Юлия Касаткина - Я познаю мир. Ботаника

Но количество доступных для растений азотистых соединений в почве часто недостаточно из–за того, что часть их разрушается и вновь попадает в атмосферу в виде газообразного азота. Процесс разрушения азотистых соединений почвы связан с особой группой бактерий, которых называют денитрифицирующими (приставка «де» означает отрицание, а нитрификация – процесс связывания атмосферного азота).

С проблемой снижения плодородия почв, вызванной в первую очередь нехваткой азотистых соединений, люди впервые столкнулись на заре развития земледелия. После непродолжительного использования почва на полях, где возделывались культурные растения, истощалась, и урожай падал. Приходилось бросать пашни и переходить на новые земли. Бывшие поля зарастали дикорастущими растениями, и спустя несколько десятилетий их плодородие восстанавливалось. Со временем люди стали замечать, что чем больше бобовых растений встречается на брошенных землях, тем быстрее они восстанавливают свое плодородие. Еще до наступления нашей эры о полезном влиянии бобовых на почвы писали древнегреческий философ Теофраст и римляне Катон, Варрон, Плиний и Вергилий. Французскцй агрохимик Жан Буссенго в 1838 году установил, что люцерна и клевер обогащают почву азотом, а зерновые и корнеплоды истощают.

Каким же образом бобовые растения способствуют накоплению в почве азота? Попробуйте выкопать с корнями обычное растение клевера. Внимательно рассмотрев корни, вы заметите маленькие шарообразные вздутия, отдаленно напоминающие клубни картофеля, растущие один из другого. Секрет связи плодородия почв и бобовых растений кроется в этих клубеньках. Ткани корня бобовых разрастаются не сами по себе – образование клубеньков происходит под действием особых бактерий, живущих и размножающихся внутри них. Эти бактерии получили общее название азотфиксирующих за способность превращать газообразный азот в доступные для растений соединения. В данном случае мы с вами имеем дело с классическим примером симбиоза: растение получает от клубеньковых бактерий азотистые соединения, а те обеспечиваются минеральными солями и сахарами. Усваивать газообразный азот могут не только клубеньковые бактерии, но и свободноживущие почвенные бактерии азотобактер и клостридиум Пастера (названный в честь выдающегося французского микробиолога). К сожалению, у свободноживущих азотфиксаторов усвоение азота происходит менее эффективно, чем у симбиотических клубеньковых бактерий. Это вполне объяснимо, учитывая, в каких «райских» условиях живут бактерии в клубеньках. Помимо бобовых, среди наших растений клубеньки на корнях образуют некоторые деревья: ольха и облепиха.

Круговорот, азота в природе

Растения (1) потребляют азот (N) в виде нитратов , нитритов и солей аммония и строят из них свои белки. Растительные белки усваиваются животными (2). После отмирания растительных и животных организмов гнилостные бактерии (3) переводят азот из состава белков в неорганические соединения . Клубеньковые бактерии (4) и свободноживущие азотфиксаторы усваивают недоступный растениям газообразный азот (Nг) и переводят его в доступные для растений формы. 5 – денитрифицирующие бактерии .

Клубеньки на корнях бобового растения

Растения, вступившие в симбиоз с азотфиксирующими бактериями, получили большие преимущества перед другими растениями. Теперь им не страшна нехватка азотистых соединений: благодаря своим невидимым помощникам бобовые растения могут вырасти на самых бедных почвах.

Лишайники, с которыми вы познакомитесь дальше, своей невероятной выносливостью тоже во многом обязаны бактериям. Расти на голых скалах, оползнях и камнях, где совершенно нет почвы, многие из них могут только благодаря цианобактериям, которые постоянно живут внутри тела лишайника. Эти бактерии тоже обладают способностью связывать атмосферный азот, что делает лишайники такими неприхотливыми в выборе места жительства.

Среди бактерий есть немало помощников человека. С помощью молочнокислых бактерий получают сыр, сметану, кефир, ряженку, простоквашу, варенец, кумыс и многие другие кисломолочные продукты. Уксуснокислые бактерии превращают сахара и спирты в уксусную кислоту, раствор которой в быту называют уксусом.

Деятельность молочнокислых бактерий вы наверняка сами наблюдали не один раз. Стоит в теплый день оставить молоко на столе, как к вечеру оно уже приобретает кислый вкус. На следующие сутки или через день кислое молоко сворачивается, а под слоем густой простокваши скапливается жидкая сыворотка. Все эти превращения происходят из–за деятельности молочнокислых бактерий: в средних и северных широтах скисание молока вызывают молочнокислые стрептококки, а в более южных районах – болгарская палочка. И те, и другие микробы питаются молочным сахаром – лактозой, которая входит в состав молока. При этом образуется большое количество молочной кислоты и немного уксусной, янтарной, муравьиной кислот, спирта и других веществ^ придающих молочнокислым продуктам их особый вкус и аромат. Под влиянием кислот белок молока свертывается, и молоко превращается в простоквашу.

Каким образом молочнокислые бактерии попадают в молоко? Микробы содержатся в большом количестве даже в очень свежем молоке (в одном миллилитре от сотен тысяч до нескольких миллионов). Некоторое количество бактерий содержится и на вымени коровы и попадает в молоко во время дойки. Молоко, которое продается в магазинах, подвергается пастеризации, суть которой вы уже знаете, и не содержит бактерий. В этом случае они появляются в молоке, оседая на его поверхность из воздуха.

Нужно сказать, что в молоке содержатся отнюдь не только молочнокислые бактерии. Здесь же встречаются кишечная палочка, дрожжи, маслянокислые и разнообразные гнилостные микробы, вызывающие порчу молока. И все эти разнообразные микроорганизмы находят в молоке место жительства и питательную среду, бурно размножаются и взаимодействуют между собой.

Вот каким образом происходит взаимодействие между микробным населением, если молоко хранится при комнатной температуре. Вначале все группы бактерий развиваются независимо друг от друга, и гнилостные микробы иногда могут составлять до 90% от всей массы микроорганизмов. В результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий в молоке постепенно накапливается молочная кислота. Ее концентрация постепенно растет и приводит к гибели сначала гнилостных, а затем и всех других групп микробов, в то время как количество молочнокислых бактерий продолжает расти. Вскоре молочного сахара, которым питаются бактерии, остается так мало, а молочной кислоты накапливается так много, что это задерживает рост самих молочнокислых бактерий, и их число постепенно уменьшается. Молочная кислота – продукт жизнедеятельности молочнокислых бактерий {как мочевина у млекопитающих) в этом случае выступает в роли природного консерванта, сдерживая развитие микроорганизмов.