Какие бактерии улучшают азотное питание растений

Содержание

Какие бактерии улучшают азотное питание растений при насыщении почвы азотом

Азот является наиболее распространенным элементом на нашей планете. Он играет очень важную роль в поддержании жизненных циклов биологических организмов. Все органические белковые молекулы, которые формируют органическую жизнь, включают в свой состав азот. Большая его часть фиксируется одноклеточными простейшими микроорганизмами, называемыми бактериями. На Земле больше не существует ни одного организма, способного усвоить азот из слоев атмосферы.

Значение бактерий в процессе круговорота азота

Такой химический элемент, как азот является составной частью не только атмосферы. Он также содержится в мантии, земной коре и гидросфере. На поверхности планеты постоянно циркулирует геохимический круговорот веществ, главным элементом которого является азот.

Процесс круговорота заключается в перемещении веществ из атмосферы в разные слои земной коры и гидросферу. И наоборот. Единственным слоем, который не участвует в этом цикле, считается мантия. Ее компоненты выходят в атмосферу вместе с лавой вулканов, а обратно вглубь земли они уже не попадают. Однако мантия содержит небольшое количество азота, поэтому тот процент, который регулярно извергается, не может воздействовать на геохимический цикл.

Следует отметить, что наличие бактерий в системе круговорота азота очень важный показатель, так как они являются практически единственной биогенной составляющей. И азотный цикл может происходить бесконечно.

Клубеньковые и прочие прокариоты абсорбируют молекулы азота из атмосферы и грунта. Затем преобразовывают их в так называемые органические соединения. Их впоследствии поглощают растения.
Эти растения усваиваются животными и людьми, для которых со временем жизненный цикл заканчивается, и они после смерти разлагаются. В разложении биологических тканей участвуют бактерии другого вида (денитрификаторы). С их помощью проходит явление денитрификации, в результате которого в воздух выделяются молекулы азота.

Если рассматривать циркуляцию азота в геохимическом составе планеты, то не вспомнить о других бактериях было бы неправильно. Существует большое количество микроорганизмов, благодаря которым азот может усваиваться из других видов источников, но при этом тоже попадает в общий химический круговорот. Использование знаний о бактериях приводит к тому, что человек может искусственно увеличить плодородие почвы, а также восстановить ее химический состав при длительном и неправильном использовании в агропромышленном секторе.

Попадание азота в грунт

Благодаря именно микроорганизмам почвы обогащаются азотом естественным образом. Раньше существовало мнение, что клубеньковые микроорганизмы являются единственными бактериями, проявляющими способность фильтровать азот из слоев атмосферы. При этом главное значение для этого процесса имеют растения, семейства бобовых. Это, пожалуй, единственные растения, которые способны создать уникальный симбиоз с клубеньковыми микробами.

На настоящее время ученые провели множество исследований и доказали, что такая позиция противоречит действительности.

На самом деле в природе насчитывается большое количество разнообразных бактерий, способных преобразовать молекулы азота в соединения аммония.

Как известно, растения способны усвоить непосредственно сам аммоний. Для примера следует отметить, что для актиномицетов характерен симбиоз практически со ста разновидностями деревьев. Чтобы понять, как происходит наполнение грунта азотом, необходимо проследить за последовательностью всех процессов.

Корни растений, для которых клубеньковые микроорганизмы являются симбионтами, выделяют в грунте возле себя специфические органические соединения. Им дали название флавины. Каждое из растений характеризуется своими индивидуальными флавинами, которые способны реагировать только с одним типом бактерий. Им присвоили названия в зависимости от вида растения, с которым они образуют симбиоз.
Бактерии, которые поглощают молекулы азота из атмосферы, направляются в сторону флавинов, и перемещаются поближе к корневой системе самого растения. Они всасываются в него через корневые волоски и проходят в ствол корня.
В тканях корней бактерии активно размножаются. В свою очередь, в корне для создания необходимого пространство для бактерий начинается процесс деления клеток. В результате образуется клубенек.
Все жизненные процессы бактерий проходят в этом клубеньке, через него растение дополнительно получает аммоний. Взамен растение отдает выработанные углеводы, являющиеся источником энергии для микробов.

