Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв

Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв

    МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ им. К.А.ТИМИРЯЗЕВА

          Факультет почвоведения, агрохимии и экологии

                       Кафедра микробиологии

                    КУРСОВАЯ РАБОТА ПО МИКРОБИОЛОГИИ

            ТЕМА #4 Значение свободноживущих азотофиксирующих

            бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв.

                                Выполнил студент II курса

                                25 группы агрохимического ф-та

                                Бужбецкий А.А.

                          Москва, 1996 год

                              - 2 -

                            СОДЕРЖАНИЕ

    I. Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода

    Azotobacter в азотном балансе почв.         Стр.

                              План :

    1. Фиксация азота атмосферы азотобактером и  факторы,обус-

    лавливающие её уровень.

    2. Зависимость развития азотобактера от влажности, аэрации,

    рН среды, содержания органических веществ, а также доступ-

    ных запасов Р и Са (фосфора и кальция) в почве.

    3. Влияние корневых выделений растений, органических удоб-

    рений, соломы  и  продуктов разложения клетчатки на актив-

    ность фиксации азотобактером в почве.

    4. Размеры азотонакопления в почве азотобактером  и  перс-

    пективы использования его в овощеводстве.

    II. Общий микробиологический анализ дерново-подзолистой

    почвы.                                      Стр.

    1. Методы исследования.

    2. Результаты анализа.

    III. Выводы                                 Стр.

    IV. Список литературы:                      Стр.

                              - 3 -

                             ВВЕДЕНИЕ

       Микробиология (от греч.mikros -  малый,  bios  -  жизнь,

    logos - наука) - наука о мельчайших, невидимых

    невооружённым глазом организмах,называемых микроорганизма-

    ми, или микробами.

       Микробиология как наука изучает морфологию, систематику

    и физиологические особенности микроорганизмов, условия их

    жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека.

    Микробиологи разрабатывают способы использования полезных

    микробов в сельском хозяйстве и промышленности, средства и

    методы борьбы с болезнетворными микробами, вызывающими

    болезни растений, животных и человека.

       Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует

    об их огромной роли в природе. При их участии происходит

    разложение различных органических веществ в почве и водоё-

    мах, они обуславливают круговорот веществ и энергии в

    природе, от их деятельности зависит плодородие почв,

    формирование каменного угля, нефти, и многих других

    полезных ископаемых. От них зависти обогащение почв азотом,

    борьба с вредителями  сельскохозяйственных  культур,  пра-

    вильное приготовление и хранение кормов, создание кормового

    белка, антибиотиков и т.д.

      1. Фиксация азота атмосферы азотобактером и  факторы,

    обуславливающие её уровень.

       Основная масса азота на Земле находится в газообразном

    состоянии и составляет свыше 3/4 атмосферы (78,09% по объ-

    ему, или 75,6% по массе). Практически на нашей планете за-

    пас азота  неисчерпаем  -  3,8*10^15  т.  Азот  - довольно

    инертный элемент,  поэтому редко встречается  в  связанном

    состоянии. Это один из основных биофильных элементов,  не-

    обходимый компонент  главных  полимеров  живых  клеток   -

    структурных белков,  белков- ферментов, нуклеиновых и аде-

    нозинтрифосворных кислот.  Никакой другой элемент  так  не

    лимитирует ресурсы  питательных веществ в агроэкосистемах,

    как азот.  Он может стать доступным для  живых  организмов

    только в связанной форме, то есть в результате азотофикса-

    ции.

       Азотофиксация - биологический процесс,  и единственными

    организмами, способными его осуществлять, служат прокарио-

    ты (бактерии, цианобактерии, актиномицеты и архебактерии).

    Небиологические процессы фиксации азота (грозовые разряды,

    воздействие УФ-лучей, работа электрического оборудования и

    двигателей внутреннего сгорания) в количественном отношении

    весьма несущественны, так как вместе дают не более 0.5%

    связанного азота. Даже вклад заводов азотных удобрений,

    производящих синтетический аммиак составляет лишь 5%.

    Следовательно, свыше 90% всей фиксации молекулярного азота

    атмосферы осуществляется  вследствие метаболической актив-

    ности определённых микроорганизмов.

       Впервые бактерии рода азотобактер, а точнее Azotobacter

    chroococcum были открыты голландским микробиологом

    М.Бейеринк в 1901 году.

