Ензимна активност на почвената каталаза. Енциклопедия на градинаря

Ензимите са катализатори на химични реакции от протеинова природа, различаващи се по спецификата на действието си във връзка с катализата на определени химични реакции. Те са продукти на биосинтезата на всички живи почвени организми: дървесни и тревисти растения, мъхове, лишеи, водорасли, микроорганизми, протозои, насекоми, безгръбначни и гръбначни животни, представени в естествената среда от определени агрегати - биоценози.

Биосинтезата на ензимите в живите организми се осъществява поради генетични фактори, отговорни за наследственото предаване на типа метаболизъм и неговата адаптивна променливост. Ензимите са работният апарат, чрез който се осъществява действието на гените. Те катализират хиляди химични реакции в организмите, които в крайна сметка формират клетъчния метаболизъм. Благодарение на тях химичните реакции в тялото се извършват с висока скорост.

Понастоящем са известни повече от 900 ензима. Те са разделени на шест основни класа.

1. Оксиредуктази, катализиращи редокс реакции.

2. Трансферази, катализиращи реакциите на междумолекулен трансфер на различни химични групи и остатъци.

3. Хидролази, катализиращи реакции на хидролитично разцепване на вътрешномолекулни връзки.

4. Лиази, които катализират добавянето на групи към двойни връзки и обратните реакции на абстракция на такива групи.

5. Изомерази, катализиращи реакции на изомеризация.

6. Лигази, които катализират химични реакции с образуването на връзки, дължащи се на АТФ (аденозинтрифосфорна киселина).

Когато живите организми умират и гният, някои от техните ензими се унищожават, а някои, попадайки в почвата, запазват своята активност и катализират много почвени химични реакции, участвайки в процесите на почвообразуване и във формирането на качествен признак на почвите - плодовитост. В различни видове почви при определени биоценози се образуват собствени ензимни комплекси, които се различават по активността на биокаталитичните реакции.

VF Kuprevich и TA Shcherbakova (1966) отбелязват, че важна характеристика на почвените ензимни комплекси е подредеността на действието на съществуващите групи ензими, което се проявява във факта, че редица ензими, представляващи различни групи, са едновременно активни; образуването и натрупването на съединения, присъстващи в почвата в излишък, са изключени; излишъкът от натрупани подвижни прости съединения (например NH3) се свързват временно по един или друг начин и се изпращат на цикли, завършващи с образуването на повече или по-малко сложни съединения. Ензимните комплекси са балансирани саморегулиращи се системи. Микроорганизмите и растенията играят основна роля в това, като постоянно попълват почвените ензими, тъй като много от тях са краткотрайни. Броят на ензимите се съди косвено по тяхната активност във времето, което зависи от химическата природа на реагиращите вещества (субстрат, ензим) и от условията на взаимодействие (концентрация на компонентите, pH, температура, състав на средата, действие на активаторите , инхибитори и др.).

В тази глава се разглежда участието в някои почвени химични процеси на ензими от класа на хидролазите - активността на инвертазата, уреазата, фосфатазата, протеазата и от класа на оксиредуктазите - активността на каталазата, пероксидазата и полифенолоксидазата, които са от голямо значение при превръщането на азот- и фосфорсъдържащи органични вещества, вещества от въглехидратна природа и в процесите на образуване на хумус. Активността на тези ензими е важен показател за почвеното плодородие. В допълнение, активността на тези ензими в горски и обработваеми почви с различна степен на обработка ще бъде характеризирана на пример с дерново-подзолисти, сиви горски и дерново-варовити почви.

ХАРАКТЕРИСТИКА НА ПОЧВЕНИТЕ ЕНЗИМИ

Инвертаза - катализира реакциите на хидролитично разцепване на захароза в еквимоларни количества глюкоза и фруктоза, също така действа върху други въглехидрати с образуването на фруктозни молекули - енергиен продукт за жизнената активност на микроорганизмите, катализира реакциите на фруктоза трансфераза. Изследванията на много автори показват, че активността на инвертазата отразява по-добре от другите ензими нивото на почвеното плодородие и биологичната активност.

Уреаза - катализира реакциите на хидролитично разцепване на урея в амоняк и въглероден диоксид. Във връзка с използването на карбамид в агротехническата практика трябва да се има предвид, че уреазната активност е по-висока в по-плодородните почви. Издига се във всички почви в периодите на най-голяма биологична активност - през юли - август.

Фосфатаза (алкална и кисела) - катализира хидролизата на редица органофосфорни съединения с образуването на ортофосфат. Фосфатазната активност е обратно пропорционална на осигуреността на растенията с подвижен фосфор, така че може да се използва като допълнителен показател при определяне на необходимостта от внасяне на почвени фосфатни торове. Най-висока е фосфатазната активност в ризосферата на растенията.

Протеазите са група ензими, с участието на които протеините се разграждат до полипептиди и аминокиселини, след което се хидролизират до амоняк, въглероден диоксид и вода. В тази връзка протеазите са от голямо значение в живота на почвата, тъй като те са свързани с промените в състава на органичните компоненти и динамиката на азотните форми, усвоени от растенията.