После определенного жизненного цикла растение может сбросить листья или погибает. В результате этого живые ткани, наполненные аммонием, перегнивают в верхних слоях грунта, и происходит насыщение грунта соединениями азота органического происхождения.
Смысл процессов заключается в следующем. Получившееся удобрение становится источником образования органических азотных соединений для растений, которые в дальнейшем будут произрастать на таком грунте. При этом образованные таким способом удобрения не могут существовать в симбиозе с бактериями, которые могут фиксировать молекулы азота из воздуха. Они не способны выделить требуемый аммоний непосредственно из слоев атмосферы.

Такой естественный процесс давно применяется в агропромышленном комплексе. Аграрии улучшают качественный состав грунта благодаря засеванию земельных участков бобовыми культурами. После вырастания зеленой массы поля вспахиваются вместе с ней. И спустя некоторое время поле готово к дальнейшему использованию. Этот метод позволяет повысить урожай в несколько раз.

Виды клубеньковых бактерий

Как отмечалось ранее, огромное значение для фиксации азота имеют клубеньковые бактерии. Рассмотрим, какие бактерии улучшают азотное питание растений, характерные для клубеньковой группы:

ризобиумы. К ним относятся грамотрицательные бактерии, облигатные и факультативные анаэробы. По внешнему виду они напоминают палочки. Микроорганизмы существуют либо в паре, либо по одному. Они не способны группироваться в колонии. Некоторые виды опасны для людей и могут переносить вирус СПИДа;
несколько разновидностей актиномицетов. Они произрастают в корневой системе деревьев, которые могут создать клубеньки. Это такие деревья, как ольха, облепиха и другие. Внутри клубеньков актиномицеты образуют мицелий. Они являются хемоорганотрофами и грамположительными.

Помимо клубеньковых микроорганизмов, существуют цианобактерии. Они также производят аммоний, но строят симбиоз с папоротниками. По структуре цианобактерии очень похожи на актиномицеты, которые имеют множество мелких ниточек, и дают положительную реакцию на окраску по методу Грамма.

Не менее полезным являют спорообразующие палочки, которые называются Clostndium pasteurianum. В грунте они размещаются свободно, не привязываясь к растениям. Они очень подвижны и поглощают из почв углеводы, которые служат для них источником энергии.

Самым популярным способом повысить концентрацию клубеньковых бактерий является использование средства Нитрагин.

Он в своем составе имеет расы клубеньковых микроорганизмов и добавляется в почвы для повышения урожайности только бобовых растений, корневая система которых поможет обогатить грунт азотом. Еще одним распространенным препаратом бактериального действия является Азотобактерин. Он способен накапливать в земле азот из воздуха, повышает качество грунта. Его используют для разных типов растений, но не для бобовых.

Можно ли изготавливать и применять азотные удобрения для растений в домашних условиях.
Использование нашатырного спирта как удобрения и защиты для комнатных растений.

Загрузка…

Значение бактерий в процессе круговорота азота

Клубеньковые и прочие прокариоты абсорбируют молекулы азота из атмосферы и грунта. Затем преобразовывают их в так называемые органические соединения. Их впоследствии поглощают растения.
Эти растения усваиваются животными и людьми, для которых со временем жизненный цикл заканчивается, и они после смерти разлагаются. В разложении биологических тканей участвуют бактерии другого вида (денитрификаторы). С их помощью проходит явление денитрификации, в результате которого в воздух выделяются молекулы азота.

Попадание азота в грунт

На самом деле в природе насчитывается большое количество разнообразных бактерий, способных преобразовать молекулы азота в соединения аммония.

Корни растений, для которых клубеньковые микроорганизмы являются симбионтами, выделяют в грунте возле себя специфические органические соединения. Им дали название флавины. Каждое из растений характеризуется своими индивидуальными флавинами, которые способны реагировать только с одним типом бактерий. Им присвоили названия в зависимости от вида растения, с которым они образуют симбиоз.
Бактерии, которые поглощают молекулы азота из атмосферы, направляются в сторону флавинов, и перемещаются поближе к корневой системе самого растения. Они всасываются в него через корневые волоски и проходят в ствол корня.
В тканях корней бактерии активно размножаются. В свою очередь, в корне для создания необходимого пространство для бактерий начинается процесс деления клеток. В результате образуется клубенек.
Все жизненные процессы бактерий проходят в этом клубеньке, через него растение дополнительно получает аммоний. Взамен растение отдает выработанные углеводы, являющиеся источником энергии для микробов.
После определенного жизненного цикла растение может сбросить листья или погибает. В результате этого живые ткани, наполненные аммонием, перегнивают в верхних слоях грунта, и происходит насыщение грунта соединениями азота органического происхождения.
Смысл процессов заключается в следующем. Получившееся удобрение становится источником образования органических азотных соединений для растений, которые в дальнейшем будут произрастать на таком грунте. При этом образованные таким способом удобрения не могут существовать в симбиозе с бактериями, которые могут фиксировать молекулы азота из воздуха. Они не способны выделить требуемый аммоний непосредственно из слоев атмосферы.

