Pojęcie aktywności enzymatycznej gleb. Aktywność enzymatyczna gleb Aktywność enzymatyczna katalazy glebowej
Procesy metabolizmu i energii podczas rozkładu i syntezy związków organicznych, przejścia trudnostrawnych składników odżywczych do form łatwo dostępnych dla roślin i mikroorganizmów zachodzą przy udziale enzymów.
Enzym inwertaza (a-fruktofuranozydaza) katalizuje rozkład różnych węglowodanów na cząsteczki glukozy i fruktozy.
Wiele danych potwierdza związek aktywności inwertazy z aktywnością biologiczną gleby, jej zawartością materia organiczna, plony roślin polowych i zmiany zachodzące w glebie podczas użytkowania rolniczego (Khaziev F.Kh., 1972; Galstyan A.Sh., 1978; Vasilyeva L.I., 1980).
Wraz ze wzrostem głębokości orki aktywność inwertazy w górnej warstwie gleby nieco malała, co można wytłumaczyć zubożeniem tej warstwy gleby, gdyż podczas głębokiej orki główna ilość resztek roślinnych osadza się w dolnych warstwach. Nagromadzenie większości resztek pożniwnych w górnej warstwie gleby podczas uprawy bez odkładnicy powoduje spadek aktywności inwertazy w warstwie 30-40 cm pod koniec sezonu wegetacyjnego roślin o 5-15%.
Na podłożu nawożonym aktywność inwertazy wzrosła średnio o 5% dopiero po orce. Według bezodkładniowych metod uprawy nawozy nie miały wpływu na aktywność tego enzymu.
Działanie ureazy związane jest z hydrolitycznym rozerwaniem wiązania pomiędzy azotem i węglem (CO-IN) w cząsteczkach związków organicznych zawierających azot. Dlatego wielu badaczy zauważa dodatnią korelację pomiędzy aktywnością ureazy a zawartością azotu i próchnicy w glebie. Jednak aktywność ureazy zależy nie tylko od Łączna humusu, jak wiele zależy od jego jakości, korelującej głównie z wartością stosunku węgla do azotu (C:14). Materia organiczna o najszerszym stosunku węgla do azotu odpowiada najwyższej aktywności ureazy; wraz ze spadkiem stosunku węgla do azotu spada również aktywność enzymu. To zdaniem V.D. Mukha i L.I. Wasilijewa wskazuje na regulujące działanie ureazy na procesy przemian związków organicznych zawierających azot w glebie. W naszych badaniach spośród wariantów uprawy odkładnicowej największą aktywność ureazy wykazywała orka do głębokości 20-22 cm. Głębsza uprawa prowadziła do istotnego spadku aktywności tego enzymu. Zatem na początku sezonu wegetacyjnego roślin orka na głębokość 35-37 cm w warstwie gleby 0-40 cm uwalniała o 20% mniej amoniaku niż orka na normalnej głębokości 20-22 cm (średnia dla lat 1980-1982, mg YN 3 na 1 g powietrznie suchej gleby).
O intensywności i kierunku procesów przemian materii organicznej w glebie decyduje także aktywność enzymów redoks, oksydazy i peroksydazy polifenolowej. Oksydaza polifenolowa bierze udział w przemianie związków organicznych szeregu aromatycznego w składniki humusowe (Mishustin E.N. i in., 1956, Kononova M.M., 1963, 1965). W rozkładzie substancji humusowych wspaniałe miejsce przypisany do peroksydazy i katalazy (Nikitin D.I., 1960). Badacze zauważają wysoką dodatnią korelację między rozkładem humusu i aktywnością peroksydazy oraz niemal funkcjonalny negatywny związek z aktywnością oksydazy polifenolowej (Chunderova A.I., 1970, Dulgerov A.N., 1981). Odwrotny kierunek funkcji peroksydazy i polifenolooksydazy oraz pojedynczy cel ich zastosowania umożliwiły A.I. Chunderova zaproponowała koncepcję „współczynnika akumulacji próchnicy”, którego wartość określa się na podstawie stosunku aktywności oksydazy polifenolowej w glebie do aktywności peroksydazy.
Z naszych badań wynika, że zwiększenie głębokości orki z 20-22 cm do 35-37 cm i zastosowanie traktowanie niedumpingowe gleby za pomocą frezu płaskiego, pługa bez odkładnic, dłuta, narzędzia typu paraplow, stojaków SibIME, a także podczas uprawy gleby typem No-til, spowodowały wzrost aktywności peroksydazy o 4-6% i spadek aktywności polifenolooksydazy o 4-5% (tabela 15). Jednocześnie współczynnik akumulacji próchnicy spadł o 8-10%.
15. Aktywność peroksydazy i polifenolooksydazy w warstwie gleby 0-40 cm pod grochem, mg purpurgalliny na 100 g powietrznie suchej gleby
glebę w 30 minut. (1980-1982)
|
Opcje | |||||||
|
nadtlenek- |
polifeno- loksydaza |
oszczędności |
nadtlenek- |
polifeno- loksydaza |
oszczędności |
||
|
Coroczny |
z nawozami |
||||||
|
żadnych nawozów |
|||||||
|
Coroczny |
z nawozami |
||||||
|
żadnych nawozów |
|||||||
|
Coroczny leczenie Ploskore |
z nawozami |
||||||
|
żadnych nawozów |
|||||||
|
Od 1885 roku nie koszono ugoru |
|||||||
Badania wykazały związek pomiędzy współczynnikiem akumulacji próchnicy a stosunkiem liczby mikroorganizmów asymilujących azot mineralny do liczby mikroorganizmów asymilujących azot ze związków organicznych (CAA: MPA). Współczynnik korelacji pomiędzy obydwoma wskaźnikami wynosi -0,248±0,094. Wzrost pierwszego wskaźnika w wielu przypadkach prowadzi do spadku drugiego i odwrotnie, co potwierdza istnienie związku pomiędzy strukturą cenozy drobnoustrojów a kierunkiem procesu biochemicznych przemian materii organicznej gleby. Najwyraźniej stosunek tych dwóch współczynników może scharakteryzować kierunek procesu kulturowego i glebotwórczego.
Pozwala to stwierdzić, że przemiana materii organicznej gleby, wywołana działaniem peroksydazy i polifenolooksydazy, przy orce pogłębiającej i zabiegach bez rotacji gleby, przesuwa się w kierunku wzmożonego rozkładu próchnicy (ryc. 5).
- ? Rząd 4
- ? RowZ
- ? Wiersz 2
- ? Wiersz 1
Ryż. 5. Wpływ na różne sposoby i głębokość głównego zabiegu na aktywność peroksydazy w warstwie gleby 0-40 cm w okresie 2-4 par prawdziwych liści słonecznika, mg purpurgalliny na 1 g powietrznie suchej gleby (1989-1991)
Enzym katalaza zajmuje określone miejsce w kierunku i intensywności procesów biochemicznych zachodzących w glebie. W wyniku działania aktywującego nadtlenek wodoru rozkłada się na wodę i wolny tlen. Uważa się, że katalaza wraz z peroksydazą może brać udział w reakcjach typu peroksydazy, podczas których zredukowane związki ulegają utlenieniu. W doświadczeniach Instytutu Nauk Rolniczych Centralnego Zakładu Awaryjnego im. V.V. Dokuchaev nie ustalił zależności aktywności katalazy od głębokości i metod podstawowej uprawy gleby. Natomiast wraz ze wzrostem głębokości orki powyżej 25-27 cm, a także uprawą bez rotacji gleby, odnotowano znaczny wzrost aktywności katalazy w porównaniu z orką na głębokość 20-22 cm i 25-27 cm.
Spośród licznych wskaźników aktywności biologicznej gleby bardzo ważne mają enzymy glebowe. Ich różnorodność i bogactwo umożliwiają prowadzenie kolejnych przemian biochemicznych pozostałości organicznych dostających się do gleby.
Nazwa „enzym” pochodzi od łacińskiego „fermentum” – ferment, zakwas. Zjawisko katalizy nadal nie jest w pełni poznane. Istotą działania katalizatora jest zmniejszenie energii aktywacji potrzebnej do zajścia reakcji chemicznej, kierując ją w okrężny sposób przez reakcje pośrednie, które wymagają mniej energii i zachodzą bez katalizatora. Z tego powodu wzrasta również prędkość reakcji głównej. Pod działaniem enzymu wiązania wewnątrzcząsteczkowe w podłożu ulegają osłabieniu w wyniku pewnego odkształcenia jego cząsteczki, które następuje podczas tworzenia pośredniego kompleksu enzym-substrat.
Zatem rola enzymów polega na tym, że znacznie przyspieszają reakcje biochemiczne i umożliwiają je w zwykłych, normalnych temperaturach.
Enzymy w odróżnieniu od katalizatorów nieorganicznych charakteryzują się selektywnością działania. Specyfika działania enzymów wyraża się w tym, że każdy enzym działa tylko na określoną substancję lub na określony rodzaj wiązanie chemiczne w cząsteczce. Ze względu na swój charakter biochemiczny wszystkie enzymy są wielkocząsteczkowymi substancjami białkowymi. Na specyficzność białek enzymatycznych wpływa kolejność naprzemienności występujących w nich aminokwasów. Niektóre enzymy oprócz białka zawierają prostsze związki. Na przykład zawierają różne enzymy utleniające związki organiczne gruczoł. Inne obejmują miedź, cynk, mangan, wanad, chrom, witaminy i inne związki organiczne.
