают селитру до свободного азота, нанося этим некоторый вред сельскому хозяйству и снижая плодородие почв.

Микробы помогают растениям черпать необходимые им источники азота не только из аммиака и селитры. Давно было замечено, что бобовые растения — горох, вика, клевер — могут прекрасно развиваться в почвах, в которые не вносились добавочные азотсодержащие удобрения. Больше того, оказалось, что бобовые растения даже обогащают почву азотистыми соединениями. Поэтому после выращивания бобовых на истощённой земле получается высокий урожай и других растений. В чём же причина такого необычного поведения бобовых растений? Еще в XVII веке учёные наблюдали на корнях бобовых растений небольшие желвачки — клубеньки и считали их проявлением заболевания растений. В 1886 г. русский ботаник академик М. С. Воронин доказал, что в клетках клубеньков находится огромное количество мельчайших телец, чрезвычайно похожих на бактерии. В дальнейшем была выделена чистая культура этих телец, действительно оказавшихся бактериями. Бактерии были названы клубеньковыми. Оказалось, что, поселясь в клетках корней бобовых растений, бактерии так действуют на корневую ткань, что клетки корневой ткани начинают усиленно делиться и образуют клубенёк. Но самое главное свойство клубеньковых бактерий — их способность усваивать атмосферный азот и превращать его в вещество своего тела. Промежуточные продукты усвоения азота бактериями используются бобовыми растениями. Поэтому бобовые растения не нуждаются в азотистых удобрениях. Бобовые растения при помощи клубеньковых бактерий накапливают огромные запасы усвояемого азота. По данным академика Д. Н. Прянишникова, клевер, например, накапливает в течение года до 150–160 килограммов азота на 1 гектар, а люцерна — до 300 килограммов на 1 гектар.

Здесь перед нами один из случаев столь распространённых в природе явлений взаимопомощи между двумя организмами — растением и микробом. Растение получает от бактерий азотистые соединения, а бактерии питаются выделениями растений. Эта взаимопомощь настолько тесна, что, по мнению некоторых учёных, клубеньковые бактерии, будучи изолированными от растений в чистую культуру, не в состоянии усваивать атмосферный азот. Для этих опытов был применён следующий весьма оригинальный метод: клубеньковые бактерии выращивались в атмосфере, содержавшей радиоактивный азот. Эти так называемые меченые атомы азота могут быть легко найдены в любой части растений при помощи физических методов, учитывающих радиоактивные элементы. Если меченый азот воздуха усваивается клетками, то он может быть обнаружен в бактериальной культуре. Но в лабораторной культуре клубеньковых бактерий не удалось найти радиоактивного азота. Клубеньковые бактерии в чистой культуре, вне бобового растения, по-видимому, не усваивали атмосферного азота.

Если клубеньковые бактерии помогают бобовым растениям усваивать азот воздуха, то, следовательно, чем лучше и активнее будет развиваться культура бактерий в клубеньках растения, тем выше будет урожай. Отсюда уже давно возникла идея: нельзя ли искусственно заразить бобовые растения наиболее активной культурой клубеньковых бактерий и тем самым повысить урожай таких ценных сельскохозяйственных культур, как горох, бобы, соя, клевер?