Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв - (курсовая)

Дата добавления: март 2006г.

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 и факторы, 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, соломы и продуктов разложения клетчатки на актив
    ность фиксации азотобактером в почве.
    4. Размеры азотонакопления в почве азотобактером и перс
    пективы использования его в овощеводстве.
    II. Общий микробиологический анализ дерново-подзолистой
    почвы. Стр.
    1. Методы исследования.
    2. Результаты анализа.
    III. Выводы Стр.
    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 вредителями сельскохозяйственных культур, пра

вильное приготовление и хранение кормов, создание кормового белка, антибиотиков и т. д.

    1. Фиксация азота атмосферы азотобактером и факторы,
    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 встречается в связанном
    состоянии. Это один из основных биофильных элементов, не
    обходимый компонент главных полимеров живых клеток
    структурных белков, белков- ферментов, нуклеиновых и аде
    нозинтрифосворных кислот. Никакой другой элемент так не
    лимитирует ресурсы питательных веществ в агроэкосистемах,
    как азот. Он может стать доступным для живых организмов
    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 осуществляется вследствие 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, классу Scotobacteria, группе аэробных грам
    отрицательных палочек и кокков. В это семейство входят
    микроорганизмы, имеющие крупные, от палочковидной до
    овальной, формы клетки, подвижные с перитрихальным жгути
    кованием, не образующие 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 кокковидных клеток 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 по истечении длительного
    времени. Палочковидные формы 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 азотобактер фиксирует молеку
    лярный азот. Небольшие дозы азотсодержащих соединений не
    приводят к депрессии фиксации азота, а иногда даже стиму
    лируют её. Увеличение дозы 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 и дерново
    подзолистых почв азотобактер можно найти в огородных и
    пойменных почвах, богатых органическими соединениями, с
    оптимальным рН 6, 8.... 7, 2.
    3. Влияние корневых выделений растений, 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 ризосфере сельскохозяйственных
    культур дала основание предполагать, что указанный микро
    организм может улучшить азотное питание растений. По пред
    ложению академика С. П. Костычева и его сотрудников с трид
    цатых годов текущего столетия в нашей стране начали приме
    нять землеудобрительный препарат, содержащий культуру
    Azotobacter chroococcum, или азотобактерин.
    Позднее, когда выяснилась способность микроорганизма
    продуцировать биологически активные вещества, его действие
    на растения стали связывать не только с фиксацией азота и
    улучшением азотного питания, но и с поступлением в расте
    ния вырабатываемых микроорганизмом биологически активных
    соединений (витаминов и стимуляторов роста).
    Весьма важное свойство азотобактера заключается в том,
    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 значительного числа фитопатогенных грибов. Благодаря
    описываемому свойству при бактеризации азотобактером в ри
    зосфере угнетается развитие микроскопических грибов, мно
    гие из которых задерживают рост растений.
    Отдельные культуры Azotobacter различаются по антаго
    нистическим свойствам.
    Работа с различными штаммами Azotobacter chroococcum
    подтвердила хорошее действие на растения лишь культур, вы
    рабатывающих биологически активные 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 действие азо
    тобактерина возрастает. Препарат хорошо влияет, например,
    на овощные культуры, которые обычно выращивают на сильно
    удобренных навозом почвах. Здесь бактеризация семян может
    повысить урожай на 20.... 30% и, что особенно важно, уско
    рить его созревание.
    Для объяснения эффективности азотобактера прежде всего
    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 культуры об
    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. Комплекс указанных веществ способен стимулировать
    прорастание семян, ускорять развитие растений в благопри
    ятных условиях среды.
    Положительное действие азотобактера легко понять, учи
    тывая физиологические особенности данной бактерии. Она
    актвино размножается лишь в плодородных почвах, обеспечен
    ных органическим веществом, фосфором и влагой. Дефицит ув
    лажения азотобактер переносит хуже, чем другие бактерии.
    Известно, что в плодородных почвах присутствует спон
    танная культура Azotobacter. Как же в таком случае объяс
    нить положительный эффект дополнительного заражения? Веро
    ятно, это связано с небольшой численностью клеток азото
    бактера даже в плодородной почве. При бактеризации коли
    чество бактерий сильно возрастает, особенно в ризосфере,
    что и создает благоприятные условия для развития корневой
    системы. Проявляется как стимулирующее влияние ростовых
    веществ, так и подавление вредной грибной флоры, а также
    некоторые накопления в почве доступного растениям азота.
    Препарат азотобактерин используют в основном для оран
    жерейной и парниковой культуры растений, или в случае
    овощных культур. Обычно его готовят, размножая микроорга
    низм в стерильной почве или низовом торфе, имеющих нейт
    ральную реакцию и высокое содержание гумуса. К почве до
    бавляют источник углерода, доступный азотобактеру, напри
    мер, солому. В последнее время солому часто используют как
    органическое удобрение. Внесение соломы обогащает 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 азотофиксирующих микроорганизмов. 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. "Биологическая фиксация
    азота атмосферы" Наука 1968 г.