Podstawy ujednolicona klasyfikacja Enzymy są specyficzne dla rodzaju reakcji i obecnie enzymy dzieli się na 6 klas. W glebach najlepiej zbadane są oksydoreduktazy (katalizują procesy biologicznego utleniania) i hydrolazy (katalizują rozszczepianie po dodaniu wody). Spośród oksydoreduktaz w glebie najpowszechniejsze są katalaza, dehydrogenazy, fenoloksydazy itp.
Uczestniczą w procesach redoks syntezy składników humusu. Spośród hydrolaz najbardziej rozpowszechnione w glebie są inwertaza, ureaza, proteaza i fosfatazy. Enzymy te biorą udział w reakcjach hydrolitycznego rozkładu wielkocząsteczkowych związków organicznych i tym samym odgrywają ważną rolę we wzbogacaniu gleby w składniki odżywcze, które są mobilne i dostępne dla roślin i mikroorganizmów.Badano aktywność enzymatyczną gleb duża liczba badacze. W wyniku badań wykazano, że aktywność enzymatyczna jest podstawową cechą gleby. Aktywność enzymatyczna gleby jest wynikiem połączenia procesów wnikania, immobilizacji i działania enzymów w glebie. Wszystkie źródła enzymów glebowych są żywa materia gleby: rośliny, mikroorganizmy, zwierzęta, grzyby, glony itp. Kumulując się w glebie, enzymy stają się integralnym, reaktywnym składnikiem ekosystemu. Gleba jest najbogatszym systemem pod względem różnorodności enzymów i puli enzymów. Różnorodność i bogactwo enzymów występujących w glebie pozwala na spójne przemiany biochemiczne różnych napływających pozostałości organicznych.
Enzymy glebowe odgrywają znaczącą rolę w procesach powstawania próchnicy. Przekształcenie pozostałości roślinnych i zwierzęcych w substancje humusowe jest złożonym procesem biochemicznym obejmującym m.in różne grupy mikroorganizmy, a także enzymy zewnątrzkomórkowe unieruchomione w glebie. Wykazano bezpośredni związek pomiędzy intensywnością humifikacji a aktywnością enzymatyczną.
Na szczególną uwagę zasługuje znaczenie enzymów w przypadkach, gdy warunki panujące w glebie są ekstremalne dla życia mikroorganizmów, zwłaszcza podczas zanieczyszczeń chemicznych. W tych przypadkach metabolizm w glebie pozostaje w pewnym stopniu niezmieniony ze względu na działanie unieruchomionych w glebie, a zatem stabilnych, enzymów. Maksymalną aktywność katalityczną poszczególnych enzymów obserwuje się w stosunkowo małym, optymalnym dla nich zakresie pH. Ponieważ w naturze istnieją gleby o szerokim zakresie reakcji środowiskowych (pH 3,5-11,0), ich poziomy aktywności są bardzo różne.
Badania różnych autorów wykazały, że aktywność enzymów glebowych może służyć jako dodatkowy wskaźnik diagnostyczny żyzności gleby i jej zmian w wyniku oddziaływania antropogenicznego. Zastosowanie aktywności enzymatycznej jako wskaźnika diagnostycznego ułatwia niski błąd doświadczalny i wysoka stabilność enzymów podczas przechowywania próbek.
Inwertaza - katalizuje reakcje hydrolitycznego rozkładu sacharozy na równomolowe ilości glukozy i fruktozy, oddziałuje także na inne węglowodany tworząc cząsteczki fruktozy - produktu energetycznego niezbędnego do życia mikroorganizmów, katalizuje reakcje transferazy fruktozowej. Badania wielu autorów wykazały, że aktywność inwertazy lepiej niż innych enzymów odzwierciedla poziom żyzności i aktywności biologicznej gleb.
Analizy inwertazy po 1 roku wskazują na dalszy, 2-3-krotny spadek jej zawartości we wszystkich próbkach, w zależności od rodzaju gleby, co najwyraźniej tłumaczy się zubożeniem gleby w związki zawierające węgiel [...]
Z klasy hydrolaz badano aktywność inwertazy, która hydrolizuje sacharozę do glukozy i fruktozy oraz ureazy, która katalizuje hydrolizę mocznika. Aktywność tych enzymów w glebie jest bardzo niska, natomiast po dodaniu torfu wzrasta proporcjonalnie do jego dawek i w niewielkim stopniu zależy od ilości nawozów mineralnych. Należy zauważyć, że zastosowanie najwyższej dawki (NRCC, a także CaCOe) nie ma żadnej przewagi nad mniejszymi dawkami nawozów w stymulowaniu aktywności zarówno hydrolaz, jak i oksydoreduktaz.
Na trasie lotnisko – wieś. Kangalassa nie stwierdzono odwrotnej zależności pomiędzy aktywnością ureazy, inwertazy i proteazy a zawartością ołowiu. Wskazuje to na brak działania hamującego ołowiu w dawce nieprzekraczającej MPC. Wraz ze wzrostem odległości od źródła zanieczyszczeń następuje równoległy wzrost aktywności wszystkich enzymów i ołowiu, co w tym przypadku tłumaczy się wzrostem zawartości próchnicy w glebie. Wiadomo, że gleby o dużej zawartości próchnicy w większym stopniu akumulują HM i charakteryzują się zwiększoną zawartością FA.[...]
Związki z tej grupy hamują wzrost nowych pędów, przejściowo zmniejszają aktywność inwertazy w burakach cukrowych oraz hamują biosyntezę chlorofilu. Jednak ich głównym efektem jest hamowanie biosyntezy aminokwasów aromatycznych. Związki takie jak N-fosfonmetyloglicyna hamują tę syntezę, działając w miejscach konwersji kwasów dehydrochinowego i prefenowego.[...]
Najwyraźniej powstawanie sacharozy następuje w komórkach miąższowych łyka, skąd przedostaje się ona do rurek sitowych, które pozbawione są enzymów rozkładających sacharozę (inwertaza), co decyduje o bezpieczeństwie tego związku na całej drodze jego transportu. [...]
Przeprowadzone prace pozwalają stwierdzić, że akumulacja mobilnych form ołowiu i niklu w dawkach przekraczających MPC prowadzi do zmniejszenia aktywności enzymów w glebach. Spadek aktywności proteazy, ureazy i inwertazy w glebach powoduje odpowiednie zahamowanie procesów hydrolizy białek, mocznika i oligosacharydów, co generalnie prowadzi do zmniejszenia aktywności biologicznej gleb. Zmiana PA jest obiecującą metodą diagnozowania stanu ekologicznego gleb. Spośród badanych przez nas enzymów najwyższe właściwości diagnostyczne wykazuje ureaza.[...]
Stan gleb oceniano dwiema metodami bioindykacyjnymi: poprzez aktywność enzymatyczną gleb oraz mutacyjny wpływ gleb na obiekt badań. W glebach miejskich oznaczono aktywność trzech enzymów – inwertazy, katalazy i ureazy (Khaziev, 1990), z których najbardziej zmienną była aktywność ureazy. Z tego powodu do oceny integralnej wybrano wskaźniki tego właśnie enzymu, którego aktywność w dużej mierze zależała od stężenia szerokiej gamy substancji zanieczyszczających w glebie.[...]
Analizy histochemiczne pozwoliły ustalić wspólność reżimu oksydacyjnego pyłku i łagiewek pyłkowych u różnych przedstawicieli okrytozalążkowych. Ustalono, że najbardziej intensywne procesy biochemiczne zachodzą na końcu łagiewki pyłkowej.[...]
Kolejna grupa zmian sugestywnych związana jest z aktywacją procesów energetycznych niezbędnych do realizacji morfogenetycznego programu rozwoju rozrodczego.[...]
W przypadku wprowadzenia dużych ilości HCBD zarówno w postaci płynnej, jak i granulowanej, zahamowanie rozwoju niektórych grup mikroorganizmów nie ustępuje nawet po półtora roku od fumigacji. Aktywność enzymów glebowych (katalazy i inwertazy) w tym czasie wynosi według tych wariantów eksperymentalnych 70-80% aktywności enzymów w wariancie kontrolnym 5 miesięcy po wprowadzeniu dużych dawek HCBD (płynnego i ziarnistego). zmniejsza się zawartość azotanów w glebie, co świadczy o zahamowaniu procesu nitryfikacji.[...]
Właściwości agrochemiczne gleb oznaczono ogólnie przyjętymi metodami, pH wody i ekstraktów soli - potencjometryczne, zawartość węgla - metodą Tyurina, azot mobilny - według Baszkina i Kudeyarowa, fosfor mobilny - według Chirikowa, aktywność enzymatyczną gleb (inwertaza, ureaza i katalaza) – zdaniem Khazieva.[ ...]
