Metode de determinare a activității enzimelor din diferite clase. Modificări ale activității enzimatice a solului din cauza poluării cu petrol Natura enzimelor solului

Dintre numeroșii indicatori ai activității biologice a solului, enzimele solului sunt de mare importanță. Diversitatea și bogăția lor fac posibilă efectuarea transformărilor biochimice succesive ale reziduurilor organice care intră în sol.

Numele „enzimă” provine din latinescul „fermentum” - fermentație, drojdie. Fenomenul de cataliză nu este încă pe deplin înțeles. Esența acțiunii unui catalizator este de a reduce energia de activare necesară unei reacții chimice, direcționând-o într-un mod obișnuit prin reacții intermediare care necesită mai puțină energie și apar fără catalizator. Datorită acestui fapt, crește și viteza reacției principale.

Sub acțiunea enzimei, legăturile intramoleculare din substrat sunt slăbite din cauza unei anumite deformări a moleculei sale care are loc în timpul formării complexului intermediar enzimă-substrat.

Reacția enzimatică poate fi exprimată prin ecuația generală:

E+S -> ES -> E+P,

adică substratul (S) reacționează reversibil cu enzima (E) pentru a forma un complex enzimă-substrat (ES). Accelerația globală a reacției sub acțiunea enzimei este de obicei 10 10 -10 15.

Astfel, rolul enzimelor este că accelerează semnificativ bio reactii chimiceși să le facă posibile la temperaturi normale normale.

Enzimele, spre deosebire de catalizatorii anorganici, au selectivitate de acțiune. Specificitatea acțiunii enzimelor se exprimă prin faptul că fiecare enzimă acționează numai asupra unei anumite substanțe, sau asupra unui anumit tip de legătură chimică din moleculă. Prin natura lor biochimică, toate enzimele sunt substanțe proteice cu conținut molecular ridicat. Specificitatea siliciilor enzimatice este influențată de ordinea de alternanță a aminoacizilor din acestea. Unele enzime conțin compuși mai simpli pe lângă proteine. De exemplu, diverse enzime oxidative conțin compuși organici de fier. Alții includ cuprul, zincul, manganul, vanadiul, cromul, vitaminele și alți compuși organici.

Clasificarea unificată a enzimelor se bazează pe specificitatea tipului de reacție, iar în prezent enzimele sunt împărțite în 6 clase. În sol, cele mai studiate sunt oxidoreductazele (catalizează procesele de oxidare biologică) și hidrolazele (catalizează scindarea cu adaos de apă). Dintre oxidoreductazele din sol, cele mai frecvente sunt catalaza, dehidrogenazele, fenoloxidazele etc. Ele participă la procesele redox de sinteza componentelor humusului. Dintre hidrolaze, invertaza, ureaza, proteaza și fosfat-Mi sunt cele mai răspândite în sol. Aceste enzime participă la reacțiile de descompunere hidrolitică a compușilor organici cu molecul mare și, prin urmare, joacă un rol important în îmbogățirea solului cu substanțe nutritive care sunt mobile și accesibile plantelor și microorganismelor.

Un număr mare de cercetători au studiat activitatea enzimatică a solurilor. În urma cercetărilor, s-a dovedit că activitatea enzimatică este o caracteristică elementară a solului. Activitatea enzimatică a solului este rezultatul unei combinații de procese de intrare, imobilizare și acțiune a enzimelor în sol. Sursele de enzime ale solului sunt toate materia vie din sol: plante, microorganisme, animale, ciuperci, alge etc. Acumulându-se în sol, enzimele devin o componentă reactivă integrală a ecosistemului. Solul este cel mai bogat sistem în ceea ce privește diversitatea enzimatică și bazinul de enzime. Diversitatea și bogăția enzimelor din sol permit transformări biochimice consistente ale diferitelor reziduuri organice primite.

Enzimele din sol joacă un rol semnificativ în procesele de formare a humusului. Transformarea reziduurilor vegetale și animale în substanțe humice este un proces biochimic complex care implică diverse grupuri de microorganisme, precum și enzime extracelulare imobilizate de sol. S-a descoperit o relație directă între intensitatea humificării și activitatea enzimatică.

De remarcat în mod deosebit este importanța enzimelor în cazurile în care condițiile din sol sunt extreme pentru viața microorganismelor, în special în timpul poluării chimice. În aceste cazuri, metabolismul în sol rămâne într-o anumită măsură neschimbat datorită acțiunii enzimelor imobilizate în sol și, prin urmare, stabile.

Activitatea catalitică maximă a enzimelor individuale este observată într-un interval de pH relativ mic, care este optim pentru ele. Întrucât în ​​natură există soluri cu o gamă largă de reacții de mediu (pH 3,5-11,0), nivelul lor de activitate este foarte diferit.

Cercetările diverșilor autori au stabilit că activitatea enzimelor solului poate servi ca un indicator suplimentar de diagnostic al fertilității solului și al modificărilor acestuia ca urmare a impactului antropic. Utilizarea activității enzimatice ca indicator de diagnostic este facilitată de eroarea experimentală scăzută și stabilitatea ridicată a enzimelor în timpul depozitării probelor.

1.8.4. Activitatea biologică a solului

Atunci când se efectuează biomonitorizarea și biodiagnosticul solurilor, cei mai buni sunt indicatorii activității biologice. Sub biologicactivitate skaya ar trebui să se înțeleagă intensitatea (intensitatea) tuturor proceselor biologice din sol. Ar trebui să se distingă de biogenitatea solului- populaţia solului cu diverse organisme. Activitatea biologică și biogenitatea solului nu coincid adesea una cu alta.

Activitatea biologică a solului este determinată de conținutul total al unei anumite rezerve de enzime din sol, atât eliberate în timpul vieții plantelor și microorganismelor, cât și acumulate în sol după distrugerea celulelor moarte. Activitatea biologică a solurilor caracterizează mărimea și direcția proceselor de transformare a substanțelor și energiei din ecosistemele terestre, intensitatea prelucrării substanțelor organice și distrugerea mineralelor.

Se folosesc următorii indicatori ai activității biologice a solurilor: numărul și biomasa diferitelor grupuri de biote ale solului, productivitatea acestora, activitatea enzimatică a solurilor, activitatea proceselor de bază asociate ciclului elementelor, unele date energetice, cantitatea și viteza. de acumulare de deşeuri ale organismelor din sol.

Datorită faptului că procesele importante și generale efectuate în sol de către toate sau majoritatea organismelor (de exemplu, termogeneza, cantitatea de ATP) sunt practic imposibil de studiat, ele determină intensitatea unor procese mai specifice, cum ar fi eliberarea de CO 2, acumularea de aminoacizi etc.

Indicatorii activității biologice sunt determinați prin diverse metode: microbiologice, biochimice, fiziologice și chimice.

Activitatea biologică a solurilor (și, în consecință, metodele de determinare a acesteia) este împărțită în reală și potențială. Activitatea biologică potențială este măsurată în condiții artificiale care sunt optime pentru ca un anumit proces biologic să aibă loc. Activitatea biologică reală (real, naturală, de câmp) caracterizează activitatea reală a solului în condiții naturale (de câmp). Poate fi măsurat doar direct pe teren.

Metodele de determinare a activității biologice potențiale a solurilor pot servi ca indicatori buni de diagnosticare a fertilității potențiale a solului, gradului de fertilizare, cultivare, eroziune și contaminare cu orice substanțe chimice. Cu toate acestea, atunci când se caracterizează intensitatea proceselor biologice care au loc în condiții naturale, ar trebui să se utilizeze metode pentru a determina activitatea biologică reală, deoarece într-o situație reală factorii limitatori (pH-ul mediului, temperatura, umiditatea etc.) pot limita brusc intensitatea proces și, în ciuda potențialului mare, procesul poate fi foarte lent.

O caracteristică importantă a indicatorilor de activitate biologică a solului este variația lor spațială și temporală semnificativă, ceea ce necesită un număr mare de observații repetate și o prelucrare atentă a variației-statistice la determinarea acestora.

Activitatea biologică a solului este strâns legată de proprietățile sale fizice și chimice, cum ar fi starea humusului, structura, condițiile alcalino-acide, potențialul redox și altele. Trebuie remarcat faptul că proprietățile fizice și chimice caracterizează caracteristicile și proprietățile acumulate relativ conservatoare ale solurilor.

