Какие ферменты характеризуют состояние почвы. Ферментативная активность почв. Характеристика почвенных ферментов

Процессы обмена веществ и энергии при разложении и синтезе органических соединений, переход трудно усвояемых питательных веществ в формы, легкодоступные для растений и микроорганизмов, происходят при участии ферментов.

Фермент инвертаза (а-фруктофуранозидаза) катализирует расщепление различных углеводов на молекулы глюкозы и фруктозы.

Многими данными подтверждается связь между активностью инвер-тазы с биологической активностью почвы, содержанием в ней органического вещества, урожайностью полевых культур и изменениями, происходящими в почве при сельскохозяйственном использовании (Хазиев Ф.Х., 1972; Галстян А.Ш., 1978; Васильева Л.И., 1980).

С увеличением глубины вспашки активность инвертазы в верхнем слое почвы несколько снижалась, что объясняется обеднением этого слоя почвы, так как при глубоких вспашках основное количество растительных остатков заделывается в нижние слои. Аккумуляция большей части послеуборочных остатков в верхнем слое почвы при безотвальных обработках вызывает снижение активности инвертазы в слое 30-40 см к концу вегетации растений на 5-15 %.

На удобренном фоне активность инвертазы повышалась в среднем на 5 % лишь по вспашке. По безотвальным приемам обработки почвы удобрения не оказали влияния на активность этого фермента.

Действие уреазы связано с гидролитическим расщеплением связи между азотом и углеродом (СО-ИН) в молекулах азотсодержащих органических соединений. Поэтому многими исследователями отмечается положительная корреляция активности уреазы с содержанием азота и гумуса в почвах. Однако активность уреазы зависит не только от общего количества гумуса, сколько от его качества, коррелируя главным образом с величиной отношения углерода к азоту (С: 14). Органическому веществу с наиболее широким отношением углерода к азоту соответствует наибольшая активность уреазы, при уменьшении величины отношения углерода к азоту снижается и активность фермента. Это, по мнению В.Д. Мухи и Л.И. Васильевой, указывает на регулирующее действие уреазы на процессы превращения в почве азотсодержащих органических соединений. В наших исследованиях среди вариантов отвальной обработки наибольшая активность уреазы проявлялась по вспашке на глубину 20-22 см. Углубление обработки приводило к значительному снижению активности этого фермента. Так, в начале вегетации растений по вспашке на 35-37 см в слое почвы 0-40 см выделялось аммиака на 20 % меньше, чем по обработке на нормальную глубину 20-22 см (среднее за 1980-1982 гг., мг ЙН 3 на 1 г воздушно-сухой почвы).

Интенсивность и направленность процессов трансформации органического вещества в почве определяется и активностью окислительно -восстановительных ферментов полифенолоксидазы и пероксидазы. По-лифенолоксидаза участвует в превращении органических соединений ароматического ряда в компоненты гумуса (Мишустин Е.Н. и др., 1956, Кононова М.М., 1963, 1965). В разложении же гумусовых веществ большое место отводится пероксидазе и каталазе (Никитин Д.И., 1960). Исследователи отмечают высокую положительную корреляционную связь разложения гумуса с пероксидазной активностью и почти функциональную отрицательную связь с активностью полифенолоксидазы (Чундерова А.И., 1970, Дульгеров А.Н., 1981). Противоположная направленность функций пероксидазы и полифенолоксидазы и единый объект их применения дали возможность А.И. Чундеровой предложить понятие «коэффициент накопления гумуса», величина которого определяется отношением полифенолоксидазной активности почвы к перокси-дазной.

По данным наших исследований, увеличение глубины вспашки с 20-22 см до 35-37 см и применение безотвальных обработок почвы плоскорезом, плугом без отвалов, чизелем, орудием типа «параплау», стойками СибИМЭ, а также при обработке почвы по типу «No-til» приводили к повышению активности пероксидазы на 4-6 % и снижению активности полифенолоксидазы на 4-5 % (табл. 15). Коэффициент накопления гумуса при этом снижался на 8-10 %.

15. Активность пероксидазы и полифенолоксидазы в слое почвы 0-40 см под горохом, мг пурпургаллина на 100 г воздушно-сухой

почвы за 30 мин. (1980-1982 гг.)

Варианты
		пероксида-	полифено- локсидаза	накопления	пероксида-	полифено- локсидаза	накопления
Ежегодная	с удобрениями
	без удобрений
Ежегодная	с удобрениями
	без удобрений
Ежегодная обработка плоскоре	с удобрениями
	без удобрений
Залежь некосимая с 1885 года

Исследованиями установлена связь коэффициента накопления гумуса с отношением числа микроорганизмов, ассимилирующих минеральный азот, к числу микроорганизмов, усваивающих азот органических соединений, (КАА: МПА). Коэффициент корреляции между двумя показателями равен -0,248±0,094. Увеличение первого показателя во многих случаях приводит к уменьшению последнего и наоборот, что подтверждает наличие связи между структурой микробного ценоза и направленностью процесса биохимической трансформации органического вещества почвы. Отношение этих двух коэффициентов, видимо, может характеризовать направленность культурнопочвообразовательного процесса.

Это позволяет сделать вывод, что трансформация органического вещества почвы, обусловленная активностью пероксидазы и полифено-локсидазы, при углублении вспашки и обработках без оборота пласта смещается в сторону усиления разложения гумуса (рис. 5).

• ? Ряд4
• ? РядЗ
• ? Ряд2
• ? Ряд1

Рис. 5. Влияние различных способов и глубины основной обработки на активность пероксидазы в слое почвы 0-40 см в период 2-4 пар настоящих листьев у подсолнечника, мг пурпургаллина на 1 г воздушно-сухой почвы (1989-1991 гг.)

Определенное место в направленности и интенсивности биохимических процессов, протекающих в почве, занимает фермент каталаза. В результате ее активизирующего действия происходит расщепление перекиси водорода на воду и свободный кислород. Есть мнение, что каталаза наряду с пероксидазой может участвовать в реакциях пероксидазного типа, в ходе которых окислению подвергаются восстановленные соединения. В опытах НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева не установлено зависимости активности каталазы от глубины или способов основной обработки почвы. Однако при увеличении глубины вспашки свыше 25-27 см, а также по обработке почвы без оборота пласта отмечалось достоверное повышение каталазной активности по сравнению со вспашкой на глубину 20-22 см и 25-27 см.

