07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Микроорганизмы, образующие биотические вещества
 25.06.2014

Способность микроорганизмов образовывать биотические вещества была известна издавна.
Вильдерс установил наличие активирующих веществ в культурах дрожжей. Эти вещества были названы автором биосом. Спустя 15—20 лет они привлекли внимание разных специалистов. Их начали находить в различных органических субстратах, в тканях растений и в культурах многих микробов.
Исследования показывают, что биотические вещества образуются разными микроорганизмами — бактериями, грибами, дрожжами, актиномицетами и др.
По способности образовывать биотические вещества микроорганизмы подразделяются на ауксоавтотрофы и ауксогетеротрофы. Первые образуют все необходимые для роста вещества сами и благодаря этому могут развиваться на синтетических авитаминозных средах; вторые не образуют или, вернее, образуют не все биотические вещества и не растут на авитаминозных средах.
Среди почвенной микрофлоры способность образовывать различные активирующие рост вещества присуща очень многим, если не всем видам бактерий.
К активным образователям биотических веществ относятся бактерии-хемосинтетики, которые могут развиваться на чистых минеральных, совершенно авитаминозных средах и обладают способностью синтезировать органические вещества за счет углекислоты воздуха. Например, в культуре представителя тионовых бактерий Thiobact. thioxidans обнаружены биотин, тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, никотиновая кислота, витамин B6 и некоторые другие соединения. Эти бактерии и другие подобные им хемосинтетики — нитрификаторы, водород-окисляющие, метан-окисляющие — полностью обеспечивают себя биотическими веществами. He будь этой способности, они не смогли бы существовать на минеральных средах.
Энергично образует витамины группа бактерий, не ассимилирующих CO2, но хорошо развивающихся на синтетических авитаминозных средах с углеродистым источником питания. К таким бактериям относится большая часть почвенной микрофлоры — азотобактер, клубеньковые бактерии, представители рода Pseudomonas, рода Bacterium, олигонитрофилы, микобактерии и др.
Бойсен-Иенсен обнаружил синтез гетероауксина у 16 видов бактерий, среди которых были Ps. radiobacter, Bact. denitrificans, Вас. mycoides, Вас. subtilis, Bacterium sp. и др. Разницына с помощью колеоптильного метода установила образование того же вещества у разных представителей бактерий и микобактерий. По способности продуцировать ауксины микроорганизмы отнесены ею к трем группам: а) бактерии, которые не образуют этих веществ или образуют их очень мало — Mycob. rubrum, Az. vinelandii, Вас. mycoides и др., б) бактерии средней активности — Az. agile, Az. chroococcum, шт. 31, 35, Bact. coli, Mycob. luteum, Ps. fluorescens, шт. F 24 и др., в) бактерии, образующие большие количества ауксинов — Bact. proteus, Ps. fluorescens, шт. 21, Az. chroococcum шт. 54, Mycob. album и др.
Робертс И. и Робертс Е. изучали Способность к образованию гетероауксина у бактерий, грибов и актиномицетов. Из 150 исследованных культур это вещество синтезировали 99, причем наиболее активными продуцентами, по их наблюдению, являются бактерии и актиномицеты. Гетероауксин находили у разных видов неспороносных бактерий азотобактера — Az. chroococcum, у Pseudomonas, Bacterium, Vibrio, миксобактерий и многих других бактерий.
В культурах бактерий обнаруживается в больших или меньших количествах, кроме ауксинов, и ряд других биотических соединений: тиамин, рибофлавин, витамин С, витамин К, витамин B6, витамин B12, инозит, биотин, парааминобензойная, никотиновая, пантотеновая, фолиевая кислоты, провитамин D2, α- и β-каротин, фактор R, фактор Z и др. Так. у клубеньковых бактерий обнаружена способность синтезировать тиамин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, витамин В12 и др. Эти витамины, а также некоторые другие находили у азотобактера Az. chroococcum, у разных видов и штаммов рода Pseudomonas, у микобактерий. В последние годы у многих бактерий и особенно у актиномицетов обнаруживают витамин B12. Некоторые ил этих организмов — Mycob. рropionicum, A. rimosus, A. aureofaciens и др. используются для промышленного получения данного витамина. По нашим наблюдениям витамин В12 синтезируют примерно 90—95% всех выделяемых из почв актиномицетов, а поданным Даркена — 64—66%.
