close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

403

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
,
v
.
'
•
'
•
'
.
"
• "
••
•"--
МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА
\
[и'АУЦ
~
•'.'.
~Т
На правах рукописи
Н. Б. КРЫЛОВА
ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА, ВАНАДИЯ И ДРУГИХ
МИКРОЗЛЕМЕНТОВ НА ФИКСАЦИЮ АТМОСФЕРНОГО
АЗОТА НЕКОТОРЫМИ СВОБОДНО ЖИВУЩИМИ
МИКРООРГАНИЗМАМИ
Автореферат
диссертации на соискание ученой .степени
- кандидата биологических наук
. Научный руководитель—
член корреспондент АН СССР,
доктор биологических наук . •
>
профессор Е. Н.МИШУСТИН
МОСКВА— 1984
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена на кафедре микробиологии Московской
ордена Ленина' сельскохозяйственной Академии имени
К. А. Тимирязева.
Защита состоится
.-.-•
1964 года на засе­
дании Совета факультета почвоведения и агрохимии Москов­
ской ордена Ленина сельскохозяйственной Академии имени
К. А. Тимирязева:
,.
•
Просьба принять участие в заседании Совета или прислать
отзыв по адресу: г. Москва, А—8, Новое шоссе, 51, корп. 10.
Ученый совет ТСХА.
Дата рассылки автореферата
-. :•
1964 года.
..
О
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коммунистическая партия и Советское правительство по­
ставило перед тружениками нашей страны как общенарод­
ную задачу дальнейший крутой подъем сельского хозяй­
ства на основе всесторонней химизации земледелия при одно­
временном использовании потенциальных богатств почвы.
Одной из мер, способствующих повышению плодородия
почвы, должна стать интенсификация процессов биологическо­
го связываиия'азота атмосферы.
Лзот, накапливаемый в почве азотфиксирующимп микро­
организмами, т. е. «биологический» азот, имеет огромное зна­
чение для земледелия, даже при широком, использовании азо­
та минеральных удобрений, так как «биологический» азот
фляетсн самым дешевым азотным удобрением, основным
естественным путем обогащения почвы азотом.
Управлять размером «биологического», азотонакопления
в почве станет возможным лишь,при полном выяснении двух
основных проблем: познания химизма азотфиксацин и пра• пильной оценки поведения азотфиксирующих микроорганиз­
мов в почве.
Несмотря на усилия исследователей, до сих пор нет основа­
ний для окончательного подтверждения или опровержения
любой из существующих гипотез химизма процесса азотфик­
сацин.
Одной из наиболее характерных особенностей азотфикса:
торов является их особенная требовательность к наличию
в среде молибдена. Присутствие молибдена в среде в значи­
тельной степени усиливает азотфиксирующую активность этих
микроорганизмов.
Изучение влияния молибдена на процесс азотфиксацин,и
физиологические, особенности, азотфиксирующих бактерий
почвы представляют несомненный интерес, так как это должно
приблизить нас к выяснению химизма фиксации азота.
Целью нашей работы явилось изучение количественных
потребностей в молибдене для фиксации азота бактериями,
J Пг:йьше»1ед1.нЩ"ц и'^ДЩ^йчных почвенных разностей, и возможj 4s£ao^ib)5a}iei"iLi,ii?4fIVeie Ja другими микроэлементами.
/ДгмемРри гшазедеш'щ,tsu боты в указанном направлении нашей
1
мЖШк
^
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
целью было сопоставить количественную потребность в молиб­
дене в среде, включение молибдена в клетки и его влияние на
ход процесса азотфиксации у разных свободиоживущих азотфикснрующих микрорганизмов.
Нас интересовали вопросы способности включения молиб­
дена в клетки азотфиксирующих бактерий в зависимости от
возраста культуры и условий азотного питания, что представ­
ляет интерес для общего понимания хода процесса азотфик­
сации.
Для выяснения вопроса о месте участия молибдена в про­
цессе азотфиксации мы изучали влияние молибдена на актив­
ность ферментных систем (гидрогеназную и дегндрогеназиую)
в зависимости от условий азотного питания и возраста
культуры.
I. ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА И ДРУГИХ
МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА АЗОТФИКСИРУЮЩУЮ
АКТИВНОСТЬ СВОБОДИОЖИВУЩИХ БАКТЕРИИ
ПОЧВЫ
Объекты и методы исследования
Для изучения влияния микроэлементов на рост и азотфиксацию были использованы три вида азотобактера (Az. chroococcum — штамм 53, Az". vinelandii, Az. agile), взятые из кол­
лекции кафедры микробиологии ТСХА; Mycobacterium flavum
форма 301, ассоциация Mycobacterium flavum и Pseudomonas
radiobacter, выделенные из дерново-подзолистой почвы
Т. А. Калининской, Beijerinclda выделенная В. Гогуадзе из
красноземов . чайной плантации научно-исследовательского
института чая.