Pentru a identifica consecințele negative ale impactului antropic, se utilizează monitorizarea acoperirii solului. Fenomenele de degradare afectează în primul rând obiectele biologice, reducând activitatea biologică și, în cele din urmă, fertilitatea. Prin urmare, utilizarea metodelor de diagnostic biologic face posibilă determinarea consecințelor negative ale impactului antropic în stadiile incipiente. Acest lucru este valabil mai ales pentru diagnosticarea diferiților contaminanți.

Indicatorii biologici au o serie de avantaje față de alții. În primul rând, este sensibilitatea și receptivitatea ridicate la influențele externe, în al doilea rând, ele fac posibilă monitorizarea proceselor negative în stadiile incipiente ale procesului și, în al treilea rând, numai după ele se pot judeca efectele care nu modifică semnificativ compoziția materială a solurilor.

(contaminare radioactivă și biocidă). Dezavantajele semnificative includ variabilitatea spațială și temporală mare.

În prezent, a fost elaborat un set mare de indicatori biologici care determină capacitatea solului de a asigura plantelor factori de viață, adică determină fertilitatea potențială a solurilor și se corelează cu productivitatea.

Scopul lucrării este de a determina activitatea biologică a solurilor la distanțe diferite de drum folosind patru sisteme enzimatice: dehidrogenaze, catalaze, invertază, urază.

Concepte de bază

Metodele enzimologice ale solului fac posibilă determinarea nu a conținutului cantitativ al enzimelor din sol, ci a activității enzimelor care sunt predominant în stare adsorbită (imobilizată) pe suprafața coloizilor din sol și parțial în soluția solului.

Principiul metodei de determinare a activității enzimelor solului se bazează pe luarea în considerare a cantității de substrat prelucrat în timpul procesului de reacție sau a produsului de reacție rezultat în condiții optime de temperatură, pH și concentrație de substrat.

Enzimele aparținând clasei oxidoreductazelor catalizează reacțiile redox care joacă un rol principal în procesele biochimice din celulele organismelor vii, precum și din sol. Cele mai comune oxido-reductaze din sol sunt catalaza și dehidrogenazele, a căror activitate este un indicator important al genezei solului.

Catalaza descompune peroxidul de hidrogen, care este toxic pentru celule, în apă și oxigen molecular, care se formează în timpul respirației organismelor vii ca urmare a diferitelor reacții biochimice de oxidare a substanțelor organice.

Activitatea catalazei este determinată prin metoda gazometrică pe baza volumului de oxigen eliberat, pe baza măsurării vitezei de descompunere a peroxidului de hidrogen în timpul interacțiunii sale cu solul.

Dehidrogenazele sunt enzime care participă la procesul de respirație prin îndepărtarea hidrogenului din substraturile oxidabile. Unele dehidrogenaze transferă hidrogenul direct la oxigenul molecular, altele - la unii acceptori, de exemplu, la chinone și albastru de metilen.

Pentru a determina activitatea dehidrogenazei, sărurile incolore de tetrazoliu (clorura de 2,3,5-trifeniltetrazoliu (TTC), care sunt reduse la compuși formazan roșu (trifenilformazan (TFF)) sunt utilizate ca acceptor de hidrogen.

Hidrolazele efectuează reacții de hidroliză a unei varietăți de compuși organici complecși, acționând asupra diferitelor legături: ester, glucozid, amidă, peptidă etc. Această clasă include enzimele invertază, urază etc., a căror activitate este un indicator important al biologic activitatea solurilor și este utilizat pe scară largă pentru evaluarea impactului antropic.

Invertaza acționează asupra legăturii p-fructofuranozide în zaharoză, rafinoză și stachyoe și descompune zaharoza în cantități echimolare de glucoză și fructoză.

Determinarea fotocolorimetrică a activității invertazei se bazează pe luarea în considerare a zaharurilor reducătoare formate în timpul descompunerii zaharozei.

Descompunerea compușilor organici azotați are loc cu participarea directă a enzimelor extracelulare. Amoniacul format în timpul activității ureazei servește ca sursă de nutriție a plantelor.

Uraza catalizează hidroliza ureei. Produșii finali ai hidrolizei sunt amoniacul și dioxidul de carbon. Ureea intră în sol ca parte a reziduurilor vegetale, gunoi de grajd și ca îngrășământ cu azot; se formeaza si in sol ca produs intermediar in procesul de transformare a compusilor organici azotati - proteine ​​si acizi nucleici.

Determinarea activității catalazei

Echipamente și reactivi:

Sistem pentru gazometrie (Fig. 8); soluţie 10% de H2O2; CaCO e.

Orez. 8 - Instalatie pentru determinarea gazometrica a activitatii catalazei in probe de sol:

1 - balon, 2 - biuretă, 3 - adaptor, 4 - bec cu apă

Comanda de lucru

1. Se adaugă 1 g de pământ cernut într-un balon de 100 cm 3 , se adaugă 0,5 g de CaCO 3 .

2. Cu o pensetă, puneți cu grijă pe fund un pahar mic cu 1,7 cm 3 de soluție de peroxid de hidrogen 10%.

3. Umeziți o probă de sol cu ​​4 cm 3 de apă distilată.

4. Închideți ermetic balonul cu un dop de cauciuc cu un tub conectat la biuretă cu cauciuc cu pereți groși printr-un T echipat cu o clemă. Biureta comunică cu becul. Biureta și becul sunt umplute cu apă. Nivelul apei din ele este echilibrat, iar parul este fixat la o anumită înălțime.

5. Se marchează începutul experimentului cu un cronometru în momentul în care vasul cu peroxid de hidrogen este răsturnat, iar după aceasta se agită conținutul balonului. Agitarea amestecului trebuie continuată pe tot parcursul experimentului, fără a atinge direct fundul balonului cu mâinile. Oxigenul eliberat înlocuiește apa din biuretă, al cărei nivel este notat.

6. Cantitatea de oxigen molecular eliberată se ia în considerare timp de 1 minut la o temperatură de 18-20 0 C.

7. Activitatea catalazei este exprimată în volumul (cm 3) de oxigen eliberat la 1 g de sol pe minut. Eroare de determinare până la 5%.

8. Efectuați proceduri similare cu toate probele de sol.

9. Conform tabelului. 15 se evaluează gradul de saturaţie cu catalază a solurilor studiate .

Masă 15 ‑ Scala de evaluare a gradului de îmbogățire a solului cu enzime

Determinarea activității dehidrogenazei

Instrumente, vase, reactivi:

Fotocolorimetru; hârtie milimetrică; soluție de glucoză 0,1 M; Soluție 1% de clorură de 2,3,5-trifeniltetrazoliu (TTC); CaC03; etanol; trifenilformazan (TFF).

Comanda de lucru

1. Puneți 1 g de pământ uscat la aer din fiecare probă în eprubete, adăugați 10 mg (la vârful unei spatule) de CaCO3, 1 cm3 de soluție de glucoză 0,1 M și 1 cm3 de soluție de TTX 1%; Se amestecă bine conținutul fiecărei eprubete.

2. Puneți eprubetele într-un anaerostat și pompați aerul cu o pompă la un vid de 10-12 mm Hg. Artă. în 2-3 minute. Se incubează apoi la 30 0 C timp de 24 de ore.

3. După timpul de incubare, se extrage conținutul tuburilor în 3-4 doze de 25 cm 3 de alcool etilic. Pentru a face acest lucru, adăugați un volum mic de alcool într-o eprubetă și agitați timp de 5 minute până când apare o culoare roșie. Se lasă să se depună și se filtrează lichidul din subsol printr-un filtru de hârtie. Adăugați următoarea porție de alcool în eprubetă.

4. Colorimetrați soluția de formazan colorată rezultată utilizând un FEC cu filtru albastru (500-600 nm).

5. Calculați cantitatea de formazan în miligrame folosind curba standard. Pentru a face acest lucru, pregătiți o soluție standard de formazan în alcool etilic la o concentrație de 0,1 mg per 1 cm3. Pregătiți soluții de lucru pentru întocmirea curbei prin diluarea soluției standard (aproximativ 5 puncte). Desenați o curbă standard pe hârtie milimetrică în sistem: densitate optică la o lungime de undă de 500-600 nm - concentrația de formazan în alcool.