Виды клубеньковых бактерий

ризобиумы. К ним относятся грамотрицательные бактерии, облигатные и факультативные анаэробы. По внешнему виду они напоминают палочки. Микроорганизмы существуют либо в паре, либо по одному. Они не способны группироваться в колонии. Некоторые виды опасны для людей и могут переносить вирус СПИДа;
несколько разновидностей актиномицетов. Они произрастают в корневой системе деревьев, которые могут создать клубеньки. Это такие деревья, как ольха, облепиха и другие. Внутри клубеньков актиномицеты образуют мицелий. Они являются хемоорганотрофами и грамположительными.

Самым популярным способом повысить концентрацию клубеньковых бактерий является использование средства Нитрагин.

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.

Не менее актуальны и спорообразующие палочки, известные под названием Clostndium pasteurianum. В почве они распространяются свободно без конкретной привязки к какому-либо растению. Их отличительная черта – подвижность и способность поглощать из грунта углеводы, благодаря которым и пополняются микроорганизмы энергией.

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.

Какие бактерии накапливают азот

Первой группой микробов со способностью накапливать азот, о которых узнали ученые, были клубеньковые бактерии. Сначала предполагалось, что эти микроорганизмы могут селиться на корнях всех бобовых растений. Но позднее выяснилось, что каждый вид бактерий селится только на корнях бобовых растений определенного вида.
Среди рас клубеньковых бактерий есть расы, которые эффективно накапливают азот. Такие виды бактерий могут связывать до 200 кг азота на одном гектаре. Корни бобовых растений содержат разное количество азота. Люцерна ежегодно оставляет в почве до 100 кг азота на гектаре, горох и бобы – до 20 кг.

Фиксировать азот в почве могут не только клубеньковые бактерии. Такой способностью обладают и другие типы почвенных микроорганизмов. Русский ученый С.Н. Виноградский обнаружил первую азотфиксирующую бактерию – клостридий Пастера. Эта бактерия относится к анаэробам – то есть не нуждается в кислороде. Клостридий Пастера нечувствителен к кислотности почвы.

Как увеличить количество азотфиксирующих бактерий в почве

Наиболее известный и распространенный способ увеличить количество клубеньковых бактерий в почве – применение препарата «Нитрагин». Этот препарат содержит эффективные расы клубеньковых бактерий. Нитрагин применяют для заселения почвы, на которых в первый раз выращиваются бобовые растения.
Нитрагин повышает общую урожайность бобовых растений. В свою очередь, бобовые растения обогащают почву азотом своей корневой системы или заделываемой в почву зеленой массы. При покупке нитрагина обязательно нужно обращать внимание, для какого вида растений он предназначен.

Также возможно использовать другое бактериальное удобрение – азотобактерин. Этот препарат состоит из чистой культуры азотобактера, торфа и углекислого кальция. Азотобактер накапливает в почве атмосферный азот, препятствует росту грибов, улучшает почву и рост растений. Препарат «Азотобактерин» применяют для всех культурных растений, кроме бобовых.
Оправданно использовать азотобактерин на почвах, обогащенных фосфором и микроэлементами, так как он не только повышает урожайность, но и стимулирует рост растений. При применении бактериального удобрения урожайность растений повышается на 10%. На почвах, богатых органикой, урожайность может повыситься на 25%.

Как бактерии улучшают растения, насыщая почву азотом?

Содержание статьи

Бактерии и круговорот азота

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.

Как азот попадает в грунт

В мире встречается огромное количество бактерий, которые с лёгкостью преобразовывают молекулы азота в аммониевые соединения.

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

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.