Цель работы ‑ определение биологической активности почв на разном удалении от дороги по четырем ферментным системам: дегидрогеназам, каталазе, инвертазе, уреазе.

Основные понятия

Почвенно-энзимологические методы позволяют определять не количественное содержание ферментов в почве, а активность ферментов, находящихся преимущественно в адсорбированном (иммобилизованном) состоянии на поверхности почвенных коллоидов и частично в почвенном растворе.

Принципметода определения активности почвенных ферментов основан на учете количества переработанного в процессе реакции субстрата или образующегося продукта реакции в оптимальных условиях температуры, рН среды и концентрации субстратов.

Ферменты, относящиеся к классу оксидоредуктаз, катализируют окислительно-восстановительные реакции, играющие ведущую роль в биохимических процессах в клетках живых организмов, а также в почве. Наиболее распространены в почвах такие оксидо-редуктазы, как каталаза и дегидрогеназы, активность которых является важным показателем генезиса почв.

Каталазаразлагает на воду и молекулярный кислород ядовитую для клетки перекись водорода, образующуюся в процессе дыхания живых организмов в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ.

Активность каталазы определяется газометрическим методом по объему выделившегося кислорода, основанным на измерении скорости разложения перекиси водорода при ее взаимодействии с почвой.

Дегидрогеназы ‑ ферменты, которые участвуют в процессе дыхания, отщепляя водород от окисляемых субстратов. Одни дегидрогеназы переносят водород непосредственно на молекулярный кислород, другие - на какие-либо акцепторы, например на хиноны, метиленовую синь.

Для определения активности дегидрогеназы в качестве акцептора водорода применяют бесцветные соли тетразолия (2,3,5-трифенилтетразолий хлористый (ТТХ), которые восстанавливаются в красные соединения формазана (трифенилформазан (ТФФ).

Гидролазы осуществляют реакции гидролиза разнообразных сложных органических соединений, действуя на различные связи: сложноэфирные, глюкозидные амидные, пептидные и др. К этому классу относятся ферменты инвертаза, уреаза и др., активность которых является важным показателем биологической активности почв и широко используется для оценки антропогенного воздействия.

Инвертаза действует на p-фруктофуранозидную связь в сахарозе, рафинозе, стахиоэе и производит расщепление сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы.

Фотоколориметрическое определение активности инвертазы основано на учете восстанавливающих сахаров, образующихся при расщеплении сахарозы.

Разложение органических азотистых соединений осуществляется при непосредственном участии внеклеточных ферментов. Образующийся при уреазной активности аммиак служит источником питания растений.

Уреаза катализирует гидролиз мочевины. Конечными продуктами гидролиза являются аммиак и углекислый газ. Мочевина попадает в почву в составе растительных остатков, навоза и как азотное удобрение; она образуется также в самой почве в качестве промежуточного продукта в процессе превращения азотистых органических соединений - белков и нуклеиновых кислот.

Определение каталазной активности

Оборудование и реактивы:

Cистема для газометрии (рис. 8); 10%-й раствор Н 2 O 2 ; СаСО э.

Рис. 8 ‑ Установка для газометрического определения каталазной активности в почвенных образцах:

1 - колба, 2 - бюретка, 3 - переходник, 4 - груша с водой

Порядок выполнения работы

1. Навеску просеянной почвы 1 г внести в колбу на 100 см 3 , добавить 0,5 г СаСО 3 .

2. На дно осторожно поставить с помощью пинцета маленький стаканчик с 1,7 см 3 10%-го раствора перекиси водорода.

3. Навеску почвы смочить 4 см 3 дистиллированной воды.

4. Колбу плотно закрыть каучуковой пробкой с трубкой, соединенной с бюреткой толстостенным каучуком через тройник, снабженный зажимом. Бюретка сообщается с грушей. Бюретка и груша заполнены водой. Уровень воды в них уравновешивают и грушу закрепляют на определенной высоте.

5. Начало опыта отметить по секундомеру в момент, когда сосудик с перекисью водорода опрокинут, и вслед за этим встряхнуть содержимое колбы. Взбалтывание смеси следует продолжать во все время опыта, не касаясь непосредственно дна колбы руками. Выделяющийся кислород вытесняет из бюретки воду, уровень которой отмечают.

6. Количество выделившегося молекулярного кислорода учитывают в течение 1 мин при температуре 18-20 0 С.

7. Активность каталазы выражают в объеме (см 3) кислорода, выделившегося на 1 г почвы в минуту. Ошибка определения до 5%.

8. Аналогичные процедуры проделать со всеми образцами почв.

9. По табл. 15 оценить степень насыщения исследуемых почв каталазой.

Таблица15 ‑ Шкала для оценки степени обогащенности почв ферментами

Степень обогашенности почв	Каталаза, О 2 см 3 /г за 1 мин	Дегидрогеназы, мг ТФФ на 10 г за 24 ч	Инвертаза, мг глюкозы на 1 г за 24 ч	Уреаза, мг NH 4 , на 10 г за 24 ч	Фосфотаза, мг Р 2 О 3 на 10 г за 1 ч
Очень бедная	< 1	<1	<5	<3	<0,5
Бедная	1-3	1-3	5-15	3-10	0,5-1,5
Средняя	3-10	3-10	15-50	10-30	1,5-5,0
Богатая	10-30	10-30	50-150	30-100	5-15
Очень богатая	>30	>30	> 150	> 100	> 15

Определение дегидрогиназной активности

Приборы, посуда, реактивы :

Фотоколориметр; миллиметровая бумага; 0,1М раствор глюкозы; 1 %-й раствор 2,3,5-трифенилтетразолия хлористого (ТТХ); СаСО 3 ; этиловый спирт; трифенилформазан (ТФФ).

Порядок выполнения работы

1. Навески воздушно-сухой почвы по 1 г из каждого образца поместить в пробирки, добавить по 10 мг (на кончике шпателя) СаСО 3 , по 1 см 3 0,1 М раствора глюкозы и по 1 см 3 1%-го раствора ТТХ; содержимое каждой пробирки тщательно смешать.