6. Calculați activitatea dehidrogenazei. Conform tabelului 15 se evaluează gradul de saturaţie cu dehidrogenază a solurilor studiate.

Prelucrarea datelor

Activitatea dehidrogenazei (X) este exprimată în miligrame de TPP la 10 g de sol pe zi, conform formulei:

unde V este volumul total de filtrat, 25 cm3;

10 - factor de conversie pentru greutatea solului, g;

v este produsul volumelor de substrat și reactiv, 1 cm3;

A - cantitatea de TPP obţinută din curba de calibrare, mg/cm3. Eroarea de determinare este de până la 8%.

Determinarea activității invertazei

Instrumente, vase, reactivi:

Fotocolorimetru; soluție de zaharoză 5%; tampon acetat (pH 4,7); toluen; Soluția Felling: a - 40 g CuSO 4 × 5H 2 O dizolvate în apă și ajustate la 1 dm 3, filtrate printr-un filtru de hârtie, b - 200 g sare Rochelle (C 4 H 4 O 6 KNa × 4H 2 O) dizolvată în apă distilată, se adaugă 150 g de KOH și se ajustează la 1 dm 3

Comanda de lucru

1. Se pun 5 g din fiecare probă de sol în baloane cu o capacitate de 50 cm 3, se adaugă 10 cm 3 dintr-o soluție de zaharoză 5%, 10 ml tampon acetat (pH 4,7) și 5-6 picături de toluen.

2. Sigilați baloanele cu dopuri, agitați, puneți într-un termostat la o temperatură de 30 0 C timp de 24 de ore și agitați-le periodic.

3. După incubare, se filtrează conținutul baloanelor în baloane cotate de 25 cm 3 . Adu la punct.

4. Din filtrate, se iau 6 cm 3 în eprubete mari, se adaugă 3 cm 3 dintr-o soluție de sare Rochelle și 3 cm 3 dintr-o soluție de sulfat de cupru, se amestecă bine și se fierbe într-o baie de apă timp de 10 minute. Se obține un precipitat roșu.

5. Răciți eprubetele cu soluția în apă, filtrați conținutul în eprubete mari. Colorimetrul filtratului transparent utilizând FEC folosind un filtru de lumină cu o lungime de undă de 630 nm, lățimea cuvei 1 cm.

6. Pentru a obține o curbă de calibrare, se prepară o soluție standard: 6 mg glucoză la 1 cm3. Se prepară o serie de soluții prin diluare. Fotocolorimetru și trasează o curbă: densitate optică - concentrație de glucoză în 1 cm 3.

7. Calculați activitatea din tabel. 15 se evaluează gradul de saturație a solurilor studiate cu invertază.

Prelucrarea datelor

Activitatea invertazei (X) este exprimată în miligrame de glucoză per 1 g de sol pe 24 de ore, conform formulei:

unde A este cantitatea de glucoză obţinută din curba de calibrare din densitatea optică, mg/cm3;

m - proba de sol, 5 g;

V - volum total de filtrat, 25 cm3;

v - volumul de filtrat prelevat pentru analiză, 6 cm3.

Eroare de determinare - până la 5%.

Determinarea activității ureazei a solurilor

Instrumente, vase, reactivi:

Fotocolorimetru; Soluție de uree 2% în tampon fosfat (pH = 6,7); 50% soluție de sare Rochelle; soluţie 50% de CCl3COOH (acid tricloracetic); soluție 1% de KS1; reactiv Nessler; soluție standard NH 4 C1.

Comanda de lucru

1. Se pun 5 g de pământ uscat la aer în baloane cu o capacitate de 100 cm 3, se adaugă 20 cm 3 dintr-o soluție de uree 2% în tampon fosfat (pH 6,7) și 200 μl de toluen.

2. Închideți ermetic baloanele și puneți într-un termostat la o temperatură de 37 0 C timp de 4 ore.

3. După expunere, se adaugă 1 cm 3 de soluție de acid tricloracetic 50%.

4. Pentru a înlocui amoniacul absorbit din sol, adăugați 50 cm 3 1 N. soluție de clorură de potasiu.

5. Filtrați conținutul baloanelor.

6. Se pun 2 cm 3 din filtrat în baloane cotate cu un volum de 50 cm 3, se diluează cu apă la 30 cm 3, apoi se adaugă 2 cm 3 dintr-o soluție de sare Rochelle 50% și 2 cm 3 de reactiv Nessler. Se umple baloanele cu apă până la semn, se amestecă și se colorează soluția colorată la o lungime de undă de 400 nm.

8. Calculați activitatea ureazei.

9. Conform tabelului. 15 se apreciază gradul de saturaţie cu urează a solurilor studiate.

Prelucrarea datelor

Activitatea ureazei (X) este exprimată în miligrame de N-NH4 per 1 g de sol în 4 ore, conform formulei:

V - volum total de filtrat, 50 cm3;

m - probă de sol, 5 g.

Întrebări pentru auto-studiu:

1. Ce este activitatea catalazei?

2. Definiți activitatea invertazei.

3. Descrieți activitatea ureazei.

4. Ce este un amestec tampon?

5. Principiul și esența metodei de determinare a activității enzimelor din sol.

6. Metodologia de recoltare a probelor de sol.

APLICAȚII

Tabelul 1 - Lista aproximativă de organisme - indicatori de saprobitate

Tabelul 2 - Scala de frecvență pentru transformarea organismelor în 100 de câmpuri pe frecvență

Aplicație

Tabel 13. Conversia rezultatelor contabile cantitative în valori de frecvență

Aplicație

Exemplu de calcul al saprobității

Exemplu: râu sub oraș. Data ________________ Comunitate: murdar.

Sh p =3; Sh a =15; Sh β =23.

S=S(sh)/(Sh)-103/41=2,51/

Calculul erorii:

Intervalul de acuratețe pentru fiabilitatea statistică este de 95%.

S=s±t 0,05 s S =2,51±2,02×0,1;

Informații conexe.

Activitatea enzimatică a solurilor [din lat. Fermentum - drojdie] - capacitatea solului de a manifesta un efect catalitic asupra proceselor de transformare a compușilor organici și minerali exogeni și proprii datorită enzimelor prezente în acesta. Când se caracterizează activitatea enzimatică a solurilor, ne referim la indicatorul de activitate totală. Activitatea enzimatică a diferitelor soluri nu este aceeași și este asociată cu caracteristicile lor genetice și cu un complex de factori de mediu care interacționează. Nivelul activității enzimatice a solurilor este determinat de activitatea diferitelor enzime (invertază, proteaze, urază, dehidrogenaze, catalaze, fosfataze), exprimată prin cantitatea de substrat descompus pe unitatea de timp la 1 g de sol.

Activitatea biocatalitică a solurilor depinde de gradul de îmbogățire a acestora cu microorganisme și de tipul de sol. Activitatea enzimelor variază de-a lungul orizontului genetic, care diferă prin conținutul de humus, tipuri de reacții, potențial redox și alți indicatori de profil.

În solurile de pădure virgine, intensitatea reacțiilor enzimatice este determinată în principal de orizonturile așternutului forestier, iar în solurile arabile - de straturile arabile. Toate orizonturile genetice mai puțin active din punct de vedere biologic situate sub orizonturile A sau Ap au activitate enzimatică scăzută. Activitatea lor crește ușor odată cu cultivarea solului. După dezvoltarea solurilor forestiere pentru teren arabil, activitatea enzimatică a orizontului arabil format în comparație cu așternutul forestier scade brusc, dar pe măsură ce este cultivat crește și în solurile foarte cultivate se apropie sau depășește indicatorii așternutului forestier.

Activitatea enzimatică reflectă starea de fertilitate a solului și modificările interne care au loc în timpul utilizării în agricultură și creșterea nivelului culturii agricole. Aceste modificări sunt depistate atât cu implicarea solurilor virgine și forestiere în cultură, cât și prin diverse metode de utilizare a acestora.

În toată Belarus, până la 0,9 t/ha de humus se pierde anual în solurile arabile. Ca urmare a eroziunii, 0,57 t/ha de humus sunt eliminate iremediabil din câmpuri în fiecare an. Motivele dezumificării solului sunt mineralizarea sporită a solului materie organică, procesele întârziate de formare de nou humus din mineralizare din cauza aprovizionării insuficiente cu îngrășăminte organice a solului și a scăderii activității enzimatice a solului.