Все опыты ставились на предложенной М. В. Федоровым
модификации безазотной среды, приготовленной на дистилли­
рованной воде (стеклянный дистиллятор) из солей квалифи­
кации «х. 4», специально очищенных от примесей тяжелых ме­
таллов перекристаллизацией солей и дальнейшим осаждением
из них примесей тяжелых металлов с сульфидом меди по ме­
тодике, описанной Хьюиттом (1960).
Во всех опытах нами были использованы одни и те же тща­
тельно вымытые-колбочки Эрлеимейера на 150 мл из стекла
типа «пирекс» и «Дружная горка», в которые наливалось по
30 мл питательной среды. В качестве источника углерода, как
правило, использовалась глюкоза.
• Среда инокулировалась 0,5 мл 5—7-суточной культурой
Beijerinckia и двухсуточной культурой азотобактера, выросшей
на жидкой среде без добавления молибдена. Рост инокулята
каждый раз определялся на фотоколориметре и выравнивался
до показаний 0,18—0,20 единицы оптической плотности.
•>
•
'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
~i~ 1
Put
S~~'
"
4
,f
tt
dL Poem и аъота>иксаи.ия Agciofaci**-
chxeo cvtettm utmawut Si при добпб/генис*
и с/оеде
льоли4$*ма.
f-aocfn At qoootoH
X' ftuMCu^eittMo мг a»cmoi /r§
]i —• — •
—» -
foAfoK
4WK
/Й)лАЛ>0*.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В процессе развития культуры и в конце опита определял­
ся рост клеток турбидиметрнчески. Оптическая плотность из­
мерялась на ФЭК.-М при 575 цмк (красный светофильтр).
Определение азота микрометодом Кьельдаля, определение
сахара методом Бьерри. проводилось в соответствии с описа­
нием этих методов в практических руководствах в каждой
повторной колбе отдельно.
Рост и азотфиксирующая активность микроорганизмов
при добавлении молибдена к среде
Параллельное сопоставление роста азотфиксирующих куль­
тур при добавлении молибдена к среде и без добавления пока :
зало, что присутствие молибдена в среде значительно усили­
вает рост всех изученных бактерий, но характер влияния мо- .
либдена различен на отдельные виды азотобактера.
С первых суток развития клетки Az. chroococcum, дефицит­
ные по молибдену, отстают в росте от клеток, растущих в при­
сутствии молибдена (pjtc. 1). Заметное стимулирующее влия­
ние на рост других азотфиксирующих микроорганизмов зна­
чительно позднее: у Az. vineiandii на 6-е сутки; у Az. agile на
11-е сутки; у Beijerinckia (рис. 2) на 17, однако при увеличе­
нии дефицитности клеток этих культур по молибдену, стиму­
лирующее влияние молибдена на рост отмечается значительно
раньше. Так, у культуры Az. agile, при четвертом пассировании
па среде, очищенной от молибдена (рис. 3), наблюдается уси­
ление роста с первых суток развития при добавлении .молиб­
дена к среде, тогда как у культуры, выращенной при втором
пассировании на очищенной*среде, усиление роста при добав- '
лении молибдена отмечается лишь на одиннадцатые сутки
развития.
Возможность расти и фиксировать азот на очищенной от
молибдена среде неодинакова у разных культур. Так, Az. chroo­
coccum фиксирует в среде, очищенной от молибдена, 25% от
его максимальной продуктивности азотфиксации в оптималь­
ных условиях; Az. vineiandii — 35—40%, Az. agile — 40—60%,
Beijerinckia — 60% (табл. 1), Mycobacterium flavum — 75%
(табл.2).
Полученные "нами данные аналогичны тем, которые были
получены М. В. Федоровым (1951), Бэрк (Burk, 1934), Эспозито и Вильсон (Esposito, Wilson, 1956) при изучении Az. chroo­
coccum, Az. oinelandii и Az. agile, и дают новые сведения о по­
требности молибдена для азотфиксирующих микобактерий.
Параллельное сопоставление азотфиксирующей активности
культур, растущих на среде с добавлением различных доз мо­
либдена и без добавления, показало, что изученные культуры
п
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Пез добавок
0,5 мг/л Na 2 Mo0 4
5,0 мг/л Na 2 Mo04
10 мг/л Na 2 Mo04
1С0 мг/л Na 2 Mo0 4
1000 мг/л Na2MoO(
Смесь микроэле­
ментов (С. М.)
