МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯим. К.А.ТИМИРЯЗЕВА
Факультет почвоведения, агрохимии иэкологии
Кафедра микробиологии
КУРСОВАЯ РАБОТА ПОМИКРОБИОЛОГИИ
ТЕМА #4 Значение свободноживущихазотофиксирующих
бактерий рода Azotobacter в азотномбалансе почв.
Выполнилстудент II курса
25 группы агрохимического ф-та
Бужбецкий А.А.
Москва, 1996 год
— 2 -
СОДЕРЖАНИЕ
I. Значение свободноживущихазотофиксирующих бактерий рода
Azotobacter в азотном балансе почв. Стр.
План :
1. Фиксация азота атмосферы азотобактероми факторы, обус-
лавливающие её уровень.
2. Зависимость развития азотобактера отвлажности, аэрации,
рН среды, содержания органических веществ,а также доступ-
ных запасов Р и Са (фосфора и кальция) впочве.
3. Влияние корневых выделений растений,органических удоб-
рений, соломы и продуктов разложения клетчатки на актив-
ность фиксации азотобактером в почве.
4. Размеры азотонакопления в почвеазотобактером и перс-
пективы использования его в овощеводстве.
II. Общий микробиологический анализдерново-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, называемыхмикроорганизма-
ми, или микробами.
Микробиология как наука изучаетморфологию, систематику
и физиологические особенностимикроорганизмов, условия их
жизнедеятельности, роль в природе и жизничеловека.
Микробиологи разрабатывают способыиспользования полезных
микробов в сельском хозяйстве ипромышленности, средства и
методы борьбы с болезнетворными микробами,вызывающими
болезни растений, животных и человека.
Широкое распространение микроорганизмовсвидетельствует
об их огромной роли в природе. При ихучастии происходит
разложение различных органических веществ впочве и водоё-
мах, они обуславливают круговорот веществ иэнергии в
природе, от их деятельности зависитплодородие почв,
формирование каменного угля, нефти, имногих других
полезных ископаемых. От них завистиобогащение почв азотом,
борьба с вредителями сельскохозяйственных культур, пра-
вильное приготовление и хранение кормов,создание кормового
белка, антибиотиков и т.д.
1. Фиксация азота атмосферы азотобактероми факторы,
обуславливающие её уровень.
Основная масса азота на Земле находитсяв газообразном
состоянии и составляет свыше 3/4 атмосферы(78,09% по объ-
ему, или 75,6% по массе). Практически нанашей планете за-
пас азота неисчерпаем - 3,8*10^15 т. Азот — довольно
инертный элемент, поэтому редко встречается в связанном
состоянии. Это один из основных биофильныхэлементов, 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 врезультате азотофикса-
ции.
Азотофиксация — биологическийпроцесс, и единственными
организмами, способными его осуществлять,служат прокарио-
ты (бактерии, цианобактерии, актиномицеты иархебактерии).
Небиологические процессы фиксации азота(грозовые разряды,
воздействие УФ-лучей, работа электрическогооборудования и
двигателей внутреннего сгорания) в количественномотношении
весьма несущественны, так как вместе даютне более 0.5%
связанного азота. Даже вклад заводовазотных удобрений,
производящих синтетический аммиаксоставляет лишь 5%.
Следовательно, свыше 90% всей фиксациимолекулярного азота
атмосферы осуществляется вследствие метаболической актив-
ности определённых микроорганизмов.
Впервые бактерии рода азотобактер, аточнее Azotobacter
chroococcum были открыты голландскиммикробиологом
М.Бейеринк в 1901 году.
Семейство Azotobacteriaceae относется котделу
Gracilicutes, классу Scotobacteria, группе аэробных грам-
отрицательных палочек и кокков. В этосемейство 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 chroococcumпредставляют собой
палочки размером 2...3 х 4...6 мкм. Позжеони превращаются
в крупные кокки диаметром до 4 мкм.Кокковидные клетки
обычно покрыты капсулой и содержат разныевключения ( жир,
крахмал, поли-B-гидроксимасляную кислоту идр.)
У кокковидных клеток некоторых видов азотобактера появля-
ется толстая оболочка, и они превращаются вцисты. На
одних питательных средах палочки быстроприобретают кокко-
видную форму, на других — лишь по истечении длительного
времени. Палочковидные формы азотобактера имеют жгутики и
обладают подвижностью. При переходе палочекв кокки жгути-
ки обычно теряются.
Все виды азотобактера аэробны. Источниказота для них -
соли аммония, нитриты, нитраты иаминокислоты. При отсутс-
твии связанных форм азота азотобактер фиксирует молеку-
лярный азот. Небольшие дозы азотсодержащихсоединений не
приводят к депрессии фиксации азота, а иногда даже стиму-
лируют её. Увеличение дозы связанного азотав среде пол-
ностью подавляет усвоение молекулярногоазота. Энергия
усвоения азота у отдельных культуразотобактера колеблется
в широком диапазоне. Активные культурысвязывают 15...20 мг
азота на 1 г. потребленного органическоговещества.
Азотобактер способен использовать большойнабор органичес-
ких соединений — моно- и дисахариды,некоторые полисахари-
ды(декстрин, крахмал), многие спирты,органические кислоты,
в том числе ароматические. Вообщеазотобактер проявляет
высокую потребность в органическихвеществах, поэтому в
больших количествах встречается в хорошоудобренных почвах.
2. Зависимость развития азотобактера отвлажности, аэра-
ции, рН, органических веществ, микроэлементова также
доступных запасов фосфора и кальция.