Transformările biochimice ale materiei organice din sol apar ca urmare a activității microbiologice sub influența enzimelor. activitate enzimatică microorganism al solului

Enzimele joacă un rol deosebit în viața animalelor, plantelor și microorganismelor. Enzimele solului sunt implicate în descompunerea reziduurilor vegetale, animale și microbiene, precum și în sinteza humusului. Ca rezultat, nutrienții sunt transferați din compuși greu de digerat în forme ușor accesibile pentru plante și microorganisme. Enzimele se caracterizează prin activitate ridicată, specificitate strictă de acțiune și dependență mare de diverse conditii mediu extern. Datorită funcției lor catalitice, ele asigură apariția rapidă a unui număr imens de reacții chimice în organism sau în afara acestuia.

Împreună cu alte criterii, activitatea enzimatică a solului poate servi ca un indicator de diagnostic fiabil pentru determinarea gradului de cultivare a solului. Ca rezultat al cercetării 4, p. 91 a stabilit o relație între activitatea proceselor microbiologice și enzimatice și implementarea măsurilor care cresc fertilitatea solului. Cultivarea și fertilizarea solului modifică semnificativ condițiile ecologice de dezvoltare a microorganismelor.

În prezent, câteva mii de enzime individuale au fost descoperite în obiecte biologice, iar câteva sute dintre ele au fost izolate și studiate. Se știe că o celulă vie poate conține până la 1000 de enzime diferite, fiecare dintre acestea accelerând una sau alta reacție chimică.

Interesul pentru utilizarea enzimelor se datorează și faptului că cerințele pentru creșterea siguranței proceselor tehnologice sunt în continuă creștere. Prezente în toate sistemele biologice, fiind atât produse, cât și instrumente ale acestor sisteme, enzimele sunt sintetizate și funcționează în condiții fiziologice (pH, temperatură, presiune, prezența ionilor anorganici), după care sunt ușor excretate, fiind descompuse în aminoacizi. Atât produsele, cât și deșeurile din majoritatea proceselor enzimatice sunt netoxice și ușor degradabile. În plus, în multe cazuri, enzimele utilizate în industrie sunt produse într-o manieră prietenoasă cu mediul. Enzimele se disting de catalizatorii nebiologici nu numai prin siguranța și capacitatea crescută de a se biodegrada, ci și prin specificitatea lor de acțiune, condiții blânde reacții și eficiență ridicată. Eficiența și specificitatea acțiunii enzimelor fac posibilă obținerea de produse țintă cu randament ridicat, ceea ce face ca utilizarea enzimelor în industrie să fie profitabilă din punct de vedere economic. Utilizarea enzimelor ajută la reducerea consumului de apă și energie în procese tehnologice, reduce emisiile de CO2 în atmosferă, reduce riscul de poluare a mediului prin produse secundare ale ciclurilor tehnologice.

Utilizarea tehnologiei agricole avansate poate schimba într-o direcție favorabilă procesele microbiologice ale straturilor de sol nu numai arabile, ci și subarabile.

Cu participarea directă a enzimelor extracelulare, compușii organici din sol se descompun. Astfel, enzimele proteolitice descompun proteinele în aminoacizi.

Uraza descompune ureea în CO2 și NH3. Amoniacul și sărurile de amoniu rezultate servesc ca sursă de nutriție cu azot pentru plante și microorganisme.

Invertaza și amilaza sunt implicate în descompunerea carbohidraților. Enzimele grupului fosfat descompun compușii organofosforici în sol și joacă un rol important în regimul fosfat al acestuia din urmă.

Pentru a caracteriza activitatea enzimatică generală a solului, se folosesc de obicei cele mai comune enzime caracteristice marii majorități a microflorei solului - invertază, catalază, protează și altele.

În condiţiile republicii noastre s-au făcut multe studii 16, p. 115 privind studierea modificărilor nivelului fertilității și activității enzimatice a solurilor în timpul impact antropic, cu toate acestea, datele obținute nu oferă un răspuns exhaustiv la natura modificărilor din cauza dificultății de a compara rezultatele din cauza diferențelor de condiții experimentale și de metode de cercetare.

În acest sens, căutarea solutie optima Problema îmbunătățirii stării de humus a solului și a activității sale enzimatice în condiții edoclimatice specifice, bazată pe dezvoltarea unor metode de economisire a resurselor de cultivare de bază a solului și utilizarea rotațiilor de culturi de protecție a solului care ajută la conservarea structurii, prevenirea solului. compactarea și îmbunătățirea stării lor de calitate și restabilirea fertilității solului la costuri minime este foarte relevantă.

Enzimele sunt catalizatori ai reacțiilor chimice de natură proteică, caracterizate prin acțiune specifică în raport cu cataliza anumitor reacții chimice. Sunt produse ale biosintezei tuturor organismelor vii din sol: lemnoase și plante erbacee, mușchi, licheni, alge, microorganisme, protozoare, insecte, nevertebrate și vertebrate, reprezentate în mediul natural de anumite agregate - biocenoze.

Biosinteza enzimelor în organismele vii se realizează datorită factorilor genetici responsabili de transmiterea ereditară a tipului de metabolism și variabilitatea adaptativă a acestuia. Enzimele sunt aparatul de lucru prin care se realizează acțiunea genelor. Ele catalizează mii de reacții chimice în organisme, care în cele din urmă alcătuiesc metabolismul celular. Datorită acestora, reacțiile chimice din organism au loc cu viteză mare.

În prezent, sunt cunoscute peste 900 de enzime. Ele sunt împărțite în șase clase principale.

1. Oxireductazele care catalizează reacțiile redox.

2. Transferaze care catalizează reacții de transfer intermolecular al diferitelor grupări chimice și reziduuri.

3. Hidrolaze care catalizează reacţiile de scindare hidrolitică a legăturilor intramoleculare.

4. Liazele care catalizează reacții de adăugare a grupărilor la duble legături și reacții inverse de abstractizare a unor astfel de grupări.

5. Izomeraze care catalizează reacţiile de izomerizare.

6. Ligaze care catalizează reacții chimice cu formarea de legături datorate ATP (acid adenozin trifosforic).

Când organismele vii mor și putrezesc, unele dintre enzimele lor sunt distruse, iar unele, intră în sol, își păstrează activitatea și catalizează multe reacții chimice ale solului, participând la procesele de formare a solului și la formarea unei caracteristici calitative a solurilor - fertilitatea. . În diferite tipuri de soluri sub anumite biocenoze, s-au format propriile lor complexe enzimatice, care diferă în activitatea reacțiilor biocatalitice.

V.F Kuprevich și T.A Shcherbakova (1966) notează că o caracteristică importantă a complexelor enzimatice ale solului este ordinea acțiunii grupurilor existente de enzime, care se manifestă prin faptul că acțiunea simultană a unui număr de enzime reprezentând diferite grupuri. ; sunt excluse formarea și acumularea de compuși prezenți în exces în sol; excesul de compuși simpli mobili acumulați (de exemplu, NH3) sunt legați temporar într-un fel sau altul și trimiși în cicluri care culminează cu formarea de compuși mai mult sau mai puțin complecși. Complexele enzimatice sunt sisteme echilibrate de autoreglare. În aceasta, rolul principal îl au microorganismele și plantele, care reînnoiesc constant enzimele solului, deoarece multe dintre ele sunt de scurtă durată. Numărul de enzime este judecat indirect după activitatea lor în timp, care depinde de natura chimica substanţelor care reacţionează (substrat, enzimă) şi asupra condiţiilor de interacţiune (concentraţia componentelor, pH, temperatură, compoziţia mediului, acţiunea activatorilor, inhibitorilor etc.).

Acest capitol discută participarea la unele procese chimice ale solului a enzimelor din clasa hidrolazelor - activitatea invertazei, ureazei, fosfatazei, proteazei și din clasa oxireductazelor - activitatea catalazei, peroxidazei și polifenoloxidazei, care sunt de mare importanță în transformarea substanțelor organice care conțin azot și fosfor, a substanțelor glucide și în procesele de formare a humusului. Activitatea acestor enzime este un indicator semnificativ al fertilităţii solului. În plus, activitatea acestor enzime în solurile forestiere și arabile de diferite grade de cultivare va fi caracterizată folosind exemplul solurilor sod-podzolice, pădure cenușie și gazon-carbonat.