U wielu przedstawicieli grzybów promienistych zidentyfikowano enzym amylazę, za pomocą której organizmy rozkładają skrobię z różną intensywnością, w zależności od rodzaju uprawy. Niektóre kultury rozkładają skrobię na dekstryny, inne na cukry. Niektóre promieniowce zawierają enzym inwertazę, który rozkłada sacharozę na łatwo przyswajalne cukry – glukozę i fruktozę. Stwierdzono, że proactinomycetes mogą metabolizować sacharozę bez jej rozkładu.[...]
Taki poziom zanieczyszczeń znalazł także odzwierciedlenie w zawartości mobilnych form związków metali ciężkich dostępnych dla roślin. Ich liczba również wzrosła 1,5-2, a nawet 5-krotnie. Zmiany te wpłynęły na faunę i florę gleby, ogólne właściwości gleby i jej żyzność. W szczególności gwałtownie spadła aktywność enzymów glebowych: inwertazy, fosfatazy, ureazy, katalazy; Produkcja CO2 spadła około 2 razy. Aktywność enzymatyczna jest dobrym integralnym wskaźnikiem sytuacji środowiskowej w układzie gleba-roślina. Na zanieczyszczonych glebach plony również gwałtownie spadły różne kultury. Tym samym plon pomidorów (c/ha) spadł średnio ze 118,4 do 67,2; ogórki - od 68,3 do 34,2; kapusta - od 445,7 do 209,0; ziemniaki - od 151,8 do 101,3; jabłka – od 72,4 do 32,6 i brzoskwinie – od 123,6 do 60,6.[...]
Wśród gleb tundrowych równiny zalewowej potencjał aktywności biochemicznej wzrasta od gleb równiny zalewowej rzecznej do gleb centralnych i przytarasowych. Z kolei aktywność enzymatyczna w organicznych glebach zalewowych jest wyższa niż w glebach mineralnych. W poziomach próchnicznych (0-13 cm) badanych gleb występuje dość duża aktywność ureazy, inwertazy, fosfatazy i dehydrogenazy – enzymów biorących udział w procesach metabolicznych azotu, węglowodanów, fosforu i redoks.[...]
Aktywność fosfatazy jest niska, a w większości przypadków nie ma aktywności fosfatazy, co wiąże się z bardzo niską zawartością mobilnego fosforu na tle stosunkowo dużej zawartości jego form objętościowych w poziomach próchniczno-torfowych. W odróżnieniu od enzymów biorących udział w procesach metabolicznych azotu i fosforu, enzymy metabolizmu węglowodorów (inwertaza) wykazują swoją aktywność aż do poziomów ponadwiecznej zmarzliny, o czym decyduje zawartość próchnicy w profilu.
Zmianę aktywności enzymatycznej gleby w ciągu czterech lat trwania doświadczenia przedstawiono w tabeli. 6.8. Jak widać z uzyskanych wyników, aktywność ureazy i fosfatazy spadła, ale główne wzorce – wyższa aktywność w wariantach bez użycia EPS przy zastosowaniu torfu i nawozów mineralnych oraz brak aktywności enzymatycznej w wariantach kontrolnych – pozostały. Jednocześnie aktywność inwertazy, która odgrywa ważną rolę w obiegu węgla w biogeocenozie, wzrasta w czwartym roku w prawie wszystkich wariantach doświadczenia, w tym z dodatkiem PPS, co również potwierdza intensywność procesów mineralizacji torfu i uniwersyny. [...]
Bardzo obiecującą metodą oczyszczania wody z wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń, zwłaszcza syntetycznych, jest zastosowanie immobilizowanych (stałych, nierozpuszczalnych) enzymów – „enzymów drugiej generacji”. Pomysł utrwalenia enzymów na nierozpuszczalnym w wodzie nośniku i wykorzystania tak potężnych katalizatorów w procesach technologicznych i medycynie powstał już dawno temu. Już w 1916 roku inwertazę zaadsorbowano na węglu aktywnym w świeżo wyizolowanym wodorotlenku glinu. Od 1951 roku do frakcjonowania przeciwciał i izolacji antygenów stosuje się koniugację białka z celulozą. Do niedawna istniała tylko jedna metoda utrwalania enzymów – zwykła adsorpcja fizyczna. Jednakże zdolność adsorpcji znanych materiałów dla białek jest wyraźnie niewystarczająca, a siły adhezji niewielkie, a już przy najmniejszej zmianie warunków procesu może dojść do zerwania wiązania enzymu z powierzchnią adsorbentu. Dlatego ta metoda immobilizacji nie znalazła szerokiego zastosowania, ale ponieważ jest prosta i najwyraźniej może pomóc w wyjaśnieniu mechanizmu działania enzymów w organizmach żywych, osadach i glebie, a w niektórych przypadkach może być zastosowana w praktyce, niektórzy badacze badanie adsorpcji enzymów, poszukiwanie nowych, skutecznych mediów itp. [...]
Biorąc pod uwagę wyraźne i długotrwałe zmiany fizjologiczne we wzroście i rozwoju wywołane przez etylen, nie wydaje się zaskakujące, że zmiany zachodzą także w syntezie RNA i białek oraz w aktywności enzymów. Wielokrotnie badano możliwość bezpośredniego wpływu etylenu na aktywność różnych enzymów, np. glukozydazy, a-amylazy, inwertazy i peroksydazy, ale uzyskano negatywne wyniki, jednakże synteza szeregu enzymów wyraźnie wzrasta. Peroksydaza jest jednym z enzymów syntetyzowanych stosunkowo szybko po ekspozycji na etylen. W owocach cytrusowych nasilona jest synteza liazy fenyloalanino-amoniakalnej, a CO2 i inhibitory transkrypcji blokują ten proces. W oddzielającej się tkance etylen powoduje powstawanie celulazy. Związek pomiędzy tym efektem a pobudzeniem procesu separacji jest oczywisty. Co prawda przyspieszona separacja następuje jeszcze przed wzrostem syntezy celulazy, ale prawdopodobnie wynika to z faktu, że etylen powoduje również uwalnianie celulazy z powiązany formularz i jego wydzielanie do przestrzeni międzykomórkowych. Uwalnianie amylazy z komórek aleuronowych jęczmienia przyspiesza także działanie etylenu. Szybkie działanie etylenu, na przykład zahamowanie wydłużania komórek, które pojawia się już po 5 minutach, wiąże się raczej z wpływem na błony niż ze zmianami w syntezie białek.
Jak wiadomo, jedną z przyczyn toksyczności gleb jest ich zasolenie. Zużyte płuczki wiertnicze i zwierciny zawierają w niektórych przypadkach znaczną ilość soli mineralnych niebezpiecznych dla gleb. Dlatego też interesujące jest określenie wpływu tego czynnika na produktywność biologiczną gleb. Wyniki badań wskazują, że związki mineralne w ilościach większych niż 0,8-4,0 kt/m2 gleby gwałtownie zmniejszają aktywność inwertazy, a w ilościach większych niż 1,5-1,6 kg/m2 gleby zaczynają znacząco wpływać na plonowanie gruntów rolnych uprawy. [...]
Miód jest produktem wysokokalorycznym. Miód naturalny jest słodką, lepką i aromatyczną substancją wytwarzaną przez pszczoły z nektaru roślinnego, a także ze spadzi lub spadzi. Miód może wyglądać jak skrystalizowana masa. Wartość miodu polega na tym, że ma on właściwości bakteriobójcze. Dlatego miód jest nie tylko cennym produktem spożywczym, ale także produktem leczniczym. Główny składniki Miód kwiatowy to cukier owocowy i winogronowy, którego zawiera około 75%. Zawartość kalorii w miodzie wynosi ponad 3 tysiące kalorii. Zawiera enzymy: diastazę (lub amylazę), inwertazę, katalazę, lipazę.[...]
Badania prowadzono w dolinie dolnego biegu rzeki Sysoli (Republika Komi, podstrefa środkowej tajgi). Parametry biochemiczne gleb charakteryzowano poziomem aktywności oksydoreduktaz (katalazy), hydrolaz (inwertazy) oraz wydzielaniem CO2 z powierzchni gleby. We wszystkich okresach poboru maksymalne wartości aktywności katalitycznej odnotowano w ściółce leśnej gleby Adl (4,2-8,6 ml O2/g gleby), najsuchszej z badanej serii gleb. Jednakże gleba Al była liderem pod względem poziomu inwertazy we wszystkich okresach pobierania próbek (11,9-37,8 mg glukozy/g gleby w horyzoncie AO). W tej samej glebie maksimum emisji CO2 odnotowano w lipcu (0,60±0,19) kg/ha-godzinę. Wykorzystując całkowy wskaźnik BAP, który uwzględnia wszystkie parametry aktywności biologicznej, wykazano, że najbardziej aktywne procesy biologiczne we wszystkich okresach poboru próbek zachodzą w glebie Al, która zajmuje pozycję pośrednią w reżimie hydrotermalnym pomiędzy glebami Adl i Alb .[...]
