Какие бактерии нормализуют азотное питание у растений
Азот по праву считается одним из самых распространенных химических элементов на Земле. Он участвует во многих биологических процессах и поддерживает жизненные циклы в организмах. Белковые молекулы органического типа, принимающие участие в формировании органической жизни, неизменно состоят из азота. Бактерии вырабатывают его львиную долю, являющихся простейшими одноклеточными организмами. Ни один другой организм на планете не в состоянии синтезировать азот, поглощая его из атмосферы.
Азотное питание – эффективный инструмент увеличения плодородности грунта, восстановления его после интенсивной сельскохозяйственной эксплуатации.
Бактерии и круговорот азота
Азот – неотъемлемая часть атмосферы и грунта: он встречается как в гидросфере, так и земной коре, мантии. Геохимическое состояние нашей планеты невозможно без участия в геохимическом круговороте азота.
Если говорить о сути процесса, то он заключается в том, что определенные элементы, присутствующие в атмосфере направляются в разные слои земной коры (гидросфера-литосфера-атмосфера). Цикл по своей природе замкнутый. Мантия – единственный слой, не участвующий в этом круговороте. С выходом магнитной лавы выводится огромное количество компонентов, которым уже не суждено попасть внутрь.
В то же время в мантии содержится минимум азот. Извергаемая субстанция не в состоянии каким-либо образом повлиять на замкнутую цепочку геохимического цикла.
Обратите внимание! Присутствие бактерий в круговороте азота – важное свидетельство того, что они представляют собой неотъемлемую биогенную составляющую. Азотный цикл может длиться очень долго.
- В процессе абсорбации азотных молекул участвуют прокариоты, клубеньковые. После этого формируются органические соединения. Впоследствии они поглощаются растениями.
- Указанные растения усваиваются не только людьми, но и животными. Впрочем, на этом цикл их жизни не приостанавливается, а лишь переходит в новую фазу – они разлагаются. Биологические ткани разлагаются под действием денитрификаторов. В процессе денитрификации и образуются молекулы азота.
Анализируя циркуляцию азота в геохимическом круговороте нашей планеты, не стоит упускать из поля зрения и другие бактерии. Известно множество других микроорганизмов, способствующих усваиванию азота из ряда других источников, но при этом он участвует и общем химическом круговороте. Информация о бактериях позволяет современному человеку искусственно увеличить плодородие грунта, поспособствовать восстановлению химического состава, потребность в чем обусловлена продолжительным и неправильным использованием почвы.
Как азот попадает в грунт
Благодаря микроорганизмам, присутствующим в почве, и происходит обогащение грунта азотом, причём естественным способом. До недавнего времени бытовало мнение, что только клубеньковые микроорганизмы способны фильтровать азот из окружающей атмосферы. Очень важная роль в этом процессе отводится именно растениям, и в первую очередь бобовым. По своей сути это единственные растения, посредством которых и формируется уникальный симбиоз с уже названными клубеньковыми микробами.
В последнее время исследовательские работы активизировали и учёные, которым удалось доказать, что указанная выше точка зрения противоречит реальному положению дел.
В мире встречается огромное количество бактерий, которые с лёгкостью преобразовывают молекулы азота в аммониевые соединения.
Специалисты знают, что растения могут усваивать исключительно аммоний. Ярким тому примером являются актиномицеты, для которых характерным остается симбиоз с нескольких сотен разновидностей деревьев. Дабы точно понять в чем заключается суть процесса насыщения грунта азотом, следует проконтролировать последовательность выполнения всех процессов.
- Клубеньковые микроорганизмы представляют собой симбионты для растительных корней. Благодаря им в почве формируются специфические органические компоненты. Они получили название флавинов. У каждого из растений присутствуют собственные флавины, вступающие в реакцию исключительно с одними разновидностями бактерий. В зависимости от вида растения им присваивается соответствующее название, благодаря чему и происходим симбиоз.
- Бактерии, поглощающее с окружающей атмосферы молекулы азота, направляются к флавинам, и смещаются в сторону корневой системы растения. Через волоски на корнях они впитываются растением, а после перемещаются к стволу корня.
- Бактерии переходят в стадию активного размножения в корневых тканях. Параллельно формируется необходимое пространство для бактерий, клетки делятся активнее. За счёт этого и образуется клубенек.
- Именно в клубеньке и проходят все процессы. Ввиду присутствия бактерий вырабатывается аммоний, усваиваемый растением. Растение отдает бактериям углеводы, которые являются дополнительным источником энергии для микробов.