    Семейство Azotobacteriaceae относется к отделу

    Gracilicutes, классу  Scotobacteria,  группе аэробных грам-

    отрицательных палочек и кокков. В это семейство входят

    микроорганизмы, имеющие   крупные,   от  палочковидной  до

    овальной, формы клетки,  подвижные с перитрихальным жгути-

    кованием, не  образующие спор.  Характерные признаки- сли-

    зистая капсула, образование цисты. Хемоорганогетеротрофы.

    Способны фиксировать атмосферный азот.

    Молодые клетки Azotobacter chroococcum представляют собой

    палочки размером 2...3 х 4...6 мкм. Позже они превращаются

    в крупные кокки диаметром до 4 мкм. Кокковидные клетки

    обычно покрыты капсулой и содержат разные включения ( жир,

    крахмал, поли-B-гидроксимасляную кислоту и др.)

    У кокковидных  клеток некоторых видов азотобактера появля-

    ется толстая оболочка, и они превращаются в цисты. На

    одних питательных средах палочки быстро приобретают кокко-

    видную форму,  на других - лишь по  истечении  длительного

    времени. Палочковидные  формы азотобактера имеют жгутики и

    обладают подвижностью. При переходе палочек в кокки жгути-

    ки обычно теряются.

       Все виды азотобактера аэробны. Источник азота для них -

    соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутс-

    твии связанных форм азота азотобактер  фиксирует  молеку-

    лярный азот. Небольшие дозы азотсодержащих соединений не

    приводят к депрессии фиксации азота,  а иногда даже стиму-

    лируют её.  Увеличение  дозы связанного азота в среде пол-

    ностью 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 способен использовать большой набор органичес-

    ких соединений - моно- и дисахариды, некоторые полисахари-

    ды(декстрин, крахмал), многие спирты, органические кислоты,

    в том числе ароматические. Вообще азотобактер проявляет

    высокую потребность в органических веществах, поэтому в

    больших количествах встречается в хорошо удобренных почвах.

      2. Зависимость развития азотобактера от влажности, аэра-

    ции, рН, органических веществ, микроэлементов а также

    доступных запасов фосфора и кальция.

       Для роста бактерии нуждаются в элементах минерального

    питания, особенно в фосфоре и кальции.  Потребность азото-

    бактера в данных элементах столь высока, что его используют

    как биологический индикатор на наличие фосфора и кальция в

    почве. Для  энергичной азотфиксации микроорганизмам требу-

    ются микроэлементы, из которых наиболее важен молибден,

    который входит в состав ферментов, катализирующих процесс

    усвоения азота. Отмеченные физиологические особенности

    характеризуют экологию данного организма. Азотобактер

    обитает в высокоплодородных, достаточно влажных почвах с

    нейтральной или близкой к ней реакции среды.  При недоста-

    точной влажности большинство клеток отмирает.  В чернозем-

    ных, каштановых и сероземных почвах, благоприятных для

    рассматриваемого организма, его обнаруживают в значительных

    количествах только весной. При летнем иссушении почвы

    остаются единичные клетки.  В зоне подзолистых и  дерново-

    подзолистых почв  азотобактер  можно  найти  в огородных и

    пойменных почвах, богатых органическими соединениями, с

    оптимальным рН 6,8...7,2.

      3. Влияние  корневых  выделений  растений,  органических

    удобрений, соломы, продуктов разложения клетчатки на

    активность фиксации азота азотобактером и размеры азотона-

    копления в почве и перспективы использования в с/х.

    Способность Azotobacter chroococcum размножаться при соот-

    ветствующих условиях   в   ризосфере  сельскохозяйственных

    культур дала основание предполагать,  что указанный микро-

    организм может улучшить азотное питание растений. По пред-

    ложению академика С.П.Костычева и его сотрудников с  трид-

    цатых годов текущего столетия в нашей стране начали приме-

    нять землеудобрительный препарат, содержащий культуру

    Azotobacter chroococcum, или азотобактерин.

       Позднее, когда  выяснилась  способность  микроорганизма

    продуцировать биологически активные вещества, его действие

    на растения стали связывать не только с фиксацией азота  и

    улучшением азотного питания,  но и с поступлением в расте-

    ния вырабатываемых микроорганизмом  биологически  активных

    соединений (витаминов и стимуляторов роста).

       Весьма важное свойство азотобактера заключается в  том,

    что он вырабатывает фунгистатическое вещество, представля-

    ющее собой метиловый эфир алифатической тетраеновой кисло-

    ты, содержащей гидроксильную и B-метильную группы. Обнару-

    женный антибиотик,  по данным Н.И.Придачиной, активен про-

    тив значительного  числа фитопатогенных грибов.  Благодаря

    описываемому свойству при бактеризации азотобактером в ри-

    зосфере угнетается развитие микроскопических грибов,  мно-

    гие из которых задерживают рост растений.