Ямагучи и Узами нашли витамин B2 у 15 культур бактерий (Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Вас. mycoides, Bact. prodigiosum, у микрококков и др.).
Лэнди и др. обнаружили в культурах 35 видов бактерий парааминобензойную кислоту (у Bact. proteus, Ps. pyocyanea, Baсt. aerogenes, Вас. subtilis, Вас. megatherium, Mycob. diphtheriae, Mycob. stercosis и др.).
Геррик и Алексополюс установили наличие тиамина в культурах 22 видов бактерий и актиномицетов.
По данным Шмидта и Старки, из 150 исследованных почвенных бактерий и актиномицетов 99 видов образуют гетероауксин. Из 75 культур бактерий 22 продуцируют витамины на синтетических средах.
В наших исследованиях почвенной микрофлоры были изучены 192 культуры бактерий, выделенных из разных почв России. У этих бактерий определялась способность синтезировать витамин B1 и гетероауксин. Результаты приведены в табл. 42. Из данных таблицы видно, что более половины культур образуют витамин B1 и почти 40% —гетероауксин.

Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Шавловский исследовал культуры бактерий (Ps. fluorescens, Ps. aurantiaca, Bact. herbicola и Ps. radiobacter), обитающих в ризосфере растений. Эти бактерии выращивались на синтетической среде определенного состава, и через 8 суток производился анализ на содержание витаминов в клетках бактерий и в субстрате. Результаты приводятся в табл. 43.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Много продуцентов биотических веществ известно и среди грибов. Так, например, тиамин был обнаружен в культурах Aspergillus niger, A. oryzae, Penicillium glaucum, Mucor racemosus, Mucor mucedo, некоторых видов Phytophthora, Rhizopus, Fusarium и др., затем в культурах многих дрожжевых организмов: Torula utilis, Sacchar. eerevisiae, Sacchar. logos, Endomyces vernalis, Willia anomala.
В почвах найдены грибы, образующие витамин B2, причем некоторые виды образуют его так много, что используются даже в производстве, например Candida (Oidium), Guilliermondella, Eremotheeium ashbyi. У многих грибов найден биотин, пантотеновая, никотиновая, парааминобензойная кислоты, витамин С, витамин К и другие вещества.
Рогоза обследовал 114 культур разных дрожжей Torula sphaerica (26 шт.), Т. cremoris (20 шт.). Sacch. fragilis. Monilia pseudotropicalis, Mycotorula lactis, Sacch. anamensis, Torulopsis kefyr, Torula lactosa, Zygosaccharomyces lactis и др. У всех перечисленных видов дрожжей обнаружен витамин B2 в количестве 0,6—0,11 μг в 1 мл синтетической среды.
Биотические вещества найдены и у микоризных грибов. По наблюдению Шафштейна, микоризные грибы, орхидей вырабатывают вещества роста, которые необходимы для нормального развития растения-хозяина.
Биотические вещества в почве образуются также и водорослями. Выше сообщалось, что эти организмы довольно широко распространены в почвах. Нередки случаи, когда водоросли обильно развиваются на поверхности почвы, образуя видимый простым глазом синевато-зеленый налет.
Известно, что водоросли в процессе жизнедеятельности выделяют в субстрат различные органические вещества — продукты метаболизма. Среди этих продуктов имеются и биотические вещества.
Ондрачек обнаружил среди выделений водорослей Hormidium borlowi, Н. flaccidum, Н. nitens и Н. stoechidium аскорбиновую кислоту (витамин С). Зеленая водоросль Chlorella, по наблюдению Лилли и Лиониана, образует гетероауксин.
Большинство почвенных микроорганизмов обладает частичной ауксо-автотрофностью, т. е. нуждается только в некоторых биотических веществах. Например, Clostridium butyricum нуждается только в биотине, все остальные вещества он синтезирует сам. Некоторым видам бактерий недостает только тиамина или только пантотеновой кислоты. По данным Бурхольдера и других, из 163 культур дрожжей 87% потребляют биотин, 35% тиамин и пантотеновую кислоту, а 12% нуждаются только в инозите.
