Смешанные культуры. 
Обмен веществ и превращение энергии в растениях

Сюда отнесены культуры в искусственных смесях различного состава, произведенные не с одной какою-нибудь определенною формою, а со смесью различных грибных организмов, в большинстве случаев обозначаемых авторами одним общим именем — плесией.

Из совместной культуры бродильных грибков, плесней и бактерий давно уже вылепилось, что развитие каждой из этих трех групп организмов зависит в высокой степени от реакции жидкости на лакмусовую бумажку, вследствие чего оказалось возможным доставить по произволу преобладание любой из этих групп, делая жидкость щелочною, среднею илп кислою. Совершенно определенные указапия касательно этого находятся уже у Пастера^[1] и в последнее время подтверждены Негели. В жидкости одного и того же состава при щелочной реакции развиваются преимущественно бактерии, при среднем —получают преобладание бродильные грибки, при реакции кислой перевес оказывается на стороне плесней. Подтверждением этому могут служить еще следующие данные. По опытам Гайдука^[2][3][4], спиртовое брожение, производимое Saccharomyces Cerevisiae, замедлялось от 0,1% серной кислоты; от 0,7% — прекращалось, так же как и в присутствии 0,56% соляной кислоты. Слабее действовали фосфорная кислота, которая заметно ослабляла брожение при содержании, равном 1,3%, п молочная, замедлявшая брожение только при 2%-ном содержании. При 3,5%-ном содержании последней в продолжение 20 часов не обнаружилось размножения клеток. Сходные результаты добыл Меркер ³⁴°. Брожение заметно ослабевало в присутствии 0,5% уксусной кислоты, 0,2%. муравейной, 0,1% фосфорной, 0,05% масляной. При содержании 0,1% масляной кислоты брожение прекращалось совершенно.

Смешанные культуры, конечно, не в состоянии выяснить, столь точно процессы питания как чистые, но тем не менее при посредстве их удалось получить несколько ценных результатов касательно синтеза органических соединений в грибах, именно указания на соединения, наиболее пригодные для усвоения каждого из органогенов. Между этими исследованиями наиболее интересны работы Целлера ³⁴‘, Штуцера^[5] п Негели^[6].

Целлер производил посев спор плесней в водный раствор смеси уксуснокислых солей аммиака, калия, натрия, кальция и магния, кислого фосфорнокислого калия и сернокислого магния; концентрация раствора в одних опытах равнялась 1,5%, в других была в 3 раза слабее. Во всех культурах получилось разрастание плесней; мицелий их весил в сухом состоянии от 1,5 до 2,3 г, заключал около 8% золы и состоял из жидкого жира, углеводов и белковых тел. Единственным источником углерода была уксусная кислота, источником азота — аммиак. При посредстве одной только уксусной кислоты и минеральных солей грибы (плесни?) обнаружили, следовательно, синтез всех остальных необходимых органических соединений, в том числе углеводов, жиров и белковых тел.

Во второй работе (1874 г.) Целлер выращивал плесни из спор в жидкости, заключавшей 6,4 г солей на литр жидкости; из солей были взяты фосфорнокислый аммиак, уксуснокислые соли амхмиака, калия, натрия, магния и кальция и несколько сернокислого кальция. По прошествии 36 дней образовался в литре жидкости мицелий, весивший после высушивания при 100° С 2,107 г. При этом содержание фосфорной кислоты в жидкости оказалось неизмеппым, между тем как уксусная кислота исчезла бесследно и в растворе осталась лишь одна углекислота. Во все время культуры пропускался ток воздуха, лишенный предварительно углекислоты. Эти опыты подтвердили результаты предыдущей работы и дополнили их следующими указаниями: 1) при разрастании мицелия исчезла бесследно органическая кислота (уксусная) смеси; ее углерод частью оказался в грибе, частью выделился в виде углекислоты; 2) на 0,82 г усвоенного углерода было потреблено 3,608 г уксусной кислоты, содержавшей 1,44 г углерода; при этом 0,62 г углерода были выделены в виде углекислоты; 3) относительно состава мицелия из органогенов Целлер заметил, что со временем в нем увеличивалось содержание углерода, а содержание азота убывало.

Штуцер поставил себе главною целью выяснить, какие углеродистые соединения могут, кроме углекислоты, послужить растениям источником углерода. Об опытах с хлорофиллоносиыми растениями было говореио уже выше. Здесь остается мне изложить опыты, произведенные над питанием грибов. В испытуемые жидкости производился посев спор Penicillium glaucum; вместе с ними вводились, но всему вероятию, и другие организмы, так как особенных предосторожностей для их устранения предпринято не было. Искусственная смесь заключала 0,2% неорганических солей и состояла из сернокислого магния, хлористого калия и фосфорнокислого аммиака^[7]; к ней прибавлялись в различном количестве испытуемые органические соединения. При выборе углеродистых соединений Штуцер руководствовался исключительно химическим составом^[8][9]. Углеводороды были оставлены в стороне, также соединения ароматического ряда; преимущественное внимание было обращено на тела жирного ряда. Главные выводы Штуцера но отношению к питанию грибов сводятся к следующему.