Destabilizacja procesu nitryfikacji zakłóca wejście azotanów do cyklu biologicznego, których ilość determinuje reakcję kompleksu denitryfikacyjnego na zmiany w środowisku. Układy enzymatyczne denitryfikatorów zmniejszają stopień całkowitego odzysku, angażując mniej podtlenku azotu w końcowym etapie, którego wdrożenie wymaga znacznych kosztów energii. W rezultacie zawartość podtlenku azotu w atmosferze nadziemnej erodowanych ekosystemów osiągnęła 79–83% (Kosinova i in., 1993). Obcowanie części materii organicznej z czarnoziemów pod wpływem erozji znajduje odzwierciedlenie w uzupełnianiu funduszu azotowego podczas foto- i heterotroficznego wiązania azotu: tlenowego i beztlenowego. W pierwszych stadiach erozji dokładnie beztlenowe wiązanie azotu jest hamowane w szybkim tempie ze względu na parametry labilnej części materii organicznej (Khaziev, Bagautdinov, 1987). Aktywność enzymów inwertazy i katalazy w silnie wypłukanych czarnoziemach spadła o ponad 50% w porównaniu z niemytymi. W szarych glebach leśnych, wraz ze wzrostem ich erozji, aktywność inwertazy maleje najbardziej gwałtownie. Jeśli w glebach słabo zerodowanych następuje stopniowe osłabienie aktywności wraz z głębokością, to w glebach silnie zerodowanych aktywność inwertazy jest bardzo mała lub nie jest wykrywana w warstwie podglebia. To ostatnie wiąże się z pojawieniem się poziomów iluwialnych o wyjątkowo niskiej aktywności enzymatycznej na powierzchni dziennej. Nie stwierdzono wyraźnej zależności aktywności fosfatazy, a zwłaszcza katalazy, od stopnia erozji gleby (Lichko, 1998).[...]
Podstawowe substancje występujące w porostach są na ogół takie same jak w innych roślinach. Błony strzępkowe wzgórza porostu składają się głównie z węglowodanów. Chityna (C30 H60 K4 019) często występuje w strzępkach. Charakterystycznym składnikiem strzępek jest polisacharydowa lichenina (C6H10O6)n, zwana skrobią porostową. Oprócz błon strzępkowych w protoplastach występuje mniej powszechny izomer porostu, izolichenina. Spośród wielkocząsteczkowych polisacharydów porostów, zwłaszcza w błonach strzępkowych, znajdują się hemicelulozy, które są oczywiście węglowodanami rezerwowymi. W przestrzeniach międzykomórkowych niektórych porostów znaleziono substancje pektynowe, które wchłaniając duże ilości wody, pęcznieją i zatykają plechy. W porostach występuje także wiele enzymów - inwertaza, amylaza, katalaza, ureaza, zymaza, lichenaza, w tym także zewnątrzkomórkowe. Spośród substancji zawierających azot w strzępkach porostów znaleziono wiele aminokwasów - alaninę, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, lizynę, walinę, tyrozynę, tryptofan itp. Fikobiont wytwarza witaminy w porostach, ale prawie zawsze w małych ilościach. [...]
W trakcie eksperymentów stwierdzono, że półpłynne i stałe odpady wiertnicze wywierają niezwykle negatywny wpływ na produktywność biologiczną gleb. Wiadomo, że największy negatywny wpływ mają ropa i produkty naftowe zawarte w odpadach. Zanieczyszczenia te w znaczący sposób ograniczają aktywność enzymów redoks i hydrolitycznych, co prowadzi do zahamowania aktywności mikrobiologicznej gleby. Efekt ten jest wyraźny w przypadku odpadów zawierających powyżej 4-5% ropy naftowej i produktów naftowych. Przy niższej zawartości tej substancji efekt zmniejszenia produktywności biologicznej rozpatrywanych typów gleb jest typowy dla okresu od 3 do 6 miesięcy, po czym następuje wzmożone namnażanie się bakterii wiążących azot, denitryfikacyjnych i redukujących siarczany. , które wykorzystują ropę naftową i jej pochodne jako źródło węgla i energii, w wyniku czego następuje stopniowe utlenianie i mineralizacja ropy. Jednocześnie w naturalny sposób spadają plony i aktywność inwertazy. Gdy odpady zawierają więcej niż 5% ropy i produktów naftowych, nawet po 1 roku nie obserwuje się widocznej aktywności mikroflory bakteryjnej utleniającej węglowodory. Poziom skażenia odpadów jest krytyczny i dlatego wymaga stosowania specjalnych technik agrotechnicznych i agrochemicznych stymulujących produkcyjność biologiczną gleb (stosowanie nawozów zawierających azot, fosfor i potas, intensywne napowietrzanie strefy zanieczyszczonej olejami, wysiew specjalnych traw, które wzmacniają aktywność mikroflory bakteryjnej trawiącej węglowodory).[ ...]
Badanie mechanizmu i charakteru oddziaływania półpłynnych (zużytych płuczek wiertniczych) i stałych (zwiercin) odpadów wiertniczych, tj. tego rodzaju odpady, które są zasypywane glebą mineralną w dołach osadowych podczas ich usuwania, przeprowadzono badania roślinności polowej i polowej dotyczące produktywności biologicznej gleb i opracowania na tej podstawie zestawu środków agrotechnicznych do rekultywacji zanieczyszczonych gruntów . Doświadczenia przeprowadzono według standardowych metod. Eksperymentowaliśmy z odpadami wiertniczymi o różnym stopniu zanieczyszczenia ropą i produktami naftowymi (OP), węglem organicznym (wskaźnik chemicznego zapotrzebowania na tlen – ChZT) i solami mineralnymi (wskaźnik pozostałości kalcynowanych – PO), które dodawano do gleby w ilości 1: 1 stosunek. Zakres i poziom odpadów zanieczyszczonych kształtuje się następująco: dla NG1 – 1,0-12,0%; wg ChZT - 20,0 - 60,0 kg/m3; zgodnie z oprogramowaniem (w przeliczeniu na jednostkę powierzchni gleby) - 0,4-1,6 kg/m2 gleby. W badaniach wykorzystano trzy rodzaje gleb, tj. najczęstsze rodzaje gleb, na których przeprowadza się wiercenia na obszarach aktywnego rolniczego użytkowania gruntów. Integralnymi wskaźnikami produkcyjności biologicznej gleb był plon jęczmienia standardowego odmiany „Curier” oraz aktywność inwertazy, którą oznaczano znaną metodą.[...]
Jednak pomimo ścisłego związku, jaki istnieje między porostami a podłożem, na którym się osiedlają, nadal nie wiadomo z całą pewnością, czy porosty wykorzystują podłoże jedynie jako miejsce przywiązania, czy też pobierają z niego niezbędne do życia składniki odżywcze. Z jednej strony zdolność porostów do wzrostu na podłożach ubogich w składniki odżywcze pozwala sądzić, że wykorzystują one podłoże jedynie jako miejsce przywiązania. Z drugiej jednak strony selektywna tolerancja, jaką wykazują porosty podczas zasiedlania, ścisłe zamknięcie większości z nich na określonym podłożu, zależność składu gatunkowego roślinności porostów nie tylko od czynników fizycznych, ale także właściwości chemiczne substrat mimowolnie sugeruje, że porosty wykorzystują substrat jako dodatkowe źródło pożywienia. Potwierdzają to badania biochemiczne przeprowadzone w r ostatnie lata. Okazało się np., że ten sam rodzaj porostów rosnący na różnych gatunkach drzew może mieć różny skład substancji porostowych. Jeszcze bardziej oczywistym dowodem jest odkrycie w porostach enzymów zewnątrzkomórkowych, które są uwalniane do środowiska zewnętrznego. Enzymy zewnątrzkomórkowe, takie jak inwertaza, amylaza, celulaza i wiele innych, są dość szeroko reprezentowane w porostach i mają dość wysoką aktywność. Co więcej, jak się okazało, są one najbardziej aktywne w dolnej części plechy, za pomocą której porost przyczepia się do podłoża. Wskazuje to na możliwość aktywnego oddziaływania plechy porostu na podłoże w celu wydobycia z niego dodatkowych składników odżywczych.
Aktywność enzymatyczna gleb jest jednym ze wskaźników potencjalnej aktywności biologicznej gleb, charakteryzującym potencjalną zdolność układu do utrzymania homeostazy.
W glebie gromadzi się pewna „pula” enzymów, której charakterystyczny jest skład jakościowy i ilościowy tego typu gleba
O charakterze oddziaływania węglowodorów ropy naftowej na enzymy glebowe decyduje przede wszystkim budowa chemiczna węglowodorów. Najpotężniejszy
356 Część I. Przykłady zastosowania biotechnologii VAS w nauce i produkcji
Nasze inhibitory to związki aromatyczne, których negatywny wpływ objawia się na wszystkich rozważanych enzymach redoks i hydrolitycznych. Natomiast frakcje n-parafinowe i cykloparafinowe mają głównie działanie aktywujące, zwłaszcza w niskich stężeniach. Kolejnym czynnikiem determinującym charakter oddziaływania zanieczyszczeń ropopochodnych są właściwości samej gleby, a przede wszystkim jej naturalna zdolność buforowa. Gleby o dużej pojemności buforowej mniej gwałtownie reagują na zanieczyszczenia.