Имеется немало микробов, которые синтезируют не полную молекулу витамина, а одну из составных частей ее. Например, некоторые организмы образуют только тиазол или только пиримидин — компоненты витамина B1. Следовательно, для первых требуется добавка в среду пиримидина, а для вторых — тиазола.
В почве нередко встречаются виды микроорганизмов, которые нуждаются в β-аланине, дестиобиотине, пимелиновой кислоте и некоторых других соединениях — компонентах тех или других молекул биотических веществ.
Томпсон показал, что бактерии синтезируют витамины в большем количестве, чем требуется им для жизненных процессов. Избыток витаминов выделяется в среду. Обогащение субстрата витаминами, по его мнению, происходит не столько за счет распадающихся клеток, сколько путем секреции витаминов живыми организмами. He исключается возможность, что некоторые биотические вещества являются отбросами растущих клеток.
По данным Томпсона, примерно 50% образуемого тиамина остается в клетках бактерий в связанном состоянии. Эта доля витамина поступает в субстрат только после смерти и распада клеток.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

О количественной стороне образования биотических веществ микроорганизмами можно получить представление на основании данных, приведенных в табл. 44, составленной по разным литературным источникам.
По данным Уеста и Вильсона, на 1 г сухой массы клубеньковых бактерий клевера, выросших на синтетической среде, приходится 19,6 μг тиамина и 0,37 μг рибофлавина. Клостридиум (Clostr. butyrlcum) синтезирует 0,9 μг/г рибофлавина, Micr. ochraceus, Micr. citreus, Ps. руосуаnеа — около 10—15 μг.
Ямагучи и Узами нашли у Ps. fluorescens, Ps. alba, Bact. prodigiosum около 1,5 μг тиамина, а у Bact. proteus — 9—14 μг на 1 г сухих клеток.
Значительные количества биотических веществ образуют многие виды микобактерий. Например Mycob. smegmatis синтезирует около 135 μг витамина B2 в 1 мл синтетической среды и 36 μг на 1 г сухих клеток. У Mycob. phlet в 1 мл среды находят от 40 до 80 μг активного вещества микобактина.
Островский исследовал витамины у разных представителей микробов. Результаты сведены в табл. 45.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Приведенные количественные показатели синтеза витаминов не являются строго постоянными. Для каждого вида бактерий, грибов или актиномицетов эти показатели меняются в зависимости от возраста и условий культивирования. В некоторых случаях в старых культурах клетки содержат меньше витаминов, чем молодые. Ho не всегда так бывает. У некоторых видов, наоборот, более старые клетки содержат больше витаминов. Например, некоторые культуры Ps. radiobacter содержат витамина B1 в клетках больше в восьмисуточной, чем в двухсуточной культуре.
На одних средах микробы образуют много ростовых веществ, а на других — мало или вовсе не образуют.
На интенсивность образования витаминов почвенными организмами большое влияние оказывают микробы-спутники. Одни из них подавляют процесс образования витаминов, другие активизируют его. По данным Смалий, азотобактер (Az. chroococcum) синтезирует в чистой культуре 173 μг гетероауксина на массу клеток, выросших в одной чашке Петри на Эшби-агаре, а в присутствии:
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Способность продуцировать витамины или ауксины не является видовым признаком. Разные штаммы одного и того же вида в этом отношении сильно различаются друг от друга. Например, среди имевшихся в нашей
коллекции штаммов (более 100) азотобактера — Az. chroococcum, выделенных из разных почв и разных мест России, одни образуют очень много гетероауксина, а другие мало или совсем не образуют его. На приведенных фотограммах колеоптилей даны показатели образования гетероауксина отдельными представителями этих культур (рис. 63).
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Такие же данные получаются при исследовании других видов бактерий и не только в отношении гетероауксина, но и биотина, тиамина, рибофлавина и других биотических веществ.
Хотя строгой видовой специфики в образовании биотических веществ не отмечается, все же при массовом анализе наблюдается групповое различие. У представителей азотобактера продуценты витаминов и ауксинов встречаются чаще, чем у представителей рода Bacterium.