2. Пробирки поместить в анаэростат и откачать воздух насосом при разрежении 10-12 мм рт. ст. в течение 2-3 мин. Затем инкубировать при 30 0 С в течение 24 ч.

3. По истечении времени инкубации содержимое пробирок экстрагировать в 3-4 приема 25 см 3 этилового спирта. Для этого небольшой объем спирта внести в пробирку и встряхивать в течение 5 мин до появления красной окраски. Дать отстояться и надпочвенную жидкость профильтровать через бумажный фильтр. Добавить в пробирку следующую порцию спирта.

4. Полученный окрашенный раствор формазана колориметрировать на ФЭКе с синим светофильтром (500-600 нм).

5. Количество формазана в миллиграммах рассчитать по стандартной кривой. Для этого приготовить стандартный раствор формазана в этиловом спирте в концентрации 0,1 мг в 1 см 3 . Рабочие растворы для составления кривой приготовить путем разведений стандартного раствора (примерно 5 точек). Стандартную кривую построить на миллиметровой бумаге в системе: оптическая плотность при длине волны 500-600 нм - концентрация формазана в спирте.

6. Вычислить активность дегидрогеназы. По табл. 15 оценить степень насыщения исследуемых почв дегидрогеназой.

Обработка данных

Активность дегидрогеназы (X) выражают в миллиграммах ТФФ на 10 г почвы за сутки по формуле:

где V ‑ общий объем фильтрата, 25 см 3 ;

10 ‑ пересчетный коэффициент веса почвы, г;

v ‑ произведение объемов субстрата и реагента, 1 см 3 ;

А ‑ количество ТФФ, полученное по калибровочной кривой, мг/см 3 . Ошибка определения ‑ до 8 %.

Определение инвертазной активности

Приборы, посуда, реактивы :

Фотоколориметр; 5%-й раствор сахарозы; ацетатный буфер (рН 4,7); толуол; раствор Феллинга: а ‑ 40 г CuSO 4 ×5Н 2 О растворяют в воде и доводят до 1 дм 3 , фильтруют через бумажный фильтр, б ‑ 200 г сегнетовой соли (С 4 H 4 O 6 KNa×4Н 2 О) растворяют в дистиллированной воде, прибавляют 150 г КОН и доводят до 1 дм 3

Порядок выполнения работы

1. В колбы вместимостью 50 см 3 поместить по 5 г каждого образца почвы, добавить по 10 см 3 5%-го раствора сахарозы, 10 мл ацетатного буфера (рН 4,7) и 5-6 капель толуола.

2. Колбы закрыть пробками, встряхнуть, поместить в термостат при температуре 30 0 С на 24 ч и периодически встряхивать их.

3. После инкубации содержимое колб отфильтровать в мерные колбы на 25 см 3 . Довести до метки.

4. Из фильтратов взять по 6 см 3 в большие пробирки, добавить по 3 см 3 раствора сегнетовой соли и 3 см 3 раствора сернокислой меди, хорошо перемешать и кипятить на водяной бане 10 мин. Получается красный осадок.

5. Пробирки с раствором охладить в воде, содержимое отфильтровать в большие пробирки. Прозрачный фильтрат колориметрировать на ФЭК, используя светофильтр с длиной волны 630 нм, ширина кюветы 1 см.

6. Для получения калибровочной кривой приготовить стандартный раствор: 6 мг глюкозы в 1 см 3 . Разведением приготовить серию растворов. Фотоколориметрировать и построить кривую: оптическая плотность ‑ концентрация глюкозы в 1 см 3 .

7. Вычислить активность и по табл. 15 оценить степень насыщения исследуемых почв инвертазой.

Обработка данных

Активность инвертазы (X) выражают в миллиграммах глюкозы на 1 г почвы за 24 ч по формуле:

где А ‑ количество глюкозы, полученное по калибровочной кривой из оптической плотности, мг/см 3 ;

m ‑ навеска почвы, 5 г;

V ‑ общий объем фильтрата, 25 см 3 ;

v ‑ объем фильтрата, взятого для анализа, 6 см 3 .

Ошибка определения ‑ до 5 %.

Определение уреазной активности почв

Приборы, посуда, реактивы :

Фотоколориметр; 2%-й раствор мочевины в фосфатном буфере (рН = 6,7); 50%-й раствор сегнетовой соли; 50%-й раствор CCl 3 COOH (трихлоруксусная кислота); 1%-й раствор КС1; реактив Несслера; стандартный раствор NH 4 C1.

Порядок выполнения работы

1. По 5 г воздушно-сухой почвы поместить в колбы емкостью 100 см 3 , прилить по 20 см 3 2%-го раствора мочевины в фосфатном буфере (рН 6,7) и по 200 мкл толуола.

2. Колбы плотно закрыть и поместить в термостат при температуре 37 0 С на 4 ч.

3. После экспозиции прилить по 1 см 3 50%-го раствора трихлоруксусной кислоты.

4. Для вытеснения из почвы поглощенного аммиака добавить по 50 см 3 1 н. раствора хлористого калия.

5. Содержимое колб отфильтровать.

6. По 2 см 3 фильтрата поместить в мерные колбы объемом 50 см 3 , развести водой до 30 см 3 , затем прилить по 2 см 3 50%-го раствора сегнетовой соли и по 2 см 3 реактива Несслера. Колбы долить водой до метки, перемешать и окрашенный раствор колориметрировать при длине волны 400 нм.

8. Вычисляют активность уреазы.

9. По табл. 15 оценить степень насыщения исследуемых почв уреазой.

Обработка данных

Активность уреазы (X) выражают в миллиграммах N-NH 4 на 1 г почвы за 4 ч по формуле:

V ‑ общий объем фильтрата, 50 см 3 ;

m - навеска почвы, 5 г.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что такое каталазная активность?

2. Дайте оределение инвертазной активности.

3. Охарактеризуйте уреазную активность.

4. Что такое буферная смесь?

5. Принцип и сущность метода определения активности почвенных ферментов.