• 1. Тела, заключающие одну карбоксиловую группу (СООН), как щавелевая кислота НООС—СООН и муравейная IICOOII, оказались неспособными доставлять грибам углерод. В смеси этих кислот с перечисленными минеральными солями грибные организмы не развивались; достаточным оказалось прибавить к ней глицерина или другого какогонибудь усвояемого органического соединения, чтобы вызвать сильное разрастание грибных организмов.
• 2. Соединения, составленные из групп карбоксиловой и углеродистоводородной ²⁹* (С, Ну. СООН), могут служить источником углерода, по не все. Способными доставлять углерод оказались уксусная и янтарная кислоты, между тем как высшие члены этого ряда (масляная и валериановая кислоты) не усваивались грибами. Штуцер старается объяснить различное отношение этих кислот к питанию грибов калориметрическими их особенностями^34в.
• 3. Соединения гидроксиловой группы с углеводородной (С*И_У. ОН) также не все оказались пригодными источниками углерода для грибов.

Углерод заимствовался грибами из сахаристых веществ, из этильного алкоголя и глицерина, между тем как амиловый алкоголь оставался неразложенным.

• 4. Тела, составленные из сочетания групп углеводородистой, гидроксиловой и карбоксиловой (С*Н". ОН. СООН), каковы, например, кислоты молочная, яблочная, лимонная, винная, глицериновая, оказались превосходными питательными веществами.
• 5. Напротив того, окись углерода и альдегид (С = 0 и С*Н" — СОО), подобно телам, построенным из одной карбоксиловой группы, были найдены совершенно непригодными для доставления грибам углерода.

Негели также поставил себе задачею выяснить, из каких соединений могут грибы заимствовать органогены³⁰*; ввиду того, однако, что водород и кислород частью заключены в соединениях, содержащих углерод и азот, частью же входят в состав воды и воздуха, Негели преимущественно обратил внимание на усвоение углерода и азота. Главнейшие результаты его работы заключаются в следующем.

• 1. Азот может быть усвоен из всех амидов и аминов независимо от степени усвоения углерода из предлагаемого соединения; к телам, из которых грибы (бактерии) заимствуют азот и углерод, он относит ацетамид, метиламин, этиламин, пропиламин, аспарагин, лейцин; оксамид и мочевина, напротив того, доставляют только азот. Источником азота он считает все аммиачные соли, между тем как азотнокислые соли оказались только пригодными для питания плесней и бактерий, а не для бродильного грибка. Ни свободный газообразный азот, а равно и ни азот циана и тех соединений, которые содержат его в этом виде, вовсе не усваивались грибами. Всего легче усваивался азот в виде NH₂, труднее в виде NH, еще труднее в виде N0 (без Н) и совсем не воспринимался в виде соединения с водородом и кислородом.
• 2. Углерод усваивался грибами из огромного числа органических соединений; при этом Негели подтвердил показание Пастера, что в кислой жидкости преимущественно развиваются плесни, а в щелочной — бактерии. Общий характер пригодных для питания органических соединений Негели полагает в присутствии группы СН₂ или СН. Соединения же, заключающие углерод с другими элементами, без непосредственной связи с водородом (например, мочевина, щавелевая кислота, оксамид) не могут служить источником углерода для грибов. На с. 404 Негели располагает органические соединения по степени пригодности их для питания грибов в следующий ряд, начиная с наиболее легко усваиваемых соединений:
• 1) сахаристые вещества;
• 2) маннит, глицерин, группа углерода в лейцине;
• 3) виннокаменная кислота, лимонная, янтарная, группа углерода в аспарагине;
• 4) уксусная кислота, алкоголь, хинпая кислота;
• 5) бензойная кислота, салициловая; группа углерода в пропиламипе;
• 6) группа углерода в метиламине, фенол.

При этом, однако, Негели сам придает лишь условпое значение этому выводу вследствие различных причин, затрудняющих изучение питания грибов.

Интересно также сопоставление в ряд отдельных органических веществ (взятых всегда в смеси с минеральными солями) и смесей из соединений, служащих источником углерода и азота. Наиболее пригодные смеси помещены в начале ряда:

• 1) белок (пептоны) и сахар;
• 2) лейцин и сахар;
• 3) випнокаменнокислый аммиак, или сальмиак³¹*, и сахар;
• 4) белок (пептон);
• 5) лейцин;
• 6) виннокаменнокислый аммиак, янтарнокислый аммиак, аспарагин;
• 7) уксуснокислый аммиак.