С.М.-Н>,5мг/л
Na 2 Mo0 4
С.М.-|-5,0мг/л
Na 2 Mo0 4
С.М.+ 10мг/л
Na 2 Mo0 4
С.М.-|-1С0мг/л
Na 2 Mo04
С.М.+ 10О0мг/л
Na 2 MoO t
<о га
О с.
С (J
и
аS о
%<*
ю га
i> а.
с . га
о га
с о
203,0
1.17
5,3
0.27
122,0
0,81
1,02 207,0
1,32 207,0
1,02' 207,0
4,22
4,22
3,41
20,4
29,4
10,5
0,49
0,29
0,26
0,31.
183,0
103,2
£6,5
93,0
3,79
1,01
0,73
0,99
0,57
7,28
20,7
10,5
8,4
10,7
2 Ь
Ц я
ю' га
а/ с
с га
о го
а о
(о га
0,23
88,5
0,31
3,1
0,52
0,85
0,47
0,49
2,25
4,17
2,26
2,19
15,3
27,8
15,3
14,6
0,28
99,6
0,91
9,6
0,47
2,29
15,3
1,04
4,47,
29,8
0,16
2,28
15.3
с С
си га
1- X
о га
С о
0,76
225,0
3,75
16,1
0,70
2*25,0
3,91
17,5
0,78
225,0
3,74
16,2
0,83
225,0
з.со
13,3
1,23
207,0
3,01
17,1
0,65
176,0
1,93
11,3
1,18
237,0
4,С8
19,7
0,31
103,0
1,49
14,8
1.14
207,0
4,02
19,4
оптической
плотности
фиксировано
мг азота на
30 мл среди
фиксировано мг N
на 1 г потреблен­
ного сахара
\
.-\
О fa
В 3
POQT в единиц.
tiniaicibной среде
О U
а S
Ци
Beijerinckia
фиксировано мг N
на 1 г потреблен­
ного сахара
Добавле- \
но к ос\
новиой
\
1
фиксировано N
на 30 мл среды,
мг
фиксировано мг N
на 1 г потреблен­
ного сахара
рост и единиц.
оптической
плотности
КульТ
УРН
фиксировано N
па 30 мл среды,
мг,
фиксировано мг
азота на 1 г потреб­
ленного сахара
рост и единиц.
оптической
плотности
\''
рост в единиц.
оптической
плотности
\
Рост и аюгфиксация азотобактера и Beijerinckia при разиых
концентрациях молибдена в среде (среднее из 3 поаторностей)
Az. chroococcum
Az. v neland i
Az. agile
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
U
, 1.4
i
и
s
/ •
I.?
.У
15
/
>
1.0 c£
с
i
Ё
W
с
«4
S-'
09
«л
-9.
О
аб
О
аз
QI
—Г—Г"
3
а
/?
ве$рает, сутки.
рис.2. Рост и а}етсриксация
добавлении
Ay.Cta.cCe
к среде /иолиЯденв.
I -рост,(Г*1 дооЪ$сц
•? (puKCupoSaHo мг ауФта St» добавок.
при
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отличаются друг от друга разной потребностью в молибдене
для процесса максимальной азотфиксации (таблица. 1 и 2).
Таблица 2
Фиксация азота микобактериями при разной концентрации молибдена
в среде (среднее из 3 повторностсй)
фикснровзпомг
азота на 1 г по­
требленного са­
ч
хара
Без добавок
.
я
0,5 мг/л NajMoO«
3,0 мг/л Nn2MoO,'
. . . . . .
Смесь микроэлементов (С. М.) .
С. М.+ГА05 мг/л Na2MoO, . . .
С. Al.-f-0,5 мг/л Ма2Мо04
. . .
С. М.+5.0 мг/л Na2MoOt . . .
прмбаака азота
на 30 мл среды,
мг
среде
Ассоциация:
Mycobacterium
flavum и Pseudomonas radiobacter
фиксировано мг
азота на 1 г по­
требленного са­
хара
Добавлено к основной питательной
прибавка азота
на 30 мл среды,
мг
.Mycobacterium
flavum
4,62
6,02
4,73
1,61
2,21
6,19
2,42
3,91
5,27
4,22
G,'23
9,01
13,58
10,87
1,01
1,36
1,07
0,37,
1,10
0,51
6,17
2,10
Исходя из приведённых в таблицах данных изученные куль­
туры можно расположить в определённый ряд по уменьшаю­
щейся количественной потребности в молибдене для'азотфиксации:
Az. chroococcum
— 10—100 мг/л NajMoOj;
I t vinelandii
I ~ 5>° «г/л NaaMo6*;. ' '
Mycobacterium flavum)
* Ассоциация микобактерни?—0,5 мг/л Na2MoC>4. .