Zanieczyszczenie olejem wpływa na aktywność enzymatyczną w całym profilu glebowym. Zanieczyszczenie gleb olejami powoduje zakłócenie wymiany podstawowych pierwiastków organicznych w glebie: węgla, azotu, fosforu. Świadczą o tym przede wszystkim zmiany aktywności kompleksów enzymatycznych biorących udział w ich krążeniu.
Aktywność niektórych enzymów: katalazy, ureazy, reduktazy azotynowej i azotanowej, amylazy można wykorzystać jako wskaźniki zanieczyszczenia gleby olejem, gdyż stopień zmiany aktywności tych enzymów jest wprost proporcjonalny do dawki substancji zanieczyszczającej i czasu pozostaje w glebie. Ponadto określenie aktywności badanych enzymów nie nastręcza trudności metodologicznych i może być szeroko stosowane do charakteryzacji gleb zanieczyszczonych węglowodorami ropopochodnymi.
Enzymy redoks. Wiadomo, że rozkład węglowodorów naftowych w glebie związany jest z procesami redoks zachodzącymi przy udziale różnych enzymów. Najważniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi substancjami degradującymi olej w mikroorganizmach glebowych są enzymy dehydrogenaza i katalaza. Poziom ich aktywności w glebie jest pewnym kryterium stanu gleby w związku z jej zdolnością do samooczyszczania się ze składników ropopochodnych: dehydrogenaza bierze bezpośredni udział w rozkładzie węglowodorów, a wysoce aktywny tlen powstaje przy udziale katalazy dostarcza dostępny tlen mikroorganizmom biorącym udział w procesach rozkładu węglowodorów.
W wyniku eksperymentów przeprowadzonych przez N.A. Kireevy stwierdzono, że po 3 dniach od zanieczyszczenia olejem aktywność enzymów redoks w glebie zauważalnie spada w porównaniu z glebą kontrolną. Zmiany te utrzymują się rok po zanieczyszczeniu. Jednakże po roku od rozpoczęcia doświadczeń aktywność enzymów redoks nieznacznie wzrasta, różnice pomiędzy aktywnością katalazy i dehydrogenazy w glebie odmiany kontrolnej i lekko zanieczyszczonej zauważalnie maleją, co świadczy o zdolności ekosystemu glebowego do przywrócić aktywność biologiczną do pierwotnego poziomu w ciągu roku przy łagodnym zanieczyszczeniu.
Enzymy metabolizujące azot. W glebie występują układy enzymów hydrolitycznych i redoks, dokonujące sekwencyjnej przemiany substancji organicznych zawierających azot przez etapy pośrednie do mineralnej formy azotanowej i odwrotnie, redukujące azot azotanowy do amoniaku.
Najbardziej zbadanym jest ureaza, enzym, którego działanie wiąże się z procesami hydrolizy i przemiany azotu mocznikowego w dostępną formę. W glebach zanieczyszczonych olejem aktywność ureazy wzrasta zarówno na polu, jak i w ziemi eksperymenty laboratoryjne we wszystkich rozpatrywanych glebach. Zmiana aktywności tego enzymu jest w pełni zgodna ze wzrostem liczby mikroorganizmów heterotroficznych, wzrostem zawartości amonowych form azotu i azotu ogólnego w zanieczyszczonej glebie. Aktywność innych enzymów hydrolitycznych metabolizmu azotu – proteazy, asparaginazy, glutaminazy – zmniejsza się pod wpływem zanieczyszczeń olejowych.
Główną rolę w metabolizmie azotu w glebie odgrywają enzymy redoks: reduktaza azotanowa, reduktaza azotynowa i reduktaza hydroksyloaminowa, które w warunkach beztlenowych biorą udział w redukcji utlenionych form azotu do amoniaku. Zanieczyszczenie gleby olejami ma niejednoznaczny wpływ na te enzymy. Aktywność reduktazy azotanowej i reduktazy azotynowej maleje, a wzrasta aktywność reduktazy hydroksyloaminowej.
Aktywność ureazy, reduktazy azotynowej i azotanowej można wykorzystać jako jeden z diagnostycznych wskaźników zanieczyszczenia gleby olejami, ponieważ, po pierwsze, enzymy te są mniej podatne na czynniki środowiskowe po drugie, istnieje wyraźna zależność ich działania od stopnia zanieczyszczenia gleby.
Aktywność enzymów hydrolitycznych biorących udział w obiegu węgla. Główną rolę w obiegu węgla w glebie odgrywają karbohydrazy, które rozkładają węglowodany różnego rodzaju i pochodzenia.
Bezpośrednio po skażeniu ciemnoszarej gleby leśnej nie stwierdzono istotnych różnic pomiędzy aktywnością inwertazy gleb odmiany skażonej i niezanieczyszczonej. Wzrost aktywności po roku w próbkach ze słabymi i średnimi dawkami zanieczyszczeń wynika prawdopodobnie z intensywnego rozkładu martwych resztek roślinnych. Wysokie stężenie oleju, prowadzące do powstania beztlenowców w większym stopniu niż niskie i średnie stężenia, stwarza ograniczające warunki rozwoju
tlenowe mikroorganizmy rozkładające celulozę z dużą ilością substratu. Może to wyjaśniać obserwowany spadek aktywności inwertazy w tym wariancie. Aktywność celulazy i amylazy zmniejsza się pod wpływem oleju.
Zatem uwzględnienie funkcjonowania tylko trzech głównych enzymów metabolizmu węglowodanów po przedostaniu się węglowodorów ropopochodnych do gleby wskazuje na głębokie zmiany zachodzące w glebie. Procesy rozkładu resztek roślinnych spowalniają, czego skutkiem jest zmiana przemian związków organicznych w kierunku degradacji. Istnieje wyraźna zależność aktywności węglowodanów od stopnia zanieczyszczenia gleby olejem.
Fosfohydrolazy. W glebie fosfor występuje w postaci związków nieorganicznych i organicznych. Niedostępne formy fosforu są pobierane przez rośliny dzięki działaniu fosfohydrolaz, które usuwają fosfor ze związków organicznych. Zanieczyszczenie szarej gleby leśnej olejem zmniejsza aktywność fosfatazy. Przyczyną tego spadku aktywności fosfatazy może być albo otoczenie cząstek gleby olejem, co uniemożliwia dostarczenie substratu, albo hamujące działanie metali ciężkich, których stężenie wzrasta w glebach zanieczyszczonych olejem. Obserwowany spadek aktywności fosfatazy jest jedną z przyczyn zmniejszania się zawartości fosforu przyswajalnego w glebie zanieczyszczonej olejami. Rok po zanieczyszczeniu aktywność fosfatazy utrzymuje się na niskim poziomie, a zawartość przyswajalnego fosforu maleje wraz ze wzrostem dawki oleju.
Węglowodory naftowe hamują aktywność DNazy, RNazy i ATPazy.
Zatem przenikanie oleju do gleby prowadzi do zakłócenia reżimu fosforu w glebie, zmniejszenia zawartości mobilnych fosforanów i inaktywacji fosfohydrolaz. W efekcie pogarsza się odżywienie roślin fosforem i ich podaż w przyswajalne formy fosforu.
Wprowadzenie...3
1. Przegląd literatury...5
1.1 Pojęcie aktywności enzymatycznej gleb...5
1.2 Wpływ metali ciężkich na aktywność enzymatyczną
1.3. Wpływ agrochemikaliów na aktywność enzymatyczną gleb...23
2. Część doświadczalna...32
2.1 Przedmioty, metody i warunki badań...32
2.2. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej ołowiem...34
2.2.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby skażonej ołowiem i jego zawartość w glebie doświadczenia...34
2.2.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej ołowiem...41
2.2.3. Wpływ podłoża agrochemicznego na aktywność enzymatyczną gleby zanieczyszczonej ołowiem...43
2.3. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej kadmem...54
2.3.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby zanieczyszczonej kadmem i jego zawartość w glebie doświadczenia...54
2.3.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej kadmem...60
2.3.3. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby zanieczyszczonej kadmem...62
2.4. Wpływ podłoża agrochemicznego na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej cynkiem...69
2.4.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby zanieczyszczonej cynkiem i jego zawartość w glebie doświadczalnej...69
2.4.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej cynkiem...75
2.4.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną
gleba skażona cynkiem...76
2.5. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej miedzią...82
2.5.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby zanieczyszczonej miedzią i jej zawartość w glebie doświadczenia...83
2.5.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej miedzią...89
2.5.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną
gleba zanieczyszczona miedzią...90
Wniosek...96
Wnioski...99
Referencje...101
Aplikacja
Wstęp
Wstęp.
Zastosowanie agrochemikaliów w agroekosystemie jest najważniejszy warunek rozwój nowoczesnego rolnictwa. Jest to podyktowane koniecznością utrzymania i poprawy poziomu żyzności gleby, a w efekcie uzyskania wysokich i stabilnych plonów.