Каталаза - в резултат на активиращото си действие водородният пероксид, който е токсичен за живите организми, се разделя на вода и свободен кислород. Растителността има голямо влияние върху каталазната активност на минералните почви. По правило почвите под растения с мощна дълбоко проникваща коренова система се характеризират с висока каталазна активност. Характеристика на активността на каталазата е, че тя се променя малко надолу по профила, има обратна връзка с влажността на почвата и пряка връзка с температурата.

Полифенолоксидаза и пероксидаза - играят важна роля в процесите на образуване на хумус в почвите. Полифенолоксидазата катализира окислението на полифенолите до хинони в присъствието на свободен атмосферен кислород. Пероксидазата катализира окислението на полифенолите в присъствието на водороден пероксид или органични пероксиди. В същото време неговата роля е да активира пероксидите, тъй като те имат слаб окислителен ефект върху фенолите. По-нататъшна кондензация на хинони с аминокиселини и пептиди може да настъпи с образуването на първична молекула на хуминовата киселина, която може допълнително да стане по-сложна поради повтарящи се кондензации (Kononova, 1963).

Беше отбелязано (Чундерова, 1970), че отношението на активността на полифенолоксидазата (S) към активността на пероксидазата (D), изразено в проценти (), е свързано с натрупването на хумус в почвите, следователно тази стойност е наречен условен коефициент на хумусно натрупване (К). В обработваемите слабо обработени почви на Удмуртия за периода от май до септември той е: в дерново-подзолиста почва - 24%, в сива горска оподзолена почва - 26% и в дерново-варовита почва - 29%.

ЕНЗИМНИ ПРОЦЕСИ В ПОЧВИТЕ

Биокаталитичната активност на почвите е в значително съответствие със степента на тяхното обогатяване с микроорганизми (Таблица 11), зависи от типа на почвата и варира в различните генетични хоризонти, което е свързано с промени в съдържанието на хумус, реакция, Red-Ox потенциал и други показатели по протежение на профила.

В девствените горски почви интензивността на ензимните реакции се определя главно от хоризонтите на горската постеля, а в обработваемите почви - от обработваемите слоеве. Както в едни, така и в други почви, всички биологично по-малко активни генетични хоризонти, разположени под хоризонтите А или Ар, имат ниска активност на ензими, която леко се променя в положителна посока при обработка на почвите. След усвояването на горските почви за обработваема земя, ензимната активност на формирания орен хоризонт в сравнение с горската постеля се оказва рязко намалена, но с култивирането се увеличава и при силно култивираните видове се доближава или надвишава тази от горската постеля.

11. Сравнение на биогенността и ензимната активност на почвите в Средния Предурал (Pukhidskaya and Kovrigo, 1974)

номер на секция, име на почвата	Хоризонт, дълбочина на вземане на проби, cm		Общият брой на микроорганизмите, хиляди на 1 g абс. суха почва (средно за 1962 г. 1964-1965)	Показатели за ензимна активност (средно за 1969-1971 г.)
				Инвертаза, mg глюкоза на 1 g почва за първия ден	Фосфатаза, mg фенолфталеин на 100 g почва за 1 час	Уреаза, mg NH, на 1 g почва за 1 ден	Каталаза, ml 0 2 на 1 g почва за 1 min	Полифенолоксидаза		Пероксидаза
								mg пурпурогалин на 100 g почва
3. Дървен средно подзолист средно глинен (под гора)
					Неопределен
1. Дървен средно подзолист средно глинен слабо култивиран
10. Сива гора оподзолена тежкоглинеста слабо култивирана
2. Содово-карбонатен, слабо излужен, лек глинен, слабо култивиран

Активността на биокаталитичните реакции в почвите се променя. Най-ниска е през пролетта и есента, а най-висока е обикновено през юли-август, което съответства на динамиката на общото протичане на биологичните процеси в почвите. Въпреки това, в зависимост от вида на почвите и тяхното географско разположение, динамиката на ензимните процеси е много различна.

Контролни въпроси и задачи

1. Какви съединения се наричат ​​ензими? Какво е тяхното производство и значение за живите организми? 2. Назовете източниците на почвени ензими. Каква роля играят отделните ензими в химията на почвата? 3. Дайте концепцията за ензимния комплекс на почвите и неговото функциониране. 4. Дайте обща характеристика на хода на ензимните процеси в целинни и обработваеми почви.

