Путешествие в страну микробов

Биогенные элементы в движении

Мы убедились уже в том, что микробы играют очень важную роль в превращениях углерода в почве. Clostridium pasteurianum, Azotobacter, клубеньковые бактерии и сине-зеленые водоросли связывают атмосферный азот и способствуют образованию органических соединений. В процессах гниения бактерии осуществляют аммонификацию, освобождая аммиак из отмерших растений, животных, микроорганизмов. Нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в важнейшие питательные вещества растений — нитриты и нитраты.

Однако помимо этой полезной деятельности почвенных бактерий нам известна и другая сторона их активности, с хозяйственной точки зрения нежелательная. Дело в том, что некоторые микробы вызывают денитрификацию, при которой из нитратов образуется молекулярный азот, выделяющийся в атмосферу. Процесс денитрификации происходит обычно в плохо обработанных и слабо аэрируемых почвах.

Все превращения азота под влиянием микробов, растений и животных дают нам картину его грандиозного и бесконечного круговорота в природе.

И остальные биогенные элементы постоянно переходят от неживой материи к живому веществу, а от него — под влиянием деятельности микробов — снова возвращаются к мертвой природе. Некоторые из них необходимы микроорганизмам лишь в очень малых количествах. Это так называемые микроэлементы. Железо или медь — важные компоненты некоторых ферментов. Кобальт принимает обязательное участие в образовании молекул витамина В₁₂, открытого уже в послевоенные годы. Его с успехом применяют в лечении острой анемии. В₁₂ образуется в клетках многих микробов, и в настоящее время основным путем получения витамина в промышленности является микробиологический синтез.

Профессор П. Немец так характеризует круговорот веществ в природе и участие в этом процессе живых организмов, в частности микробов:

«Компоненты атмосферы — углерод, азот и кислород — усваиваются живой природой, становясь составной частью живых организмов, точнее живой материи. Со временем эти организмы выделяют их обратно в атмосферу. В процессе дыхания или под влиянием разлагающей деятельности микроорганизмов элементы минерализуются и возвращаются в неживую природу. То же происходит и с остальными минеральными элементами, участвующими в биологическом круговороте. Живое вещество в этом непрестанном цикле использует неживую материю атмосферы и земной коры, а движение цикла обеспечивается солнечной энергией.»

Три тысячи лет назад один древний мудрец выразил ту же мысль гораздо лаконичнее: «…И возвратится прах в землю, чем он и был.»

Микробы ускоряют рост растений

В различных органах растений образуются вещества, регулирующие и до известной степени ускоряющие их рост. К таким веществам относится, например, f3-индолилуксусная кислота (гетероауксин).

Интересно, что гетероауксин вырабатывают и выделяют в окружающую среду также некоторые бактерии, дрожжи и плесневые грибы. В почве он может стать важным фактором в развитии растений. Образуется гетероауксин и в результате деятельности кишечных бактерий. Человек в сутки выделяет с мочой до 2 мг гетероауксина. Меньшая его часть (около 0,1–1 мг) поступает вместе с растительной пищей человека, но большую часть продуцируют кишечные бактерии.

Есть еще одно интересное вещество, связанное с деятельностью микроорганизмов и сильно влияющее на рост растений. Это гиббереллин. История гиббереллина началась на Дальнем Востоке. В Японии уже больше 150 лет известна болезнь риса баканаэ (шалая болезнь). Это заболевание молодых проростков риса, которые вытягиваются в высоту, становясь в полтора раза длиннее нормальных, здоровых растений. Оно вызывается грибом Gibberella fujikuroi, паразитирующим на рисе.

В 1926 году японский исследователь Е. Куросава, изучивший эту болезнь, доказал, что заболевание проростков риса можно вызвать искусственно и в отсутствие гриба. Он выращивал гриб в лаборатории в жидкой питательной среде, затем фильтровал ее и полученным фильтратом (лишенным гриба) опрыскивал молодые растеньица. Проростки начинали расти, значительно опережая необработанные растения и проявляя все признаки уже известного заболевания. Это означало, что гриб выделял в жидкую среду какие-то вещества, которые проникали в организм опрыснутых растений и вызывали заболевание. Спустя десять лет группе японских исследователей удалось получить это вещество в чистом виде из фильтрата гриба. Они назвали его гиббереллином. Долгое время изучением гиббереллинов занимались лишь японские ученые, в последние десятилетия их стали исследовать и в других странах. В настоящее время известны четыре вещества типа гиббереллина[19], причем наиболее интересной оказалась гиббереллиновая кислота (чаще ее называют просто гиббереллином).

Самые большие трудности для исследователей гиббереллина заключались в том, что его можно было получать лишь в лабораторных условиях и в очень малых количествах. После второй мировой войны положение изменилось. К этсму времени уже началось промышленное производство антибиотиков (пенициллина, стрептомицина и др.). Опыт заводского выращивания организмов, продуцирующих антибиотики, можно было использовать и для получения культур гриба G. fujikuroi, а следовательно, приступить к промышленному производству гиббереллина. Но для чего потребовалось производить гиббереллин, вызывающий болезнь риса? Вопрос логичен и вполне естествен. На него мы сможем ответить, лишь разъяснив действие гиббереллина на организм растений.

Большие дозы гиббереллина действительно вызывают заболевание риса. Иначе обстоит дело с малыми дозами — на многие растения они оказывают вполне положительное действие. Мы уже говорили о том, что болезнь баканаэ вызывает быстрое вытягивание ростков риса. В связи с этим возникла мысль о возможности использования гиббереллина в качестве стимулятора роста культурных растений. Многочисленные опыты показали, что надежда эта вполне оправданна, и началось промышленное производство гиббереллина.

Изучая действие гиббереллина на растения, используют в основном два метода: либо в очень слабом водном растворе этого вещества замачивают клубни, корешки, семена растений, либо опрыскивают этим раствором только что взошедшие растения или их листья, почки, плоды. Концентрация гиббереллина в растворе очень низкая: одна часть вещества на миллион, а то и миллиард частей воды. Действует гиббереллин на различные растения по-разному. Если семена гороха перед высевом намочить в растворе гиббереллина, они раньше прорастут и молодые проростки развиваются быстрее.

Опыты в тепличных условиях показали благоприятное действие гиббереллина на сельдерей. У подопытных растений вес был на 50 % выше, чем у контрольных экземпляров. В полевых условиях всего 3 г гиббереллина на площади 16 га повысили урожай сельдерея на 12 %, причем значительно улучшилось и качество этой культуры.

Один из сортов салата оказался настолько восприимчивым к действию гиббереллина, что стал высоким вьющимся растением.

Гиббереллин ускоряет прорастание риса, ячменя и увлажненных семян зерновых культур. Проводились неоднократные опыты по использованию гиббереллина в пивоварении в целях ускорения производства солода из ячменя.

Известно благоприятное действие гиббереллина на урожай и качество винограда. Средний вес отдельных плодов (ягод) и гроздей значительно повышался. Опрыскивание деревьев апельсина раствором гиббереллина повысило содержание сока в плодах на 9 %, а витамина С — на 13 %.