Beijerinckia
;
';.
'
Приведенные нами дозы молибдена, по нашему мнению,
следует рассматривать не как абсолютные величины, а лишь
как сравнительные, так как примененная нами методика очи­
стки среды от молибдена не дает возможности полностью осво­
бодиться от пего.
Рост и фиксация азота атмосферы при последовательном
ассировашш культур на среде, очищенной от молибдена
Многочисленными исследованиями было показано, а наши­
ми экспериментами подтверждено, что добавление молибдена
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
к среде значительно усиливает азогфиксиругащую активность
у всех бактерий, фиксирующих азот. Исходя из этого можно
предполагать, что, если культуру последовательно пересевать
несколько раз на среду, очищенную от молибдена, можно по­
лучить клетки, значительно обедненные им и проследить* зату­
хание роста и фиксации азота микроорганизмами.
Данные о влиянии на рост и азотфиксацию бактерий после­
довательного пересева на среду, очищенную от молибдена,
приведены в таблице 3.
Az. chroococcum уже при третьем пассаже роста практи­
чески-не дает; Az. agile при четвертом пассаже; Az. vinelandii
при пятом; a Beijerinckia и Mycobacterium flavum хорошо ра­
стут и фиксируют азог даже при девятом пересеве на среду, '
очищенную от молибдена.
Данные этого опыта наглядно показывают различную по­
требность в молибдене изученных микроорганизмов для азотфиксации и коррелируют с установленными количественными
потребностями молибдена в среде для максимальной фикса­
ции азота.
. . * .
Причиной отмеченного разнотипного отношения различных
лзотфикснрующих культур к наличию молибдена в среде, по
нашему мнению, может служить экологический фактор. Наиме­
нее требовательными к наличию молибдена в среде оказы­
ваются Beijerinckia и микобактерии, .культуры, выделенные из
кислых дерново-подзолистых почв и красноземов.
Как установлено многими исследователями (Л. В. Виногра­
дов, X. Г.Виноградова, 1962; Я. В.Пейве, 1961 и др.), в кислых
дерново-подзолистых почвах и красноземах молибден находит­
ся в малодоступной форме для растений вследствие сорбционного закрепления молибдат-иона коллоидными полуторными
'окислами железа и алюминия и некоторыми глинистыми ми­
нералами. Микобактерии и Beijerinckia, развиваясь в кислых
молибден-недостаточных почвах, за долгое время своего суще­
ствования, очевидно, адаптировались к невысокому уровню
содержания молибдена в этих почвах.
Корреляции между величиной азотфиксирующей активно- сти и количественной потребности в молибдене для максималь­
ной азотфиксации не найдено.
Влияние ванадия на рост и азотфиксацию свободноживущими
фиксаторами азота
В литературе имеются данные о возможности замены мо­
либдена ванадием для процесса азотфиксации некоторыми .
культурами (Jensen, 1918, Becking, 1961, Bortels, 1936 и др.).
В наших опытах добавление к среде ванадия оказывало сти- .
мулнрующее влияние на рост и азотфиксацию Az. agile, Az. vi­
nelandii и Mycobacterium flavum (таблица 4).
б
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
i
рис
t
з
*
г
Шозрасгп,
сутки
f*ocm и
asorntpuccnicta
•A^picSoetez agi€e f3njп/эи
до(Га влеыс/и к среде л/0/н/£деыа.
1 ~ рост ,<&э gcdbfcfc
1 -фиксировано
мш счета, &j
дооЫок.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Poet и аютфиксация при последовательных пассажах иа безазотной
Опти­
мальнее
содержа­
ние мо­
либдена
о среде
о Э
п «
я HI
Культура
1-й лассз«
на срезе
без добав­
ления мо­
либдена
Зи
о Я
О
ns
5и
pi *7
2.S
8и
а я
га а>
0 5 <У
О "
S
О ^
•&ь
7и
3
II
и "
°£
о с
со
in
й о,
о о
S
Таблица 3
среде, без добавления молибдена
II
Si
*в*н
а§
а Я
US
II
£§
El
•St
Аг. chroococcum
1,70 2,73 0,23 0,61 0,12 0,10 0,12 0,29 0,12 0,05 0,05 0,0
Az. agile . . .
1,55 2,85 1,20 2,16 0,70 1,93 0,20 0,90 0,20 0,10 0,10 0,0
Az. vinelandii .
1,00 2,98 1,60 2,31 0,21 0,92 0,22 0,90 0,20 0,£5 0,14 0,13 0,05 0,00
Beijerinckia . .