CARACTERISTICI ALE ENZIMELOR SOLULUI

Invertaza - catalizează reacțiile de descompunere hidrolitică a zaharozei în cantități echimolare de glucoză și fructoză, afectează și alți carbohidrați cu formarea de molecule de fructoză - un produs energetic pentru viața microorganismelor, catalizează reacțiile fructozei transferazei. Studiile efectuate de mulți autori au arătat că activitatea invertazei mai bine decât alte enzime reflectă nivelul de fertilitate și activitatea biologică a solurilor.

Uraza catalizează descompunerea hidrolitică a ureei în amoniac și dioxid de carbon. În legătură cu utilizarea ureei în practica agronomică, trebuie avut în vedere faptul că activitatea ureazei este mai mare în solurile mai fertile. Crește în toate solurile în perioadele de cea mai mare activitate biologică - în iulie - august.

Fosfataza (alcalină și acidă) - catalizează hidroliza unui număr de compuși organofosforici cu formarea de ortofosfat. Activitatea fosfatazei este invers legată de furnizarea de fosfor mobil către plante, deci poate fi folosită ca un indicator suplimentar atunci când se stabilește necesitatea de aplicare a îngrășămintelor cu fosfor pe sol. Cea mai mare activitate a fosfatazei este în rizosfera plantelor.

Proteazele sunt un grup de enzime cu participarea cărora proteinele sunt descompuse în polipeptide și aminoacizi, apoi sunt supuse hidrolizei în amoniac, dioxid de carbon și apă. În acest sens, proteazele sunt de cea mai mare importanță în viața solului, deoarece sunt asociate cu modificări ale compoziției componentelor organice și ale dinamicii formelor de azot asimilabile plantelor.

Catalaza - ca urmare a acțiunii sale de activare, peroxidul de hidrogen, toxic pentru organismele vii, este împărțit în apă și oxigen liber. Vegetația are o mare influență asupra activității catalazei a solurilor minerale. De regulă, solurile de sub plante cu un sistem radicular puternic și adânc pătrunzător se caracterizează printr-o activitate ridicată a catalazei. Particularitatea activității catalazei este că se modifică puțin în profil și are o relație inversă cu umiditatea solului și o relație directă cu temperatura.

Polifenol oxidaza și peroxidaza - joacă un rol important în procesele de formare a humusului în sol. Polifenol oxidaza catalizează oxidarea polifenolilor la chinone în prezența oxigenului liber atmosferic. Peroxidaza catalizează oxidarea polifenolilor în prezența peroxidului de hidrogen sau a peroxizilor organici. În acest caz, rolul său este de a activa peroxizii, deoarece au un efect oxidant slab asupra fenolilor. Apoi, condensarea chinonelor cu aminoacizi și peptide poate avea loc pentru a forma o moleculă primară de acid humic, care ulterior poate deveni mai complexă din cauza condensărilor repetate (Kononova, 1963).

S-a remarcat (Chunderova, 1970) că raportul dintre activitatea polifenol oxidazei (S) și activitatea peroxidazei (D), exprimat ca procent (), este legat de acumularea de humus în sol, prin urmare această valoare este numit coeficientul condiționat de acumulare de humus (K). În solurile arabile, slab cultivate din Udmurtia, pentru perioada mai-septembrie a fost: în sol sodio-podzolic - 24%, în pădure gri sol podzolizat - 26% și în sol sodio-carbonat - 29%.

PROCESE ENZIMATIVE ÎN SOLURI

Activitatea biocatalitică a solurilor este în acord semnificativ cu gradul de îmbogățire a acestora în microorganisme (Tabelul 11), depinde de tipul de sol și variază de-a lungul orizontului genetic, ceea ce este asociat cu particularitățile modificărilor conținutului de humus, reacție, Potențialul bou și alți indicatori de-a lungul profilului.

În solurile de pădure virgine, intensitatea reacțiilor enzimatice este determinată în principal de orizonturile așternutului forestier, iar în solurile arabile - de straturile arabile. Atât în ​​unele, cât și în alte soluri, toate orizonturile genetice mai puțin active din punct de vedere biologic situate sub orizonturile A sau A p au activitate enzimatică scăzută, care se modifică ușor într-o direcție pozitivă odată cu cultivarea solului. După dezvoltarea solurilor forestiere pentru teren arabil, activitatea enzimatică a orizontului arabil format în comparație cu așternutul forestier se dovedește a fi puternic redusă, dar pe măsură ce este cultivată crește și la speciile foarte cultivate se apropie sau depășește indicatorii de gunoiul pădurii.

11. Comparația conținutului de biogen și a activității enzimatice a solurilor din Uralul Mijlociu (Pukhidskaya, Kovrigo, 1974)

Activitatea reacțiilor biocatalitice în sol se modifică. Este cel mai scăzut primăvara și toamna și, de obicei, cel mai ridicat în iulie-august, ceea ce corespunde dinamicii cursului general al proceselor biologice din sol. Cu toate acestea, în funcție de tipul de sol și de localizarea sa geografică, dinamica proceselor enzimatice este foarte diferită.

Testați întrebări și sarcini

1. Ce compuși se numesc enzime? Care sunt producția și semnificația lor pentru organismele vii? 2. Numiți sursele enzimelor din sol. Ce rol joacă enzimele individuale în procesele chimice ale solului? 3. Prezentați conceptul de complex fermentativ al solurilor și funcționarea acestuia. 4. Oferiți o descriere generală a cursului proceselor enzimatice în solurile virgine și arabile.

Introducere...3

1. Revizuirea literaturii...5

1.1 Conceptul de activitate enzimatică a solurilor...5

1.2 Efectul metalelor grele asupra activității enzimatice

1.3. Influenţa agrochimicelor asupra activităţii enzimatice a solurilor...23

2. Partea experimentală...32

2.1 Obiecte, metode și condiții de cercetare...32

2.2. Influența fondurilor agrochimice asupra activității enzimatice a solului sod-podzolic contaminat cu plumb...34

2.2.1. Caracteristicile agrochimice ale solului contaminat cu plumb și conținutul acestuia în solul experimentului...34

2.2.2. Influența fondurilor agrochimice asupra randamentului culturilor de cereale de primăvară în faza de captură pe sol contaminat cu plumb...41

2.2.3. Influenţa fondurilor agrochimice asupra activităţii enzimatice a solului contaminat cu plumb...43

2.3. Influența fondurilor agrochimice asupra activității enzimatice a solului sod-podzolic contaminat cu cadmiu...54

2.3.1. Caracteristicile agrochimice ale solului contaminat cu cadmiu și conținutul acestuia în solul experimentului...54

2.3.2. Influența fondurilor agrochimice asupra randamentului culturilor de cereale de primăvară în faza de captură pe sol contaminat cu cadmiu...60

2.3.3. Influenţa fondurilor agrochimice asupra activităţii enzimatice a solului contaminat cu cadmiu...62

2.4. Influența fondurilor agrochimice asupra activității enzimatice a solului sod-podzolic contaminat cu zinc...69

2.4.1. Caracteristicile agrochimice ale solului contaminat cu zinc și conținutul acestuia în sol experimental...69

2.4.2. Influența fondurilor agrochimice asupra randamentului culturilor de cereale de primăvară în faza de captură pe sol contaminat cu zinc...75

2.4.3. Influența mediilor agrochimice asupra activității enzimatice

sol contaminat cu zinc...76

2.5. Influența fondurilor agrochimice asupra activității enzimatice a solului sod-podzolic contaminat cu cupru...82

2.5.1. Caracteristicile agrochimice ale solului cu contaminare cu cupru și conținutul acestuia în solul experimentului...83

2.5.2. Influența fondurilor agrochimice asupra randamentului culturilor de cereale de primăvară în faza de captură pe sol contaminat cu cupru...89

2.5.3. Influența mediilor agrochimice asupra activității enzimatice

sol contaminat cu cupru...90

Concluzie...96

Concluzii...99

Referințe...101

Aplicație

Introducere

Introducere.

Utilizarea agrochimicelor în agroecosistem este cea mai importantă condiție dezvoltarea agriculturii moderne. Acest lucru este dictat de necesitatea de a menține și îmbunătăți nivelul de fertilitate a solului și, ca urmare, de a obține recolte mari și stabile.