Агроном: Какие бактерии улучшают азотное питание растений в 2020 году

Окультуренные растения планеты за один год потребляют 100-110 млн тонн азота. В накоплении азота в почве большую роль играют микроорганизмы – бактерии. Ученые-микробиологи уже много лет изучают азотфиксирующие бактерии и их свойства. Урожайность сельскохозяйственных растений можно существенно увеличить с помощью почвенных бактерий.

Среди рас клубеньковых бактерий есть расы, которые эффективно накапливают азот. Такие виды бактерий могут связывать до 200 кг азота на одном гектаре. Корни бобовых растений содержат разное количество азота. Люцерна ежегодно оставляет в почве до 100 кг азота на гектаре, горох и бобы – до 20 кг.

Известен еще один микроорганизм, принадлежащий к свободноживущим бактериям со способностью накапливать азот – бейеринкия. Эти микробы менее эффективны, чем клубеньковые, но также играют важную роль в земледелии.

Нитрагин повышает общую урожайность бобовых растений. В свою очередь, бобовые растения обогащают почву азотом своей корневой системы или заделываемой в почву зеленой массы. При покупке нитрагина обязательно нужно обращать внимание, для какого вида растений он предназначен.

Оправданно использовать азотобактерин на почвах, обогащенных фосфором и микроэлементами, так как он не только повышает урожайность, но и стимулирует рост растений. При применении бактериального удобрения урожайность растений повышается на 10%. На почвах, богатых органикой, урожайность может повыситься на 25%.

Источник

Какие бактерии улучшают азотное питание растений

Какие бактерии улучшают азотное питание растений — Все про дачу

Source: fizrast.ru

Читайте также

Биологическая фиксация азота атмосферы имеет важное значение. Об этом свидетельствуют масштабы процесса — до 200 млн т N/год. Благодаря биологической фиксации азот переходит в формы, которые могут использовать все растительные, а через них и животные организмы.

Характеристика азотфиксаторов.

Организмы, способные к усвоению азота воздуха, можно разделить на группы:

1) симбиотические азотфиксаторы — микроорганизмы, которые усваивают азот атмосферы, только находясь в симбиозе с высшим растением;

2) не симбиотические азотфиксаторы — микроорганизмы, свободно живущие в почве и усваивающие азот воздуха;

3) ассоциативные азотфиксаторы — микроорганизмы, обитающие на поверхности корневой системы злаков, т. е. живущие в ассоциации с высшими растениями.

Важное значение имеют симбиотические азотфиксаторы, живущие в клубеньках корней бобовых растений (клубеньковые бактерии), относящиеся к роду Rhizobium. Связывание азота атмосферы возможно только при симбиотической ассоциации микроорганизмов этого вида и высшего растения в основном из семейства Бобовые. Существует большое количество разновидностей (штаммов) клубеньковых бактерий, каждая из которых приспособлена к заражению одного или нескольких видов бобовых растений. Это отражается в их названиях: Rhizobium lupini — клубеньковые бактерии люпина и Rhizobium trifolii— клубеньковые бактерии клевера и т. д..

Корневые системы бобовых растений обладают специфическими корневыми выделениями. Благодаря этому клубеньковые бактерии скапливаются вокруг корневых волосков, которые при этом скручиваются. Такая способность организмов передвигаться в ответ на узнавание химических продуктов, называется хемотаксисом. В осуществлении контактного взаимодействия микроорганизмов С растением важное значение имеет так называемое лектину-глеводное узнавание растения микроорганизмом. Суть этого в том, что лектин корневых волосков растений прочно связывается с углеводом поверхности бактерий. Бактерии, внедрившиеся в корневой волосок, в виде сплошного тяжа (т. н. инфекционные нити), состоящего из соединенных слизью бесчисленных бактерий, проникают в паренхиму корня. Клетки перицикла начинают усиленно делиться. Возможно, бактерии выделяют гормональные вещества типа ауксина и именно это является причиной разрастания тканей, образуются вздутия — клубеньки. Клетки клубеньков заполняются быстро размножающимися бактериями, но остаются живыми и сохраняют крупные ядра. Бактерии при этом трансформируются сами, увеличиваются в размерах, поэтому их называют бактероиды.

