За порогом вражды

В ходе несчетного числа опытов и полевых наблюдений выяснилось, что клубеньковые бактерии довольно «капризны». Их плодотворная созидательная деятельность зависит от степени влажности и кислотности, от температуры почвы, от содержания в ней минерального азота, фосфора, калия, кальция, магния и ряда микроэлементов. При несоблюдении хотя бы одного из этих условий работоспособность бактерий резко падает или они совсем не образуют клубеньков. К примеру, в условиях нашей нечерноземной зоны на симбиозе бобовых с клубеньковыми пагубно сказывается повышенная кислотность и недостаточная влажность почв. На таких почвах клубеньки перестают расти и быстро отмирают. Впрочем, всех требований клубеньковых бактерий мы еще просто не знаем.

Сначала думали, что ризобии неразборчивы в выборе растения-хозяина и могут поселяться на корнях любой бобовой культуры. Но потом оказалось, что, как и везде в живой природе, у них есть свои «вкусы» и «склонности». В зависимости от вида растения, на котором они устраивают свое «жилье», клубеньковые делятся на виды и расы. Кроме того, для жилья им подходит лишь десятая часть существующих бобовых растений (из 13 тысяч видов этого семейства клубеньки пока обнаружены у 1300, в том числе приблизительно у 200 сельскохозяйственных культур). К этому надо добавить, что среди ризобии имеются еще неэффективные расы, которые хотя и образуют клубеньки, но азот не фиксируют: в их клубеньках нет леггемоглобина. Растение, следовательно, «даром» кормит своих постояльцев.

Но ученые нашли способ преодоления таких осложнений. Из эффективных рас клубеньковых соответствующего вида промышленным методом готовят специальный препарат нитрагин, которым в день посевов обрабатывают семена бобовых. Для каждой культуры — своя разновидность бактерий. Это дает значительное повышение урожая. Замечено также, что благодаря нитрагинизации растения меньше болеют и лучше переносят разные невзгоды.

На смену нитрагину сейчас идет новый, более эффективный стимулятор — ризоторфин, выдержавший в 1977–1978 годах свой первый экзамен на совхозных и колхозных полях. Технологию его производства недавно разработали во Всесоюзном НИИ сельскохозяйственной микробиологии в Ленинграде.

Ризоторфин, приготовляемый на основе торфа, в десять раз превосходит нитрагин по количеству живых бактерий. В 1 г торфа их содержится 5–8 миллиардов, а в гектарной дозе набирается не меньше тысячи миллиардов невидимых глазу «тружеников» поля! Там, где применяют ризоторфин, помимо значительного роста урожая бобовых в их зеленой массе увеличивается содержание белка и витаминов.

Сложнее всего дело обстоит с почвенным азотом. Нужен ли он вообще, и если да, то сколько его должно быть, чтобы бактерии работали дружно? Вопрос практически немаловажный, и, казалось бы, решить его можно раз и навсегда, поставив соответствующие опыты. Такие опыты ставили и ставят тысячами, но получают весьма противоречивые результаты. Отсюда и разнобой во мнениях.

Большинство ученых сейчас согласно в том, что минеральный азот нужен, но в небольших количествах. Дело в том, что азот биологический (симбиотический) и азот минеральный благодаря растению становятся антагонистами. Чем больше в почве доступного растению минерального азота, тем меньше растение нуждается в работе клубеньковых бактерий, и наоборот. Если растение полностью удовлетворяет свои потребности за счет почвенного азота, то оно подавляет развитие клубеньков, а уже существующие разрушаются через несколько суток. Так зеленый хозяин утверждает свою «власть» над примитивными симбионтами и одновременно регулирует содержание в почве важнейшего элемента плодородия.

Остается решить вопрос об оптимальной дозе азота: сколько же надо вносить минеральных удобрений? Для этого важно понять, почему бесчисленные опыты с точно учтенным количеством вносимых удобрений дают несопоставимые результаты.

Оказывается, отношение симбионтов к минеральному азоту зависит не только от тех условий, о которых сказано выше, но и от множества других обстоятельств, которые в экспериментах просто невозможно учесть. Стало ясно, что единой оптимальной дозы, подходящей для всех случаев, просто не может быть. Для каждой почвы, культуры бобовых и бактерий и даже для времени посева она своя. Везде и всюду нужен дифференцированный подход!

Эффективность работы клубеньковых зависит, конечно, и от окружающих микроорганизмов — других бактерий, сине-зеленых водорослей, амеб, со многими из которых они нередко вступают в тесные отношения. Но эта сторона их жизни совсем слабо изучена. Известно, например, что амебы могут вести себя по отношению к клубеньковым то как хищники, то как симбионты, стимулируя рост их клеток. Наблюдали даже вторжение амеб в корень гороха без каких-либо заметных вредных последствий для растения.

В самое недавнее время выяснилось еще одно весьма существенное обстоятельство, заставившее нас с особой признательностью и надеждой взглянуть на «сотрудничество» микробов и бобовых и всерьез позаботиться о процветании этого полезнейшего симбиоза.

В связи с загрязнением атмосферы окислами азота, образующимися при сгорании традиционных видов топлива, на землю вместе с дождем и снегом стало выпадать слишком много продуктов их окисления — нитратов. Однако эти «удобрения», падающие с неба, обернулись вовсе не благом. Во-первых, за их счет размножились бактерии (их называют денитрифицирующими), которые стали разлагать селитру (нитраты), превращая ее в недоступные для питания растений соединения, и истощать запасы почвенной органики. Во-вторых, в почве нашлась особая группа бактерий, которая стала переводить аммиак и вообще азотистые удобрения в селитру. Внесение удобрений только «подливает масла в огонь», вовлекая в циркуляцию по этому порочному кругу все новые порции азота. Создастся парадоксальная ситуация, когда удобрение теряет смысл: в почве много азота, а растения не могут его использовать.

Тут-то на выручку могут и должны прийти наши симбионты — бобовые с клубеньковыми бактериями. Они разомкнут порочный круг и направят азот в естественный круговорот, сулящий плодородие. Успех дела целиком будет зависеть от того, сумеют ли агротехники учесть «интересы» мельчайших существ и заставить их бесчисленную рать трудиться на высокие урожаи.

Бобовые — не единственные «счастливчики», сумевшие заманить в свои сети микробов-азотфиксаторов. Кроме них сейчас известно еще шесть семейств высших цветковых растений, у которых на корнях также вырастают желанные розовые клубеньки. Только поселяются в них не ризобии, а какие-то другие микроорганизмы, природа которых точно еще не установлена. Зато доподлинно известно, что в клубеньках ольхи, лоха и казуарины вместо бактерий живут актиномицеты. Они тоже умеют фиксировать атмосферный азот. А вот в коралловидных корнях (они отличаются тем, что растут не вниз, а вверх) австралийских саговников уже давно обнаружены сине-зеленые водоросли. Примечательны они тем, что способны улавливать азот, находясь как в корнях саговника, так и в изолированной культуре.