У клубеньковых бактерий способность продуцировать гетероауксин обнаруживается у очень немногих культур, да и те являются слабыми формами. Мы исследовали 12 видов клубеньковых бактерий (клевера, люцерны, фасоли, вики, сочевичника, медуницы, гороха, эспарцета, сои, люпина, акации, астрагаллов); все они либо не образуют вовсе гетероауксина, либо образуют его в очень малых количествах (рис. 64).
У клубеньковых бактерий люцерны из 60 штаммов только 9 образовывали данное вещество в количествах, вызывающих едва заметный изгиб колеоптиля. У Rhizobium trifolii исследовано 15 штаммов, у Rhizobium leguminosarum — 8 штаммов, у Rh. phaseoli — 15 штаммов и т. д. Во всех случаях картина одинакова.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Мы не обнаружили заметной продукции гетероауксина у проактиномицетов, образующих клубеньки на корнях ольхи; что касается актиномицетов и многих проактиномицетов, обитающих в почве, то они образуют гетероауксин в большем или меньшем количестве.
По данным Старки, содержание никотиновой кислоты в растительных остатках колеблется от 2,4 до 85 μг на 1 г сухой массы, в большинстве случаев оно ниже 30 μг/г. В клетках же микроорганизмов это вещество определяется в количествах 150—1920 μг/г, т. е. примерно в 25—60 раз больших дозах.
Следует заметить, что исследование биотических веществ производилось у сравнительно небольшого числа видов почвенных микроорганизмов. В анализ брались часто случайные организмы, а изучение ограничивалось немногими витаминами, чаще тиамином и рибофлавином.
Надо полагать, что в действительности многие, а может быть, и все микроорганизмы почвы продуцируют какие-либо биотические вещества, играющие существенную роль в жизнедеятельности низших и высших организмов.
Само собой разумеется, что в условиях естественного обитания непосредственно в почве жизнедеятельность микробов и образование ими биотических веществ будут отличными от лабораторных условий (на искусственных питательных средах).
Шмидт и Старки показали, что, если в почву, лишенную витаминов, внести авитаминозные растительные остатки, то при разложении их микробами эти вещества появляются и накапливаются в большем или меньшем количестве. Увеличение содержания рибофлавина в почве происходит одновременно с усилением жизнедеятельности микробов (рис. 65). Чем больше внесено в почву растительных остатков, тем более интенсивно идет развитие микробов и образование рибофлавина (табл. 46).
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Такой же результат получается, если в почву прибавить вместо соломы глюкозу или сахарозу. При этом внесенные в авитаминозную почву микробы начинают развиваться за счет сахаров, и почва накапливает биотические вещества — рибофлавин, биотин, гетероауксин и др.
По подсчетам Мейселя, в плодородных почвах южных районов за сезон (9 мес.) микробами поверхностного слоя одного гектара почвы может синтезироваться около 400 г витамина B1, 300 г витамина B6 и 1 кг никотиновой кислоты.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Биотические вещества сохраняются в почве более или менее продолжительное время. Чистый препарат витамина, внесенный в почву, обнаруживается в течение нескольких дней. По данным Шмидга и Старки, рибофлавин и пантотеновая кислота сохраняются в почве от 3 до 20 дней и более (табл. 47).
Рибофлавин сохраняется более длительное время, чем пантотеновая кислота. В стерильной почве оба вещества сохраняются лучше, чем в нестерильной почве, так как биотические вещества, как и все органические соединения, подвергаются разрушительному действию микробов.
Микроорганизмы, образующие биотические вещества

Если искусственно задержать деятельность микробов в почве, внесенные витамины сохраняются так же длительно, как и в стерильной почве. Было найдено, что в сухих образцах почв, взятых с окультуренных и унавоженных полей, биотические вещества (витамины и гетероауксин) сохраняются от 3 месяцев до 4 лет в зависимости от типа и свойств почв, внешних условий, а также от свойств витаминов.
Витамины и другие биотические вещества, поступающие в почву тем или иным способом, разрушаются и заново синтезируются микроорганизмами. Одни витамины исчезают, другие появляются. В почве происходит непрерывный обмен этих веществ. На протяжении всего вегетационного периода пока растут, размножаются и проявляют деятельность микробы, в почве будут находиться биотические вещества. Количество последних определяется интенсивностью их синтеза и поступления в почву, а также скоростью разрушения или длительностью сохранения.