21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
Изменчивость микроорганизмов в почве
 25.06.2014

Вопрос изменчивости почвенных микробов в условиях их естественного обитания освещен очень слабо. Имеются лишь единичные работы, касающиеся данного вопроса, да и те носят скорее умозрительный характер.
В лабораторной практике, как отмечалось выше, приходится часто иметь дело с явлением вариабильности, полиморфизма и видовой изменчивости у микроорганизмов. У спороносных бактерий — Вас. mycoides, Вас. subtilis, Вас. mesentericus и др. типичные культуры с характерным строением колоний становятся атипичными, образуют варианты, отличающиеся от обычной формы.
Образуются ли подобные варианты непосредственно в почве или это наблюдается только в лабораторных условиях?
Известно, что в отдельных местах типичные варианты Вас. mycoides не встречаются, но вместо них обнаруживаются атипичные формы с мелкозернистой колонией и ровными краями.
Такие формы мы обнаруживали в каштановых почвах Заволжья при полном отсутствии в них типичных вариантов с микоидным строением колоний. В некоторых почвах обнаруживаются атипичные и типичные формы.
Чтобы установить генетическую связь атипичных вариантов с типичными культурами, мы провели ряд экспериментов.
При культивировании атипичных штаммов на искусственных средах при разных условиях роста — низких и высоких температурах, разном значении pH, в аэробных и анаэробных условиях — нам не удалось получить из них типичные культуры. Было изучено девятнадцать штаммов, выделенных из разных пунктов и разных полей каштановых почв Заволжья. Ни один из них не дал типичных микоидных вариантов. Только у одного наблюдалось некоторое подобие микоидного очертания колоний. После длительного пребывания в подзолистой почве, взятой с полей Сельскохозяйственной академии им. Тимирязева, шесть из девятнадцати испытанных атипичных штаммов дали типичные варианты с микоидным строением. Остальные либо совсем не изменялись, либо давали варианты иного строения и иного типа.
Вторая серия опытов была проведена с типичными культурами Вас. mycoides, выделенными из подзолистых почв (4 штамма) и черноземов (2 штамма). Культуры помещались в почвы, в которых они не обнаруживаются, именно в каштановые почвы, и инкубировались при комнатной температуре в течение 3—6 месяцев. Влажность почвы поддерживалась на уровне около 60% от полной влагоемкости.
Систематические высевы из почвы показали, что микоидные формы вскоре начали исчезать, с каждым новым посевом число их становилось меньше и через 1—3 месяца почти все испытуемые штаммы уже не обнаруживались. Вместо них в почве высевались различные атипичные штаммы, характерные для данной почвы, и другие, обычно не встречающиеся в ней.
Такое превращение Вас. mycoides мы наблюдали как в стерильных, так и в нестерильных каштановых почвах; в последних процесс изменчивости протекает быстрее.
Приведенные данные показывают, что одни формы бактерий превращаются в другие. Особенности почв накладывают свой отпечаток на характер изменчивости.
Специфическое воздействие почв на видовую изменчивость бактерий подтверждают также наблюдения, проведенные с другими культурами почвенных бактерий.
Нас давно привлекала группа спороносных бактерий, которые определяются в систематике, как Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Вас. cereus, Вас. brevis и некоторые другие.
Представляют ли они различные, вполне обособленные виды или это разные варианты и формы одного и того же вида? Вопрос этот решался экспериментально.
Культуры Вас. mesentericus вносились в разные почвы: в подзолистые — лесные, полевые, огородные, в черноземы, в каштановые и красноземы. В красноземах и в лесных подзолистых почвах клетки Вас. mesentericus сравнительно быстро исчезали и не приживались. В полевых слабо окультуренных кислых дерново-подзолистых почвах, а также в каштановых и черноземах вносимая культура бактерий не погибала полностью. Часть клеток сохранялась. Через некоторое время оставшиеся клетки начинали размножаться. Однако эти клетки при высеве на питательные среды давали колонии, отличающиеся от колоний исходной культуры.
Новые варианты в процессе приспособительной изменчивости были получены в каштановых почвах и черноземах.
В подзолах мы получали экспериментальные варианты типа Вас. cereus и Вас. subtilis, в почвах каштановых образовывались варианты типа Вас. subtilis и Вас. lichertiformis, а в черноземах получались формы всех указанных в таблице типов, т. е. культуры, похожие по виду колоний на Вас. cereus, Вас. subtilis, Вас. licheniformis, Вас. brevis и Вас. mesentericus.