Agrochemikalia pełnią w agrocenozie szereg funkcji ekologicznych (Mineev, 2000). Jedną z najważniejszych funkcji agrochemii jest ograniczanie negatywnych skutków lokalnego i globalnego technogennego zanieczyszczenia agroekosystemów metalami ciężkimi (HM) i innymi pierwiastkami toksycznymi.
Agrochemikalia zmniejszają negatywny wpływ HM na kilka sposobów, w tym na ich inaktywację w glebie i wzmacnianie fizjologicznych funkcji barierowych roślin, które zapobiegają przedostawaniu się HM do nich. Jeśli w literaturze jest wiele informacji na temat inaktywacji HM w glebie (Ilyin, 1982 itd., Obukhov, 1992, Alekseev, 1987 itd.), to istnieje tylko kilka badań na temat wzmacniania bariery funkcje roślin. Ze względu na wzmocnienie fizjologicznych funkcji barierowych pod wpływem agrochemikaliów, znacznie mniej HM przedostaje się do roślin, gdy są one takie same w różnych środowiskach agrochemicznych (Solovieva, 2002). Wzmocnieniu funkcji barierowych towarzyszy optymalizacja odżywiania roślin, a w efekcie poprawa sytuacji biologicznej w glebie.
Ta funkcja ekologiczna, a mianowicie poprawa aktywności biologicznej i struktury zbiorowiska drobnoustrojów gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi pod wpływem agrochemikaliów, nie ma jeszcze wystarczającego uzasadnienia doświadczalnego.
Wiadomo, że niektóre wskaźniki aktywności biologicznej, gdy w glebie pojawia się stresująca sytuacja, zmieniają się wcześniej
inne cechy gleby, na przykład agrochemiczne (Zwiagincew, 1989, Lebiediew, 1984). Jednym z takich wskaźników jest aktywność enzymatyczna gleby. Liczne badania wykazały negatywny wpływ metali ciężkich na aktywność enzymów. Jednocześnie wiadomo, że agrochemikalia działają ochronnie na aktywność enzymatyczną gleby. Próbowaliśmy rozważyć ten problem całościowo i ustalić, czy właściwości proekologiczne agrochemikaliów przejawiają się w odniesieniu do aktywności enzymatycznej gleby zanieczyszczonej metalami biogennymi i abiogennymi. Tę stronę agrochemikaliów można wykryć tylko wtedy, gdy różne opcje w eksperymencie będzie taka sama ilość HM, a jest to możliwe tylko przy tych samych wskaźnikach kwasowości gleby. W literaturze nie udało nam się znaleźć takich danych eksperymentalnych.
1. PRZEGLĄD LITERATURY
1.1. Pojęcie aktywności enzymatycznej gleb.
Wszystkie procesy biologiczne związane z przemianą substancji i energii w glebie zachodzą przy pomocy enzymów, które odgrywają ważną rolę w mobilizacji składników pokarmowych roślin, a także określaniu intensywności i kierunku najważniejszych procesów biochemicznych związanych z glebą. z syntezą i rozkładem próchnicy, hydrolizą związków organicznych i reżimem redoks gleby (1976; 1979 itd.).
Powstawanie i funkcjonowanie aktywności enzymatycznej gleby jest procesem złożonym i wieloczynnikowym. Zgodnie z koncepcją systemowo-ekologiczną reprezentuje ona jedność zdeterminowanych przez środowisko procesów wnikania, stabilizacji i manifestacji aktywności enzymatycznej w glebie (Khaziev, 1991). Te trzy ogniwa definiuje się jako bloki produkcji, immobilizacji i działania enzymów (Khaziev, 1962).
Enzymy występujące w glebie są produktami metabolizmu biocenozy glebowej, jednak opinie na temat udziału poszczególnych składników w ich akumulacji są sprzeczne. Wielu badaczy (Kozlov, 1964, 1966, 1967; Krasilnikov, 1958 i inni) uważa, że główną rolę we wzbogacaniu gleby w enzymy odgrywają wydzieliny korzeni roślin, inni (Katsnelson, Ershov, 1958 i in.) - zwierzętom glebowym, przy czym większość (Galstyan, 1963; Peive, 1961; Zwiagincew, 1979; Kozlov, 1966; Drobnik, 1955; Hofmann, Seegerer, 1951; Seegerer, 1953; Hofmann, Hoffmann, 1955, 1961; Kiss i in. , 1958, 1964, 1971; Sequi, 1974; i in.) uważają, że pula enzymów w glebie składa się z enzymów wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych, głównie pochodzenia mikrobiologicznego.
Enzymy glebowe biorą udział w rozkładzie pozostałości roślinnych, zwierzęcych i mikrobiologicznych, a także w syntezie próchnicy. W wyniku procesów enzymatycznych składniki odżywcze stają się trudne do strawienia
związki ulegają przemianie w formy łatwo dostępne dla roślin i mikroorganizmów. Enzymy charakteryzują się wyjątkowo dużą aktywnością, ścisłą specyfiką działania i dużą zależnością różne warunki otoczenie zewnętrzne. Ostatnia funkcja ma ogromne znaczenie w regulacji ich aktywności w glebie (Khaziev, 1982 i
Aktywność enzymatyczna gleb według (1979)
składa się z:
a) enzymy unieruchomione zewnątrzkomórkowo;
b) wolne enzymy zewnątrzkomórkowe;
c) enzymy wewnątrzkomórkowe martwych komórek;
d) powstają enzymy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe sztuczne warunki eksperymentalny i nietypowy dla danej gleby.
Ustalono, że każdy enzym działa tylko na bardzo konkretną substancję lub podobną grupę substancji i bardzo specyficzny rodzaj wiązania chemicznego. Wynika to z ich ścisłej specyfiki.
Ze względu na swój charakter biochemiczny wszystkie enzymy są wielkocząsteczkowymi substancjami białkowymi. Łańcuch polipeptydowy białek enzymatycznych jest umiejscowiony w przestrzeni w sposób niezwykle złożony, unikalny dla każdego enzymu. W określonym miejscu przestrzennym grupy funkcyjne aminokwasy na cząsteczkę6).
Kataliza enzymatyczna rozpoczyna się od utworzenia aktywnego półproduktu - kompleksu enzym-substrat. Kompleks powstaje w wyniku przyłączenia cząsteczki substratu do katalitycznie aktywnego centrum enzymu. W tym przypadku konfiguracje przestrzenne cząsteczek substratu są nieco zmodyfikowane. Nowy zorientowany
umieszczenie reagujących cząsteczek na enzymie zapewnia wysoką skuteczność reakcji enzymatycznych, które przyczyniają się do zmniejszenia energii aktywacji (Khaziev, 1962).
Za aktywność katalityczną enzymu odpowiada nie tylko centrum aktywne enzymu, ale także cała struktura cząsteczki jako całości. Szybkość reakcji enzymatycznej jest regulowana przez wiele czynników: temperaturę, pH, stężenie enzymu i substratu, obecność aktywatorów i inhibitorów. Aktywatorami mogą być związki organiczne, ale częściej różne mikroelementy (Kuprevich, Shcherbakova, 1966).
Gleba jest w stanie regulować zachodzące w niej procesy enzymatyczne w wyniku zmian wewnętrznych i czynniki zewnętrzne poprzez regulację czynnikową lub allosteryczną (Galstyan 1974, 1975). Pod wpływem wprowadzony do gleby związki chemiczne, w tym nawozów, zachodzi regulacja allosteryczna. Regulacja czynnika zależy od kwasowości środowiska (pH), składu chemicznego i fizycznego, temperatury, wilgotności, reżimu wodno-powietrznego itp. Wpływ specyfiki gleby, zawartości próchnicy i biomasy oraz innych czynników na aktywność enzymów stosowanych do scharakteryzowanie aktywności biologicznej gleb jest niejednoznaczne (Galstyan, 1974; Kiss, 1971; Dalai, 1975; McBride, 1989; Tiler, 1978).
Aktywność enzymatyczna gleby może być wykorzystana jako diagnostyczny wskaźnik płodności różne gleby, ponieważ aktywność enzymów odzwierciedla nie tylko właściwości biologiczne gleby, ale także ich zmiany pod wpływem czynników agroekologicznych (Galstyan, 1967; Chunderova, 1976; Chugunova, 1990 i in.).
Głównymi drogami wnikania enzymów do gleby są wewnątrzkomórkowe enzymy zewnątrzkomórkowe uwalniane przez mikroorganizmy i korzenie roślin oraz enzymy wewnątrzkomórkowe dostające się do gleby po śmierci organizmów glebowych i roślin.
Uwalnianie enzymów do gleby przez mikroorganizmy i korzenie roślin ma zwykle charakter adaptacyjny w postaci reakcji na obecność lub brak substratu dla działania enzymu lub produktu reakcji, co szczególnie wyraźnie objawia się w przypadku fosfataz. Kiedy w środowisku brakuje mobilnego fosforu, mikroorganizmy i rośliny gwałtownie zwiększają wydzielanie enzymów. Na tej zależności opiera się wykorzystanie aktywności fosfatazy glebowej jako wskaźnika diagnostycznego zaopatrzenia roślin w przyswajalny fosfor (Naumova, 1954, Kotelev, 1964).