3,1
9,11 0,92 3,41 0,92 1,72 0,92
0,88- 1,33 0,67 1,22 0,44
1,15
0,30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4
Фиксация азота Mycobacterium flavum при добавлении ванадия
(среднее из 3 позториостей)
Фиксировано азота
на 30 мл среды
Добавлено к основной питательной
среде
Без добавок
0,5 мг/л Na2MoO«
0,002 мг/л NaV0 3
0,2 мг/л NaVOs
; j . .
1,04
1,30
1,39
1,38
100,0
131,0
133,0
133,0
Продуктив­
ность азотфиксации в
мг N на 1 г
потребленно­
го источника
углерода
4,62
6,02 6,99
6,03
Стимулирующий эффект ванадия на количество фиксиро­
ванного азота составляет 47% для Az. vinelandii; около
100%— для Az. aglie (таблица 5) и 116% (таблица 4)—для
Mycobacterium tlavum по сравнению со стимулирующим эф­
фектом молибдена.
Действие других микроэлементов на рост и азотфиксацию
Основываясь на имеющиеся в литературе данные (Flaig
1937 и Iswaran, Rao, 1960) о явлении снижения стимулирую­
щего действия молибдена на развитие азотфиксирующих мик­
роорганизмов в присутствии в среде других микроэлементов,
в наших опытах выяснялось влияние на азотфиксацию молиб­
дена и ванадия при одновременном присутствии в среде дру­
гих микроэлементов.
,
:
В качестве реагента была использована смесь микроэле­
ментов (по М. В. Федорову), в состав которой входят бор, мар­
ганец, цинк, медь, йод и бром.
Добавление к среде этих микроэлементов несколько сни­
жает стимулирующий эффект оптимальной дозы молибдена и
усиливает действие неоптимальных доз, что, по нашему мне­
нию, объясняется частичной инактивацией молибдена медью,
которая в дозе 5 мг/л CuSo4, входит в состав смеси микроэле­
ментов. При одновременном присутствии в среде ванадия
с другими микроэлементами значительно усиливается стиму­
лирующее действие ванадия на процесс фиксации азота.
Влияние на азотфиксацию микроэлементов-антагонистов
молибдена
Вопрос о конкурентной функции вольфрама по отношению
к молибдену в процессе азотфиксацпп выяснялся внесением
8
•
,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ов среду
различных количественных соотношений, молибдена и
вольфрама.
Таблица о
Рост и азотфиксация Az. agile при разных концентрациях молибдена
и ванадия (среднее из 3 повторностей)
Добавлено к основной питательной
среде
Без добавок
-f-0,2 мг/л N a 3 M o 0 4
. .
+ 5 мг/л Х а г М о 0 4 . . .
-f-10 мг/л Na 2 .\loO t . . .
"+0.СО2 мг/л N a V 0 3 . . .
-Ю.С02 мг/л NaVOj . . .
+ 0,2 мг/л N a V 0 3
. . .
Смесь микроэлементов без м олнб
дена и ванадия (С. Л1.)
С. М.-Ю.2 мг/л Ncj.MoO,
С. М . + 5 мг/л № г М о 0 4 .
С. Л1.-Г 10 мг/л N a 2 M o 0 4 .
С. М.+О.С02 мг/л N a V 0 3 .
С. M.-f0,02 мг/л N a V 0 3 .
С. М . + 0 . 2 мг/л NaVOj
Рост.
ед. опт.
плотно­
сти
Потреблено
сахара
Фиксирова­
но азота '
0.23
0,31
0,3}
0,31
0,11
0,35
0,31
100,0
147,3
63.5
117,0
150,5
141,0
03,5
47,4
73,7
31,0
12,0
75,0
66,9
46,0
0.3G
1,59
1,51
1,61
1,76
1,15
1,38
100
440
420
4 S3
417
402
383
0,37
0,36
0,35
0,37
0,20
0,10
0,33
101,5
82,2
73,5
106,5
52,5
130,0
109,3
40,0
33,9
30,3
50,6
25.0
61,5
53.0
0,82
1,31
1,27
1,72
1,03
1.Й0
1,72
223
377
350
479
ЗСО
500
479
. Добавление вольфрама в среду с оптимальным содержа­
нием молибдена снижает фиксацию азота культурами. Так,
у Az. chroococcum при добавлении к среде, содержащей 5 мг/л
Na2MoO», 0,1 мг/л Na2\VOi снижается количество фиксиро­
ванного азота в 30 мл среды с 2,914 мг до 0,938 мг. Наблю­
даемое в некоторых случаях одинаково стимулирующее дей­
ствие (синергизм) молибдена и вольфрама на азотфиксирующуго активность Az. vinelandii, очевидно, объясняется
тем, что добавление к среде соли вольфрама, конкурентно по­
давляя какое-то количество молибдена, приближает его кон­
центрацию к оптимальной.