Как видно из приведенного, одна и та же культура бактерий — Вас. mesentericus проявляется морфологически по-разному, как разные виды, в зависимости от свойств почв. В некоторых почвах черноземов (Молдавия) мы находили только два типа этой группы бактерий — тип Вас. subtilis и тип Вас. cereus. Отдельные штаммы того и другого типа нами были превращены в типичные культуры Вас. mesentericus.
Если принимать во внимание только внешние культуральные признаки, то различие между указанными видами следует считать проявлением полиморфизма. По-видимому, при дифференцировании данной группы микробов следует придерживаться не этих внешних признаков, а биохимических и биологических проявлений. Среди последних антагонизм и спектр антибиотических веществ являются, по нашему мнению, наиболее показательными.
Африкян, применяя в работе принцип специфики антагонистических взаимоотношений, показал, что группа спороносных бактерий, обозначаемая как Вас. subtilis — mesentericus, весьма разнородна по своим биологическим признакам и не может рассматриваться как однородная таксономическая единица.
Принцип специфики антагонистических взаимоотношений дает возможность выявлять действительно существующие экологические штаммы и типы и дифференцировать их.
Некоторые экологические особенности культур спороносных бактерий, обитающих в почвах Крайнего Севера, на островах Северного Ледовитого океана — Новая Земля, Земля Франца Иосифа, Северная Земля и др., выражаются в отсутствии у них спор. Культуры хорошо растут на питательных средах при обычных лабораторных условиях, образуют мощные колонии, но спор не имеют. Споры не образуются клетками при росте на многих обычных средах.
Отсутствие спор у таких культур вводит в заблуждение исследователей. Подобные культуры часто причисляются к группе неспороносных бактерий. Однако структура колоний, размеры клеток и характер строения протопласта свидетельствуют о том, что эти организмы относятся к спороносным. Спорообразование у таких бактерий можно вызвать. Они образуют обычные эндогенные споры, как правило, очень поздно, спустя 2—3 недели и позже, многие из них образуют споры при повышенной температуре, при 33—37°. Некоторые культуры начинают образовывать споры после длительного пребывания на богатых белками средах, а некоторые после выдерживания в почвах более южных зон — в подзолах Московской области, в каштановых почвах Заволжья или других. Такое своеобразие данных бактерий обусловлено, по-видимому, длительным пребыванием в необычных почвенно-климатических условиях. Эти условия изменяют характер роста и всю биологию вида. Бактерии утрачивают способность формировать споры. У некоторых организмов сохраняется только попытка к спорообразованию. Клетки некоторых штаммов образуют на концах или в средней своей части уплотненные участки в виде проспор.
В условиях арктического климата с вечно мерзлой почвой или почвой, оттаивающей на очень короткое время, спорообразование не является защитной реакцией сохранения вида и постепенно утрачивается. Биологическая же сущность таких бактерий как спороносных видов сохраняется.
Способность спорообразования утрачивается не только у бактерий арктических почв, но и у бактерий более южных мест обитания. Образование аспорогенных форм вообще — явление нередкое у представителей рода Bacillus, и происходит оно как в лабораторных условиях, так и в природе непосредственно в почве. Выявить аспорогенные формы в почве не всегда удается, так как они трудно отличимы от некоторых неспороносных видов бактерий.
Большое внимание уделяется в почвенной микробиологии азотобактеру. Этот микроб весьма широко распространен в почвах.
Азотобактер развивается в различных климатических условиях, от Крайнего Севера до тропиков. Он обнаруживается в разных почвах — целинных и окультуренных; его находят в подзолах, сероземах, черноземах, в каштановых и бурых почвах и даже в красноземах. Несмотря на столь различные условия существования азотобактера, в литературе отмечается распространение в сущности одного вида — Azotobacter chroococcum. Некоторые авторы считают возможным выделить несколько видов (два — четыре). В нашем определителе приведено семь видов, из них два совершенно иной группы.
Лабораторный опыт показывает, что, действительно, культуры азотобактера, откуда бы они ни были выделены, на первый взгляд очень однообразны по культуральным признакам. Все они хорошо развиваются на безазотистой среде Эшби и образуют разросшуюся слизистую колонию. Последняя через некоторое время буреет и чернеет. Все культуры фиксируют азот в большей или меньшей степени и определяются в основном большинстве как Azotobacter chroococcum. Однако подробное изучение показывает, что культуры этого вида далеко не однотипны.
