Формы состояния микробов в почве

25.06.2014

В разделах, посвященных строению и развитию бактерий, было показано, что микроорганизмы в условиях лабораторного культивирования могут находиться в полиморфном состоянии. Наряду с нормальными или обычными клетками у бактерий и актиномицетов имеются различные формы, отклоняющиеся как по величине, так и по очертаниям.
В каком состоянии находятся микробы в почве, какие клеточные формирования им присущи, свойственен ли им такой же полиморфизм в естественных субстратах?
Вопросы эти в литературе почти не освещаются. Если мы мало знаем о количественном и качественном составе микроорганизмов, то еще меньше нам известно о формах пребывания их в почве.
Выше сообщалось, что при прямом подсчете почвенных мазков на стекле по Виноградскому, а также на стеклах обрастания по Холодному нередко обнаруживаются обычные клеточные элементы бактерий, актиномицетов, грибов, простейших и др.
Следовательно, клетки микроорганизмов в почве имеют те же формы и размеры, как и при культивировании их на искусственных питательных средах.
Однако нередки случаи, когда в мазках, заведомо обогащенных микробами почв, и на стеклах обрастания либо вовсе не обнаруживаются микробные клетки обычных размеров, либо число их очень мало.
Мы специально обогащали почву микробами перед анализами. Для этого в одной серии опытов в почву вносились такие питательные вещества, как сахара и мясопептонный бульон. Последующим посевом на агаризованные среды выявлялись многие сотни миллионов бактериальных клеток в анализируемой почве. Методами серийных разведений также обнаруживалось громадное число бактерий (10—30 млн/г). При таком количестве микробов в мазках на стеклах по Виноградскому должны быть обнаружены в поле зрения микроскопа (объектив 90, окуляр 10) сотни и тысячи клеток, тогда как мы насчитывали не более 30—50, а чаще не более 10—20 клеток.
В первые два-три дня после внесения в почву МПБ можно хорошо видеть в мазках и на стеклах обрастания большое количество (до 150—200 в поле зрения) палочковидных клеток. Клетки эти преимущественно очень мелки и по всем данным относятся к группе неспороносных бактерий рода Bacterium и Pseudomonas. Нередко встречаются клетки типа микобактерий и очень редко — более крупные клетки спороносных бактерий. Как правило, споры у последних отсутствуют.
Спустя 3—5 суток, по использовании внесенного мясопептонного бульона бактерии как бы исчезают и не обнаруживаются в мазках и на стеклах обрастания. В то же время при высевах на питательные среды выявляются многие сотни миллионов бактерий. Следовательно, в мазках на стекле их должно было бы быть обнаружено не менее сотни в поле зрения.
В другой серии опытов в почву вносились чистые культуры бактерий Pseudomonas fluorescens, Bact. prodigiosum, Az. chroococcum, выросших на искусственных питательных средах, в количестве 100—1000 млн. на 1 г. Анализы проводились методом прямого подсчета. Уже через одни-двое суток на стеклах в мазках не обнаруживалось клеток двух первых видов. В то же время методом посева выявлялись миллионы этих бактерий. Азотобактер обнаруживался в посевах в течение 3—6 дней; в мазках клеток азотобактера оказывалось значительно больше, но все они были мертвые, не прорастали на питательном агаре и долго не деформировались, находясь как бы в зафиксированном состоянии. Наблюдалось только просветление протоплазмы этих клеток и иногда исчезновение запасного питательного вещества.
В ризосфере люцерны, возделываемой в условиях Вахшской долины, как отмечалось выше, число бактерий-денитрификаторов достигает 10в9— 10в11 в 1 г, тогда как в мазках мы находили лишь единичные клетки.
Нами были проведены исследования ризосферы гороха и кукурузы, выращиваемых в специальных вегетационных сосудах, заполненных почвой или кварцевым песком. В тех случаях, когда растения росли в песке, в отпечатках на стекле оказывались хорошо видимыми все клеточные элементы бактерий, актиномицетов и грибов, развивающихся вокруг корней растений. Клетки бактерий, находящихся вблизи корней, а также на корнях и корневых волосках, имели примерно такие же формы и размеры, какие были свойственны им в условиях роста на искусственных средах. Отчетливо можно было распознать клетки неспороносных и спороносных бактерий, микобактерий, проактиномицетов и актиномицетов (рис. 58). На отпечатках хорошо выявлялись Вас. megatherium, азотобактер и другие бактерии, имеющие характерное строение клеток.