Produsele agrochimice efectuează o serie intreaga funcții ecologice în agrocenoză (Mineev, 2000). Una dintre cele mai importante funcții ale agrochimiei este reducerea consecințelor negative ale poluării tehnologice locale și globale a agroecosistemelor cu metale grele (HM) și alte elemente toxice.

Agrochimicele reduc impactul negativ al HM în mai multe moduri, inclusiv inactivarea lor în sol și întărirea funcțiilor de barieră fiziologică ale plantelor care împiedică intrarea HM în ele. Dacă există multe informații în literatura de specialitate cu privire la problema inactivării HM în sol (Ilyin, 1982 etc., Obukhov, 1992, Alekseev, 1987 etc.), atunci există doar câteva studii privind întărirea barierei funcțiile plantelor. Datorită întăririi funcțiilor de barieră fiziologică sub influența agrochimicelor, semnificativ mai puține HM intră în plante atunci când sunt aceleași în medii agrochimice diferite (Solovieva, 2002). Întărirea funcțiilor de barieră este însoțită de optimizarea nutriției plantelor și, ca urmare, de îmbunătățirea situației biologice a solului.

Această funcție ecologică, și anume îmbunătățirea activității biologice și a structurii comunității microbiene a solului contaminat cu metale grele sub influența agrochimicelor, nu are încă suficientă justificare experimentală.

Se știe că unii indicatori ai activității biologice atunci când apare o situație stresantă în sol se schimbă mai devreme

alte caracteristici ale solului, de exemplu, cele agrochimice (Zvyagintsev, 1989, Lebedeva, 1984). Activitatea enzimatică a solului este un astfel de indicator. Numeroase studii au stabilit impactul negativ al metalelor grele asupra activității enzimelor. În același timp, se știe că substanțele agrochimice au un efect protector asupra activității enzimatice a solului. Am încercat să luăm în considerare această problemă în ansamblu și să stabilim dacă proprietățile de protecție a mediului ale substanțelor agrochimice se manifestă în raport cu activitatea enzimatică a solului atunci când este poluat cu metale biogene și abiogene. Acest aspect al substanțelor agrochimice poate fi detectat numai dacă există aceeași cantitate de metale grele în diferite variante ale experimentului, iar acest lucru este posibil doar cu aceiași indicatori de aciditate a solului. Nu am putut găsi astfel de date experimentale în literatură.

1. RECENZIE DE LITERATURA

1.1. Conceptul de activitate enzimatică a solurilor.

Toate procesele biologice asociate cu transformarea substanțelor și energiei din sol se desfășoară cu ajutorul enzimelor, care joacă un rol important în mobilizarea nutrienților plantelor, precum și în determinarea intensității și direcției celor mai importante procese biochimice asociate. cu sinteza și descompunerea humusului, hidroliza compușilor organici și regimul redox al solului (1976; 1979 etc.).

Formarea și funcționarea activității enzimatice a solului este un proces complex și multifactorial. Conform conceptului sistem-ecologic, reprezintă unitatea proceselor determinate de mediu de intrare, stabilizare și manifestare a activității enzimatice în sol (Khaziev, 1991). Aceste trei legături sunt definite ca blocuri de producție, imobilizare și acțiune a enzimelor (Khaziev, 1962).

Enzimele din sol sunt produse metabolice ale biocenozei solului, dar opinii despre contribuție diverse componenteîn acumularea lor sunt contradictorii. O serie de cercetători (Kozlov, 1964, 1966, 1967; Krasilnikov, 1958; și alții) consideră că rolul principal în îmbogățirea solului cu enzime aparține secrețiilor rădăcinilor plantelor, altele (Katsnelson, Ershov, 1958 etc.) - la animalele din sol, în timp ce majoritatea (Galstyan, 1963; Peive, 1961; Zvyagintsev, 1979; Kozlov, 1966; Drobnik, 1955; Hofmann, Seegerer, 1951; Seegerer, 1953; Hofmann, Hoffmann, et al., 196195; , 1958, 1964, 1971; Sequi, 1974 și alții) sunt de părere că bazinul de enzime din sol este format din enzime intracelulare și extracelulare, predominant de origine microbiană.

Enzimele solului sunt implicate în descompunerea reziduurilor vegetale, animale și microbiene, precum și în sinteza humusului. Ca urmare a proceselor enzimatice, nutrienții din greu de digerat

compușii sunt transformați în forme ușor accesibile pentru plante și microorganisme. Enzimele se caracterizează printr-o activitate excepțional de mare, o specificitate strictă de acțiune și o mare dependență de diferite condiții de mediu. Această ultimă caracteristică este de mare importanță în reglarea activității lor în sol (Khaziev, 1982 și

Activitatea enzimatică a solurilor conform (1979)

constă din:

a) enzime extracelulare imobilizate;

b) enzime libere extracelulare;

c) enzime intracelulare ale celulelor moarte;

d) enzime intracelulare și extracelulare formate în condiții experimentale artificiale și care nu sunt tipice pentru un sol dat.

S-a stabilit că fiecare enzimă acționează numai asupra unei substanțe foarte specifice sau a unui grup similar de substanțe și a unui tip foarte specific de legătură chimică. Acest lucru se datorează specificității lor stricte.

Prin natura lor biochimică, toate enzimele sunt substanțe proteice cu conținut molecular ridicat. Lanțul polipeptidic al proteinelor enzimatice este situat în spațiu într-o manieră extrem de complexă, unică pentru fiecare enzimă. Cu o anumită aranjare spaţială a grupelor funcţionale de aminoacizi în molecule6).

Cataliza enzimatică începe cu formarea unui intermediar activ - un complex enzimă-substrat. Complexul este rezultatul atașării unei molecule de substrat la centrul activ catalitic al enzimei. În acest caz, configurațiile spațiale ale moleculelor substratului sunt oarecum modificate. Nou orientat

plasarea moleculelor de reacție pe enzimă asigură o eficiență ridicată a reacțiilor enzimatice care contribuie la scăderea energiei de activare (Khaziev, 1962).

Nu numai centrul activ al enzimei, ci și întreaga structură a moleculei în ansamblu este responsabilă pentru activitatea catalitică a enzimei. Viteza unei reacții enzimatice este reglată de mulți factori: temperatură, pH, concentrația de enzime și substrat, prezența activatorilor și inhibitorilor. Compușii organici pot acționa ca activatori, dar mai adesea diverse microelemente (Kuprevich, Shcherbakova, 1966).

Solul este capabil să regleze procesele enzimatice care au loc în el în legătură cu modificările factorilor interni și externi prin reglare factorială sau alosterică (Galstyan 1974, 1975). Sub influența compușilor chimici introduși în sol, inclusiv a îngrășămintelor, are loc reglarea alosterică. Reglarea factorilor este determinată de aciditatea mediului (pH), compoziția chimică și fizică, temperatură, umiditate, regimul apă-aer etc. Influența specificului solului, conținutul de humus și biomasă și alți factori asupra activității enzimelor utilizate pentru caracterizează activitatea biologică a solurilor este ambiguă (Galstyan, 1974; Kiss, 1971; Dalai, 1975; McBride, 1989; Tiler, 1978).

Activitatea enzimatică a solului poate fi folosită ca indicator de diagnostic al fertilităţii diferitelor soluri, deoarece activitatea enzimatică reflectă nu numai proprietăţile biologice ale solului, ci şi modificările acestora sub influenţa factorilor agro-ecologici (Galstyan, 1967; Chunderova, 1976; Chugunova, 1990 etc.).

Principalele căi de intrare a enzimelor în sol sunt enzimele extracelulare intracelulare eliberate de microorganisme și rădăcinile plantelor și enzimele intracelulare care intră în sol după moartea organismelor din sol și a plantelor.

Eliberarea enzimelor în sol de către microorganisme și rădăcinile plantelor este de obicei de natură adaptativă sub forma unui răspuns la prezența sau absența unui substrat pentru acțiunea enzimei sau a produsului de reacție, care se manifestă în mod deosebit cu fosfataze. Atunci când există o lipsă de fosfor mobil în mediu, microorganismele și plantele cresc brusc secreția de enzime. Utilizarea activității fosfatazei din sol ca indicator de diagnostic al aprovizionării plantelor cu fosfor disponibil se bazează pe această relație (Naumova, 1954, Kotelev, 1964).

