Для выявления микроорганизмов, использующих гуминовые кислоты в качестве источника углерода и азота, исследовали накопительные культуры микроорганизмов, обнаруживающие способность к росту на песчаных и агаровых пластинах, пропитанных гуматами, а также в ассоциативной культуре в жидких гуматных средах, инокулированных почвенной суспензией.
Способность к использованию гуминовых кислот оценивали по накоплению биомассы накопительных культур, изменению оптической плотности фракций гуминовых кислот. Как и при изучении трансформации фракций гуминовых кислот естественной ассоциативной культурой, получили ИК-спектры гуминовых кислот. При инокуляции жидких гуматных сред ставили опыты с внесением дополнительных источников углерода (1% глюкозы) и азота (0,005% KNO3) в качестве стартовой дозы для стимулирования деятельности микроорганизмов. В жидкие культуры штаммов № 5 (коринебактерия) и № 46 (Nocardia ruber), выделенных из песка, пропитанного гуматами, вносили 1% насыщенного углеводорода — гексадекана.
В жидкой среде с внесением пирофосфатной фракции гуминовых кислот без дополнительных источников углерода и азота содержание биомассы микроорганизмов не превышало 15 мг на 50 мл среды. Оптическая плотность опытных растворов по сравнению с контролем снижалась незначительно — на 3—10%; в некоторых вариантах опыта отмечено повышение оптической плотности растворов. На среде со щелочной фракцией гуминовых кислот без дополнительных источников углерода и азота накапливалось 10—26 мг микробных клеток. Более активно развивались культуры штамма № 5 (коринебактерия), № 46 (Nocardia ruber). Оптическая плотность при культивировании микроорганизмов с использованием щелочной фракции изменялась в более широких пределах. Максимальным (16—20%) снижение оптической плотности было при выращивании штаммов № 46 (Nocardia ruber), № 66 (Nocardia globerula), № 70 (Pseudomonas sp.) на среде с использованием щелочной фракции без дополнительных источников углерода и азота. Остальные микробные культуры изменяли оптическую плотность растворов гуматов на 4,6—12%. При культивировании Trichoderma sp. и Pseudomonas aerugenosa в жидкой среде с использованием щелочной фракции оптическая плотность растворов гумата повышалась на 5—9%, что может быть следствием использования этими микроорганизмами только периферической части молекулы гуминовой кислоты без нарушения ее ароматического ядра.
Внесение легкоусвояемого источника углерода и азота приводило к более активному накоплению биомассы микроорганизмов в гуматных средах как с пирофосфатной, так и щелочной фракциями.
В жидких средах с использованием пирофосфатной фракции гуминовых кислот при внесении стартовой дозы глюкозы и азота содержание биомассы большинства изучаемых накопительных культур микроорганизмов в сравнении с вариантами без дополнительных источников этих элементов увеличилось в 1,5—2 раза, достигнув у бактериальных и коринеподобиых микроорганизмов 20—24 мг на 50 мл среды, у низших грибов — 30 мг на 50 мл среды. Снижение оптической плотности гуминовых кислот опытных вариантов не превышало 10—13%, лишь при инокуляции сред штаммами № 70 (Pseudomonas sp., Penicillium sp.), № 61 (коринебактерия) достигало 18%. При культивировании некоторых штаммов микроорганизмов в жидкой среде с пирофосфатной фракцией оптическая плотность гуматов увеличивалась. Это указывает на слабую доступность ароматической части пирофосфатной фракции молекул гуминовых кислот для микроорганизмов. Накопление биомассы в жидкой среде с пирофосфатной фракцией идет в основном за счет использования боковых алифатических цепей, не затрагивая ароматического ядра молекулы.
При внесении углерода и азота в жидкие среды с использованием щелочной фракции биомасса чистых и накопительных культур микроорганизмов увеличилась в тех же пределах, что и при использовании пирофосфатной фракции. Однако оптическая плотность растворов снижалась интенсивнее. Особенно активное действие оказывало культивирование штаммов № 46 (Nocardia ruber), 70 (Pseudomonas sp.), № 66 (Nocardia gtoberula), № 61 (коринебактерия, Penicillium sp.). Снижение оптической плотности при культивировании этих микроорганизмов в жидкой среде со щелочной фракцией составляло 23—30%, что указывало на значительное расщепление ароматической части молекулы щелочной фракции. Исследование элементного состава и ИК-спектров поглощения гуматов показало, что при культивировании Nocardia globerula в жидкой гуматной среде с использованием пирофосфатной фракции гуминовых кислот в варианте без внесения дополнительных легкоусваиваемых источников углерода и азота увеличение относительного содержания углерода сопровождалось увеличением оптической плотности опытных растворов. В молекулах щелочной фракции снижение содержания углерода сопровождалось уменьшением соотношения С : Н и оптической плотности опытных растворов, уменьшением поглощения в областях ИК-спектра, обусловленных боковыми радикалами. Это, по-видимому, связано с деструкцией как ароматической, так и алифатической частей молекул исследуемой фракции.