Потребность в молибдене значительно увеличивается в при­
сутствии в среде вольфрама. Оптимальная доза молибдена
для максимальной азотфиксации Mycobacterium flavum увели­
чивается с 0,5 мг/л NasMoOj до 10 мг/л NaaMoOi при одновре­
менном присутствии в среде 1,0 мг/л Na2W04.
В наших опытах наблюдается значительная конкуренция
ванадата и вольфрамата для процесса.азотфиксации.
Медь, добавляемая к среде в том количестве, в котором она
входит в состав смеси микроэлементов, применяемой нами
,9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
'
.
•
\ .
(5 мг/л CuSO<), оказывает токсическое действие на' развитие
,н азотфиксацию Az. chroococcum и Az. agile, которое снимает­
ся прибавлением к среде других микроэлементов (I, Br, М'п.
Zn.B)..
Культуры Beijerinckia и Mycobacterium flavum резко отли­
чаются от азотобактера по отношению к меди. Медь в дозе
5 мг/л CuSCU увеличивает абсолютную прибавку азота куль­
турой Beijerinckia на 83% по сравнению с контролем и на.
32°/о" по сравнению с вариантами, содержащими .0,5. мг/л
NaaMoCk.
'
'•
Наблюдаемое в опытах антагонистическое действие меди
и молибдена резко снижается в присутствии в среде других
микроэлементов.
. . . . . .
И. ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА И ВАНАДИЯ НА ДЫХАНИЕ
АЗОТФИКСИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ ,
Как установлено многими исследователями и подтвержде­
но нашими данными, процесс азотфиксашш тесно связан с на­
личием молибдена в среде. Наши данные по изучению зави­
симости дыхания от присутствия в среде молибдена, показали,
что молибден и ванадий не оказывают стимулирующего влия­
ния ' на. экзогенное дыхание . азотфнксирующих культур
(сравнивались величины Q02/N.культур из разных вариантов
опыта). Дыхание, не будучи зависимо от молибдена, по-ви­
димому, непосредственно не связано и с азотфиксацией, что
подтверждает предположения некоторых исследователей
M B . Федоров, 1952; Г. Н. Зайцева, 1963).
III. ГИДРОГЕНАЗНАЯ и ДЕГИДРОГЕНАЗНАЯ
АКТИВНОСТЬ АЗОТОБАКТЕРА И BEIJERINCKIA
ВЗАВИСИМОСТИОТ ВОЗРАСТА КУЛЬТУРЫ, УСЛОВИИ
АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И ПРИСУТСТВИЯ В СРЕДЕ
МОЛИБДЕНА и ВАНАДИЯ
Многие исследователи химизм процесса фиксации азота
атмосферы связывают с ферментом гидрогеназой, который
предполагается молибден (железо) содержащим белком.
; Для общего понимания хода процесса азотфиксашш пред­
ставляет интерес изучение влияния молибдена на активность:
гидрогеназы азотфнксирующих культур в зависимости от воз
раста' бактерий и условий азотного питания.
Гидрогеназная активность определялась в пробирках Тунберга по скорости восстановления метиленовой сини и выра­
жалась в-милли-молях восстановленной метиленовой сини за
1 мин. на 1 мг азота клеток.
..' ,
.10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•'Добавление-молибдена к среде усиливает гидрогеназную
активность у азотобактера и Beijerinckia при использовании
атмосферного азота, что согласуется с данными ряда авторов
(Nicholas, 1961; Fiedler, 1962 и др.).
Стимулирующий эффект молибдена резко возрастает при
исследовании более дефицитных клеток (таблица б).
лица 6).
Таблица
Влияние молибдена на гидрогеназную активность Beijerinckia
Beijerinckia
(2 пассаж, на
среде, очищенной
от молибдена)
Добавлено к основной
- питательной среде
-г молибден
%
690- Ю- 5
96,6
725- Ю-
Beijerinckia
(9 пассаж, на
среде, очищенной
ог молибдена)
МИЛЛИ-МОЛИ
МИЛЛИ-МОЛИ
метиленовой
сини, вос­
становлено
за 1 мин.
1 мг азота
клеток
5
б
100,0
метиленовой
сини, вос­
становлено
за 1 мин.
1 мгазота
клеток
8- l 0 - s '
202- 10- s
%
3.9
100.0
Гидрогеназная активность значительно уменьшается при
старении культуры и при использовании связанного источника
азота по сравнению с использованием N» (таблица 7).
