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 РБот 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 азот атмосферы азотобактером и факторы,обуславливающие её ровень.

2. Зависимость развития азотобактера от влажности, аэрации,

рН среды, содержания органических веществ, а также доступных запасови Са (фосфора и кальция) в почве.

3. Влияние корневых выделений растений, органических добрений, соломы и апродуктов разложения клетчатки на активность фиксации азотобактером в почве.

4. Размеры азотонакопления в почве азотобактерома и перспективы использования его в овощеводстве.

II. Общий микробиологический анализ дерново-подзолистой

почвы. Стр.

1. Методы исследования.

2. Результаты анализа.

. Выводы Стр.

IV. Список литературы: Стр.

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

Микробиология (от греч.mikros -а малый, biosа -а жизнь,

logos - наука) - наука о мельчайших, невидимых

невооружённым глазом организмах,называемых микроорганизмами, или микробами.

Микробиология как наука изучает морфологию, систематику

и физиологические особенности микроорганизмов, словия 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 водоёмах, они обуславливают круговорот веществ и энергии в

природе, от их деятельности зависит плодородие почв,

формирование каменного гля, нефти, и многих других

полезных ископаемых. От них зависти обогащение почв азотом,

борьба с вредителями сельскохозяйственныха культур, правильное приготовление и хранение кормов, создание кормового

белка, антибиотиков и т.д.

1. Фиксация азот атмосферы азотобактером и факторы,

обуславливающие её ровень.

Основная масса азот на Земле находится в газообразном

состоянии и составляет свыше 3/4 атмосферы (78,09% по объему, или 75,6% по массе). Практически на нашей планете запас азот неисчерпаема -а 3,8*10^15а т. Азот - довольно

инертный элемент, поэтому редко встречается ва связанном

состоянии. Это один из основных биофильных элементов, необходимый компонента главныха полимерова живыха клеток структурных белков, белков- ферментов, нуклеиновых и аденозинтрифосворных кислот. Никакой другой элемента така не

лимитирует ресурсы питательных веществ в агроэкосистемах,

как азот. Он может стать доступным для живыха организмов

только в связанной форме, то есть в результате азотофиксации.

Азотофиксация - биологический процесс, и единственными

организмами, способными его осуществлять, служат прокариоты (бактерии, цианобактерии, актиномицеты и архебактерии).

Небиологические процессы фиксации азота (грозовые разряды,

воздействие Ф-лучей, работ 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 добрений,

производящих синтетический аммиак составляет лишь 5%.

Следовательно, свыше 90% всей фиксации молекулярного азота

атмосферы осуществляется вследствие метаболической активности 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 грамотрицательных палочек и кокков. В это семейство входят

микроорганизмы, имеющие крупные, от палочковиднойа до

овальной, формы клетки, подвижные с перитрихальным жгутикованием, не образующие спор. Характерные признаки- слизистая 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 кокковидныха клеток некоторых видов азотобактера появляется толстая оболочка, и они превращаются в цисты. На

одних питательных средах палочки быстро приобретают кокковидную форму, на других - лишь по истеченииа длительного

времени. Палочковидные формы азотобактера имеют жгутики и

обладают подвижностью. При переходе палочек в кокки жгутики обычно теряются.

Все виды азотобактера аэробны. Источник азот для них соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутствии связанных форм азот азотобактера фиксируета молекулярный азот. Небольшие дозы азотсодержащих соединений не

приводят к депрессии фиксации азота, иногда даже стимулируют её. Увеличение дозы связанного азота в среде полностью подавляет своение молекулярного азота. Энергия

своения азот у отдельных культур азотобактера колеблется

в широком диапазоне. Активные культуры связывают 15...20 мг

азот на 1 г. потребленного органического вещества.

Азотобактер способен использовать большой набор органических соединений - моно- и дисахариды, некоторые полисахариды(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, аэрации, 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 азотобактера в данных элементах столь высока, что его используют

как биологический индикатор на наличие фосфора и кальция в

почве. Для энергичной азотфиксации микроорганизмам требуются микроэлементы, из которых наиболее важен молибден,

который входит в состав ферментов, катализирующих процесс

своения азота. Отмеченные физиологические особенности

характеризуют экологию данного организма. Азотобактер

обитает в высокоплодородных, достаточно влажных почвах с

нейтральной или близкой к ней реакции среды. При недостаточной влажности большинство клеток отмирает. В черноземных, 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 дерновоподзолистых почва азотобактера можно найти в огородных и

пойменных почвах, богатых органическими соединениями, с

оптимальным рН 6,8...7,2.

3. Влияние корневыха выделенийа растений, органических

добрений, соломы, продуктов разложения клетчатки на

активность фиксации азот азотобактером и размеры азотонакопления в почве и перспективы использования в с/х.