При исследовании большой коллекции штаммов азотобактера, собранных из разных почв России, найдено, что они различаются морфологически и биологически. Величина клеток, их форма и строение далеко не так однотипны, как это освещается многими авторами. Ранее нами отмечались характерные отличительные признаки у отдельных штаммов азотобактера, которые послужили основой для выделения в особые виды Az. beijerinckii v. jakutii, Az. galophilum и др. Клетки этих и других организмов отличаются размерами и формой, а также внутренней структурой протопласта. Различаются культуры также окраской, характером строения колоний и другими признаками.
Резко разнятся друг от друга культуры азотобактера формой, величиной и расположением жгутиков. У одних организмов они длинные и многочисленные, расположены по всей периферии равномерно, у других — они короткие, немногочисленные, расположены равномерно или неравномерно по периферии клетки. Имеются формы, у которых жгутики имеют вид очень коротких и прямых щетинок (рис. 33). Эти образования весьма стойки и безусловно могут служить опознавательным признаком для дифференцирования видов.

Изменчивость микроорганизмов в почве

Существенным дифференцирующим принципом здесь является, как и у других организмов, специфика антагонистических проявлений. Худякова, а затем Бабак показали, что по способности подавлять своих конкурентов, а равно реагировать на воздействие антагонистов эти культуры довольно четко разбиваются на отдельные группы и подгруппы, которые следует рассматривать как самостоятельные таксономические единицы — виды и разновидности.
Культуры азотобактера, как отмечалось выше, отличаются широким полиморфизмом клеток. Они могут образовывать и очень мелкие, едва видимые клетки или зародыши и очень крупные, гигантские клеточные элементы. Последние часто рассматриваются как образования нежизненные, инволюционные, но способные в своем протопласте формировать регенеративные тельца.
Азотобактер в условиях его естественного обитания отличается большой изменчивостью и полиморфизмом. Этот микроб изменяется под влиянием различных почвенных факторов — физических, химических и биологических.
Типичная культура Az. chroococcum. выделенная из огородной почвы Московской области, после двух-шести месяцев пребывания в красноземе (Кавказском) и каштановой почве Заволжья стала полиморфной. Было выделено несколько стабильных вариантов, отличающихся от исходной культуры. Среди них были мелкоклеточные варианты, потерявшие способность продуцировать мощные слизистые капсулы и накапливать в клетках жироподобное вещество. Такой вариант мог сохраняться и даже развиваться в каштановой почве при полной гибели исходного штамма. В условиях красноземной почвы были получены варианты с явными дегенеративными признаками. Клетки этих вариантов оказались сильно измельченными и полиморфными, плазма светлой, едва заметной под микроскопом, почти оптически пустой, без зернистых включений. Колонии были мелкие, плоские, пастообразные, без слизи и на пятом-седьмом пересеве прекращали свое развитие и погибали.
Измельченные и даже фильтрующиеся формы азотобактера находили в почве Новогрудский и Рыбалкина. В литературе описаны неактивные формы данного микроба, утратившие способность фиксировать молекулярный азот.
Касаясь изменчивости микробов в почве, нельзя не упомянуть клубеньковых бактерий.
Клубеньковые бактерии более широко распространены в почвах и более многообразны, чем азотобактер. Они встречаются часто там, где азотобактер не может развиваться. Каждому виду этих бактерий присуща способность образовывать клубеньки у определенных видов растений.
Кроме этой симбиотической специфики, у многих видов клубеньковых бактерий разные штаммы заметно различаются друг от друга комплексом других признаков.
Нами были исследованы многочисленные штаммы клубеньковых бактерий клевера, люцерны, эспарцета, фасоли, вики и гороха. Штаммы одного и того же вида бактерий отличались друг от друга культуральными, физиологическими и биохимическими свойствами, а также степенью вирулентности и активности. Если бы у таких штаммов отсутствовала способность образовывать клубеньки на корнях растения, то их можно было бы относить к разным видам
Под влиянием почвенно-климатических факторов изменяются и все другие представители бактерий, а также и актиномицеты, грибы, дрожжи и прочие микроорганизмы. Одни изменяют свои видовые свойства быстро и в сильной степени, другие слабо варьируют и оказываются более стойкими.
Во всех этих изменениях решающим фактором является не географическая зональность, как утверждают некоторые авторы, а экологические условия.