Активность дегидрогеназ не зависит от возраста культуры,
условий азотного питания и присутствия в среде молибдена.
IY. ИЗУЧЕНИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ МОЛИБДЕНА В КЛЕТКИ
В-ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА КУЛЬТУРЫ, УСЛОВИИ
АЗОТНОГО ПИТАНИЯ, КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛИБДЕНА
В СРЕДЕ И ПРИСУТСТВИЯ ДРУГИХ
МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
При изучении включения молибдена в клетки количество
включенного молибдена учитывалось в отцентрифугированных
клетках, промытых дважды фосфатным буфером. Количество
включенного' молибдена определялось на торцевом счетчике
Гейгера-Мюллера в случае использования Мо", при исполь­
зовании же обычной соли молибдена — роданитным методом
(по 10. И. Добрицкой, I960)..
И
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
t
Варианты опыта
Возраст
культуры
(сутки)
Таблица
Гидрогеназная активность в зависимости от возраста культуры,
источника азота и•присутствия в среде молибдена-.
(среднее из 3 повториостей)
Восстановлено милли-молей
метилсновой сини за 1 мин.
на 1 мг азота клеток
Az.
chroococcum
Beijerinckia
3
5
10
• 367-10-55
362- Ю-5
193-"Ю-
Безазотная среда с молибденом .
3
5
10
632-Ю- 5
569-10-5
—
|
j
;
725-Ю- 5
407-10-5
57-10-5
Среда с мочевиной без модибде-
3
5
10
154-Ю- 55
137-Ю- 5
69-Ю-
1
(
484-10-5
369-10- 5
12-10-5
Среда с мочевиной с молибденом
3
5
10
122 • Ю- 5
Безазотная среда без" молибдена
.
7
17-Ю- 5
690- 10-55
394-Ю- 5
55- Ю-
24- Ю- 5
177-10-55
20- Ю-
Наибольшая интенсивность включения молибдена в клет­
ки трех видов азотобактера и Beijerinckia наблюдается в на­
чальный период фазы 'логарифмического роста. Культуры
усваивают молибден из среды в процессе всего своего разви­
тия, но по мере увеличения возраста культуры молибден из
среды поглащается. медленнее. Наши наблюдения согласуются
с исследованиями О. И. Бершовой (1958 г.).
За 4,5 суток развития Az. vinelandii включает молибдена
на I мг клеточного азота в 2 раза больше, a Beijerinckia в
1,5 раза больше, чем Az. chroococcum и Az. agile, следователь­
но, корреляции между количеством молибдена, которое вклю­
чается, в клетки^ азотфиксирующих культур и потребностью
молибдена в среде для максимальной азотфиксации не наблю­
дается.
••
.Количество молибдена, включенного в клетки, не всегда
зависит от условий азотного питания культуры. Так, в клетки
Az. vinelandii и Az. agile включается одинаковое количество
молибдена как при использовании культурами атмосферного
азота, так и связанных источников азота.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Клетки же Az. chroococcum, выращенные на мочевине. •
включали лишь половину того количества молибдена, которое
включалось в клетки азотфиксирующих культур.
Az. chroococcum
Az. agile
Az. reinelandii
Beijerincki
10 мг/л
NajMoO*
0,45
1,93
94- 10-'°
5,5
5 мг/л
NaiMoOi
0,50
2,91
230- Ю- 10
13.3
смесь микро­
элем ентов-f4-5 мг/л
Na2MoO*
0,52
3,21
82 • Ю- 10
4,9
5 мг/л
Na2MoC>4
0.60
3,05
400- Ю- 10
30.3
смесь микро­
элем ентов-J-|-5 мг/л
Na 2 Mo0 4
0,70
3,36
64- 10- 10
4,2
Включено
молибдена
на 1 млн.
клеток в у
Потреблено
молибдена
из среды в %
Фиксировано
азота на
30 мл, среды
в мг
Культуры
Добавлено
к основной
питательной
среде
Рост в едини­
цах оптиче­
ской плотности
Таблица 8
Включение молибдена в клетки в зависимости от присутствия в среде
других микроэлементов
+0,5 мг/л
Na 2 Mo0 4
3,05
—
32,0
смесь микроэлементов-г
4-0,5 мг/л
Na2MoC>4
3,70
—
5.3
Включение молибдена в клетки резко снижается при одно­
временном присутствии' в среде других микроэлементов
(таблица 8).
Из среды, содержащей оптимальную дозу молибдена, в
клетки Az. vinilandii включается лишь 30% молибдена при
полном использовании источника углерода; в клетки Az. agi­
le—13,5%, Az. chroococcum—5,50/0, Beijerinckia—32°/o.