Enzimele care intră în sol din diverse surse nu sunt distruse, dar rămân active. Trebuie presupus că enzimele, fiind cea mai activă componentă a solului, sunt concentrate acolo unde activitatea vitală a microorganismelor este cea mai intensă, adică la interfața dintre coloizii din sol și soluția din sol. Sa dovedit experimental că enzimele din sol se găsesc în principal în faza solidă (Zvyagintsev, 1979).

Numeroase experimente efectuate în condiții de suprimare a sintezei enzimatice în celulele microbiene folosind toluen (Drobnik, 1961; Beck, Poshenrieder, 1963), antibiotice (Kuprevich, 1961; Kiss, 1971) sau iradierea (McLaren și colab., 1957) indică faptul că este continuta in sol număr mare„enzime acumulate” suficiente pentru a transforma substratul într-o perioadă de timp. Printre astfel de enzime pot fi numite invertaza, urază, fosfatază, amilază etc. Alte enzime sunt mult mai active în absența unui antiseptic, ceea ce înseamnă că se acumulează în sol nesemnificativ (a- și P-galactozidaze, dextranază, levanază, malatesterază). , etc.). Al treilea grup de enzime nu se acumulează în sol activitatea lor apare doar în timpul unui focar de activitate microbiană și este indusă de substrat. Primit până acum

datele experimentale indică diferențe în activitatea enzimatică a solurilor diferite tipuri(Konovalova, 1975; Zvyagintsev, 1976; Khaziev, 1976; Galstyan, 1974, 1977, 1978; etc.).

Cele mai bine studiate enzime din sol sunt hidrolazele, care reprezintă o clasă largă de enzime care realizează reacții de hidroliză a unei varietăți de compuși organici complecși, acționând asupra diferitelor legături: ester, glucozid, amidă, peptidă etc. Hidrolazele sunt larg răspândite în solurilor și joacă un rol important în îmbogățirea acestora cu substanțe nutritive mobile și suficiente pentru plante și microorganisme, distrugând compușii organici cu molecul mare. Această clasă include enzimele urază (amidază), invertază (carbohidrază), fosfatază (fosfohidrolază), etc., a căror activitate este cel mai important indicator activitatea biologică a solurilor (Zvyagintsev, 1980).

Uraza este o enzimă implicată în reglarea metabolismului azotului în sol. Această enzimă catalizează hidroliza ureei la amoniac și dioxid de carbon, provocând scindarea hidrolitică a legăturii dintre azot și carbon din moleculele organice.

Dintre enzimele din metabolismul azotului, ureaza a fost studiată mai bine decât altele. Se găsește în toate solurile. Activitatea sa se corelează cu activitatea tuturor principalelor enzime ale metabolismului azotului (Galstyan, 1980).

În sol, ureaza apare sub două forme principale: intracelulară și extracelulară. Prezența ureazei libere în sol a permis Briggs și Segal (Briggs și colab., 1963) să izoleze enzima în formă cristalină.

O parte din ureaza extracelulară este adsorbită de coloizii din sol care au o mare afinitate pentru urază. Comunicarea cu coloizii din sol protejează enzima de descompunerea de către microorganisme și favorizează acumularea acesteia în sol. Fiecare sol are propriul său nivel stabil de activitate a ureazei, determinat de capacitatea coloizilor din sol,

în principal organice, prezintă proprietăți protectoare (Zvyagintsev, 1989).

În profilul solului, orizontul humusului prezintă cea mai mare activitate enzimatică, distribuția ulterioară de-a lungul profilului depinde de caracteristicile genetice ale solului.

Datorită utilizării pe scară largă a ureei ca îngrășământ cu azot, problemele legate de transformările acesteia sub acțiunea ureazei sunt practic semnificative. Activitatea ridicată a ureazei a majorității solurilor împiedică utilizarea ureei ca sursă universală de nutriție cu azot, deoarece rata mare de hidroliză a ureei de către ureaza din sol duce la acumularea locală de ioni de amoniu, o creștere a reacției mediului la valorile alcaline. și, în consecință, pierderea de azot din sol sub formă de amoniac (Tarafdar J.C, 1997). Prin descompunerea ureei, ureaza previne izomerizarea acesteia în cianat de amoniu fototoxic. Deși ureea însăși este parțial folosită de plante, datorită acțiunii active a ureazei nu poate rămâne în sol mult timp. Studiile efectuate de un număr de oameni de știință au observat volatilizarea azotului ureic din sol sub formă de amoniac la activitate ridicată a ureazei, iar când diferiți inhibitori de urează au fost adăugați în sol, hidroliza ureei a încetinit și pierderile au fost mai mici (Tool P. O. , Morgan M. A., 1994). Viteza de hidroliză a ureei în sol este afectată de temperatură (Ivanov, Baranova, 1972; Galstyan, 1974; Cortez et al., 1972, etc.), aciditatea solului (Galstyan, 1974; Moiseeva, 1974, etc.). Saturația solului cu carbonați are un efect negativ (Galstyan, 1974), prezența unor cantități semnificative de săruri de arsenic, zinc, mercur, ioni de sulfat, compuși de cupru și bor printre compușii organici, aminele alifatice, dehidrofenolii și chinonele; ureaza (Paulson, 1970, Briggsatel ., 1951).

Activitatea invertazei este unul dintre cei mai stabili indicatori, dezvăluind cele mai clare conexiuni corelative cu factorii de influență. Studiile (1966, 1974) au stabilit o corelație a invertazei cu activitatea altor carbohidrați din sol.

Activitatea invertazei a fost studiată în multe soluri și discutată în mai multe lucrări de recenzie (Alexandrova, Shmurova, 1975; Kuprevich, Shcherbakova, 1971; Kiss și colab., 1971, etc.). Activitatea invertazei în sol scade de-a lungul profilului și se corelează cu conținutul de humus (Pukhitskaya, Kovrigo, 1974; Galstyan, 1974; Kalatozova, 1975; Kulakovskaya, Stefankina, 1975; Simonyan, 1976; Toth, 1987, etc.). Este posibil să nu existe o corelație cu humusul dacă există un conținut semnificativ de aluminiu, fier și sodiu în sol. Legătura strânsă a activității invertazei cu numărul de microorganisme din sol și activitatea lor metabolică (Mashtakov și colab., 1954; Katsnelson, Ershov, 1958; Kozlov, 1964; Chunderova, 1970; Kiss, 1958; Hofinann, 1955 și alții) indică un avantaj în invertazele de sol de origine microbiană. Cu toate acestea, o astfel de dependență nu este întotdeauna confirmată (Nizova, 1970, activitatea invertazei este un indicator mult mai stabil și poate să nu fie direct legată de fluctuațiile numărului de microorganisme (Ross, 1976);

Conform (1974), solurile cu o compoziție granulometrică grea au activitate enzimatică mai mare. Cu toate acestea, există rapoarte că invertaza este marcat inactivată la adsorbția la mineralele argiloase (Hofmann și colab., 1961; Skujins, 1976; Rawald, 1970) și solurile cu conținut ridicat de montmorillonit au activitate scăzută de invertază. Dependența activității invertazei de umiditatea și temperatura solului nu a fost suficient studiată, deși mulți autori explică schimbările sezoniere ale activității prin condițiile hidrotermale.

Efectul temperaturii asupra activității potențiale a invertazei a fost studiat în detaliu (1975), stabilindu-se un optim la o temperatură de aproximativ 60°, un prag pentru inactivarea enzimatică după încălzirea solului la 70° și inactivarea completă după trei ore de încălzire la 180°C. °C.

Mulți autori au examinat activitatea invertazei a solurilor în funcție de plantele în creștere (Samtsevich, Borisova, 1972; Galstyan, 1974, Ross 1976; Cortez și colab., 1972, etc.). Dezvoltarea procesului de luncă, formarea unui gazon gros sub stratul de iarbă, contribuie la creșterea activității invertazei (Galstyan, 1959). Cu toate acestea, există studii în care efectul plantelor asupra activității invertazei nu a fost stabilit (Konovalova, 1975).

Solurile conțin cantități mari de fosfor sub formă de compuși organici, care vine odată cu rămășițele muritoare ale plantelor, animalelor și microorganismelor. Eliberarea acidului fosforic din acești compuși este realizată de un grup relativ îngust de microorganisme care au enzime fosfatază specifice (Chimitdorzhieva și colab., 2001).