1

Проведено е изследване на ензимната активност на почвата в агросистемите на района на Горна Волга, формирани в дългосрочни стационарни експерименти върху дерново-подзолисти и сиви горски почви, за да се оцени тяхното екологично състояние. В дерново-подзолистата почва на горските екосистеми средното ниво на инвертазна активност е 21,1 mg глюкоза / 1 g почва, а в почвата на агросистемите е 8,6 mg глюкоза / 1 g почва. Селскостопанската употреба намалява активността на инвертазата средно 2,5 пъти. Особено силно потискане на инвертазата се наблюдава на нулеви фонове, където ежегодно се предприемат агротехнически мерки за отглеждане на култури, без въвеждане на торови материали. Средната активност на уреазата в почвата на агроекосистемите е 0,10 mg N-NH4/1g почва, малко по-висока е в почвата на горските екосистеми - 0,13 mg N-NH4/1g, което се дължи главно на генетичните характеристики на тревата -подзолисти почви и тяхното ниво на плодородие. Върху сивата горска почва изследваното ниво на агрогенно натоварване не оказва негативно влияние върху активността на почвените ензими, а напротив, има тенденция към повишаване на активността им върху обработваемата земя, което е съпроводено с мобилизиране на общата активност на биологичните процеси в почвата спрямо угарта. Интензивността на въздействието върху почвената покривка чрез различни технологични методи се проявява в намаляване на показателите за ензимна активност само в дерново-подзолисти почви. От екологична гледна точка тези резултати могат да се разглеждат като знак за реакцията на почвената покривка на външен антропогенен натиск.

земеделски пейзажи

инвертаза

кататаза

дерново-подзолист

сиви горски почви

ензимна активност

1. Witter A.F. Обработката на почвата като фактор за регулиране на почвеното плодородие /A.F. Witter, V.I. Турусов, В.М. Гармашов, С.А. Гаврилов. - М.: Инфра-М, 2014. - 174 с.

2. Джанаев З.Г. Агрохимия и биология на почвите в южната част на Русия / Z.G. Джанаев. - М.: Издателство на Московския държавен университет, 2008. - 528 с.

3. Звягинцев Д.Г. Биология на почвата / D.G. Звягинцев, Н.А. Бабиева. - М., 2005. - 520 с.

4. Зинченко М.К. Ензимен потенциал на агроландшафти на сива горска почва на Владимирското поле / M.K. Зинченко, С.И. Зинченко // Успехите на съвременната естествознание. - 2015. - № 1. - С. 1319-1323.

5. Зинченко М.К. Реакцията на почвената микрофлора на сивата горска почва към дългосрочната употреба на системи за торене с различни нива на интензификация / M.K. Зинченко, Л.Г. Стоянова // Постиженията на науката и технологиите на агропромишления комплекс. - 2016. - № 2. - Т. 30. - С. 21-24.

6. Емцев В.Т. Микробиология: учебник за университети / V.T. Емцев. – М.: Дропла, 2005. – 445 с.

7. Енкина О.В. Микробиологични аспекти на запазването на плодородието на кубанските черноземи / O.V. Енкина, Н.Ф. Коробски. - Краснодар, 1999. - 140 с.

8. Методи на почвената микробиология и биохимия; [ред. Д.Г. Звягинцев]. - М.: Издателство на Московския държавен университет, 1991. - 292 с.

9. Хазиев Ф.Х. Ензимната активност на почвите на агроценозите и перспективите за нейното изследване / F.Kh. Хазиев, А.Е. Гулко // Почвознание. - 1991. - № 8. - С. 88-103.

10. Хазиев Ф.Х. Методи на почвената ензимология / F.Kh. Хазиев. – М.: Наука, 2005. – 254 с.

Агроекологичните функции на почвите се изразяват с определени количествени и качествени параметрични характеристики, най-важни от които са биологичните показатели. Процесите на разлагане на растителни остатъци, синтеза и минерализацията на хумуса, превръщането на труднодостъпните форми на хранителни вещества в усвоими за растенията форми, хода на амонификация, нитрификация и фиксиране на свободния азот във въздуха се дължат на дейността на почвените микроорганизми.

Процесите на метаболизъм и енергия по време на разлагането и синтеза на органични съединения, преходът на трудно смилаеми хранителни вещества във форми, които са лесно достъпни за растенията и микроорганизмите, протичат с участието на ензими. Ето защо ензимната активност на почвата е най-важният диагностичен показател за въздействието на антропогенното натоварване върху почвените системи. Това важи особено за агроекосистемите с ежегодно агротехническо въздействие върху почвата. Определянето на активността на почвените ензими е много важно за определяне на степента на влияние на агротехническите мерки и агрохимичните средства върху активността на биологичните процеси, за да се прецени скоростта на мобилизация на основните органогенни елементи.

Изследователска целбеше да се оцени екологичното състояние на почвите в агросистемите на района на Горна Волга по отношение на ензимната активност. Обект на изследване са дерново-подзолисти почви с различна степен на оподзоляване и сиви горски почви върху прилежащи девствени и култивирани ландшафти.

Материали и методи на изследване

Тъй като обективни данни за плодородието на почвата и нейната биологична активност могат да бъдат получени в дългосрочни стационарни експерименти, почвените проби са взети за изследване във варианти на дългосрочни стационарни експерименти, разположени на базата на Костромския изследователски институт по земеделие, Ивановския селскостопански академия и Владимирския изследователски институт по земеделие. В резултат на това се анализира ензимната активност в дерновата подзолиста леко глинеста почва (Опит 1, Кострома), дерновата средно подзолиста леко глинеста почва (Опит 2, Иваново); сярна горска средно глинеста почва (Опит 3, Суздал).

