Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв


	Загрузить архив:
	Файл: 240-0223.zip (9kb [zip], Скачиваний: 58) скачать

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 ифакторы,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, соломыи продуктов разложения клетчатки на актив-

ность фиксации азотобактером в почве.

4. Размеры азотонакопления в почве азотобактеромиперс-

пективы использования его в овощеводстве.

II. Общий микробиологический анализ дерново-подзолистой

почвы. Стр.

1. Методы исследования.

2. Результаты анализа.

III. ВыводыСтр.

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 вредителямисельскохозяйственныхкультур, пра-

вильное приготовление и хранение кормов, создание кормового

белка, антибиотиков и т.д.

1. Фиксация азота атмосферы азотобактером ифакторы,

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 встречаетсяв связанном

состоянии. Это один из основных биофильных элементов,не-

обходимый компонентглавных полимеровживыхклеток -

структурных белков,белков- ферментов, нуклеиновых и аде-

нозинтрифосворных кислот.Никакой другой элементтакне

лимитирует ресурсыпитательных веществ в агроэкосистемах,

как азот. Он может стать доступным для живыхорганизмов

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 осуществляетсявследствие 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, классуScotobacteria,группе аэробных грам-

отрицательных палочек и кокков. В это семейство входят

микроорганизмы, имеющие крупные, отпалочковиднойдо

овальной, формы клетки,подвижные с перитрихальным жгути-

кованием, необразующие 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 кокковидныхклеток 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 поистечении длительного

времени. Палочковидныеформы 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 азотобактерфиксирует молеку-

лярный азот. Небольшие дозы азотсодержащих соединений не

приводят к депрессии фиксации азота,а иногда даже стиму-

лируют её. Увеличениедозы 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 идерново-

подзолистых почвазотобактер можнонайтив огородных и

пойменных почвах, богатых органическими соединениями, с

оптимальным рН 6,8...7,2.

3. Влияниекорневых выделенийрастений,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 ризосфересельскохозяйственных

культур дала основание предполагать,что указанный микро-

организм может улучшить азотное питание растений. По пред-

ложению академика С.П.Костычева и его сотрудников стрид-

цатых годов текущего столетия в нашей стране начали приме-

нять землеудобрительный препарат, содержащий культуру

Azotobacter chroococcum, или азотобактерин.

Позднее, когдавыяснилась способностьмикроорганизма

продуцировать биологически активные вещества, его действие

на растения стали связывать не только с фиксацией азотаи

улучшением азотного питания,но и с поступлением в расте-

ния вырабатываемых микроорганизмомбиологически активных

соединений (витаминов и стимуляторов роста).

Весьма важное свойство азотобактера заключается втом,

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 значительногочисла фитопатогенных грибов.Благодаря

описываемому свойству при бактеризации азотобактером в ри-

зосфере угнетается развитие микроскопических грибов,мно-

гие из которых задерживают рост растений.

Отдельные культурыAzotobacter различаются по антаго-

нистическим свойствам.

Работа с различнымиштаммамиAzotobacter chroococcum

подтвердила хорошее действие на растения лишь культур, вы-

рабатывающих биологическиактивные 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 действиеазо-

тобактерина возрастает.Препарат хорошо влияет, например,

на овощные культуры, которые обычно выращивают насильно

удобренных навозом почвах.Здесь бактеризация семян может

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

рить его созревание.

Для объяснения эффективности азотобактера преждевсего

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 культурыоб-

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. Комплексуказанных веществ способен стимулировать

прорастание семян,ускорять развитие растений в благопри-

ятных условиях среды.

Положительное действие азотобактера легко понять,учи-

тывая физиологическиеособенности даннойбактерии.Она

актвино размножается лишь в плодородных почвах, обеспечен-

ных органическим веществом, фосфором и влагой. Дефицит ув-

лажения азотобактер переносит хуже, чем другие бактерии.

Известно, чтов плодородных почвах присутствует спон-

танная культура Azotobacter.Как же в таком случае объяс-

нить положительный эффект дополнительного заражения? Веро-

ятно, это связано с небольшой численностьюклетоказото-

бактера дажев плодородной почве.При бактеризации коли-

чество бактерий сильно возрастает,особенно в ризосфере,

что и создает благоприятные условия для развития корневой

системы. Проявляется какстимулирующее влияниеростовых

веществ, таки подавление вредной грибной флоры,а также

некоторые накопления в почве доступного растениям азота.

Препарат азотобактериниспользуют в основном для оран-

жерейной и парниковойкультуры растений,илив случае

овощных культур.Обычно его готовят, размножая микроорга-

низм в стерильной почве или низовом торфе,имеющихнейт-

ральную реакциюи высокое содержание гумуса.К почве до-

бавляют источник углерода,доступный азотобактеру, напри-

мер, солому. В последнее время солому часто используют как

органическое удобрение.Внесение соломыобогащает 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 азотофиксирующихмикроорганизмов.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."Биологическаяфиксация

азота атмосферы" Наука 1968 г.