6. Методика отбора образцов почвы.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1 ‑ Примерный список организмов - индикаторов сапробности

Организмы	Сапробность
Нитчатые бактерии:
Sphaerotilus natans	р
Beggiatoa sp.	р
Thiothrix sp.	р
Грибы:
Leptomitus lacteus	α
Mucor racemosus	α
Fusarium aquaeductum	р
Водоросли:
сине-зеленые:
Anabaena flos aquae	β
Microcystis aeruginosa	β
Aphanizomenon flos aquae	β
Oscillatorla tenuis	α
Диатомовые	-
Cymbella cesati	о
Oomphonema cevli	о
Melostra granulata	β
Navicula angustata	α
Navicula apiculata	α
Synedra acus	β
Synedra ulna	β
Nitzschia palea	α
эвгленовые:
Euglena acus	β
Euglena viridis	р
Euglena deses	α
зеленые и протококковые:
Volvox globator	о-β
Ankistrodesmus falcatus	β-α
Crucigenta rectangularis	а-β
Scenedesmus quadricauda	β
Draparnaldia sp.	о
Ulothrix zonata	о
Stlgeoclonium tenue	α
Животные:
амебы:
Pelornyxa palustris	р

Организмы	Сапробность
инфузории:
Colpidium, campylum	p
Colpldlum colpoda	p
Euplotes charon	β
Chllodon cucullulus	p
Opercularia coaretata	α
Paramecium caudatum	α
Spirostomum amblguum	α
Stentor coeruleus	α
Vortlcella convallarla	α
Vorticella microstoma	p
Podophrya fixa	α
коловратки:
Kellcottia longispina (syn. Notholca Iongispina)	о
Keratella cochlearls	β
Keratella quadrata	β
Leucane lunarls (syn. Monostyla lunarls)	β
Rotaria rotatoria (syn. Rotifer vulgaris)	α
олигохеты:
Limnodrilus hofmelsterl	p
Tub if ex tublfex	p
Stylarla lacustris	β
ракообразные:
Daplmla magna	α
Daphnla pulex	α
Leptodora Kindtli	о
Eudiaptomus gracilis	o
Astacus fluviatilis	o
насекомые:
Caenls macrura	o
Heptagenia coerulana	β
Chironomus Plumosus	р
рыбы:
лещ:	β
усач	β
форель	o
линь	β-α

Таблица 2 ‑ Шкала частот для пересчета организмов в 100 полях на частоту

Значение частоты	Микробентос	Обрастания
Данные подсчета	Сумма в 100 полях
1-я категория крупности
	Не более 1 в каждом 2-м поле зрения Не более 2 в поле зрения Не более 10 в поле зрения Не более 30 в поле зрения Не более 60 в поле зрения Более 60 в поле зрения	Не более 1 в каждом 2-м поле зрения Не более 2 в поле зрения Не более 10 в поле зрения Не более 50 в поле зрения Не более 250 в поле зрения Более 250 в поле зрения	1-50 50-200 200-1000 1000-5000 5000-25000 Более 25000
2-я категория крупности
	Не более 1 в каждом 20-м поле зрения Не более 1 в каждом 5-м поле зрения Не более 1 в поле зрения Не более 3 в поле зрения Не более 6 в поле зрения Более 6 в поле зрения	Не более 2 в 20 полях зрения Не более 1 в 5 поле зрения Не более 1 в поле зрения Не более 5 в поле зрения Не более 25 в поле зрения Более 25 в поле зрения	1-5 6-20 21-100 100-500 500-2500 Более 2500
3-я категория крупности
	1 в 100 полях зрения 1 в 50 полях зрения Не более 1 в 10 полях зрения Не более 1 в 4 полях зрения Не более 1 в 2 полях зрения Приблизительно 1 в поле зрения	1 в 100 полях зрения 1 в 50 полях зрения Не более 1 в 10 в полях зрения 1в2 полях зрения Не более 2 в поле зрения Более 2 в поле зрения	3-10 10-50 50-200 Более 200

Приложение

Таблица 13. Пересчет результатов количественного учета на значение частоты

Приложение

Пример вычисления сапробности

Проба: река ниже города. Дата ________________ Сообщество: обрастания.

Организмы	s	h	sft
Euglena viridis	p
Scenedesmus acuminatus	β
Spirogyra sygmoidea	β
Closterium acerosum	α
Closterium moniliierum	β
Cyclotella menengiana	α
Cymbella vesiculosa	β
Diatoma vulgare	β
Melosira italica	β
Melosira varians	β
Navicula cryptocephala	α
Navicula viridua	α
Nitzschia acicularis	β
Nitzschia palea	α
Surirella ovata	β
Chilidonella cuculata	α
Colpoda cuculus	α
		Sh=41	S(sh)=103

Sh p =3; Sh α =15; Sh β =23.

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

Вычисление погрешности:

Интервал точности для статистической надежности 95%.

S=s±t 0,05 s S =2,51±2,02×0,1;

Похожая информация.

Инвертаза - катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы, воздействует также на другие углеводы с образованием молекул фруктозы - энергетического продукта для жизнедеятельности микроорганизмов, катализирует фруктозотрансферазные реакции. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв.[ ...]

Анализы инвертазы после 1 года свидетельствуют о дальнейшем уменьшении ее во всех образцах в 2-3 раза в зависимости от типа почв, что, по-видимому, объясняется истощением почвы углеродсодержащими соединениями.[ ...]

Из класса гидролаз изучена активность инвертазы, гидролизирующей сахарозу на глюкозу и фруктозу, и уреазы, катализирующей гидролиз мочевины. Активность этих ферментов в грунте очень низкая, но при внесении торфа увеличивается пропорционально его дозам и мало зависит от количества минеральных удобрений. Следует отметить, что внесение самой большой дозы (ЫРКЦ, а также СаСОэ не имеет преимуществ перед меньшими дозами удобрений в стимулировании активности как гидролаз, так и оксидоредуктаз.[ ...]

Для трассы аэропорт - пос. Кангалассы обратная зависимость между активностью уреазы, инвертазы и протеазы и содержанием свинца не обнаружена. Это свидетельствует об отсутствии ингибирующего эффекта свинца в дозе, не превышающей ПДК. Отмечается параллельное увеличение активности всех ферментов и свинца по мере удаления от источника загрязнения, что в данном случае объясняется увеличением гумусированности почв. Известно, что почвы с высоким содержанием гумуса в большей степени накапливают ТМ и характеризуются повышенной ФА.[ ...]