       Отдельные культуры  Azotobacter  различаются по антаго-

    нистическим свойствам.

       Работа с  различными  штаммами  Azotobacter chroococcum

    подтвердила хорошее действие на растения лишь культур, вы-

    рабатывающих биологически  активные вещества,  поэтому при

    селекции для производственных целей отбирают культуры азо-

    тобактера, продуцирующие биологически активные соединения,

    стимулирующие рост растений, и угнетающие развитие фитопа-

    тогенных грибов.  Так, культура азотобактера снимает угне-

    тающее действие фитотоксичного гриба Alternaria на кукуру-

    зу, а рост незараженного растения стимулирует. Однако, для

    полевых культур азотобактерин мало эффективен. Это связано

    с его способностью развиваться лишь в хорошо окультуренных

    почвах. На унавоженных почвах положительное действие  азо-

    тобактерина возрастает.  Препарат хорошо влияет, например,

    на овощные культуры,  которые обычно выращивают на  сильно

    удобренных навозом почвах.  Здесь бактеризация семян может

    повысить урожай на 20...30%  и,  что особенно важно, уско-

    рить его созревание.

       Для объяснения эффективности азотобактера прежде  всего

    следует выяснить,  может ли этот микроорганизм,  используя

    корневые выделения, накопить достаточно азота для развития

    растения. Опыты с монобактериальными культурами, в которых

    высшее растение,  выращенное из стерильных семян, инокули-

    ровали культурой азотобактера, дают на этот вопрос отрица-

    тельный ответ.  За счет корневых выделений бактерия не мо-

    жет усвоить  такое количество азота,  которое обеспечивало

    бы высокий урожай растений. Вместе с тем, при определенных

    условиях азотобактер улучшает рост растений.  В этом можно

    убедиться, если в условиях монобактериальной культуры  об-

    работать им семена растений. Объясняется это тем, что азо-

    тобактер синтезирует много биологически активных соединений

    - никотиновую и пантотеновую кислоты,  пиридоксин, биотин,

    гетероауксин, гиббереллин,  и, возможно, ряд других соеди-

    нений. Комплекс  указанных  веществ способен стимулировать

    прорастание семян,  ускорять развитие растений в благопри-

    ятных условиях среды.

       Положительное действие азотобактера легко понять,  учи-

    тывая физиологические  особенности  данной  бактерии.  Она

    актвино размножается лишь в плодородных почвах, обеспечен-

    ных органическим веществом, фосфором и влагой. Дефицит ув-

    лажения азотобактер переносит хуже, чем другие бактерии.

       Известно, что  в  плодородных почвах присутствует спон-

    танная культура Azotobacter.  Как же в таком случае объяс-

    нить положительный эффект дополнительного заражения? Веро-

    ятно, это связано с небольшой численностью  клеток  азото-

    бактера даже  в плодородной почве.  При бактеризации коли-

    чество бактерий сильно возрастает,  особенно в  ризосфере,

    что и  создает благоприятные условия для развития корневой

    системы. Проявляется как  стимулирующее  влияние  ростовых

    веществ, так  и подавление вредной грибной флоры,  а также

    некоторые накопления в почве доступного растениям азота.

       Препарат азотобактерин  используют в основном для оран-

    жерейной и парниковой  культуры  растений,  или  в  случае

    овощных культур.  Обычно его готовят, размножая микроорга-

    низм в стерильной почве или низовом торфе,  имеющих  нейт-

    ральную реакцию  и высокое содержание гумуса.  К почве до-

    бавляют источник углерода,  доступный азотобактеру, напри-

    мер, солому. В последнее время солому часто используют как

    органическое удобрение.  Внесение соломы  обогащает  почву

    гумусом. Кроме того, в ней содержится около 0,5%  азота и

    другие необходимые растениям вещества. При правильном вне-

    сении соломы почва обогащается органическим веществом и

    в ней активизируются мобилизационные процессы включая

    деятельность азотофиксирующих  микроорганизмов.  В зависи-

    мости от ряда условий внесение 1 т. соломы приводит к

    фиксации 5...12 кг. молекулярного азота.

                          Список литературы :

    1. Мишустин Е.Н.,Емцев В.Т. "Микробиология" Агропромиздат

    2. Мишустин Е.Н. "Микроорганизмы и продуктивность земледе-

       лия" Наука 1972 г.

    3. Мишустин  Е.Н.,Шильникова  В.К."Биологическая  фиксация

       азота атмосферы" Наука 1968 г.