Подвергая анализу отпечатки корней тех же растений (гороха, пшеницы и кукурузы), но выросших в почве, мы почти совершенно не обнаруживали нормальных бактериальных клеток. Изредка выявлялись отдельные кучки или мелкие колонии клеток, имеющих кокковидную форму. Часто встречались нити актиномицетов и грибов. При посевах этой же ризосферной почвы методом серийного разведения обнаруживались сотни миллионов клеток. Параллельный анализ почвы в мазках должен был бы выявить не менее 200—300 клеток в поле зрения, тогда как в действительности этим методом бактериальные клетки почти совсем не обнаруживались.
Исчезновение вносимых в почву клеток наблюдали Дианова и Ворошилова. Худяков объяснял это явление адсорбцией клеток почвенными частицами. Безусловно в почве происходит адсорбция бактерий, но далеко не в таких размерах, да и процесс этот носит совершенно иной характер.
Новогрудский и его сотрудники много внимания уделили вопросу клеточного состояния бактерий в почве. Внося в почву клетки бактерий в виде мазков на предметном стекле и через определенные промежутки времени микроскопируя эти мазки, они установили, что внесенные в почву клетки бактерий быстро деформируются, дегенерируют, подвергаются автолизу и исчезают.
Виноградский и многие другие исследователи отмечают наличие в почвенных мазках на стекле большого количества кокковидных клеток и принимают их за микрококки. Пo нашим наблюдениям, количество микрококков в почве очень невелико, а принимаемые за них клетки являются кокковидными формами других микробов.
Применяя разные методы исследования, в том числе и метод проращивания, мы могли установить, что эти кокки чаще всего оказываются клетками микобактерий, проактиномицетов, актиномицетов и микококков; нередко в такой форме пребывают неспороносные и даже спороносные бактерии.
При просмотре почвенных мазков на стекле всегда обнаруживаются в большем или меньшем количестве мельчайшие тельца в виде детрита, сильно поглощающие краски. Мы полагаем, что эта зернистая масса состоит из коллоидов почвы и в какой-то части из продуктов распада микроорганизмов. В ней имеются зародыши клеток, что подтверждается опытами. Так, если почвенный мазок или отпечаток на стекле, а равно и стекла обрастания покрыть очень тонким слоем питательного агара (лучше Чапек-агар или Эшби-агар) и поместить во влажную камеру при 18— 20°, то через некоторое время обнаруживаются мельчайшие колонии проросших единичных зародышей.
Образование многочисленных колоний наблюдалось при отсутствии в мазках хорошо выраженных клеточных элементов. В то же время принимаемые нами за клетки образования в основном своем большинстве не прорастали.
Наши исследования, так же как и наблюдения Новогрудского, показывают, что внесенные в почву клетки бактерий подвергаются различным деформациям. Большинство клеток быстро дегенерирует. При этом они слегка разбухают, плазма их становится зернистой, затем светлеет и с растворением оболочки совсем исчезает. Остаются мелкие зернышки и осколки клеток. Другие клетки начинают делиться, не удлиняясь, а дочерние клетки в свою очередь делятся без соответствующего роста образовавшихся особей. В результате получаются сильно измельченные клеточные элементы в виде мельчайших зернышек или телец.
Такое дробление клеток мы наблюдали у спороносных бактерий — Вас. megatherium, Вас. mesentericus и Вас. subtilis, микобактерии, некоторых штаммов неспороносных бактерий рода Pseudomonas и Bacterium, клубеньковых бактерий (Rhizob. trifolii) и азотобактера. У последнего измельчание клеток путем последовательного деления без роста наблюдается довольно часто (рис. 59). Большие изменения клеточных элементов обнаруживаются у неспороносных бактерий (рис. 60).

Измельченные клетки в известной степени сохраняют жизнеспособность. При благоприятных условиях, на искусственных питательных средах, они прорастают и дают нормальное поколение.
Клеточные превращения бактерий нами наблюдались при разложении растительных остатков (корней или надземных частей). Сначала бактерии разрастаются на субстрате вместе с другими микробами в виде обычных палочковидных форм. Через определенный промежуток времени, когда растительные остатки разложились до известной степени, бактерии дегенерируют и распадаются с образованием мелкозернистой массы, в которой имеется много зародышей и мелких клеточных элементов.

Таким образом, можно утверждать, что бактерии в естественных условиях обитания имеют различные формы существования. Наряду с обычным в нашем представлении клеточным состоянием они могут существовать в иных формах, чаще всего в виде измельченных клеточных элементов, в форме кокковидных образований уменьшенных размеров или в форме мельчайших зародышевых телец. Эти измельченные формы ведут свое самостоятельное существование неопределенно долгое время. Только при особых условиях (избыточное питание и др.) они приобретают палочковидную форму и величину, свойственные каждому виду.
Если не все, то многие актиномицеты также пребывают в почве в клеточных состояниях, отличных от существующих на искусственных питательных средах. Если на искусственных средах в лаборатории они образуют хорошо развитый, нерасчлененный мицелий, то в почве мицелий часто расчленяется. В его нитях образуются поперечные перегородки, и он распадается на палочковидные элементы.
На стекле обрастания в одной и той же колонии актиномицетов можно иногда наблюдать последовательное образование нитевидных, палочковидных и кокковидных клеток. Процесс этот протекает точно так же, как у проактиномицетов. Гифы или их ветки часто расчленяются на мелкие фрагменты, которые округляются и превращаются в овальные и шаровидные тельца.
Актиномицеты в почве развиваются то как актиномицеты, то как про-актиномицеты и даже как микобактерии. Колонии их подобны колониям микобактерий или проактиномицетов. Однако, когда мы применили описанный выше метод заливки стекол обрастания агаризованной средой, то такая колония проросла и дала типичную культуру актиномицета (Act. globisporus).
Процесс расчленения нитей на палочковидные и кокковидные клетки у актиномицетов можно вызвать и на искусственных питательных средах, если выращивать их в условиях непрерывного встряхивания (в качалках) или при глубинном росте (в ферментерах).
У грибов мы не наблюдали аналогичных превращений. По-видимому, они сохраняют свое мицелиальное строение в почвах. Впрочем, не исключается возможность резких изменений и превращений у отдельных видов и этой группы микроорганизмов.