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:
- ризобиум. К нему 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 полезными являются спорообразующие палочки, которые называются Clostridium pasteurianum. В грунте они размещаются свободно, не привязываясь к растениям. Они очень подвижны и поглощают из почвы 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.
