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.