Владимир Крупин - Карлики рождают гигантов
Да, ни одна былинка в поле не может обойтись без повседневной помощи микроорганизмов. Эти мельчайшие живые существа кормят, поят, лечат, защищают от врагов и пестуют растение, стимулируют или, напротив, тормозят его рост.
Мы уже видели, какое мощное воздействие на рост растений может оказывать гиббереллин. Гиббереллин тоже продукт деятельности микробов-активаторов. Нельзя забывать и о других активаторах, которые действуют более умеренно, но вполне надежно.
Активаторы, живущие в почве, поделили между собой обязанности. Одни ускоряют рост корней, другие — стебля. Третьи усиливают процессы цветения и плодоношения. Четвертые — синтез хлорофилла, пятые — усвоение питательных веществ. Шестые вырабатывают витамины и снабжают ими растение. И так далее.
Особую роль в жизни растения играют бактерии-симбионты, или сожители.
Сосуществование в мире растений
Мирное сосуществование различных организмов — один из основных законов биологии. Симбиоз растений и бактерий решает для обеих сторон проблемы, которые не могут быть разрешены в одиночку.
Самая насущная из проблем — проблема питания. Азот, калий, фосфор — три главных кирпича, из которых строится растительный организм. В почве и воздухе их содержится вполне достаточно. Если говорить об азоте, то растение буквально купается в нем. Над каждым гектаром почвы витает в воздухе 80 миллионов килограммов азота. Запасы почвенного азота колеблются от 6 до 20 тысяч килограммов.
Чтобы получить приличный урожай с гектара посевов, нужны какие-то 200 килограммов этого элемента. Но именно в азоте растение чаще всего испытывает недостаток. Беда в том, что оно не способно усваивать молекулы азота прямо из воздуха. Правда, в почве есть немного солей азотной кислоты. Однако запас их и иных азотистых соединений настолько мал, что в расчет принят быть не может.
Как же растение выходит из положения?
Это долго оставалось загадкой. Да и сегодня биологам много еще неясно в азотном питании растений. Есть детали и тонкости, которые пока ускользают от взгляда исследователя. Все же усилиями нескольких поколений ученых (Воронин, Виноградский, Омелянский — у нас в стране, Вильфарт и Гельригель — в Германии, Бейеринк — в Голландии) удалось нарисовать более или менее четкую картину.
В 1894 году микробиолог С. Н. Виноградский впервые выделил из состава почвенной микрофлоры азотособирающие бактерии — клостридиум и азотобактер. Они оказались настоящими фабриками удобрений. За лето эти существа усваивают до 50 килограммов атмосферного азота.
Еще разительнее ведут себя клубеньковые бактерии (открытые несколько ранее). Постоянные сожители бобовых — клевера, люцерны, люпина, донника, гороха, сои — они бесперебойно обеспечивают растения азотом. Совместная жизнь их начинается с того дня, как растение пускает первые корни.
Корни бобовых выделяют в почву своего рода приманку — глюкозу или яблочную кислоту. Бактерии тут как тут! Они проникают через корневые волоски в ткань растения и там обосновываются.
Внутри им скоро становится тесно. Тогда клетки корня делятся, растут и образуют наросты — клубеньки. Это жилые квартиры бактерий. Растение гостеприимно. Оно подает на стол своим жильцам разнообразные блюда — минеральные соли, сахар. Пришельцы не остаются в долгу. Они выкладывают из своих непрерывно пополняемых запасов азот. Три четверти связанного ими азота служат пищей для растений, и только четверть бактерии оставляют себе.
Взаимные выгоды мирного сосуществования симбионтов очевидны. Выигрывают от него не только сожители, но и те, кто приходит в поле после них. Посеянные после бобовых зерновые повышают урожай в полтора-два раза за счет азота, оставшегося в почве вместе с корнями и клубеньками. По самым скромным подсчетам клубеньковые бактерии связывают ежегодно около 1 миллиона тонн азота на площади, занятой в нашей стране бобовыми культурами.
Музей живых культур
Есть такое учреждение в Ленинграде. Правда, музей не имеет никакого отношения к культпросветработе, но отбоя от посетителей у его сотрудников нет. Музей этот находится при Ленинградском институте сельскохозяйственной микробиологии. Со всех концов страны сюда поступают письма.
Растениеводы, садоводы, работники предприятий пищевой промышленности просят выслать им образцы живых культур полезных микроорганизмов. И вот «заточенные» в специальные стеклянные пробирки микроорганизмы отправляются в далекие путешествия по стране.
Собранная здесь обширная коллекция микроорганизмов все время пополняется.
Сотрудники музея могут рассказать много удивительных вещей о мире невидимых карликов, играющих в нашей жизни огромную роль.
Вот клубеньковые бактерии.
Их жизнь начинается с маленькой пробирки. В специальном герметическом боксе, который периодически облучается кварцевыми лампами, сотрудницы в белых халатах извлекают из пробирок бактерии и пересаживают их в сосуды с питательной средой. В соседней комнате специальные скоростные «качалки», постоянно взбалтывая раствор, помогают невидимкам быстрее размножаться.
Здесь выращивается удобрение, которое называется нитрагин.
Если семена гороха перед посевом обработать нитрагином, то на каждом гектаре урожай повышается до 5 центнеров. А надо всего на гектар пол-литровую бутылку нитрагина. В такой бутылке — 50 миллиардов бактерий. Они усваивают азот из воздуха, перерабатывают его и отдают корневой системе гороха.
Нитрагин дает высокую экономическую отдачу. На приобретение и внесение нитрагина колхозы и совхозы Татарии, например, затратили в 1967 году около ста тысяч рублей. Прибыль же от прибавки урожая за счет бактерина составила около 10 миллионов рублей.
В Казани организовано производство нитрагина. Его масштаб — 700 тысяч бутылок в год! Это 21 миллион пудов гороха, который можно собрать дополнительно. Производство чудесных бактерий несложно и недорого. Бутылка нитрагина стоит 27 копеек.
Другое бактериальное удобрение — фосфоробактерин. Положительное действие его, как и других бактериальных удобрений, на растения многогранно. Он минерализует органические соединения фосфора и тем самым улучшает фосфорное питание растений, подавляет фитопатогенные грибки, вызывающие различные заболевания растений, стимулирует их развитие.
Однако бактерии не может заменить суперфосфат или какое-либо другое фосфорное удобрение. Но при благоприятных условиях фосфорные бактерии, а следовательно, и фосфоробактерин мобилизуют фосфор из фосфорорганических соединений почвы. Исследования, проведенные институтами сельскохозяйственной микробиологии и другими, показывают, что внесение фосфоробактерина в почву приводит к накоплению подвижного фосфора в почве. Таким образом, фосфоробактерин улучшает питание растений.
Наиболее эффективен фосфоробактерин на черноземах, окультуренных торфяниках, то есть на богатых органическим веществом почвах. Благоприятными для применения этого удобрения районами являются Украина, центральночерноземные области, Северный Кавказ, а также Северный Казахстан. Хорошо отзываются на внесение фосфоробактерина зерновые и зернобобовые культуры — кукуруза, озимая и яровая пшеница, просо, ячмень, горох. Опыты ряда научно-исследовательских институтов и станций показали, что фосфоробактерин в Целинном крае дает неплохую прибавку урожая не только на целинных, но и на старопахотных почвах. Из 73 опытов с яровой пшеницей, проведенных с 1953 по 1959 год, в 62 опытах фосфоробактерин повысил урожай зерна на 1–4,7 центнера, а в среднем — на 2,1 центнера с гектара.
Действие фосфоробактерина возрастает на фоне органических и минеральных удобрений, особенно азотных.
Как и нитрагин, фосфоробактерин дает высокий экономический эффект. От внесения под кукурузу на каждый израсходованный рубль получают от 6 до 17 рублей дохода.
Бактериальные удобрения известны уже много лет. Однако распространение имеют пока что ограниченное. В чем дело? В косности земледельцев? Пожалуй, нет. На пути у бактерий, выращиваемых человеком, часто стоит сама природа.
Австралийский микробиолог Ф. В. Хелай установил, что в почве очень много микроорганизмов, конкурирующих с клубеньковыми бактериями, поселяющимися на корнях клевера. Как преодолеть их конкуренцию? Попробовали вносить в почву определенное количество клубеньковых бактерий — конкуренция стала слабее, клубеньки на корнях клевера образовывались быстрее, но все же удалось разработать способ, при котором на одно семя клевера наносилось около миллиона бактерий. Для этого семена смачивали сначала в культуре нитрифицирующих бактерий, затем покрывали их слоем из смеси торфа и глины и, наконец, слоем мелко истолченного известняка. Такими семенами было засеяно несколько тысяч акров земель, малопригодных для пастбищ. Ранее малоурожайные, они стали превосходными пастбищами для овец — основных животных Австралии. Благодаря этому на некоторых фермах удалось увеличить производство шерсти в 10 и даже в 20 раз по сравнению с предыдущими годами.
