Лекция 3.
Биологическая фиксация азота. МБ-е превращение фосфора.
1. Биологическая фиксация азота атмосферы.
1.1. Несимбиотическая
1.2. Симбиотическая
2. Биоудобрения на основе м/о-азотфиксаторов.
3. Методы инокуляции семян.
4. Генетические исследования с азотфиксирующими бактериями (самостоятельно).
5. МБ-е превращение Р. Микориза и ее целенаправленное создание.
1. Биологическая фиксация азота атмосферы
Фиксация азота – превращение молекулярного азота атмосферы в азотные соединения, доступные живым организмам, если участвуют м/о - биологическая фиксация азота. В атмосфере над каждым Га поверхности Земли содержится 70 тыс тонн азота. Азотфиксаторы:
- свободноживущие
- клубеньковые и др бактерии, которые образуют симбиоз с бобовыми и др растениями
Для с/х важна симбиотическая азотфиксация. Свободноживущие азотфиксаторы за год на площади 1 Га могут накопить 5-10 кг азота, а симбиоз бактерий и бобовых растений – 10-200 кг азота.
Несимбиотическая фиксация
К свободноживущим относятся виды родов Clostridium,Azotobacter,Beijerinkia, некоторые сине-зеленые водоросли. Раньше всех был открыт и описан Виноградским в 1893 г почвенный м/оClostridiumpasterianum– палочки длинной 1,5-8 мкм, шириной 0,8-1,3 мкм, имеет перитрихиальные жгутики, образует споры, может развиваться в почве только в присутствии др бактерий, поглощающих О, не чувствителен к рН среды, поэтому может развиваться как на кислых (4,5), так и в щелочных почвах (9), споры очень устойчивы к внешним воздействиям, в качестве источника С – кора, разлагающаяся с образованием масляной и уксусной кислот, СО2 и Н, выделяющаяся при этом энергия расходуется на фиксацию молекулярного азота, осуществляет Ф нитрогеназа – сложный комплекс из 2 Б и микроэлементов – Мо иFe. Нитрогеназа может превращать ацетилен в этилен – тест на нитрогеназную активность. Нитрогеназа очень чувствительна к О и Н, т.е. азотфиксация – анаэробный процесс.
Механизмы защиты нитрогеназы:
- у Azotobacter– особый Б-протектор, связывающий О
- у сине-зеленых – фиксация азота происходит в гетероцистах – особых крупных клетках, способных к азотфиксации, а ф/с, при котором образуется О, идет в остальных клетках
- в клубеньках бобовых имеется Б legHb, связывающий следовые количества О
С.pasterianumотносится к слабым азотфиксаторам – на 1 г сбраживаемого сахара данный м/о может связать 10-12, максимум 27 мг азота. Др представители рода также способны фиксировать азот –C.butiricum,acetobutiricum,pectinovorum,fersineumи др.
Др род – Azotobacter, открыт в 1901 г Бейеринком.A.chroococcum: молодые клетки – подвижные палочки, старые клетки – крупные неподвижные кокки до 4 мкм, похожи на клетки дрожжей, покрываются толстой оболочкой, образуют цисты. Мезофилы, Т опт 30 С, очень чувствительны к рН почвы, если <6, то не развиваются. Эффективность азотфиксации 5-10 мг на 1 г сбраживаемого сахара. 5 видовAzotobacterразличаются размерами, подвижностью, пигментацией, все аэробы. Азотобактеры не строго свободноживущие, некоторые часто концентрируются в почве вокруг корней злаков.
Аэробные азотфиксаторы – бактерии рода Beijerinkia– прямые палочки, длина 2-3 мкм, ширина 0,5-1 мкм, молодые – подвижные, распространены в почве тропических стран, приспособились к обитанию в филосфере на поверхности листьев тропических растений, живут в среде с широким диапазоном рН. Некоторые виды сине-зеленых водорослей, обитающие в почве, также способны к фиксации азота атмосферы, как правило, сине-зеленые водоросли появляются на сильно затопленных болотистых почвах, рисовых полях. Представители нитчатых – анабена, асцилатория, встречаются в стоячих водах, на дне водоемов, во влажных почвах. Способность к азотфиксации обнаружена у представителей др бактерий и дрожжей:Bacillus,Pseudomonas, но их значение для с/х пока незначительно.
Внесение в почву органических удобрений способствует размножению азотфиксирующих бактерий и связыванию атмосферного азота, даже в таких бедных материалах, как солома. Химические удобрения при внесении в почву подавляют биологическую азотфиксацию. Известно биоудобрение азотобактерин – ЧК A.chroococcumв сочетании с торфом и углекислым кальцием.