- С течением времени растение может либо погибнуть, либо же сбрасывает листья. Как итог, живые ткани, где содержится аммоний, начинают перегнивать в верхнем слое почве, за счёт этого грунт насыщается соединениями азота, имеющего органическое происхождение.
- Процессы имеют под собой следующий смысл. Сформировавшееся удобрение является основным источником для образования азотных соединений на органической основе для растений, которые в ближайшем будущем будут расти на этом грунте. Главная особенность таких удобрений – они не принимают участия в симбиозе с бактериями, фиксирующие азотные молекулы из воздуха. По истечению некоторого времени огород или загородный участок будет полностью готовым к последующему использованию. За счёт этого метода можно в разы повысить урожайность.
Разновидности клубеньковых бактерий
Ранее уже говорилось о том, что клубеньковые бактерии принимают непосредственное участие в удерживании азота. Остановимся подробнее на том, какие именно бактерии могут улучшить питание растений азотом, характерные для клубеньковой группы:
- Ризобиумы – факультативные анаэробы, а также грамотрицательные бактерии. Визуально они напоминают обычные палочки миниатюрных размеров. Отличительная черта микроорганизмов – парное существование. Они не могут формировать колонии или группы.
Обратите внимание! Некоторые виды микроорганизмов несут потенциальную опасность для человека, ввиду того, что могут быть переносчиками СПИДа.
- Актиномицеты. Развиваются в корне дерева или растения, участвуют в формировании клубеньков. Речь идёт о таких деревьях, как облепиха, ольха и т.п. Внутри клубеньков образовывается мицелий. Это хемоорганотрофы и грамположительные. Следует отметить, что структура цианобактерий схожа с актиномицетами (присутствие большого количества маленьких нитей), к тому же они дают активную реакцию на окрас по методике Грамма.
Для повышения концентрации клубеньковых бактерий в почве применяют средство под названием Нитрагин.
В этом составе сконцентрировано несколько рас клубеньковых микроорганизмов. Нитрагин добавляют в почву с целью повышения урожайности бобовых культур. Их система предрасположена к обогащению грунта азотом. Не меньшей популярностью пользуется и бактериальный препарат Азотобактерин. Его особенность заключается в том, что он накапливает в земле азот из окружающего воздуха, за счёт чего повышается качество почвы. Его можно применять для разнообразных растений, а не только для бобовых культур.
Источник
Где и как берут бактерии необходимый для жизни азот
Азот – один из самых распространенных химических элементов на планете Земля и четвертый по распространенности в Солнечной системе. Атмосфера на 80% состоит из азота. Его роль в деле поддержания существования органической жизни огромна. Ни одна органическая белковая молекула – основа органической жизни – не может быть построена без молекулярного азота. Небольшой процент его фиксируется из атмосферы абиотическим путем (разряды молний), но основную часть фиксируют бактерии, эти простейшие одноклеточные организмы и только они. Никакие живые организмы больше не в состоянии усваивать азот атмосферы. Это роль только для бактерий. Сегодня человек уже знает, какие бактерии улучшают азотное питание растений, и это знание позволяет не только увеличивать плодородность почв, но и восстанавливать их после энергичного сельскохозяйственного использования.
Бактерии как основной двигатель круговорота азота
Азот содержится не только в атмосфере. Почти столько же его в гидросфере, земной коре и в мантии (примерно 4×10¹⁵ т). Геохимический круговорот требует, чтобы этот азот постоянно был включен в общий круговорот, поддерживая тем самым геохимическое стабильное состояние Земли.
Как известно, суть круговорота состоит в том, что элементы из атмосферы попадают в земную кору (разные ее слои) и в гидросферу, а из литосферы и гидросферы назад возвращаются в атмосферу. Исключение составляет только мантия, ее элементы извергаются в атмосферу с извержениями вулканов и уже туда не возвращаются. Но в мантии азота не так уж и много, поэтому его количество, извергаемое регулярно в атмосферу, не в состоянии изменить общий геохимический цикл.
Как уже говорилось, бактерии являются в азотном цикле единственным биогенным элементом:
- Клубеньковые и другие прокариоты поглощают молекулярный азот атмосферы и плодородных почв – верхнего слоя земной коры, после чего превращают его в органические соединения, которые могут усваиваться растениями.
- Растения поглощаются животными, в том числе и людьми, которые, погибая и разлагаясь, возвращают азотные соединения в воздух через процесс денитрификации, который также осуществляют бактерии, только уже представители другой группы – денитрификаторы.
