Значение существования на Земле азотфиксирующих бактерий очень сложно переоценить. Это – одна из основ жизни на нашей планете. Они относятся к различным таксономическим группам, но объединены именно по признаку усваивания атмосферного азота и перевода его в аммонийную форму.
К азотфиксирующим бактериям относится, к примеру, род Azothobacter (азотобактер). Это свободноживущие аэробные бактерии. В их клетках содержатся специальные ферменты, «работающие» с азотом, центральный из которых – нитрогеназа. Клетки азотобактера имеют овальную форму и в случае неблагоприятных условий переходят в «спящее состояние», образуя цисты. Когда «трудные времена» заканчиваются, клетки «оживают» и начинают свою деятельность. Азотобактер обитает в нейтральных и щелочных почвах в свободном (не связанном) состоянии. Впрочем, известны некоторые примеры ассоциаций с растениями (к примеру, с мангровыми деревьями) или даже животными (иногда они обнаруживаются в коконах дождевых червей). Ареал распространения азотобактера доходит до северных и южных полярных регионов, повсюду обеспечивая растения таким важным для них аммонийным азотом. Конечно, же живет он и в России.
Другая группа азотфиксирующих бактерий – род Rhizobium (ризобиум), который относится к симбионтам. Это так называемые клубеньковые бактерии, живущие в тесном соседстве с бобовыми растениями (и только с бобовыми!). Они образуют на корнях растений специфические клубеньки, размножаются там и, в симбиозе с растением, снабжает почву жизненно важными веществами. Поэтому в российской агрокультуре очень распространена практика периодического высевания на «отдыхающие» поля бобовых культур (клевера, люпина, мышиного горошка): через год – два почва в определенной степени возвращает себе плодородность.
Две описанные нами группы азотфиксирующих бактерий относится к аэробам (живущим в кислородной среде). Однако процесс азотфиксации очень чувствителен к наличию в клетке кислорода. Чтобы снизить негативное влияние кислорода на связывание азота, азотобактер включает «усиленную вентиляцию», окисляя весь поступивший кислород не ради энергетических процессов, а просто для того, чтобы его связать. Клубеньковые бактерии «выкручиваются» за счет своих соседей: сотни тысяч лет симбиоза выработали у бобовых процесс выделения специфического фермента, защищающего клубеньковые бактерии от влияния кислорода.