За да можем да идентифицираме степента на влияние на различни видове антропогенно натоварване върху почвите на агроекосистемите, ние проучихме референтните почвени проби от ненарушени екосистеми в съседство с експерименталните участъци. Девствените варианти на дерново-подзолистите почви са площи с борова гора с примес от твърда дървесина. Сивите горски почви на дълготрайна угар се формират под широколистни гори с изобилие от треви в почвената покривка.

Сивите горски почви на Владимирското ополие се характеризират със средно натрупване на органична материя. Съдържанието на хумус в хоризонт А1 (А р) е 1,9 - 4%; хумусният хоризонт е тънък (17-37 cm). Стойността на киселинността, характерна за тези почви, е по-малка, отколкото за дерново-подзолистите почви, преобладават слабо киселинните почви (рН=5,2-6,0). Следователно сивите горски почви на Владимирска област се характеризират с по-благоприятни агрохимични показатели в сравнение с дерново-подзолистите почви. Стационарен полеви експеримент върху сива горска почва е създаден през 1997 г. за изследване на ефективността на системите за адаптивно ландшафтно земеделие (ALAS). На изследваните варианти за редуване на 6-полно сеитбообращение се въвеждат: на нулев фон - оборски тор 40т/ха (наведнъж); средно - N 240 R 150 K 150; високоинтензивен минерал - N 510 R 480 K 480; високоинтензивен органоминерален - оборски тор 80т/дка (наведнъж) + N 495 R 300 K 300.

Съдържанието на хумус в почвата на опитния участък на Ивановската селскостопанска академия е 1,92%; pH xl - 4,6-6,4; P 2 O 5 - 170-180 mg / kg почва, K 2 O - 110-170 mg / kg почва. Дебелината на орния слой е 21-23 см. Опитът е започнат през 1987 г. Почвените проби са взети в четириполно сеитбообръщение при нормален фон (N 30 P 60 K 60) по два метода на обработка на почвата - корективна оран на дълбочина 20-22 cm (S) и безкорпусно плоско рязане до 20 -22 см (PO).

Плодородието на дерново-подзолистата почва на дългосрочния стационарен експеримент на Костромския изследователски институт по земеделие през периода на вземане на проби се характеризира със следните средни показатели: съдържание на хумус 1,39-1,54%; pH xl - 4,6-6,4; P2O5 - 105-126 mg/kg; K 2 O - 104-156 mg / kg. Дългосрочен стационарен полеви експеримент за изследване на ефекта на варовик върху почвените свойства и добивите е създаден през 1978 г. Проучванията са проведени в сеитбообращението на седем полета. За тази работа са избрани почвени проби във вариантите N 45 P 45 K 45 - нулев фон; - нормален и Ca 2.5 (N 135 R 135 K 135) - интензивен. Подобрител в опита е доломитово брашно, въведено еднократно при залагането на опита в доза 25 t/ha физическо тегло за варианта Ca 2.5 (NPK) 3. При варианта Ca 0,5 + Ca 0,5 (NPK) 1 мелиорантът се използва фракционно, за първи път - в началото на опита в доза 5 t/ha, 0,5 хидролитична киселинност; отново - в края на четвъртата ротация през 2007 г. през есента, под оран, в доза 3,2 t/ha, 0,5 от изискването за хидролитична киселинност.

В почвените проби се определят: каталазна активност по газометричния метод на Galstyan, инвертазна активност по метода на I.N. Ромейко, С.М. Malinovskaya и уреазна активност по метода на T.A. Щербакова. Активността на тези почвени ензими е пряко свързана с преобразуването на въглерода, азота и редокс процесите и следователно характеризира функционалното състояние на почвените микроорганизми. Цялостното определяне на тези параметри позволява по-точно да се определи посоката на промените в активността на ензимния пул от почвени сортове.

Биохимичните изследвания на ензимната активност са проведени в периода 2011-2013 г. в почвения слой от 0-20 cm, тъй като основната биологична активност и най-високата биогенност са присъщи на горните слоеве на почвения профил, максимално обогатени с органична материя, с най-благоприятен хидротермичен и въздушен режим за микрофлората.

Резултати от изследването и дискусия

Най-важната връзка в кръговрата на въглерода в природата е етапът на ензимно преобразуване на въглехидратите в почвената среда. Той осигурява движението на органичния материал, постъпващ в почвата в големи количества и натрупаната в него енергия, както и натрупването му в почвата под формата на хумус, тъй като в този случай се образуват предхумусни компоненти.

Растителните остатъци, влизащи в почвата, са 60% въглехидрати. В почвата са открити моно-, ди- и полизахариди (целулози, хемицелулози, нишесте и др.). Очевидно е, че агроекологичните въздействия, водещи до промени във физикохимичното и биологичното състояние на почвите, влияят върху активността на ензимите на въглехидратния метаболизъм. Данните за почвената инвертазна активност са представени в таблица 1.