Когда речь идет о круговороте азота, то неправильно говорить только о клубеньковых микробах. Есть масса бактерий, которые усваивают азот других источников в другой форме, но все равно двигают его по циркулирующему геохимическому круговороту.
Обогащение почвы
Естественное азотное обогащение почвы – работа исключительно микроорганизмов, в том числе и клубеньковых. До недавнего времени считалось, что только клубеньковые бактерии относятся к микроорганизмам, которые способны фиксировать атмосферный азот из воздуха. Причем ключевую роль в этом процессе играют бобовые растения, поскольку они единственные могут являться симбионтами клубеньковых микробов.
Однако сегодня такая позиция считается устаревшей, поскольку за последнее время найдено огромное количество самых разных бактерий, которые способны превращать молекулярный азот в соединения аммония, а именно аммоний (NH4) уже может усваиваться растениями. Так, например, актиномицеты живут в азотфиксирующем симбиозе как минимум со ста видами деревьев.
Так как же происходит это обогащение почв:
- Растения, заинтересованные в симбиозе с клубеньковыми бактериями, насыщают почву вокруг своих корней особыми органическими соединениями – флавинами. При этом каждый вид растений вырабатывает индивидуальные и уникальные флавины, на которые реагирует только один вид бактерий. В микробиологии даже названия таким бактериям дают по названию растения, которое для них является напарником по симбиозу.
- Привлеченные флавинами бактерии, способные фиксировать азотные молекулы воздуха, подбираются ближе к корневым волоскам такого растения и, проникая через клеточные стенки покровной ткани корневого волоска, пробираются внутрь корня.
- Проникнув внутрь, бактерии размножаются, а чтобы создать для них достаточное пространство для выполнения возложенной роли, клетки корня начинают делиться и формируют клубенек.
- В процессе своей жизнедеятельности в клубеньке бактерии снабжают растение добытым из воздуха и почв аммонием, а от растения получают углеводы, которые являются для бактерий источником энергии (АТФ).
- Когда растение-симбионт отмирает или сбрасывает листву, его насыщенные аммонием органические ткани попадают в верхние слои почвы и, перегнивая, насыщают это почву азотистыми соединениями в органических молекулах.
- Главная роль этого перегнившего естественного азотного удобрения – стать источником органических азотистых соединений для тех растений, которые впоследствии будут расти на этих почвах, но сами не в состоянии вступить в симбиоз с фиксирующими из воздуха азот бактериями и получить необходимый аммоний напрямую из атмосферы.
Этот естественный биологический механизм испокон веков используется в сельском хозяйстве. Заметив ту важную роль, которую играют бобовые растения в деле повышения плодородности почв, земледельцы засевают поля бобовыми, после чего перепахивают поле вместе с выросшей на нем зеленой массой, и уже через несколько недель на таком поле можно высаживать сельскохозяйственные культуры, которые после такой азотной обработки дадут хороший урожай.
Какие бактерии играют активную роль в круговороте азота
Основную роль в фиксации азота из воздуха играют уже не раз упомянутые клубеньковые микроорганизмы. Какие виды относятся к этой группе?
- Род бактерий ризобиум (Rhizobium). Это грамотрицательные микроорганизмы, факультативные либо облигатные анаэробы, чаще всего имеют форму палочек, не образуют колоний, а функционируют поодиночке или попарно. Есть виды, которые являются патогенными для людей, зараженных вирусом СПИДа.
- Некоторые виды актиномицетов, которые живут в корнях деревьев (облепиха, ольха и др.), способных образовать для них клубеньки. Актиномицеты образовывают в клубеньках деревьев мицелии (тонкие нити). Грамположительны и хемоорганотрофы.
К производителям аммония также относятся цианобактерии Анабена, которые играют ту же роль, что и клубеньковые микробы, в симбиозе с папоротниками. Так же, как и актиномицеты, имеют нитчатый вид и положительно реагируют на окраску по Граму.
Распространенным в почве азотфиксатором является Clostndium pasteurianum. Они не вступают в симбиоз и свободно живут в почвах, играя роль азотного обогатителя почв в одиночку. Это подвижные спорообразующие палочки, которые питаются имеющимися в почве углеводами (в отличие от клубеньковых, которые питаются углеводами за счет растений) и, используя углеводы в качестве источников энергии, фиксируют азот насыщенного им воздуха.
Источник