Способность Azotobacter chroococcum размножаться при соответствующих словиях в ризосфере сельскохозяйственных

культур дала основание предполагать, что казанный микроорганизм может лучшить азотное питание растений. По предложению академика С.П.Костычева и его сотрудников са тридцатых годов текущего столетия в нашей стране начали применять землеудобрительный препарат, содержащий культуру

Azotobacter chroococcum, или азотобактерин.

Позднее, когд выяснилась способность микроорганизма

продуцировать биологически активные вещества, его действие

на растения стали связывать не только с фиксацией азот и

лучшением азотного питания, но и с поступлением в растения вырабатываемых микроорганизмома биологическиа активных

соединений (витаминов и стимуляторов роста).

Весьма важное свойство азотобактера заключается ва том,

что он вырабатывает фунгистатическое вещество, представляющее собой метиловый эфир алифатической тетраеновой кислоты, содержащей гидроксильную и B-метильную группы. Обнаруженный антибиотик, по данным Н.И.Придачиной, активен против значительного числа фитопатогенных грибов. Благодаря

описываемому свойству при бактеризации азотобактером в ризосфере гнетается развитие микроскопических грибов, многие из которых задерживают рост растений.

Отдельные культуры Azotobacterа различаются по антагонистическим свойствам.

Работ c различными штаммами Azotobacter chroococcum

подтвердила хорошее действие на растения лишь культур, вырабатывающих биологически активные вещества, поэтому при

селекции для производственных целей отбирают культуры азотобактера, продуцирующие биологически активные соединения,

стимулирующие рост растений, и гнетающие развитие фитопатогенных грибов. Так, культура азотобактера снимает гнетающее действие фитотоксичного гриба Alternaria на кукурузу, рост незараженного растения стимулирует. Однако, для

полевых культур азотобактерин мало эффективен. Это связано

с его способностью развиваться лишь в хорошо окультуренных

почвах. На навоженных почвах положительное действие азотобактерина возрастает. Препарат хорошо влияет, например,

на овощные культуры, акоторые обычно выращивают н сильно

добренных навозом почвах. Здесь бактеризация семян может

повысить рожай на 20...30%а и, что особенно важно, скорить его созревание.

Для объяснения эффективности азотобактера прежде всего

следует выяснить, может ли этот микроорганизм, используя

корневые выделения, накопить достаточно азот для развития

растения. Опыты с монобактериальными культурами, в которых

высшее растение, выращенное из стерильных семян, инокулировали культурой азотобактера, дают на этот вопрос отрицательный ответ. За счет корневых выделений бактерия не может своить такое количество азота, которое обеспечивало

бы высокий рожай растений. Вместе с тем, при определенных

словиях азотобактер лучшает рост растений. В этом можно

бедиться, если в словиях монобактериальной культуры обработать им семена растений. Объясняется это тем, что азотобактер синтезирует много биологически активных соединений

- никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин,

гетероуксин, гиббереллин, и, возможно, ряд других соединений. Комплекса казанныха веществ способен стимулировать

прорастание семян, скорять развитие растений в благоприятных словиях среды.

Положительное действие азотобактера легко понять, учитывая физиологические особенностиа даннойа бактерии. Она

актвино размножается лишь в плодородных почвах, обеспеченных органическим веществом, фосфором и влагой. Дефицит влажения азотобактер переносит хуже, чем другие бактерии.

Известно, что ва плодородных почвах присутствует спонтанная культура Azotobacter. Как же в таком случае объяснить положительный эффект дополнительного заражения? Вероятно, это связано с небольшой численностью клетока азотобактера даже в плодородной почве. При бактеризации количество бактерий сильно возрастает, особенно ва ризосфере,

что иа создает благоприятные словия для развития корневой

системы. Проявляется кака стимулирующееа влияние ростовых

веществ, така и подавление вредной грибной флоры, также

некоторые накопления в почве доступного растениям азота.

Препарат азотобактерина используют в основном для оранжерейной и парниковойа культуры растений, или ва случае

овощных культур. Обычно его готовят, размножая микроорганизм в стерильной почве или низовом торфе, имеющиха нейтральную реакцию и высокое содержание гумуса. К почве добавляют источник глерода, доступный азотобактеру, например, солому. В последнее время солому часто используют как

органическое добрение. Внесение соломы обогащаета почву

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

другие необходимые растениям вещества. При правильном внесении соломы почва обогащается органическим веществом и

в ней активизируются мобилизационные процессы включая

деятельность азотофиксирующиха микроорганизмов. В зависимости от ряда словий 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 земледелия" Наука 1972 г.

3. Мишустина Е.Н.,Шильников В.К."Биологическая фиксация

азот атмосферы" Наука 1968 г.