Соединения данной группы задерживают рост новых побегов, временно снижают активность инвертазы в сахарной свекле и подавляют биосинтез хлорофилла. И все же их первичное действие - это подавление биосинтеза ароматических аминокислот. Соединения типа Ы-фосфонметилглицина подавляют этот синтез, действуя на участках преобразования дегидрохинной и префеновой кислот.[ ...]

По-видимому, образование сахарозы происходит в паренхимных клетках флоэмы, откуда она поступает в ситовидные трубки, которые лишены ферментов, разлагающих сахарозу (инвертазы), что и определяет сохранность этого соединения на всем пути его транспорта.[ ...]

Проведенная работа позволяет заключить, что накопление подвижных форм свинца и никеля в дозах, превышающих ПДК, приводит к снижению активности ферментов в почвах. Понижение активности протеазы, уреазы и инвертазы в почвах обусловливает соответствующее торможение процессов гидролиза белков, мочевины и олигосахаридов, что в целом приводит к снижению биологической активности почв. Изменение ФА -перспективный метод диагностики экологического состояния почв. Из рассмотренных нами ферментов наиболее высокие диагностические свойства проявляет уреаза.[ ...]

Состояние почв оценивалось двумя биоиндикационными методами: по ферментативной активности почв и мутационному воздействию почв на тест-объект. В городских почвогрунтах определялась активность трех ферментов - инвертазы, каталазы и уреазы (Хазиев, 1990), из которых наиболее вариабильной оказалась активность уреазы. По этой причине для интегральной оценки выбраны показатели именно этого фермента, активность которого в значительной степени зависела от концентрации в почве широкого круга поллютантов.[ ...]

Гистохимические анализы позволили установить общность окислительного режима пыльцы и пыльцевых трубок у различных представителей покрытосеменных растений. При этом установлено, что наиболее интенсивно биохимические процессы протекают в кончике пыльцевой трубки.[ ...]

Другая группа эвокациопыых изменений связана с активацией энергетических процессов, необходимых для реализаций морфогенетической программы репродуктивного развития.[ ...]

При внесении больших норм ГХБД и в жидкой, и в гранулированной форме угнетение развития отдельных групп микроорганизмов не проходит и к полутора годам, прошедшим после фумигации. Активность почвенных ферментов (каталазы и инвертазы) к этому времени составляет по этим (вариантам опыта 70-80% от активности ферментов в контрольном варианте. Через 5 месяцев после внесения больших норм ГХБД (жидкого и гранулированного) снижается содержание в почве нитратов, что свидетельствует об угнетении процесса нитрификации.[ ...]

Агрохимические свойства почв определяли общепринятыми методами , pH водной и солевой вытяжек - потенциометрическим, содержание углерода - методом Тюрина, подвижного азота - по Башкину и Кудеярову, подвижного фосфора - по Чирикову, ферментативную активность почв (инвертазу, уреазу и каталазу) - по Хазиеву .[ ...]

У многих представителей лучистых грибков выявлен фермент амилаза, при помощи которого организмы расщепляют крахмал с различной интенсивностью, в зависимости от вида культуры. Одни культуры разлагают крахмал до декстринов, другие - до сахаров. У некоторых актиномицетов обнаружен фермент инвертаза, который расщепляет сахарозу на легкоусвояемые сахара - глюкозу и фруктозу. Отмечено, что проактиномицеты могут усваивать сахарозу без ее разложения.[ ...]

Такие уровни загрязнения отразились и на содержании подвижных, доступных растениям форм соединений тяжелых металлов. Их количество также увеличилось в 1,5-2 и даже в 5 раз. Эти изменения отразились на почвенной биоте, общих свойствах почв и почвенном плодородии. В частности, резко снизилась активность почвенных ферментов: инвертазы, фосфатазы, уреазы, каталазы; примерно в 2 раза снизилось продуцирование С02. Ферментативная активность - хороший интегральный показатель экологической обстановки в системе «почва - растение». На загрязненных почвах резко снизилась и урожайность различных культур. Так, урожай томатов (ц/га) в среднем снизился от 118,4 до 67,2; огурцов - от 68,3 до 34,2; капусты - от 445,7 до 209,0; картофеля - от 151,8 до 101,3; яблок - от 72,4 до 32,6 и персиков - от 123,6 до 60,6.[ ...]

Среди тундровых почв поймы потенциал биохимической активности возрастает от почв прирусловой поймы к центральной и притеррасной. В свою очередь, ферментативная активность в органогенных пойменных почвах выше, чем в минеральных. В гумусовых горизонтах (0-13 см) изученных почв отмечается довольно высокая активность уреазы, инвертазы, фосфатазы и дегидрогеназы - ферментов, участвующих в обменных процессах азота, углеводов, фосфора и окислительно-восстановительных.[ ...]

Активность фосфатазы низкая, а в большинстве случаев фосфатазная активность отсутствует, что связано с очень низким содержанием подвижного фосфора на фоне относительно высокого содержания в перегнойно-торфянистых горизонтах его валовых форм. В отличие от ферментов, участвующих в обменных процессах азота и фосфора, ферменты углеводородного обмена (инвертаза) проявляют свою активность до надмерзлотных горизонтов, что определяется гуму-сированностью профиля.[ ...]

Изменение ферментативной активности почв за четыре года проведения опыта показано в табл. 6.8. Как видно из полученных результатов, активность уреазы и фосфатазы снизилась, но основные закономерности - более высокая активность в вариантах без применения ППС при внесении торфа и минеральных удобрений и отсутствие ферментативной активности в контрольных вариантах - сохраняются. В то же время активность инвертазы, играющей важную роль в круговороте углерода в биогеоценозе, возрастает на четвертый год почти по всем вариантам опыта, в том числе и при внесении ППС, что подтверждает также интенсивность мине-рализационных процессов торфа и универсинов.[ ...]