Очевидно, количество молибдена, содержащегося в клет­
ках азотфиксирующих культур, намного меньше того количе­
ства молибдена, присутствие которого необходимо в среде
для процесса максимальной фиксации азота.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
V. ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА НА ОБРАЗОВАНИЕ
ПИГМЕНТА AZ. agile, AZ. vinelandii и beijerinckia
ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ПИГМЕНТА
Общеизвестно, что все виды азотобактера образуют пиг­
менты. Многие исследователи наблюдали прямую связь между
образованием пигмента и присутствием, в среде микроэлемен­
тов (Bortels, 1939; yohnstone, Fishbein, 1956; Н. А. Мехтиева,'
1962 и др.).
В наших опытах при изучении влияния молибдена на рост
и азотфиксируюшую активность микроорганизмов была отме­
чена устойчивая связь между образование диффундирующе­
го в жидкую среду пигмента Az. agile и Az. vinelandii и нали­
чием молибдена в среде. Ни бор, ни медь, ни магний, ни цинк
не могли заменить молибден для процесса пигментообразования.
Интенсивность пигментации находится в прямой зависимо­
сти от концентрации молибдена в среде.
При содержании в среде оптимальной дозы молибдена уве­
личение концентрации железа влечет за собой некоторое из­
менение цветности пигментов: усиление фиолетового оттенка
пигмента Az. agile и зеленого флюоресцирующего — Az. vine­
landii.
.
Пигмент Az. agile и Az. vinelandii является продуктом син­
теза клеток этих бактерий.
Изучение химической природы пигментных веществ пока, зало, что пигменты Az. agile и Az. vinelandii растворимы в
воде и в щелочах и нерастворяются в органических раствори­
телях.
Пигмент Bijerinckia, являющийся эндопигментом, раство­
рим только в щелочах.
При исследовании пигментов с помощью круговой бумаж­
ной хроматографии (М. М. Кононова, 1963) и применения раз­
личных проявителей установлено, что пигменты изученных
| микроорганизмов, имея некоторые различия в химическом
строении, относятся к одной -группе фенольных соединений,
которые могут служить исходными структурными единицами
для образования гумусовых Ееществ.
Выводы
1. Добавление молибдена к среде усиливает азотфиксирую­
шую активность азотобактера, Beijerinckia, Mycobacterium
flavum и ассоциации Mycobacterium, flavum и Pseudomonas
radiobacter.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чает молибдена больше в 2 раза, a Beijerinckia в 1,5 раза, чем
за, чем Az. agile и Az. chroococcum.
Корреляции между количеством включенного молибдена
в клетки и потребностью в молибдене, присутствующем в
среде, для процесса максимальной азотфиксации не найдено.
10. Количество молибдена, включенного в клетки Az. agile
и Az! vinelandii, не зависит, от условий азотного питания куль­
туры.
Клетки: Az. chroococcum при использовании аммиачного
азота включают лишь половину того количества молибдена,
который включается при использовании атмосферного азота.
11. Установлено, что включение молибдена в клетки рез­
ко снижается в присутствии в среде молибдена одновремен­
но с другими микроэлементами.
По-видимому, механизм антагонистического действия ио­
нов основан на уменьшении способности живой клетки погло­
щать из среды элементы-антагонисты.
12. Образование пигмента Az. agile, Az. vinelandii и
Beijerinckia зависит от присутствия в среде молибдена.
Установлено, что по своей химической природе пигмент Az.
agile, Az. vinelandii и Beijerinckia имеют некоторые различия
между собой, но относятся к одной группе фенолов.
Материалы диссертации, опубликованные в следующих
статьях автора
1. Роль микроэлементов в азотфиксации. Изв. АН СССР,
биол. серия,•№ 5, 1962 г, стр. 718—731.
2. Влияние молибдена и ванадия на азотфиксацшо. Докл.
vTCXA, вып. 84, 19G3, стр. 293—299.
>
3. Влияние микроэлементов (Мо, V и W)- на азотфикса• цию свободноживущими почвенными азотфиксаторамн. Тези­
сы докладов Всесоюзной конференции по сельскохозяйствен­
ной микробиологии. 26—30-марта 1963 г. Ленинград (допол­
нительный выпуск).
4. Вольфрам и азотфиксации. Докл. ТСХА.выи: 89, 1963.
стр. 314—318.
5. Отношение к молибдену свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов. Изв. АН СССР (в печати-).
Л 79055 21/1—64 г.
Объем 1 п. л.
Заказ' 100.
Тираж. 150
Московская с.-х. зкадемия им. К. Л.. Тимирязева
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
811 Кб
Теги
403
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа