Таким образом, в процессе разложения растительных остатков почва улучшает свои качества, приобретает структуру, повышающую её плодородие, а разлагающийся дальше перегной снабжает растение минеральной пищей.
Бактерии, разлагающие межклеточное вещество — пектин, имеют, кроме того, огромное значение в процессе технической обработки льняного волокна, из которого готовится льняная пряжа.
Можно смело сказать, что возможности изготовлять льняные ткани мы целиком обязаны в наше время деятельности этих полезных бактерий. В стебле льна льняные волокна склеены пектиновым веществом. Чтобы освободить волокна от стебля и сделать их пригодными для пряжи, производят так называемую мочку льна: льняные стебли закладывают в ямы, наполненные водой, — мочила. Находившиеся на поверхности стеблей бактерии через устьица попадают вместе с током воды внутрь стебля, усиленно размножаются и производят свою разрушительную, но полезную для человека работу по разложению пектина. После окончания процесса лубяные волокна льна легко отделяются от костры, высушиваются и становятся пригодными для изготовления льняной пряжи. Иногда в обычных условиях мочки льна в мочилах, где, кроме пектиноразлагающих бактерий, находится много других разнообразных, в том числе и вредных микробов, процесс может развиваться неправильно, и волокно получается плохого качества. Чтобы избежать этого, мочка льна теперь часто производится в заводских условиях, в специальных цементных баках, которые загружаются хорошо отсортированным стеблем. В баки добавляется лабораторная разводка микробов, особенно активно разлагающих пектин. Такие бактериальные закваски из чистых культур пектиноразлагающих бактерий можно применять и в колхозных мочилах. Мочка льна на чистых культурах бактерий значительно ускоряет процесс, повышает выход льняного волокна и улучшает его качество.
Мы видим таким образом, что микробы, разлагающие животные и растительные остатки, производят чрезвычайно полезную работу, необходимую для жизни растений. Разлагая сложные соединения, они превращают их в простейшие минеральные вещества, легко усваиваемые зелёными растениями, и тем самым возвращают природе запасы углерода и азота, затраченные на формирование живой материи.
Полезная деятельность микробов не ограничивается работой гнилостных, целлюлозо- и пектиноразлагающих бактерий. Как мы уже говорили, при разложении белков образуется аммиак, представляющий собой простейшее соединение азота и водорода. Как это доказал академик Д. Н. Прянишников, соли аммиака усваиваются растениями, но еще более пригодным источником питания для растений является селитра — соль азотной кислоты, которая ценится как прекрасный землеудобрительный препарат.
Долгое время человечество не знало, как происходит образование селитры в почве. Еще в середине XVIII века немецкая Академия наук объявила премию за решение этого практически важного вопроса. Но только в 1889 г. была раскрыта тайна происхождения селитры. Мы обязаны этим открытием одному из величайших микробиологов — русскому учёному Сергею Николаевичу Виноградскому (род. в 1856 г.) (рис. 37).
Рис. 37. С. Н. Виноградский
С. Н. Виноградский доказал, что селитра образуется из аммиачных солей под влиянием особой группы бактерий, так называемых нитрифицирующих (от слова «нитрум» — селитра). С. Н. Виноградский, применив разработанную им оригинальную методику, о которой мы говорили в главе 3 этой книги, установил, что в почвах живут мельчайшие бактерии, окисляющие аммиак в азотную кислоту, которая нейтрализуется солями кальция и магния и превращается в селитру. Нитрифицирующие бактерии оказались самыми непритязательными в смысле источников питания микробами: они пользуются для этой цели чисто минеральными соединениями — аммиаком, являющимся источником азота, и углекислотой воздуха, используемой для построения углеродистых соединений.
Нитрифицирующие бактерии образуют в почве огромные количества селитры. Летом в поверхностных слоях черноземной почвы может образоваться более 1500 килограммов селитры на 1 гектар. Селитра эта легко исчезает из почвы вследствие потребления её зелёными растениями, вымывания влагой, а также вследствие деятельности другой группы микробов, так называемых денитрифицирующих бактерий, которые разлагают селитру до свободного азота, нанося этим некоторый вред сельскому хозяйству и снижая плодородие почв.
Микробы помогают растениям черпать необходимые им источники азота не только из аммиака и селитры. Давно было замечено, что бобовые растения — горох, вика, клевер — могут прекрасно развиваться в почвах, в которые не вносились добавочные азотсодержащие удобрения. Больше того, оказалось, что бобовые растения даже обогащают почву азотистыми соединениями. Поэтому после выращивания бобовых на истощённой земле получается высокий урожай и других растений. В чём же причина такого необычного поведения бобовых растений? Еще в XVII веке учёные наблюдали на корнях бобовых растений небольшие желвачки — клубеньки и считали их проявлением заболевания растений. В 1886 г. русский ботаник академик М. С. Воронин доказал, что в клетках клубеньков находится огромное количество мельчайших телец, чрезвычайно похожих на бактерии. В дальнейшем была выделена чистая культура этих телец, действительно оказавшихся бактериями. Бактерии были названы клубеньковыми. Оказалось, что, поселясь в клетках корней бобовых растений, бактерии так действуют на корневую ткань, что клетки корневой ткани начинают усиленно делиться и образуют клубенёк. Но самое главное свойство клубеньковых бактерий — их способность усваивать атмосферный азот и превращать его в вещество своего тела. Промежуточные продукты усвоения азота бактериями используются бобовыми растениями. Поэтому бобовые растения не нуждаются в азотистых удобрениях. Бобовые растения при помощи клубеньковых бактерий накапливают огромные запасы усвояемого азота. По данным академика Д. Н. Прянишникова, клевер, например, накапливает в течение года до 150–160 килограммов азота на 1 гектар, а люцерна — до 300 килограммов на 1 гектар.
Здесь перед нами один из случаев столь распространённых в природе явлений взаимопомощи между двумя организмами — растением и микробом. Растение получает от бактерий азотистые соединения, а бактерии питаются выделениями растений. Эта взаимопомощь настолько тесна, что, по мнению некоторых учёных, клубеньковые бактерии, будучи изолированными от растений в чистую культуру, не в состоянии усваивать атмосферный азот. Для этих опытов был применён следующий весьма оригинальный метод: клубеньковые бактерии выращивались в атмосфере, содержавшей радиоактивный азот. Эти так называемые меченые атомы азота могут быть легко найдены в любой части растений при помощи физических методов, учитывающих радиоактивные элементы. Если меченый азот воздуха усваивается клетками, то он может быть обнаружен в бактериальной культуре. Но в лабораторной культуре клубеньковых бактерий не удалось найти радиоактивного азота. Клубеньковые бактерии в чистой культуре, вне бобового растения, по-видимому, не усваивали атмосферного азота.
Если клубеньковые бактерии помогают бобовым растениям усваивать азот воздуха, то, следовательно, чем лучше и активнее будет развиваться культура бактерий в клубеньках растения, тем выше будет урожай. Отсюда уже давно возникла идея: нельзя ли искусственно заразить бобовые растения наиболее активной культурой клубеньковых бактерий и тем самым повысить урожай таких ценных сельскохозяйственных культур, как горох, бобы, соя, клевер?
Первые такие опыты были поставлены еще в царской России в 1911–1912 гг. Но только при советской власти, в условиях крупного, колхозного и совхозного сельского хозяйства эти опыты могли дать практический эффект. В настоящее время препараты клубеньковых бактерий широко используются в Советском Союзе, как весьма действенное бактериальное удобрение. Этот бактериальный препарат называется нитрагин и представляет собой простерилизованную землю, в которой размножилась культура высокоактивных клубеньковых бактерий. Для каждого вида бобовых растений готовится соответствующая, приспособившаяся к развитию именно в этом виде культура клубеньковых. Перед посевом семян они смешиваются с нитрагином и небольшим количеством воды, тщательно перелопачиваются и немедленно высеваются. Обработка семян нитрагином повышает урожай бобовых растений (гороха, чечевицы, клевера) от 11 до 45 процентов, стоимость же этого способа в десятки раз ниже стоимости азотистых минеральных удобрений.