Очень перспективным методом очистки воды от всевозможных загрязняющих ее веществ, особенно синтетических, является использование иммобилизованных (закрепленных, нерастворимых) ферментов - «ферментов второго поколения». Идея закрепления ферментов на нерастворимом в воде носителе и применения таких мощных катализаторов в технологических процессах и медицине возникла давно. Еще в 1916 г. осуществлена адсорбция инвертазы на активированном угле в свежевыделенной гидроокиси алюминия. С 1951 г. для фракционирования антител и выделения антигенов используют конъюгацию белков с целлюлозой. До недавнего времени существовал единственный метод закрепления ферментов - обыкновенная физическая адсорбция. Однако адсорбционная емкость известных материалов относительно белков явно недостаточна, а силы адгезии невелики, и разрыв связи между ферментом и поверхностью адсорбента может наступать от малейших изменений условий процесса. Поэтому такой метод иммобилизации не нашел широкого применения, но, поскольку он прост и может, по-видимому, способствовать выяснению механизма действия ферментов в живых системах, илах и почве, а в некоторых случаях применяться на практике, некоторые исследователи занимаются изучением адсорбции ферментов, поиском новых, эффективных носителей и т. д. .[ ...]

Если учесть выраженные и длительные физиологические изменения процессов роста и развития, вызываемые этиленом, не покажется удивительным, что происходят также изменения в синтезе РНК и белка и в активности ферментов. Неоднократно проверялась возможность прямого воздействия этилена на активность различных ферментов, например глюкозидазы, а-амилазы, инвертазы и перок-сидазы, но были получены отрицательные результаты-Вместе с тем синтез целого ряда ферментов четко возрастает. К числу ферментов, относительно быстро синтезируемых после воздействия этилена, относится перокси-даза. В плодах цитрусовых усиливается синтез фенил-аланин-аммиак-лиазы, причем С02 и ингибиторы транскрипции блокируют этот процесс. В отделительной ткани этилен вызывает образование целлюлазы. Очевидна связь этого эффекта со стимуляцией процесса отделения. Правда, ускоренное отделение наступает еще до подъема синтеза целлюлазы, но это, вероятно, объясняется тем, что этилен вызывает также высвобождение целлюлазы из связанной формы и ее секрецию в межклетники. Выделение амилазы из алейроновых клеток ячменя тоже ускоряется под действием этилена. Быстрые» эффекты этилена, например подавление клеточного растяжения, проявляющееся уже через 5 мин, связаны скорее с влиянием на мембраны, чем с изменениями белкового синтеза.[ ...]

Как известно, одной из причин токсичности почвогрунтов является их засоление. Отработанные буровые растворы и буровой шлам содержат в своем составе в ряде случаев значительное количество опасных для почв минеральных солей. Поэтому представляет интерес выявление влияния указанного фактора на биологическую продуктивность почв. Результаты исследований свидетельствуют о том, что минеральные сопи н количестве боттее 0 8-4,0 кт/м2 почвы резко снижают активность инвертазы, а в количестве более 1,5-1,6 кг/м2 почвы начинают существенно сказываться и на урожайности возделываемых на них сельхозкультур .[ ...]

Мед - высококалорийный продукт. Натуральным медом называется сладкое, вязкое и ароматическое вещество, вырабатываемое пчелами из нектара растений, а также из медвяной росы или пади. Мед может иметь вид закристаллизованной массы. Ценность меда заключается и в том, что он обладает бактерицидными свойствами. Поэтому мед не только ценный продукт питания, но и лечебное средство. Главными составными частями цветочного меда являются плодовый и виноградный сахара, которых в нем содержится около 75 %. Калорийность меда свыше 3 тыс. кал. В нем имеются ферменты: диастаза (или амилаза), инвертаза, каталаза, липаза.[ ...]

Исследования проводили в долине нижнего течения р.Сысола (Республика Коми, подзона средней тайги). Биохимические параметры почв характеризовали по уровню активности оксидоредуктаз (каталаза), гидролаз (инвертаза) и выделению С02 с поверхности почвы. Во все сроки отбора максимальные значения каталитической активности отмечены в лесных подстилках почвы Адл (4.2-8.6 мл 02/г почвы), наиболее «сухой» в исследованном ряду почв. Однако по уровню инвертазы во все сроки отбора лидировала почва Ал (11.9-37.8 мг глюкозы/г почвы в горизонте АО). В этой же почве отмечен в июле максимум в выделении С02 (0.60±0.19) кг/га-час. При использовании интегрального показателя БАП, учитывающего все параметры биологической активности, показано, что наиболее активно биологические процессы во все сроки отбора протекают в почве Ал, занимающей промежуточное положение по гидротермическому режиму между почвами Адл и Алб.[ ...]

Дестабилизация процесса нитрификации нарушает поступление в биологический круговорот нитратов, количество которых предопределяет ответную реакцию на изменение среды обитания у комплекса денитрификаторов. Ферментные системы денитрификаторов уменьшают скорость полного восстановления, слабее вовлекая закись азота в конечный этап, осуществление которого требует значительных энергетических затрат. В результате этого содержание закиси азота в надпочвенной атмосфере эродированных экосистем достигало 79 - 83% (Косинова и др., 1993). Отчуждение части органических веществ из черноземов под воздействием эрозии отражается на пополнении азотного фонда в ходе фото- и гетеротрофной фиксации азота: аэробной и анаэробной. На первых этапах эрозии быстрыми темпами идет подавление именно анаэробной азотфиксации в силу параметров лабильной части органического вещества (Хазиев, Багаутдинов, 1987). Активность ферментов инвертазы и каталазы в сильносмытых черноземах по сравнению с несмытыми уменьшилась более чем на 50%. В серых лесных почвах по мере увеличения их смытости наиболее резко снижается инвертазная активность. Если в слабосмытых почвах отмечается постепенное затухание активности с глубиной, то в сильносмытых уже в подпахотном слое инвертазная активность очень мала или не обнаруживается. Последнее связано с выходом на дневную поверхность иллювиальных горизонтов с крайне низкой активностью фермента. По активности фосфатазы и, особенно, каталазы четко выраженной зависимости от степени смытости почв не наблюдалось (Личко, 1998).[ ...]