Enzymy pochodzące z różne źródła do gleby, nie ulegają zniszczeniu, ale pozostają w stanie aktywnym. Należy założyć, że enzymy, będące najbardziej aktywnym składnikiem gleby, koncentrują się tam, gdzie aktywność życiowa mikroorganizmów jest największa, czyli na styku koloidów glebowych z roztworem glebowym. Udowodniono doświadczalnie, że enzymy w glebie występują głównie w fazie stałej (Zwiagincew, 1979).
Liczne eksperymenty prowadzone w warunkach supresji syntezy enzymów w komórkach drobnoustrojów przy użyciu toluenu (Drobnik, 1961; Beck, Poshenrieder, 1963), antybiotyków (Kuprevich, 1961; Kiss, 1971) czy naświetlania (McLaren i in., 1957) wskazują, że tak gleba zawiera dużą ilość „nagromadzonych enzymów”, wystarczającą do przeprowadzenia przemiany substratu przez pewien czas. Do takich enzymów można zaliczyć inwertazę, ureazę, fosfatazę, amylazę itp. Inne enzymy są znacznie bardziej aktywne w przypadku braku środka antyseptycznego, co oznacza, że akumulują się w glebie w niewielkim stopniu (a- i P-galaktozydazy, dekstranaza, lewanaza, malatesteraza itp.). Trzecia grupa enzymów nie kumuluje się w glebie, ich działanie pojawia się dopiero w momencie wybuchu aktywności drobnoustrojów i jest indukowane przez substrat. Otrzymane do tej pory
dane eksperymentalne wskazują na różnice w aktywności enzymatycznej gleb różne rodzaje(Konovalova, 1975; Zwiagincew, 1976; Chaziew, 1976; Galstyan, 1974, 1977, 1978; itd.).
Najlepiej poznanymi enzymami w glebie są hydrolazy, które reprezentują szeroką klasę enzymów przeprowadzających reakcje hydrolizy różnorodnych złożonych związków organicznych, działając na różnych wiązaniach: estrowych, glukozydowych, amidowych, peptydowych itp. Hydrolazy są szeroko rozpowszechnione w glebie gleby i odgrywają ważną rolę we wzbogacaniu ich w mobilne i wystarczające dla roślin i mikroorganizmów składniki odżywcze, niszcząc wielkocząsteczkowe związki organiczne. Klasa ta obejmuje enzymy: ureazę (amidazę), inwertazę (karbohydrazę), fosfatazę (fosfohydrolazę) itp., których aktywność jest najważniejszy wskaźnik aktywność biologiczna gleb (Zwiagincew, 1980).
Ureaza jest enzymem biorącym udział w regulacji metabolizmu azotu w glebie. Enzym ten katalizuje hydrolizę mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla, powodując hydrolityczne rozerwanie wiązania pomiędzy azotem i węglem w cząsteczkach organicznych.
Spośród enzymów metabolizujących azot ureazę badano lepiej niż inne. Występuje we wszystkich glebach. Jego aktywność koreluje z aktywnością wszystkich głównych enzymów metabolizmu azotu (Galstyan, 1980).
W glebie ureaza występuje w dwóch głównych postaciach: wewnątrzkomórkowej i zewnątrzkomórkowej. Obecność wolnej ureazy w glebie umożliwiła Briggsowi i Segalowi (Briggs i in., 1963) wyizolowanie enzymu w postaci krystalicznej.
Część zewnątrzkomórkowej ureazy jest adsorbowana przez koloidy glebowe, które mają duże powinowactwo do ureazy. Komunikacja z koloidami glebowymi chroni enzym przed rozkładem przez mikroorganizmy i sprzyja jego akumulacji w glebie. Każda gleba ma swój własny, stabilny poziom aktywności ureazy, określony przez zdolność koloidów glebowych,
głównie organiczne, wykazują właściwości ochronne (Zwiagincew, 1989).
W profilu glebowym największą aktywność enzymatyczną wykazuje poziom próchniczny; dalsze rozmieszczenie w profilu zależy od cech genetycznych gleby.
Wskutek powszechne stosowanie mocznik jako nawóz azotowy, praktycznie istotne są zagadnienia związane z jego przemianami pod wpływem ureazy. Wysoka aktywność ureazy większości gleb uniemożliwia wykorzystanie mocznika jako uniwersalnego źródła żywienia azotem, ponieważ wysoki stopień hydrolizy mocznika przez ureazę glebową prowadzi do lokalnej akumulacji jonów amonowych, wzrostu reakcji środowiska na wartości zasadowe , a w konsekwencji utratę azotu z gleby w postaci amoniaku (Tarafdar J.C., 1997). Rozkładając mocznik, ureaza zapobiega jego izomeryzacji do fototoksycznego cyjanianu amonu. Choć sam mocznik jest częściowo wykorzystywany przez rośliny, to ze względu na aktywne działanie ureazy nie może on długo pozostawać w glebie. Badania wielu naukowców wykazały ulatnianie się azotu mocznikowego z gleby w postaci amoniaku przy wysokiej aktywności ureazy, a po dodaniu do gleby różnych inhibitorów ureazy hydroliza mocznika uległa spowolnieniu i straty były mniejsze (Tool P. O. , Morgan M.A., 1994). Na szybkość hydrolizy mocznika w glebie wpływa temperatura (Ivanov, Baranova, 1972; Galstyan, 1974; Cortez i in., 1972 itd.), Kwasowość gleby (Galstyan, 1974; Moiseeva, 1974 itd.). Negatywny wpływ ma nasycenie gleby węglanami (Galstyan, 1974), obecność znacznych ilości soli arsenu, cynku, rtęci, jonów siarczanowych, związków miedzi i boru; wśród związków organicznych znacząco hamują aminy alifatyczne, dehydrofenole i chinony ureaza (Paulson, 1970, Briggsatel., 1951).
Aktywność inwertazy jest jednym z najbardziej stabilnych wskaźników, ujawniającym najwyraźniejsze korelacyjne powiązania z czynnikami wpływającymi. Badania (1966, 1974) wykazały korelację inwertazy z aktywnością innych węglowodanów glebowych.
Aktywność inwertazy badano w wielu glebach i omawiano w kilku pracach poglądowych (Alexandrova, Shmurova, 1975; Kuprevich, Shcherbakova, 1971; Kiss i in., 1971, itp.). Aktywność inwertazy w glebie maleje wzdłuż profilu i koreluje z zawartością próchnicy (Pukhitskaya, Kovrigo, 1974; Galstyan, 1974; Kalatozova, 1975; Kulakovskaya, Stefankina, 1975; Simonyan, 1976; Toth, 1987 i in.). Korelacja z próchnicą może nie występować, jeśli w glebie występuje znaczna zawartość glinu, żelaza i sodu. Ścisły związek aktywności inwertazy z liczbą mikroorganizmów glebowych i ich aktywnością metaboliczną (Mashtakov i in., 1954; Katsnelson, Ershov, 1958; Kozlov, 1964; Chunderova, 1970; Kiss, 1958; Hofinann, 1955 i in.) wskazuje na przewagę w inwertazach glebowych pochodzenia mikrobiologicznego. Jednak taka zależność nie zawsze jest potwierdzona (Nizova, 1970), aktywność inwertazy jest wskaźnikiem znacznie bardziej stabilnym i może nie być bezpośrednio powiązana z wahaniami liczby mikroorganizmów (Ross, 1976).
Według (1974) gleby o ciężkim składzie granulometrycznym charakteryzują się wyższą aktywnością enzymatyczną. Istnieją jednak doniesienia, że inwertaza jest wyraźnie inaktywowana po adsorpcji na minerałach ilastych (Hofmann i in., 1961; Skujins, 1976; Rawald, 1970), a gleby o wysokiej zawartości montmorylonitu mają niską aktywność inwertazy. Zależność aktywności inwertazy od wilgotności i temperatury gleby nie została dostatecznie zbadana, chociaż wielu autorów wyjaśnia zmiany sezonowe aktywność w warunkach hydrotermalnych.
Szczegółowo zbadano wpływ temperatury na potencjalną aktywność inwertazy (1975), ustalając maksimum w temperaturze około 60°C, próg inaktywacji enzymu po podgrzaniu gleby do 70°C i całkowitą inaktywację po trzech godzinach ogrzewania w temperaturze 180°C. °C.
Wielu autorów badało aktywność inwertazy gleb w zależności od rosnących roślin (Samtsevich, Borisova, 1972; Galstyan, 1974, Ross 1976; Cortez i in., 1972 i in.). Rozwój procesu łąkowego, tworzenie się gęstej darni pod poszyciem traw, przyczynia się do wzrostu aktywności inwertazy (Galstyan, 1959). Istnieją jednak badania, w których nie ustalono wpływu roślin na aktywność inwertazy (Konovalova, 1975).
Gleby zawierają duże ilości fosforu w postaci związków organicznych, który pochodzi z obumierających szczątków roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Uwalnianie kwasu fosforowego z tych związków przeprowadza stosunkowo wąska grupa mikroorganizmów, które posiadają specyficzne enzymy fosfatazy (Chimitdorzhieva i in., 2001).