Dintre enzimele metabolismului fosforului, activitatea monofosfoesterazelor ortofosforice a fost studiată pe deplin (Alexandrova, Shmurova, 1974; Skujins J. J., 1976; Kotelev et al., 1964). Producătorii de fosfataze sunt predominant celule ale microorganismelor din sol (Krasilnikov și Kotelev, 1957, 1959; Kotelev și colab., 1964).

Activitatea fosfatazică a solului este determinată de caracteristicile sale genetice, de proprietățile fizico-chimice și de nivelul culturii agricole. Printre proprietăți fizice și chimice Aciditatea solului este deosebit de importantă pentru activitatea fosfatazei. Solurile sodio-podzolice și cenușii de pădure, care au o reacție acidă, conțin predominant fosfataze acide în solurile cu reacție ușor alcalină, predomină fosfatazele alcaline; Trebuie remarcat faptul că activitatea optimă a acizilor acizi

fosfataza se află în zona slab acidă, chiar și atunci când solurile au o reacție puternic acidă (Khaziev, 1979; Shcherbakov și colab., 1983, 1988). Acest fapt confirmă importanța varului soluri acide pentru a accelera hidroliza fosfaților organici complecși și a îmbogăți solul cu fosfor disponibil.

Distribuția caracteristică observată a fosfatazelor în sol în funcție de aciditatea acestora este determinată de compoziția microflorei. În sol există comunități microbiene adaptate la anumite condiții de mediu care secretă enzime care sunt active în aceste condiții.

Activitatea totală a fosfatazei a solului depinde de conținutul de humus și fosfor organic, care este un substrat pentru enzimă.

Cernoziomurile se caracterizează prin cea mai mare activitate a fosfatazei. În solurile pădurii soddy-podzolice și cenușii, activitatea fosfatazei este scăzută. Activitate scăzută a acestor soluri acide se datorează adsorbției mai puternice a fosfatazelor de către mineralele solului. Datorită conținutului scăzut de materie organică din astfel de soluri, suprafața de adsorbție a mineralelor este mai expusă în comparație cu cernoziomurile cu conținut ridicat de humus, unde mineralele argiloase sunt acoperite cu materie organică umezită.

Activitatea fosfatazei este dinamică în timpul sezonul de vegetație. În fazele active ale creșterii plantelor temperatură ridicată sol și umiditate suficientă în lunile de vară, activitatea fosfatază a solurilor este maximă (Evdokimova, 1989).

În unele soluri, s-a observat o corelație a activității fosfatazei cu numărul total de microorganisme (Kotelev și colab., 1964; Aliev, Gadzhiev, 1978, 1979; Arutyunyan, 1975, 1977; etc.) și numărul de microorganisme care se mineralizează organic. compușii fosforului (Ponomareva și colab., 1972), în altele - relația dintre activitatea fosfatazei și numărul

microorganismele nu au fost stabilite (Ramirez-Martinez, 1989). Influența humusului se manifestă în natura modificărilor activității enzimatice de-a lungul profilului, atunci când se compară soluri cu diferite grade de conținut de humus și se efectuează măsuri pentru cultivarea solului (Alexandrova, Shmurova, 1975; Arutyunyan, 1977). Studiile multor autori indică o dependență directă a activității fosfatazei solurilor de conținutul de fosfor organic din sol (Gavrilova și colab., 1973; Arutyunyan, Galstyan, 1975; Arutyunyan, 1977; etc.).

Să luăm în considerare mai detaliat modelele generale de formare a bazinului de fosfatază în sol.

O parte semnificativă a fosforului total din sol este alcătuită din compuși organofosforici: acizi nucleici, nucleotide, fitină, lecitină etc. Majoritatea organofosforilor găsiți în sol nu sunt absorbiți direct de plante. Absorbția lor este precedată de hidroliza enzimatică efectuată de fosfohidrolaze. Substraturile fosfatazelor din sol sunt substanțe humice specifice, inclusiv fosforul acizilor humici, precum și compuși individuali nespecifici reprezentați de acizi nucleici, fosfolipide și fosfoproteine, precum și fosfați metabolici. Primele se acumulează în sol ca urmare a biogenezei substanțelor humice, cele din urmă, de regulă, intră în sol cu ​​reziduuri de plante și se acumulează în acesta ca produse ale reacțiilor metabolice intermediare.

Rolul plantelor superioare în formarea bazinului de fosfataze al solurilor utilizate în agricultură este mai mic decât cel al microorganismelor și este asociat în principal cu intrarea în sol a reziduurilor de cultură și a exsudatelor de rădăcină, ceea ce este confirmat de datele din (1994) , care a studiat într-un sezon de vegetație influența diferitelor culturi asupra activității hidrolitice

și enzime redox; fosfataze, invertaze, proteaze, ureaze, catalaze pe sol subțire de turbă. Activitatea fosfatazei s-a dovedit a fi aproximativ aceeași la toate culturile: orz, cartofi și pârghia neagră și doar puțin mai mare la ierburile perene, în timp ce activitatea altor enzime a variat semnificativ în funcție de modelele de utilizare a solului.

, (1972) constată o creștere a activității fosfatazei în rizosfera grâului și leguminoaselor, care poate fi asociată atât cu o creștere a numărului de microorganisme din rizosferă, cât și cu activitatea extracelulară a fosfatazei a rădăcinilor. Din punct de vedere agrochimic, rezultatul final este important - creșterea bazinului de enzime al solurilor cu o creștere a puterii sistemelor radiculare ale plantelor.

Epuizarea agrocenozelor la plante duce la scăderea efectului de rizosferă și, în consecință, la scăderea activității fosfatazei din sol. O scădere semnificativă a activității fosfatazei a solurilor a fost observată în timpul cultivării în monocultură. Includerea solurilor în rotația culturilor creează condiții pentru îmbunătățirea proceselor hidrolitice, ceea ce duce la o creștere a metabolismului compușilor fosforului. (Evdokimova, 1992)

(1994) au studiat solurile soddy-podzolice formate sub vegetație naturală (pădurică) de compoziție diferită și au determinat distribuția activității fosfatazei în profilul solului, raportul dintre labil și forme stabile enzime, variabilitatea lor spațială și temporală. S-a stabilit că în solurile formate sub vegetație naturală forestieră orizonturile genetice diferă prin activitatea fosfatazei, a cărei distribuție în profil se corelează strâns cu conținutul de humus. Conform datelor, cea mai mare activitate a fosfatazei a fost observată în stratul de așternut, apoi a scăzut de mai multe ori în stratul acumulator de humus și a scăzut brusc în stratul de sol.

sub 20 cm în sol de sub pădurea de molid (vegetație forestieră). Sub vegetația de luncă există o distribuție ușor diferită: activitatea maximă în orizontul gazonului este de 1,5-2 ori mai mică în orizontul de acumulare de humus, iar o scădere semnificativă suplimentară se observă numai după 40 - 60 cm. Pe baza celor de mai sus, putem concluzionează că contribuția maximă la formare Bazinul de fosfatază sub vegetația naturală este contribuit de microorganisme și reziduuri vegetale ca substrat, iar enzimele intracelulare postmuritoare joacă un rol puțin mai mic;

Intensitatea proceselor biochimice din sol și nivelul fertilității acestuia depind atât de condițiile de existență ale organismelor vii care furnizează enzime solului, cât și de factorii care contribuie la fixarea enzimelor în sol și reglează activitatea lor efectivă.

1.2. Influenţa metale greleşi microelemente asupra activităţii enzimatice a solurilor.

Una dintre domeniile promițătoare pentru utilizarea activității enzimatice pentru a diagnostica proprietățile biologice ale solurilor este identificarea nivelului de contaminare a solului cu metale grele.

Metalele grele care intră în sol sub formă de diferiți compuși chimici se pot acumula în acesta până la niveluri înalte, reprezentând un pericol semnificativ pentru funcționarea normală a biotei solului. În literatură s-a acumulat o cantitate mare de date care indică faptul că impact negativ contaminarea solului cu metale grele pe biota solului. Atunci când echilibrul chimic din sol este perturbat, apare o situație stresantă. Există dovezi că indicatorii biologici reacționează mai devreme decât cei agrochimici la modificările condițiilor care afectează proprietăți diverse sol (Lebedeva,

Referințe