Внесение легкоусваиваемых источников углерода и азота при культивировании Nocardia globerula в гуматных средах оказывало неоднозначное действие. В вариантах опыта с пирофосфатной фракцией при уменьшении оптической плотности содержание углерода увеличилось по сравнению с вариантом без дополнительных источников углерода и азота благодаря увеличению боковых радикалов. В варианте опыта со щелочной фракцией накопление биомассы сопровождалось значительным снижением оптической плотности растворов гумата, уменьшением содержания углерода и азота, а также боковых (за исключением углеводных и спиртовых гидроксильных групп) радикалов в молекуле гумата.
Культивирование Nocardia globerula показало, что эта культура микроорганизмов способна к менее значительному расшатыванию циклического ядра пирофосфатной фракции гуминовых кислот, сопровождающемуся перераспределением атомных группировок, увеличением периферической части молекулы, и более значительному расщеплению ароматической части молекулы щелочной фракции гуминовых кислот с уменьшением периферических алифатических цепей. При культивировании Pseudomonas sp. в жидких гуматных средах, за некоторым исключением, наблюдались те же изменения в структуре молекулы гуматов. Без дополнительных источников углерода и азота снижение оптической плотности гумата пирофосфатной фракции было незначительным, поглощение в области 1640 см-1 оставалось на уровне контроля, что указывало на ненарушенность ее ароматической части. При этом в молекуле пирофосфатной фракции гуминовых кислот увеличилось поглощение в областях, обусловленных боковыми радикалами карбоксильных, метиленовых и метальных группировок. Однако при этом уменьшилось поглощение в области ИК-спектра, вызванное колебаниями углеводных радикалов, спиртовых гидроксилов. Использование щелочной фракции гуминовых кислот культурой Pseudomonas sp. без дополнительных источников углерода и азота вызывало более значительное изменение элементного состава в молекуле, которое сопровождалось уменьшением боковых алифатических цепей.
Внесение глюкозы и азота в гуматные среды при культивировании Pseudomonas sp. привело к значительному снижению оптической плотности растворов гуматов пирофосфатной и щелочной фракций, что свидетельствует о возможности расщепления ароматического ядра молекулы гуминовой кислоты. При этом дополнительный источник углерода и азота использовался культурой Pseudomonas sp. для увеличения алифатической части молекулы.
Внесение в жидкие гуматные среды, инокулированные штаммами № 5 (коринебактерия), № 46 (Nocardia ruber), насыщенного углеводорода гексадекана (1%) в качестве дополнительного источника углерода вызвало более интенсивное увеличение биомассы по сравнению с вариантами без дополнительного источника углерода. Накопление биомассы при внесении гексадекана в гуматную среду сопровождалось снижением оптической плотности гуматов щелочной фракции. Активный рост биомассы этих культур микроорганизмов в жидкой среде с пирофосфатной фракцией не приводил к аналогичным изменениям оптической плотности гумата. Это свидетельствует о более высокой устойчивости пирофосфатной фракции гуминовых кислот торфа к микробному воздействию в сравнении со щелочной.
Развитие монокультур микроорганизмов на гуматных средах с использованием пирофосфатной и щелочной фракций гуминовых кислот с внесением дополнительных источников углерода и азота активизируется при выращивании их в смешанной культуре. При совместном выращивании культур в жидких гуматных средах при использовании как пирофосфатной, так и щелочной фракций снижение оптической плотности в пирофосфатной фракции гуминовой кислоты было интенсивнее по сравнению с действием соответствующих монокультур при культивировании в тех же условиях. При выращивании смешанных культур в жидкой гуматной среде с использованием щелочной фракции и дополнительных источников С и N наблюдали более активное накопление биомассы и резкое (до 90,7%) снижение оптической плотности гуматной среды, при этом гумат не переосаждался соляной кислотой, что может быть следствием трансформации гуминовой кислоты в кислоторастворимую фракцию под влиянием микроорганизмов.