Spośród enzymów metabolizmu fosforu najpełniej zbadano aktywność monofosfoesterazy ortofosforowej (Alexandrova, Shmurova, 1974; Skujins J. J., 1976; Kotelev i in., 1964). Producentami fosfataz są głównie komórki mikroorganizmów glebowych (Krasilnikov i Kotelev, 1957, 1959; Kotelev i in., 1964).
Aktywność fosfatazy gleby zależy od jej cech genetycznych, właściwości fizykochemicznych i poziomu kultury rolniczej. Spośród właściwości fizykochemicznych gleby szczególnie ważna dla aktywności fosfatazy jest kwasowość. Gleby leśne bielicowo-bielicowe i szare, które mają odczyn kwaśny, zawierają głównie fosfatazy kwaśne, w glebach o odczynie lekko zasadowym przeważają fosfatazy zasadowe. Należy zauważyć, że optymalne działanie kwasów kwaśnych
fosfataza znajduje się w strefie słabo kwaśnej, nawet jeśli gleby mają odczyn silnie kwaśny (Khaziev, 1979; Shcherbakov i in., 1983, 1988). Fakt ten potwierdza znaczenie wapnowania gleby kwaśne w celu przyspieszenia hydrolizy złożonych fosforanów organicznych i wzbogacenia gleby w dostępny fosfor.
Zaobserwowany charakterystyczny rozkład fosfataz w glebach w zależności od ich kwasowości wynika ze składu mikroflory. W glebie występują zbiorowiska drobnoustrojów przystosowane do określonych warunków środowiskowych, które wydzielają enzymy aktywne w tych warunkach.
Całkowita aktywność fosfatazowa gleby zależy od zawartości próchnicy i fosforu organicznego, który jest substratem dla enzymu.
Czarnoziemy charakteryzują się najwyższą aktywnością fosfatazy. Na glebach bielicowo-bielicowych i szarych lasach aktywność fosfatazy jest niska. Niska aktywność tych kwaśnych gleb wynika z silniejszej adsorpcji fosfataz przez minerały glebowe. Ze względu na niską zawartość materii organicznej w takich glebach, powierzchnia adsorbcyjna minerałów jest bardziej odsłonięta w porównaniu z czarnoziemami wysokopróchniczymi, gdzie minerały ilaste są pokryte humifikowaną materią organiczną.
Aktywność fosfatazy jest dynamiczna w okresie wegetacyjnym. Podczas aktywnych faz wzrostu roślin wysoka temperatura gleba i wystarczająca wilgotność w miesiącach letnich, aktywność fosfatazy w glebie jest maksymalna (Evdokimova, 1989).
W niektórych glebach stwierdzono korelację aktywności fosfatazy z ogólną liczbą mikroorganizmów (Kotelev i in., 1964; Aliev, Gadzhiev, 1978, 1979; Arutyunyan, 1975, 1977; itd.) oraz liczbą mikroorganizmów mineralizujących substancje organiczne związki fosforu (Ponomareva i in., 1972), w innych – związek pomiędzy aktywnością fosfatazy a liczbą
mikroorganizmów nie zostało ustalone (Ramirez-Martinez, 1989). Wpływ próchnicy objawia się charakterem zmian aktywności enzymatycznej wzdłuż profilu, porównując gleby o różnym stopniu zawartości próchnicy i przeprowadzając zabiegi uprawy gleby (Alexandrova, Shmurova, 1975; Arutyunyan, 1977). Badania wielu autorów wskazują na bezpośrednią zależność aktywności fosfatazowej gleby od zawartości fosforu organicznego w glebie (Gavrilova i in., 1973; Arutyunyan, Galstyan, 1975; Arutyunyan, 1977; i in.).
Rozważmy bardziej szczegółowo ogólne wzorce tworzenia puli fosfatazy w glebie.
Znacząca część całkowitego fosforu w glebie składa się ze związków fosforoorganicznych: kwasów nukleinowych, nukleotydów, fityny, lecytyny itp. Większość związków fosforoorganicznych występujących w glebie nie jest bezpośrednio wchłaniana przez rośliny. Ich wchłanianie poprzedzone jest hydrolizą enzymatyczną prowadzoną przez fosfohydrolazy. Substratami fosfataz glebowych są specyficzne substancje humusowe, do których zalicza się fosfor kwasów huminowych, a także niespecyficzne pojedyncze związki reprezentowane przez kwasy nukleinowe, fosfolipidy i fosfoproteiny oraz fosforany metaboliczne. Te pierwsze kumulują się w glebie w wyniku biogenezy substancji humusowych, te drugie z reguły dostają się do gleby wraz z resztkami roślinnymi i kumulują się w niej jako produkty pośrednich reakcji metabolicznych.
Rola Wyższe rośliny w tworzeniu się puli fosfataz w glebach użytkowanych rolniczo jest mniejsza niż mikroorganizmów i wiąże się głównie z przedostawaniem się do gleby resztek pożniwnych i wydzielin korzeniowych, co potwierdzają dane (1994), który badał w Okres wegetacyjny wpływ różnych roślin uprawnych na aktywność hydrolityczną
i enzymy redoks; fosfatazy, inwertazy, proteazy, ureazy, katalazy przy małej mocy gleba torfowa. Stwierdzono, że aktywność fosfatazy jest w przybliżeniu taka sama pod wszystkimi uprawami: jęczmieniem, ziemniakami i czarnym ugórem i tylko nieznacznie wyższa pod trawami wieloletnimi, podczas gdy aktywność innych enzymów różni się istotnie w zależności od sposobu użytkowania gleby.
(1972) odnotowują wzrost aktywności fosfatazy w ryzosferze pszenicy i roślin strączkowych, co można wiązać zarówno ze wzrostem liczby mikroorganizmów w ryzosferze, jak i z zewnątrzkomórkową aktywnością fosfatazy korzeni. Z agrochemicznego punktu widzenia ważny jest efekt końcowy - wzrost puli enzymatycznej gleby wraz ze wzrostem siły systemów korzeniowych roślin.
Ubytek agrocenoz w roślinach prowadzi do osłabienia efektu ryzosfery, a w konsekwencji do zmniejszenia aktywności fosfatazy glebowej. Podczas uprawy monokulturowej zaobserwowano znaczny spadek aktywności fosfatazowej gleby. Włączenie gleb do płodozmianu stwarza warunki do usprawnienia procesów hydrolitycznych, co prowadzi do zwiększenia metabolizmu związków fosforu. (Evdokimova, 1992)
(1994) badali gleby darniowo-bielicowe powstałe pod wpływem roślinności naturalnej (leśnej). inny skład i określili rozkład aktywności fosfatazy w profilu glebowym, stosunek labilnych i stabilnych form enzymów oraz ich zmienność przestrzenną i czasową. Stwierdzono, że w glebach powstałych pod naturalną roślinnością leśną poziomy genetyczne różnią się aktywnością fosfatazy, której rozmieszczenie w profilu jest ściśle powiązane z zawartością próchnicy. Z danych wynika, że najwyższą aktywność fosfatazy zaobserwowano w warstwie ściółki, następnie kilkukrotnie spadła w warstwie próchniczo-akumulacyjnej i gwałtownie spadła w warstwie gleby
poniżej 20 cm w glebie pod lasem świerkowym (roślinność leśna). Pod roślinnością łąkową rozkład jest nieco inny: maksymalna aktywność w poziomie darni jest 1,5-2 razy mniejsza w poziomie próchniczo-akumulacyjnym, a dalszy znaczny spadek obserwuje się dopiero po 40 - 60 cm. Na podstawie powyższego możemy wnioskują, że maksymalny udział w tworzeniu puli fosfatazy w naturalnej roślinności mają mikroorganizmy i pozostałości roślinne jako substrat, a wydzieliny korzeni i pośmiertne enzymy wewnątrzkomórkowe odgrywają nieco mniejszą rolę;
Intensywność procesów biochemicznych w glebie i poziom jej żyzności zależą zarówno od warunków istnienia organizmów żywych dostarczających do gleby enzymów, jak i od czynników przyczyniających się do wiązania enzymów w glebie i regulujących ich faktyczną aktywność.
1.2. Wpływ metale ciężkie i mikroelementów na aktywność enzymatyczną gleb.
Jednym z obiecujących obszarów wykorzystania aktywności enzymatycznej w diagnostyce jest właściwości biologiczne gleby polega na określeniu poziomu zanieczyszczenia gleby HM.
Metale ciężkie dostające się do gleby w postaci różnych związków chemicznych mogą gromadzić się w niej do wysoki poziom, co stanowi poważne zagrożenie dla normalnego funkcjonowania fauny i flory glebowej. W literaturze zgromadzono wiele danych wskazujących na negatywny wpływ skażenia gleby metalami ciężkimi na faunę i florę glebową. Kiedy równowaga chemiczna w glebie zostaje zakłócona, stresująca sytuacja. Istnieją dowody na to, że wskaźniki biologiczne reagują wcześniej niż agrochemiczne na zmieniające się warunki wpływające na różne właściwości gleby (Lebiediew,
Bibliografia