маса 1

Инвертазна активност в почви на агроекосистеми

	Място за вземане на проби	Агроекосистеми	Инвертазна активност, mg глюкоза/1 g почва за 40 часа
Содово-подзолист лека глинеста почва	Кострома	гора (контрол)
		Нулев фон N 45 R 45 K 45
		нормално Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Интензивен Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Дървен средно подзолист лека глинеста		гора (контрол)
		Нормално N 30 R 60 K 60
		Нормално N 30 R 60 K 60
		Депозит (контролен)
		*Нулев фон
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		висока интензивност минерал N 120 R 120 K 120
		N 120 R 120 K 120; Оборски тор 80т/дка + N 90

Забележка: В таблицата са дадени дозите на торове върху сива горска почва през периода на изследване.

Установено е, че в дерново-подзолистата почва на горските екосистеми средното ниво на инвертазна активност е 21,1 mg глюкоза / 1 g почва, а в почвата на агросистемите - 8,6 mg глюкоза / 1 g почва. Това означава, че земеделското използване на обработваема земя оказва значително влияние върху активността на инвертазата, като я намалява средно 2,5 пъти.

Особено силно потискане на инвертазата се наблюдава на нулеви фонове, където ежегодно се предприемат агротехнически мерки за отглеждане на култури, без въвеждане на торови материали. Това може да се дължи на лек приток на мортмаса под формата на остатъци от кореноплодни култури, както и на промяна във физикохимичните свойства в резултат на обработката на почвата.

Агротехническото използване на сивата горска почва не намалява значително активността на въглехидратната обмяна в сравнение с угарите. В райони с дълготрайни угари средната инвертазна активност е 50,0 mg глюкоза на 1 g почва за 40 часа, което е с 9% по-високо от средното за обработваема земя. Вариацията на ензимните стойности в сивата горска почва на агросистемите за 2 години изследвания (2012-2013) е V = 7,6%, със средно XS = 45,8 mg глюкоза / 1 g почва за 40 часа. Влиянието на системите за торене върху активността на инвертазата е най-силно изразено на средния фон. В този вариант показателите на ензимната активност са значително по-високи (НСР 05 = 2,9), отколкото при други фонове на интензификация. Следователно, когато се използват средни дози торове, се създават благоприятни условия за превръщането на органичните съединения от ароматната серия в хумусни компоненти. Това се потвърждава от данните за съдържанието на органичен въглерод, тъй като са натрупани максимални запаси от хумус при среден фон от 3,62%.

Един от информативните показатели за ензимната активност на почвата е активността на уреазата. Много изследователи разглеждат уреазната активност като индикатор за способността за самопочистване на почвата, замърсена с органични ксенобиотици. Действието на уреазата е свързано с хидролитичното разцепване на връзката между азот и въглерод (CO-NH) в молекулите на азотсъдържащи органични съединения. В агроекосистемите бързото нарастване на уреазната активност също показва способността за натрупване на амонячен азот в почвата. Ето защо много изследователи отбелязват положителна връзка между уреазната активност и съдържанието на азот и хумус в почвите.

Фактът, че описаните дернисто-подзолисти почви са слабо снабдени с изходен органичен субстрат, се доказва от ниската активност на този ензим (Таблица 2). В нашите изследвания средната активност на уреазата в почвата на агроекосистемите е 0,10 mg N-NH 4 /1g почва, тя е малко по-висока в почвата на горските екосистеми - 0,13 mg N-NH4 /1g, което се дължи главно на генетични особености на дерново-подзолистите почви и тяхното ниво на плодородие.

таблица 2

Уреазна активност в почви на агросистеми

	Място за вземане на проби	Агроекосистеми	Уреазна активност, mg N-NH 4 /1 g почва за 4 часа
Содово-подзолист лека глинеста почва	Кострома	гора (контрол)
		Нулев фон N 45 R 45 K 45
		нормално Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Интензивен Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Дървен средно подзолист лека глинеста		гора (контрол)
		Нормално N 30 R 60 K 60
Сива горска средно глинеста почва		Депозит (контролен)
		Нулев фон
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		висока интензивност минерал N 120 R 120 K 120
		Висок интензивен органоминерален N 120 R 120 K 120; Оборски тор 80т/дка + N 90

На ниво естествени биотопи уреазната активност се запазва в опит 1, където агротехническите мерки, в допълнение към използването на минерални торове, включват варуване на почвата. На фона на намаляване на съдържанието на водородни и алуминиеви йони в почвено-абсорбиращия комплекс се наблюдава стабилизиране на ензимната активност.

Култивирането на дерново-подзолисти почви без систематично въвеждане на варовикови материали, дори при използване на средни дози минерални торове, чрез оран и плоско разхлабване (Опит 2) води до намаляване на активността на уреазата в сравнение с техните естествени аналози.

Проучванията върху сивите горски почви показват, че средно нивото на уреазната активност в тези почви е 2,5 пъти по-високо, отколкото в дерново-подзолистите почви, което се дължи на генезиса на почвообразуването и нивото на тяхното плодородие. Това се доказва от данните както на естествените биотопи на находището, така и на почвите на агроекосистемите. Много изследователи са открили, че уреазната активност е право пропорционална на количеството органичен въглерод в почвата.