Для роста бактерии нуждаются в элементахминерального
питания, особенно в фосфоре и кальции. Потребность азото-
бактера в данных элементах столь высока,что его используют
как биологический индикатор на наличиефосфора и кальция в
почве. Для энергичной азотфиксации микроорганизмам требу-
ются микроэлементы, из которых наиболееважен молибден,
который входит в состав ферментов,катализирующих процесс
усвоения азота. Отмеченные физиологическиеособенности
характеризуют экологию данного организма.Азотобактер
обитает в высокоплодородных, достаточновлажных почвах с
нейтральной или близкой к ней реакциисреды. При недоста-
точной влажности большинство клетокотмирает. В чернозем-
ных, каштановых и сероземных почвах,благоприятных для
рассматриваемого организма, егообнаруживают в значительных
количествах только весной. При летнемиссушении почвы
остаются единичные клетки. В зоне подзолистых и дерново-
подзолистых почв азотобактер можно найти в огородных и
пойменных почвах, богатых органическимисоединениями, с
оптимальным рН 6,8...7,2.
3. Влияние корневых выделений растений, органических
удобрений, соломы, продуктов разложенияклетчатки на
активность фиксации азота азотобактером иразмеры азотона-
копления в почве и перспективыиспользования в с/х.
Способность Azotobacter chroococcumразмножаться при соот-
ветствующих условиях в ризосфере сельскохозяйственных
культур дала основание предполагать, что указанный микро-
организм может улучшить азотное питаниерастений. По пред-
ложению академика С.П.Костычева и егосотрудников с трид-
цатыхгодов текущего столетия в нашей стране начали приме-
нять землеудобрительный препарат,содержащий культуру
Azotobacter chroococcum, или азотобактерин.
Позднее, когда выяснилась способность микроорганизма
продуцировать биологически активныевещества, его действие
на растения стали связывать не только сфиксацией азота и
улучшением азотного питания, но и с поступлением в расте-
ния вырабатываемых микроорганизмом биологически активных
соединений (витаминов и стимуляторовроста).
Весьма важное свойство азотобактеразаключается в том,
что он вырабатывает фунгистатическоевещество, представля-
ющее собой метиловый эфир алифатическойтетраеновой кисло-
ты, содержащей гидроксильную и B-метильнуюгруппы. Обнару-
женный антибиотик, по данным Н.И.Придачиной, активен про-
тив значительного числа фитопатогенных грибов. Благодаря
описываемому свойству при бактеризацииазотобактером в ри-
зосфере угнетается развитие микроскопическихгрибов, 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 растениялишь культур, вы-
рабатывающих биологически активные вещества, поэтому при
селекции для производственных целейотбирают культуры азо-
тобактера, продуцирующие биологическиактивные соединения,
стимулирующие рост растений, и угнетающиеразвитие фитопа-
тогенных грибов. Так, культура азотобактера снимает угне-
тающее действие фитотоксичного грибаAlternaria на кукуру-
зу, а рост незараженного растениястимулирует. Однако, для
полевых культур азотобактерин малоэффективен. Это связано
с его способностью развиваться лишь вхорошо окультуренных
почвах. На унавоженных почвах положительноедействие 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, чтоособенно важно, уско-
рить его созревание.
Для объяснения эффективностиазотобактера прежде всего
следует выяснить, может ли этот микроорганизм, используя
корневые выделения, накопить достаточноазота для развития
растения. Опыты с монобактериальнымикультурами, в которых
высшее растение, выращенное из стерильных семян, инокули-
ровали культурой азотобактера, дают на этотвопрос отрица-
тельный ответ. За счет корневых выделений бактерия не мо-
жет усвоить такое количество азота, котороеобеспечивало
бы высокий урожай растений. Вместе с тем,при определенных
условиях азотобактер улучшает рострастений. В этом можно
убедиться, если в условияхмонобактериальной культуры об-
работать им семена растений. Объясняетсяэто тем, что азо-
тобактер синтезирует много биологическиактивных 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 азотобактералегко понять, учи-
тывая физиологические особенности данной бактерии. Она
актвино размножается лишь в плодородныхпочвах, обеспечен-
ных органическим веществом, фосфором ивлагой. Дефицит ув-
лажения азотобактер переносит хуже, чемдругие бактерии.
Известно, что в плодородных почвах присутствует спон-
танная культура Azotobacter. Как же в таком случае объяс-
нить положительный эффект дополнительногозаражения? Веро-
ятно, это связано с небольшойчисленностью 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 доступногорастениям 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 низовомторфе, имеющих нейт-
ральную реакцию и высокое содержание гумуса. К почве до-
бавляют источник углерода, доступный азотобактеру, напри-
мер, солому. В последнее время солому частоиспользуют как
органическое удобрение. Внесение соломы обогащает почву
гумусом. Кроме того, в ней содержится около0,5% азота и
другие необходимые растениям вещества. Приправильном вне-
сении соломы почва обогащается органическимвеществом и
в ней активизируются мобилизационныепроцессы включая
деятельность азотофиксирующих микроорганизмов. В зависи-
мости от ряда условий внесение 1 т. соломыприводит к
фиксации 5...12 кг. молекулярного азота.
Список литературы :
1. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т.«Микробиология» Агропромиздат
2. Мишустин Е.Н. «Микроорганизмы ипродуктивность земледе-
лия" Наука 1972 г.
3. Мишустин Е.Н., Шильникова В.К.«Биологическая фиксация
азота атмосферы" Наука 1968 г.