Клубеньковые бактерии заражают только полиплоидные клетки корня. Ткань к пубеньков, заполненная бактериями, приобретает розовую окраску, так как поте заражения в клетках бактерий образуется пигмент, сходный с гемоглобином, — леггемоглобин. Этот пигмент связывает кислород воздуха и тем самым предохраняет фермент нитрогеназу от воздействия кислорода. Исследования показали прямую зависимость между содержанием леггемоглобина и скоростью фиксации азота. При отсутствии леггемоглобина азот не усваивается. Информация об образовании леггемоглобина содержится в ДНК ядра клетки высшего растения. Синтезируется клетками растения-хозяина. Однако он образуется после их заражения. Гены растений, кодирующие образование клубеньков, носят название nod-GENE (нодулин-гены). Показано, что скопление бактерий вокруг корня вызывает выделение веществ (возможно олигосахаров), которые активируют т. н. нодулин-белок, индуцирующий транскрипцию нодулин-генов. Взаимоотношения между высшими растениями и клубеньковыми бактериями обычно характеризуют как симбиоз. Однако на первых этапах заражения бактерии питаются целиком за счет высшего растения, т. е. практически паразитируют на нем. В этот период рост зараженных растений даже несколько тормозится. В дальнейшем азотфиксирующая способность бактерий увеличивается, и они начинают снабжать азотистыми веществами растение-хозяина, вместе с тем бактерии получают от высшего растения углеводы (симбиоз). По мере дальнейшего развития наступает этап, когда высшее растение паразитирует на клетках бактерий, потребляя все образующиеся там азотистые соединения. В этот период часто наблюдается растворение (лизис) бактериальных клеток.

Благодаря деятельности клубеньковых бактерий часть азотистых соединений из корней бобовых растений диффундирует в почву, обогащая ее азотом. Посев бобовых растений ведет к повышению почвенного плодородия. Гектар бобовых растений в симбиозе с бактериями может перевести в связанное состояние от 100 до 400 кг азота за год. Значение этого трудно переоценить, если учесть, что азотные удобрения наиболее дорогостоящи, а в почве соединения азота содержатся в небольших количествах. Существуют и другие виды высших растений, у которых наблюдается симбиоз с микроорганизмами. Так, маленький водный папоротник азолла (Azolla) находится в симбиотических отношениях с азотфиксирующими цианобактериями. Азолла способна фиксировать до 0,5 кг азота на га в сутки. Некоторые деревья и кустарники (например, ольха, облепиха, лох) имеют в качестве симбионтов бактерии из рода актиномицеты. Большое значение имеют свободноживущие бактерии — азотфиксаторы. В 1893 г. русским микробиологом С.Н. Виноградским была выделена анаэробная азотфиксирующая бактерия Clostridium pasteurianum. В 1901 г. голландский ученый М. Бейеринк выделил две аэробные азотфиксирующие бактерии — Azotobacter chroococum, Azotobacter agile. Сейчас известен ряд видов Azotobacter. Свободноживущие азотфиксаторы могут быть факультативными аэробными или факультативными анаэробными. Для того чтобы эти микроорганизмы осуществляли процесс фиксации азота, необходимо присутствие молибдена, железа и кальция. Особенно важно присутствие молибдена. Свободно живущие азотфиксаторы {Azotobacter) усваивают в среднем около 1 г азота на 1 м² в год. Усваивать атмосферный азот способны и многие другие бактерии: клебсиеллы, бациллы и т. д. Особый интерес представляют цианобактерии, вызывающие цветение пресных и океанических водоемов. В ряде стран их разведение практикуется на рисовых полях.

Ассоциативные азотфиксаторы были обнаружены в 70—80-х годах XX в. в лаборатории Д. Доберейнер в Бразилии (1976). Число их видов велико, как велико разнообразие ассоциативных взаимоотношений растений с микроорганизмами. Такие отношения характерны для ризосферных микроорганизмов, т. е. живущих на поверхности корневой системы растений. Часто микробиологи не делают различия между ассоциативными и свободноживущими азотфиксаторами. Последовательность взаимоотношений с растением-хозяином ассоциативных азотфиксаторов имеет определенное сходство с симбиотическими организмами: хемотаксическое узнавание, лектин-углеводное узнавание и этап установления прочных связей. Отсутствует только этап образования клубеньков. Эффективность азотфиксации ассоциативной микрофлорой меньше по сравнению с симбиотической, но ассоциативные азотфиксаторы продуцируют гормоны роста растений и обладают другими свойствами, положительно влияющими на рост и развитие растений (защита от фитопатогенов, разрушение токсических веществ). Наиболее изучены из этой группы микроорганизмы из рода азоспирилл (Azospirillum). Они колонизируют корни злаков и в связи с этим представляет интерес технология их выращивания. Азоспириллы легко инфицируют корневую систему злаков и других растений.