На ниво естествени биотопи показателят уреазна активност е отбелязан на високо интензивен органоминерален фон - 0,34 mg N-NH 4 /1g почва (Опит 3). На фона на силно интензивен органоминерален фон нивото на уреазната активност е повишено в сравнение с други агроекосистеми и угари. Това се дължи преди всичко на факта, че в периода на изследване на този вариант са внесени 80 t/ha оборски тор, който обогатява почвата със свежо органично вещество, урея и стимулира развитието на уробактериалния комплекс. Както в почвата на дългосрочна угар, при продължителна употреба на органоминерални торове се образува органична материя с най-широко съотношение на въглерод към азот (C:N). Този вид органична материя съответства на най-високата уреазна активност. Наблюдаваната тенденция показва способността на почвата на тези екосистеми за интензивно натрупване на амониев азот. Значително по-ниска (при HSR 05 = 0,04) ензимна активност в почвата на други агроекосистеми. Най-ниският показател (0,21 mgN-NH 4 /1g) е отбелязан на фона на минерален фон с висока интензивност, където са прилагани само високи дози минерални торове в продължение на 18 години. Може да се предположи, че при използване само на минерални торове, поради липса на специфичен енергиен субстрат, екологичната и трофична група от бактерии, продуциращи уреаза, намаляват в почвения микробен пул.

Като се има предвид ензимната активност на почвите, трябва да се обърне внимание на окисляването на продуктите от хидролизата на органичните съединения с образуването на прехумусни вещества. Тези реакции протичат с участието на оксидоредуктази, важен представител на които е каталазата. Каталазна активност характеризира процесите на биогенеза на хуминови вещества. Стойностите на показателите за каталазна активност в дерново-подзолистите почви показват пространствена и времева променливост, но като цяло те показват колебания в диапазона от 0,9-2,8 ml O 2 /1 g почва на минута. (Таблица 3). В агроекосистемите на дерново-подзолистите почви, образувани в областите Иваново и Кострома, показателите за каталазна активност са на нивото на техните естествени аналози (горски почви). Това означава, че степента на антропогенно натоварване не оказва значително влияние върху процесите на биогенеза на хуминови вещества. Те протичат с еднаква интензивност както в почвите на тези агросистеми, така и в почвите на естествените биотопи. Това е положителна тенденция, тъй като образуването на агроекосистеми върху дерново-подзолисти почви с лек гранулометричен състав, без използване на органични торове, може да доведе до повишаване на активността на каталазата. Повишаването на ензимната активност характеризира интензивната трансформация на хумусните вещества в почвата към тяхната минерализация, за да се осигурят хранителни вещества на култивираните култури. Активирането на тези процеси може да доведе до намаляване на съдържанието на хумус в почвата и намаляване на потенциалното плодородие на почвата.

Таблица 3

Каталазна активност в почви на земеделски системи

	Място за вземане на проби	Агроекосистеми	Каталазна активност, ml O 2 / 1 g почва на минута
Содово-подзолист лека глинеста почва	Кострома	гора (контрол)
		Нулев фон N 45 R 45 K 45
		нормално Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Интензивен Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Дървен средно подзолист лека глинеста		гора (контрол)
		Нормално N 30 R 60 K 60 (OV)
		нормално N 30 R 60 K 60
Сива горска средно глинеста почва		Депозит (контролен)
		Нулев фон
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		висока интензивност минерал N 120 R 120 K 120
		Висок интензивен органоминерален N 120 R 120 K 120; Оборски тор 80т/дка + N 90

Коефициентът на вариация на стойностите на активността на каталазата в сивата горска почва на агроекосистемите е V = 18,6%. Като цяло се наблюдават колебания в границите на 1,8-2,9 ml O 2 /1 g почва. При сегашното ниво на антропогенно натоварване върху обработваемата земя се наблюдава тенденция за активиране на окислително-възстановителните процеси в сравнение с угарите. Най-висока активност на тези процеси се наблюдава при използване на средни дози торове, което се характеризира със значително повишаване на активността на каталазата (при HSR 05 = 0,4) на фона на средна интензификация. Това се дължи на достатъчното обогатяване на почвата с органично вещество и подобряването на нейния режим на трансформация поради увеличаване на броя и мобилизационната активност на микробния басейн на обработваемата земя.

За да оценим степента на агрогенно влияние върху активността на различни ензими и да определим общата ензимна активност на всяка агроекосистема в сравними единици, използвахме метода на O.V. Енкина. Възможно е по-точно да се прецени нивото на ензимната активност на отделните селскостопански фонове чрез интерпретиране на обширен експериментален материал, ако сравним тяхната активност с контролата (в нашия случай с почвата на естествените екосистеми), като вземем техните показатели за ензимна активност за 100% . Тоест, степента на влияние на антропогенното натоварване върху различни групи ензими се отразява от съотношението на показателите на тяхната активност в агросистемите към естествените аналози (Таблица 4).