Первичные вещества в лишайниках в общем те же, что и в других растениях. Оболочки гиф в лишайниковом слоевище составлены в основном углеводами, Часто обнаруживается в гифах хитин (С30 Н60 К4 019). Характерной составной частью гиф является полисахарид лихенин (С6Н10О6)п, называемый лишайниковым крахмалом. Реже встречающийся изомер лихенина - изолихенин - найден, кроме оболочек гиф, в протопласте. Из высокомолекулярных полисахаридов в лишайниках, в частности в оболочках гиф, встречаются гемицеллюлозы, являющиеся, очевидно, резервными углеводами. В межклеточных пространствах у некоторых лишайников обнаружены пектиновые вещества, которые, впитывая в большом количестве воду, набухают и ослизняют слоевище. В лишайниках встречаются также многие ферменты - инвертаза, амилаза, каталаза, уре-аза, зимаза, лихеназа, в том числе и внеклеточные. Из азотсодержащих веществ в гифах лишайников обнаружены многие аминокислоты - аланин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, лизин, валин, тирозин, триптофан и др. Фикобионт продуцирует в лишайниках витамины, но почти всегда в малых количествах.[ ...]

В ходе экспериментов установлено, что полужидкие и твердые отходы бурения крайне отрицательно влияют на биологическую продуктивность почв. Известно, что наибольшее негативное влияние оказывают нефть и нефтепродукты, содержащиеся в отходах . Указанные загрязнители значительно снижают активность окислительновосстановительных и гидролитических ферментов, что приводит к подавлению микробиологической активности почвы. Такой эффект ярко выражен для отходов, содержащих более 4-5 % нефти и нефтепродуктов. При меньшем содержании данного загрязнителя эффект снижения биологической продуктивности рассматриваемых типов почв характерен для периода от 3 до 6 мес., а затем отмечается усиленное размножение азотфиксирующих, денитрифицирующих и сульфатвосста-наачивающих бактерий, которые используют нефть и ее производные в качестве источника углерода и энергии, в результате чего происходят постепенное окисление и минерализация нефти. При этом закономерно падает урожайность сельхозкультур и активность инвертазы. При содержании в составе отходов более 5% нефти и нефтепродуктов видимой активности углеводородокисляющей бактериальной микрофлоры не отмечается даже по истечении 1 года. Указанный уровень загрязненности отходов является критическим, а потому требуется применение специальных агротехнических и агрохимических приемов, стимулирующих биологическую продуктивность почв (внесение удобрений, содержащих азот, фосфор и калий; интенсивная аэрация зоны нефтяного загрязнения; посев специальных трав, усиливающих деятельность углеводородусваивающей бактериальной микрофлоры) .[ ...]

Для изучения механизма и характера влияния полужидких (отработанные буровые растворы) и твердых (буровой шлам) отходов бурения, т.е. тех видов отходов, которые подвергаются засыпке минеральным грунтом в шламовых амбарах при их ликвидации, на биологическую продуктивность почв и разработки на этой основе комплекса агротехнических мер по восстановлению загрязненных земель были проведены вегетационно-полевые и полевые исследования. Эксперименты проводили по стандартным методикам . Экспериментировали с отходами бурения различной степени загрязненности по нефти и нефтепродуктам (НП), органическому углероду (показатель химического потребления кислорода - ХПК) и минеральным солям (показатель прокаленного остатка - ПО), которые добавляли в почвы в соотношении 1:1. Диапазон и уровень загрязненных отходов следующие: по НГ1 - 1,0-12,0%; по ХПК - 20,0 - 60,0 кг/м3; по ПО (в пересчете на единицу площади почвы) - 0,4-1,6 кг/м2 почвы. В исследованиях использовали три типа почвы, т.е. наиболее распространенные типы почв, на которых ведется бурение в зонах активного сельхозпользования земель. Интегральными показателями биологической продуктивности почв являлись урожайность стандартного ячменя сорта "Курьер" и активность инвертазы, которую определяли по известной методике .[ ...]

Однако, несмотря на тесную зависимость, существующую между лишайниками и субстратом, на котором они поселяются, до сих пор с достоверностью еще неизвестно, используют лишайники субстрат только как место прикрепления или они извлекают из него некоторые питательные вещества, необходимые для их жизнедеятельности. С одной стороны, способность лишайников расти на субстратах, бедных питательными веществами, дает основание считать, что они используют субстрат лишь как место прикрепления. Однако, с другой стороны, избирательная снособность, проявляемая лишайниками при расселении, строгая приуроченность большинства из них к определенному субстрату, зависимость видового состава лишайниковой растительности не только от физических, но и от химических свойств субстрата невольно наводят на мысль, что лишайники используют субстрат и как дополнительный источник питания. Это подтверждается и биохимическими исследованиями, проведенными в последние годы. Например, выяснилось, что у одного и того же вида лишайника, растущего на разных древесных породах, состав лишайниковых веществ может быть неодинаковым. Еще более очевидным доказательством служит открытие у лишайников внеклеточных ферментов, которые выделяются во внешнюю среду. Внеклеточные ферменты, такие, например, как инвертаза, амилаза, цел-люлаза и многие другие, представлены в лишайниках довольно широко и обладают достаточно высокой активностью. Причем, как оказалось, они наиболее активны в нижней части слоевища, которой лишайник прикреплен к субстрату. Это указывает на возможность активного воздействия слоевища лишайников на субстрат с целью извлечения из него дополнительных питательных веществ.

Ферментативная активность почв - один из показателей потенциальной биологической активнос­ти почв, характеризующий потенциальную способность системы сохранять гомеостаз.

В почве накапливается определенный «пул» ферментов, качественный и количественный состав которого характерен для данного типа почв.

Характер воздействия нефтяных углеводородов на поч­венные ферменты обусловлен прежде всего химической структурой углеводородов. Наиболее сильны-

356 Часть И. Примеры применения биотехнологии ВАВ в науке и производстве

ми ингибиторами являются ароматические соединения, отрицательное влияние которых проявляется ко всем рассмотренным окислительно-восстановительным и гидролитическим ферментам. н-Парафи- новые и цикло-парафиновые фракции, наоборот, оказывают в основном активирующее действие, осо бенно в низких концентрациях. Другой фактор, определяющий характер влияния нефтяного загряз­нения, - свойства самой почвы и, прежде всего, ее естественная буферность. Почвы с высокой буфер­ной емкостью менее резко реагируют на загрязнение.