Химизм фиксации атмосферного азота.

Конечным продуктом фиксации азота является аммиак. В процессе восстановления азота до аммиака участвует мультиферментный комплекс — нитрогеназа. Нитрогеназа состоит из двух компонентов: MoFe-белок и Fe-белок. MoFe-белок молекулярной массой 200—250 КДа содержит молибден, железо и серу. По современным представлениям этот белок осуществляет связывание и восстановление азота. Fe-белок молекулярной массой 50—70 КДа содержит железо и серу. Эта субъединица участвует в транспорте электронов от их доноров (ферредоксин) на MoFe-белок.

Источником протонов и электронов для восстановления азота служит дыхательная электрон-транспортная цепь. Это указывает на связь усвоения азота атмосферы с процессами дыхания, а также фотосинтеза (источника углеводов). Для восстановления N₂ до NH₃ требуется шесть электронов, согласно уравнению:

N₂ + 6е + 2Н⁺ -> 2NH₃

Процесс требует АТФ как источника энергии: по расчетам для восстановления одной молекулы N₂ требуется не менее 12 молекул АТФ. Реальные затраты энергии значительно выше и составляют 25—35 молекул АТФ. Нитрогеназа — фермент с низкой субстратной специфичностью, поскольку восстанавливает и другие соединения с тройной связью: цианиды, ацетилен, азиды и др. Особенность нитрогеназы заключается и в том, что для работы фермента требуются анаэробные условия. Вместе с тем в клетках высшего растения кислород необходим для поддержания дыхания. Роль леггемоглобина заключается в связывании 0₂ в организме бактерий и создании условий для работы нитрогеназы.

Для образования леггемоглобина необходимы Fe, Сu и Со. Для нормального протекания процесса азотофиксации необходимы Мо и Fe, поскольку они входят в состав фермента нитрогеназы. Молибден выполняет структурную функцию, поддерживая конформацию нитрогеназы, каталитическую, участвуя в связывании азота и переносе электронов, а также индуцирует синтез нитрогеназы. Кобальт необходим в связи с тем, что он входит в состав витамина В₁₂, который вовлекается в процесс биосинтеза леггемоглобина. Образовавшийся аммиак здесь же в клетках корня реагирует с а-кетоглутаровой кислотой с образованием глутаминовой кислоты, которая и вовлекается в дальнейший обмен. В надземные органы растения-хозяина азотистые вещества передвигаются главным образом в виде амидов (аспарагина, глутамина). Как уже отмечалось, фиксирование атмосферного азота может осуществляться и рядом свободноживущих фотосинтезирующих организмов (цианобактериями, серными бактериями). В этом случае донором протонов и электронов может быть или вода, или сероводород.

Открытие азотфиксаторов привело к созданию бактериальных удобрений (нитрагин, ризотрофин, азотобактер и др.). Эти удобрения содержат естественные почвенные организмы и позволяют увеличить накопление биомассы высшими растениями. Перспективность такой технологии в том, что она позволяет частично заменить минеральные удобрения, и таким образом снизить уровень загрязнения, вызванный их интенсивным использованием. Новые перспективы для увеличения эффективности азотфиксации и улучшения азотного питания растений открывает использование достижении генной инженерии. Установлено, что фиксацию азота обеспечивают ферменты — продукты nif-генов. В настоящее время практически решена проблема увеличения дозы nif -генов у клубеньковых бактерий рода Rhizobium. Выполнены работы по переносу nif -генов в другие организмы, поскольку большинство этих генов локализуется на плазмидах. Имеются предпосылки к созданию методами генной инженерии злаковых растений-азотфиксаторов. Исследование основ азотфиксации открывает перспективы создания экономных и эффективных технологий фиксации азота воздуха. Технология синтеза аммиака в промышленности предполагает использование катализаторов, поддержание температуры около 500°С и давления 300—350 атм. В клетке этот процесс идет при нормальной температуре, низком давлении и без загрязнения среды обитания.