В резултат на изследването беше установено, че в повечето дерново-подзолисти почви в региона нивото на ензимна активност на агроландшафтите е по-ниско, отколкото в естествените им аналози. Ензимният потенциал на дерново-подзолистата почва в експеримент 1 (Кострома) намалява с 31% в сравнение с контролата, а в експеримент 3 (Иваново) - с 24%. На изследваните фонове в тези опити са внесени средни и високи дози минерални торове. Дългосрочната употреба на минерални торове, особено на азотни, често нарушава екологичния фон за възпроизвеждане на полезни микроорганизми на почви с нисък потенциал за плодородие. Това, като правило, се дължи на подкисляването на почвения разтвор, наличието на алуминиеви и железни йони в почвопоглъщащия комплекс, кореновите секрети на растенията, които предизвикват активно размножаване на микроскопични гъбички, допринасящи за увеличаване на биологична токсичност на почвата. В този случай отрицателните промени са придружени не само от преструктуриране на структурата на микробиоценозата, но и от намаляване на ензимната активност на почвата и загуба на потенциално и ефективно плодородие.

Таблица 4

Нивото на ензимна активност на почвите на агросистемите (в% от почвата на естествените екосистеми)

Място за вземане на проби	Агроекосистеми	каталаза		Инвертаза	Средна ензимна активност
Кострома	гора (контрол)
	Нулев фон
	нормално
	Интензивен
	Средно по опит,%
	гора (контрол)
	нормално
	нормално
	Средно по опит,%
	Минерал с висока интензивност
	Висок интензивен органоминерален
	Средно по опит,%

По този начин основните показатели за ензимната активност на дерново-подзолистите почви, свързани с тяхното ефективно плодородие, са по-високи в естествените екосистеми, отколкото в обработваемите почви.

С повишено ниво на почвено плодородие влиянието на агрогенните фактори върху ензимния потенциал на почвата е донякъде изгладено. Това наблюдаваме в агросистемите на сивата горска почва. Установено е, че през 3-те години на изследване се формира най-висок ензимен потенциал на среден фон от 108%. Средните дози минерални и органични торове (40 t/ha оборски тор веднъж на всеки 6 години) водят до повишаване на каталазната и инвертазната активност на почвата, което характеризира активирането на синтеза на хуминови вещества.

Заключение

Установено е, че изследваното ниво на агрогенно натоварване на сивата горска почва не оказва негативно влияние върху активността на почвените ензими, а напротив, има тенденция към повишаване на тяхната активност върху обработваемата земя, което е съпроводено с интензификация на общата активност на биологичните процеси в почвата в сравнение с угарта. Интензивността на въздействието върху почвената покривка чрез различни технологични методи се проявява в намаляване на показателите за ензимна активност на дерново-подзолистите почви. От екологична гледна точка тези резултати могат да се разглеждат като знак за реакцията на почвената покривка на външен антропогенен натиск.

За рационално използване и опазване на почвеното плодородие в биомониторинга и биодиагностиката на почвите трябва да се използват показатели за ензимна активност. Това е особено важно при изпълнение на производствени задачи в селското стопанство.

Библиографска връзка

Зинченко М.К., Зинченко С.И., Борин А.А., Камнева О.П. ЕНЗИМНА АКТИВНОСТ НА АГРАРНИТЕ ПОЧВИ В ГОРНАТА ПОВОЛГА // Съвременни проблеми на науката и образованието. - 2017. - № 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26458 (дата на достъп: 01.02.2020 г.). Предлагаме на Вашето внимание списанията, издавани от издателство "Естествонаучна академия"

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Въведение

1. Литературен преглед

1.1 Разбиране на почвените ензими

1.2 Ензимна активност на почвите

1.3 Методически подходи за определяне на ензимната активност на почвите

1.3.1 Разпределение на експерименталната площ

1.3.2 Характеристики на подбора и подготовката на почвени проби за анализ

1.4 Влияние на различни фактори (температура, воден режим, сезон на вземане на проби) върху ензимната активност на почвите

1.5 Променящи се съобщества от микроорганизми в почвите

1.6 Методи за изследване на активността на почвените ензими

Заключение

Списък на използваните източници

Въведение

В условията на повишено антропогенно натоварване върху биосферата на планетата, почвата, като елемент от природната система и намираща се в динамичен баланс с всички останали компоненти, е обект на деградационни процеси. Потоците от вещества, попадащи в почвата в резултат на антропогенна дейност, се включват в естествените цикли, нарушавайки нормалното функциониране на почвената биота и в резултат на това цялата почвена система. Сред различните биологични критерии за оценка на антропогенното въздействие върху почвите, най-оперативните и обещаващи са биохимичните показатели, които дават информация за динамиката на най-важните ензимни процеси в почвата: синтез и разлагане на органична материя, нитрификация и други процеси .

Наличната информация за ензимната активност на различни видове почви засега е недостатъчна и изисква допълнително проучване. Това прави много уместно в теоретично и практическо отношение изучаването на проблемите, повдигнати в тази работа.

Обект на изследване:активност на почвените ензими.

Целта на курсовата работа:Изследване на почвените ензими и ензимната активност на почвите.

В съответствие с целта на изследването, следното задачи:

1. Дайте обща представа за почвените ензими и ензимната активност на почвите.

2. Разгледайте методологичните подходи за определяне на ензимната активност на почвите.

3. Определете влиянието на различни природни фактори върху ензимната активност на почвите

4. Проучете въпроса за наличието и промяната на общностите на микроорганизмите в почвите

5. Избройте и опишете методите за изследване на активността на почвените ензими.