Расположение в ряд было сделано Негели на основании опытов с Penicillium; подобные же результаты дали ему культуры бродильных грибков и бактерий.

К сожалению, вышеприведенные интересные результаты не могут быть приняты за безусловно верные и требуют тщательной проверки. Одно из главных возражений заключается в том, что Негели при устройстве опытов исходил из недоказанного положения, что все изменения в приготовленных смесях обусловливались зародышами простейших организмов. Между тем если только допустить возможность изменения в составе органических соединений под влиянием одних только неорганических солей и воздуха, то опыты его, имевшие целью выяснить, из каких соединений грибки могут заимствовать углерод и азот, теряют значение, которое он им придает. В виде примера я укажу на смеси, заключавшие метил-, этилили проииламин; разложение их, соединенное на воздухе с образованием аммиака, весьма вероятно, тем более что некоторые из опытов Негели продолжались более года. Развитие в этих смесях простейших организмов не может, следовательпо, служить доказательством, что упомянутые амины послужили им непосредственно пищею; только в том случае, когда была бы доказана неизменяемость аминов в смеси, устраненной от зародышей, мы имели бы право вывести это заключение.

Подобное же рассуждение применимо ко многим другим опытам Негели. Исследования Негели не способны также дать точных указании на степень пригодности смесей для питания каждой из трех групп грибов, так как нигде не имеется указании на степень чистоты культуры. В общей части Негели описывает несколько приемов безупречно чистой культуры одной грибной формы, но в специальной части эти приемы, по-видимому, не нашли применения; напротив того, неоднократные указания на последовательное появление в одной и той же смеси бродильных грибков, плесней и бактерий несомненно указывают, что на чистоту культуры не было обращено надлежащего внимания.

На с. 458 этой же работы Негели приводит результаты опытов, имевших целью: 1) определить значение минеральных веществ в-питании грибов и 2) исследовать, насколько замена одного элемента другим, сходным, может повлиять на процесс питания грибов. Рассматривая опыты, на которые ссылается Негели, нельзя признать их удовлетворительными; они возбуждают недоверие как по малочисленности, так и в особенности по способу их производства. Отсутствие анализов золы выращенных организмов оставляет читателя в неизвестности, насколько была устроена Негели составная часть пищи, от которой он считал свободной составленную смесь, или, другими словами, насколько грибной организм в состоянии развиться без участия исключенной составной части пищи.

Предметом особой работы Негели избрал^[10] расследование синтеза жира в грибах. Он имел в виду выяснить ближайший источник образования жира и решить, заключается ли он в белковых телах или в углеводах. Желаемого определенного результата, однако, не получилось. Негели пришел к заключению, что химический состав пищи не имеет влияния на образование жира, так как в жидкостях совершенно одинакового состава получалось весьма различное количество жира, и наоборот. По мнению Негели, образование жира в грибах обусловливается главным образом физиологическими моментами, которые совершенно маскируют влияние состава пищи. Негели полагает (L. с., с. 294), что жиры образуются в грибах, как в высших растениях, внутри клеток обыкновенными растительными процессами, а не брожением. Отношение синтеза жира к питанию Негели характеризует следующим образом: 1) образование жира происходит тем быстрее, чем энергичнее рост, и 2) при одинаковых условиях тем значительнее, чем интенсивнее процесс дыхания. В подтверждение последнего положения он приводит, что только плесни, растущие в присутствии кислорода, богаты жиром. Причем воздушные гифы их богаче жиром, чем части, погруженные в субстрат.

Эти исследования страдают одинаковыми недостатками с предыдущими; тем не менее как те, так и другие заслуживают полного внимания и послужат исходною точкою при дальнейшем расследовании синтеза органических соединений в грибах.

• [1] Pasteur. Etudes s. 1. Ыёге, p. 35 и 36 (1876).
• [2] Hay duck. Zeitschr. f. Spiritusinduslrie. N. F. 4; 341. (Jahrcsb. Agric. Chem. 1881, p. 505).
• [3] Merker. Zeitschr. f. g. Brauwesen 4, 459. (Jahresb. Agr. Chem. 1881, p. 507).
• [4] Zoller. Journ. f. Landwirthschaft. 6. 284 (1871). Его же: Anzeigen d. Wiener Ak.1874; 9, Juli. (Just Jahresb. 1874, p. 213).
• [5] Stulzer. Land. Vers. 21, 114 (1878).
• [6] Nageli. Sitzungsb. d. Bayer. Ak. 1879. (Sitzung, v. 3, Mai u. 5, Juli).
• [7] Stutzer. L. с., р. 116.
• [8] Stutzer. L. с., р. 131.
• [9] Stutzer. L. с., р. 124.
• [10] Ndgeli. Sitzungsb. d. Bayer. Ak. 1879. (Sitzung, v. 3, Mai).