Какие бактерии улучшают азотное питание растений бактерии — Огород и прочее

Реферат — Бактериальные удобрения
скачать (64 kb.)
Доступные файлы (1):

Победи орков

n1.doc

Производство бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактерий.

Микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания. Для стимуляции этих процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие ризосферу растений полезными микроорганизмами. Микроорганизмы, используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).

В настоящее время выпускают такие бактериальные удобрения, как нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин, экстрасол. Отечественная промышленность выпускает два вида препаратов клубеньковых бактерий: нитрагин и ризоторфин. Оба препарата производятся на основе активных жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium. Эти бактерии в симбиозе с бобовыми культурами способны фиксировать свободный азот атмосферы, превращая его в соединения, легкоусвояемые растением.

Бактерии рода Rhizobium — строгие аэробы. Среди них различают активные, малоактивные и неактивные культуры. Критерием активности клубеньковых бактерий служит их способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать атмосферный азот и использовать его в виде соединений для корневого питания растений.

Фиксация атмосферного азота возможна только в клубеньках, образующихся на корнях растений. Возникают они при инфицировании корневой системы бактериями из рода Rhizobium. Заражение корневой системы происходит через молодые корневые волоски. После внедрения бактерии прорастают внутри них до самого основания в виде инфекционной нити. Выросшие нити проникают сквозь стенки эпидермиса в кору корня, разветвляются и распределяются по клетками коры. При этом индуцируется деление клеток хозяина и разрастание тканей. В месте локализации бактерий на корне растения-хозяина образуются клубеньки, в которых бактерии быстро размножаются и располагаются по отдельности или группами в цитоплазме растительных клеток. Сами бактериальные клетки увеличиваются в несколько раз и меняют окраску. Если клубеньки имеют красноватую или розовую окраску, обусловленную наличием пигмента легоглобина (леггемоглобина) — аналог гемоглобина крови животных, то они способны фиксировать молекулярный азот. Неокрашенные («пустые») или имеющие зеленоватую окраску клубеньки не фиксируют азот.

Бактерии, находящиеся в клубеньках, синтезируют ферментную систему с нитрогеназной активностью, восстанавливающую молекулярный азот до аммиака. Ассимиляция аммиака происходит, в основном, путем вовлечения его в ряд ферментативных превращений, приводящих к образованию глутамина и глутаминовой кислоты, идущих в дальнейшем на биосинтез белка.

Помимо критерия активности в характеристике клубеньковых бактерий используют критерий вирулентности. Он характеризует способность микроорганизма вступать в симбиоз с бобовым растением, то есть проникать через корневые волоски внутрь корня и вызывать образование клубеньков. Большое значение имеет скорость такого проникновения. В симбиотическом комплексе растение — Rhizobium бактерии обеспечиваются питательными веществами, а сами снабжают растение азотистым питанием. С вирулентностью связана и видовая избирательность, которая характеризует способность данного вида бактерий к симбиозу с определенным видом бобового растения. Классификация различных видов Rhizobium учитывает растение-хозяина, например: Rhizobium phaseoli — для фасоли, Rhizobium lupini — для люпина, сараделлы и т.д. Вирулентность и видоспецифичность взаимосвязаны и не являются постоянными свойствами штамма.

Задачей производства бактериальных удобрения является максимальное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса, приготовление на их основе готовых форм препарата с сохранением активности в течение гарантийного срока хранения.

Отечественная промышленность выпускает два вида нитрагина: почвенный и сухой. Впервые культура клубеньковых бактерий на почвенном субстрате была приготовлена в 1911 году на бактериально-агрономической станции в Москве. В настоящее время его производство имеет ограниченное значение, так как технология довольно сложна и трудоёмка при выполнении отдельных операций. Более перспективна технология производства сухого нитрагина.