Загрязнение нефтью влияет на ферментативную активность по всему профилю почвы. При загряз­нении почв нефтью нарушается обмен основных органогенных элементов в почве: углерода, азота, фосфора. Об этом, в первую очередь, свидетельствуют изменения активности ферментных комплек­сов, участвующих в их круговороте.

Активность некоторых ферментов: каталазы, уреазы, нитрит- и нитратредуктазы, амилазы можно использовать в качестве индикаторных показателей загрязненности почв нефтью, так как степень из­менения активности этих ферментов прямо пропорционально зависит от дозы загрязнителя и от вре­мени пребывания его в почве. Кроме того, определение активности исследованных ферментов не пре­дставляет методических трудностей и может быть широко использовано для характеристики почв, загрязненных нефтяными углеводородами.

Окислительно-восстановительные ферменты. Известно, что с окислительно-восстановительными процессами, происходящими при участии различных ферментов, связан распад нефтяных углеводо­родов в почве. Важнейшими и широко распространенными у почвенных микроорганизмов деструкто­рами нефти являются ферменты дегидрогеназы и каталазы. Уровень их активности в почве является определенным критерием состояния почвы в отношении самоочищающей способности ее от нефтяных ингредиентов: дегидрогеназа принимает непосредственное участие в разложении углеводородов, а вы­сокоактивный кислород, образующийся при участии каталазы, обеспечивает доступным кислородом микроорганизмы, участвующие в процессах разложения углеводородов.

В результате опытов, проведенных Н.А. Киреевой, установлено, что через 3 дня после загрязнения нефтью активность окислительно-восстановительных ферментов в почве заметно снижается по сравне­нию с контрольной почвой. Эти изменения сохраняются и через год после загрязнения. Тем не менее, через год после начала опытов активность окислительно-восстановительных ферментов несколько воз­растает, заметно снижаются различия между активностью каталазы и дегидрогеназы почвы контроль­ного и слабозагрязненного варианта, что свидетельствует о способности почвенной экосистемы восста­навливать биологическую активность до исходного уровня в течение года при слабом загрязнении.

Ферменты азотного обмена. В почве обнаруживаются гидролитические и окислительно-восстано­вительные ферментные системы, осуществляющие последовательное превращение азотсодержащих органических веществ через промежуточные стадии до минеральной нитратной формы, и наоборот, восстанавливающие нитратный азот до аммиака.

Уреаза - фермент, с действием которого связаны процессы гидролиза и превращения в доступную форму азота мочевины, - наиболее изучен. В нефтезагрязненных почвах активность уреазы возраста­ет как в полевых, так и в лабораторных опытах во всех рассматриваемых почвах. Изменение активнос­ти этого фермента находится в полном соответствии с ростом численности гетеротрофных микроорга­низмов, повышением содержания аммиачных форм азота и общего азота в загрязненной почве. Актив­ность других гидролитических ферментов азотного обмена - протеазы, аспарагиназы, глутаминазы - снижается под воздействием нефтяного загрязнения.

Большая роль в азотном обмене в почве принадлежит окислительно-восстановительным фермен­там: нитратредуктазе, нитритредуктазе и гидроксиламинредуктазе, которые в анаэробных условиях участвуют в процессах восстановления окисленных форм азота до аммиака. Загрязнение почвы нефтью неоднозначно действует на эти ферменты. Активность нитратредуктазы и нитритредуктазы снижается, а активность гидроксиламинредуктазы повышается.

Активность уреазы, нитрит- и нитратредуктазы можно использовать в качестве одного из диагнос­тических показателей загрязнения почв нефтью, так как, во-первых, эти ферменты меньше подвер­жены действию экологических факторов, во-вторых, прослеживается четкая зависимость активности их от степени загрязнения почв.

Активность гидролитических ферментов, участвующих в круговороте углерода. Основная роль в круговороте углерода в почвах принадлежит карбогидразам, расщепляющим углеводы различной природы и происхождения.

Сразу после загрязнения темно-серой лесной почвы не обнаружено достоверных различий между активностью инвертазы почв загрязненных и не загрязненных вариантов. Повышение активности че­рез год в образцах со слабой и средней дозами загрязнения, вероятно, связано с интенсивным разложе­нием отмерших растительных остатков. Высокая концентрация нефти, ведущая к созданию анаэроби- озиса в большей степени, чем слабая и средняя, создает лимитирующие условия для развития

аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов при обилии субстрата. Этим можно объяснить наблюдаемое снижение активности инвертазы в данном варианте. Активность целлюлазы и амилазы снижается при воздействии нефти.

Таким образом, рассмотрение функционирования только трех основных ферментов углеводного об­мена при попадании нефтяных углеводородов в почву свидетельствует о глубоких изменениях, проис­ходящих в почве. Замедляются процессы распада растительных остатков, следствием чего является изменение трансформации органических соединений в сторону ухудшения. Прослеживается четкая зависимость активности карбогидраз от степени загрязнения почвы нефтью.

Фосфогидролазы. В почве фосфор представлен в виде неорганических и органических соедине­ний. Недоступные формы фосфора усваиваются растениями благодаря деятельности фосфогидролаз, отщепляющих фосфор от органических соединений. Загрязнение серой лесной почвы нефтью снижа­ет активность фосфатазы. Причиной такого снижения активности фосфатазы может быть как обво­лакивание почвенных частиц нефтью, препятствующее поступлению субстрата, так и ингибирующее действие тяжелых металлов, концентрация которых в нефтезагрязненных почвах увеличивается. Наблюдаемое снижение активности фосфатаз является одной из причин уменьшения содержания подвижного фосфора нефтезагрязненной почвы. Через год после загрязнения активность фосфатазы сохраняется на низком уровне, содержание подвижного фосфора с ростом дозы нефти уменьшается.

Нефтяные углеводороды ингибируют активность ДНКазы, РНКазы, АТФазы.

Таким образом, попадание нефти в почву приводит к нарушению фосфорного режима почвы, уменьшению содержания подвижных фосфатов, к инактивации фосфогидролаз. В результате ухудша­ется фосфорное питание растений, обеспеченность их доступными формами фосфора.