Сухой нитрагин — порошок светло-серого цвета, содержащий в 1 г не менее 9 млрд. жизнеспособных бактерий в смеси с наполнителем. Влажность не превышает 5-7%. Промышленное производство имеет типичную схему. Необходимо отметить, что важно подбирать штаммы, устойчивые к высушиванию. Для производства посевного материала исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают на агаризованной среде, содержащей отвар бобовых семян, 2% агара и 1% сахарозы, затем культуру размножают в колбах на жидкой питательной среде в течение 1-2 суток при 28-30^оС и рН 6.5-7.5. На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду, включающую такие компоненты, как меласса, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двузамещенный фосфат калия. Основная ферментация идет при тех же условиях в течение 2-3 суток. Готовую культуральную жидкость сепарируют, получается биомасса в виде пасты с влажностью 70-80%. Пасту смешивают с защитной средой, содержащей тиомочевину и мелассу (1:20) и направляют на высушивание. Сушат путем сублимации ( в вакуум-сушильных шкафах). Высушенную биомассу размалывают. Производительнее высушивание в распылительных сушках, но при этом 75% клеток теряют жизнеспособность. Препараты сухого нитрагина фасуют и герметизируют в полиэтиленовые пакеты по 0.2 — 1 кг, хранят при температуре 15^оС не более 6 месяцев. Семена опудривают перед посевом. Внесение нитрагина повышает урожайность в среднем на 15-25%.

Препарат клубеньковых бактерий может выпускаться и в виде ризоторфина. Впервые торфяной препарат клубеньковых бактерий был приготовлен в 30-х годах, но технология была создана в 1973-77 гг. Для приготовления ризоторфина торф сушат при температуре не выше 100^оС и размалывают в порошок. Наиболее эффективным способом стерилизации является облучение его гамма-лучами. Перед стерилизацией размолотый, нейтрализованный мелом и увлажненный до 30-40% торф расфасовывают в полиэтиленовые пакеты. Затем его облучают и заражают клубеньковыми бактериями, используя шприц, с помощью которого впрыскивается питательная среда, содержащая клубеньковые бактерии. Прокол после внесения бактерий заклеивается липкой лентой. Каждый грамм ризоторфина должен содержать не менее 2.5 млрд. жизнеспособных клеток с высокой конкурентоспособностью и интенсивной азотфиксацией. Препарат хранят при температуре 5-6^оС и влажности воздуха 40-55%. Пакеты могут быть весом от 0.2 до 1.0 кг. Доза препарата составляет 200 г на га. Заражение семян производят следующем образом: ризоторфин разбавляют водой и процеживают через двойной слой марли. Полученной суспензией обрабатывают семена. Семена высевают в день обработки или на следующий день.

Заключение.

Бактериальными удобрениями называются препараты, содержащие полезные для растений бактерии. Они улучшают питание растений, хотя и не содержат питательных веществ. К ним относятся азотбактерин, нитрагин, фосфоробактерин, препарат АБМ. При правильном их применении можно значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Азотбактерин — улучшает азотное питание растений. Выпускается в виде порошка и жидкости. Его используют для обработки семян, клубней и корней рассады. На 100 м²площади требуется 30-50 г азотбактерина. Обработку проводят в день посева (посадки) в местах, защищенных от прямых солнечных лучей.

Нитрагин — содержит клубеньковые бактерии и используется для обработки семян бобовых культур. Применяют его и для улучшения укоренения саженцев облепихи, на корнях которой также поселяются клубеньковые бактерии. Способы его применения указаны на этикетках. Выпускается в бутылках емкостью 0,5 л.

Фосфоробактерин содержит культуру бактерий, которые переводят органические фосфорсодержащие вещества в доступные для растений соединения. Выпускается в виде порошка. Эффективен на высокогумусных почвах. Вносят фосфоробактерин с посевным материалом. Семена овощных культур можно обрабатывать заблаговременно. Для этого препарат смешивают с наполнителем (древесная зола) в соотношении 1:40 и после тщательного перемешивания обрабатывают смесью семена.

Применяют фосфоробактерин и для бактеризации рассады. За 3-4 часа до применения его разводят в воде. Для бактеризации 1000 шт. рассады достаточно 0,5 г сухого порошка.

Список используемой литературы.

1. Биотехнология: учебн. пособие для ВУЗов. В 8 кн. / Под ред. Н.С..Егорова, В.Д.Самуилова. Кн. 6 : Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов/ Быков В.А., Крылов И.А. Манаков М.Н. и др. – М.: Высшая школа, 1987. – 143с.: ил.

2.Биотехнология сельскохозяйственных растений. М.: Агропромиздат, 1987.

301 с..

3. Биотехнология. Принципы и применение /Хиггинс И., Бест Д., Джонс Дж. М.: Мир, 1988. 480 с.

Source: nashaucheba.ru