1 . Литературен преглед

1.1 Разбиране на почвените ензими

Трудно е да си представим, че ензими, високо организирани протеинови молекули, могат да се образуват в почвата извън жив организъм. Известно е, че почвата има известна ензимна активност.

Ензимите са катализатори на химични реакции от протеинова природа, различаващи се по спецификата на действието си във връзка с катализата на определени химични реакции.

Ензимите са продукти на биосинтеза на живи почвени организми: дървесни и тревисти растения, мъхове, лишеи, водорасли, гъби, микроорганизми, протозои, насекоми, безгръбначни и гръбначни животни, които в природата са представени от определени агрегати - биоценози.

Биосинтезата на ензимите в живите организми се осъществява поради генетични фактори, отговорни за наследственото предаване на типа метаболизъм и неговата адаптивна променливост. Ензимите са работният апарат, чрез който се осъществява действието на гените. Те катализират хиляди химични реакции в организмите, от които в резултат се състои клетъчният метаболизъм. Благодарение на ензимите химичните реакции в тялото се извършват с висока скорост.

Към днешна дата повече от 150 от двете хиляди известни ензими са получени в кристална форма. Ензимите са разделени на шест класа:

1. Оксиредуктази – катализират окислително-възстановителните реакции.

2. Трансферази - катализират реакциите на междумолекулен трансфер на различни химични групи и остатъци.

3. Хидролази - катализират реакциите на хидролитично разцепване на вътрешномолекулни връзки.

4. Лиази - катализиращи реакциите на добавяне на групи към двойни връзки и обратните реакции на отделяне на такива групи.

5. Изомерази – катализират реакциите на изомеризация.

6. Лигази - катализират химичните реакции с образуването на връзки, дължащи се на АТФ (аденозинтрифосфорна киселина).

Когато живите организми умират и гният, някои от техните ензими се унищожават, а някои, попадайки в почвата, запазват своята активност и катализират много почвени химични реакции, участвайки в процесите на почвообразуване и във формирането на качествен признак на почвите - плодовитост.

В различни видове почви при определени биоценози се образуват собствени ензимни комплекси, които се различават по активността на биокаталитичните реакции.

Важна характеристика на ензимните комплекси на почвите е подредеността на действието на съществуващите групи ензими. Проявява се в това, че се осигурява едновременното действие на редица ензими, представляващи различни групи. Ензимите изключват натрупването на излишък от всякакви съединения в почвата. Излишните натрупани мобилни прости съединения (например NH 3) по един или друг начин те временно се свързват и изпращат на цикли, завършвайки с образуването на по-сложни съединения. Ензимните комплекси могат да бъдат представени като някакъв вид саморегулиращи се системи. Микроорганизмите и растенията играят основна роля в това, като постоянно попълват почвените ензими, тъй като много от тях са краткотрайни.

Броят на ензимите се съди косвено по тяхната активност във времето, което зависи от химическата природа на реагиращите вещества (субстрат, ензим) и от условията на взаимодействие (концентрация на компонентите, pH, температура, състав на средата, действието на активатори, инхибитори и др.).

Ензимите, принадлежащи към класовете хидролази и оксидоредуктази, участват в основните процеси на хумификация на почвата, така че тяхната активност е важен показател за почвеното плодородие. Затова нека се спрем накратко на характеристиките на ензимите, принадлежащи към тези класове.

Хидролазите включват инвертаза, уреаза, фосфатаза, протеаза и др.

Инвертаза - катализира реакциите на хидролитично разцепване на захароза в еквимоларни количества глюкоза и фруктоза, също действа върху други въглехидрати (галактоза, глюкоза, рамноза) с образуването на молекули на фруктоза - енергиен продукт за живота на микроорганизмите, катализира реакциите на фруктоза трансфераза . Изследванията на много автори показват, че активността на инвертазата по-добре от други ензими отразява нивото на плодородие и биологична активност на почвите 3, p. 27.

Уреаза - катализира реакциите на хидролитично разцепване на урея в амоняк и въглероден диоксид. Във връзка с използването на карбамид в агротехническата практика трябва да се има предвид, че уреазната активност е по-висока в по-плодородните почви. Издига се във всички почви в периодите на най-голяма биологична активност - през юли-август.

Фосфатаза (алкална и кисела) - катализира хидролизата на редица органофосфорни съединения с образуването на ортофосфат. Фосфатазната активност е толкова по-висока, колкото по-малко подвижни форми на фосфор има в почвата, поради което може да се използва като допълнителен индикатор при определяне на необходимостта от прилагане на фосфатни торове в почвата. Най-висока е фосфатазната активност в ризосферата на растенията.

Протеазите са група от ензими, които разграждат протеините до полипептиди и аминокиселини, които впоследствие се хидролизират до амоняк, въглероден диоксид и вода. В тази връзка протеазите са от голямо значение в живота на почвата, тъй като те са свързани с промяна в състава на органичните компоненти и динамиката на азотните форми, които лесно се усвояват от растенията.

Класът на оксидоредуктазите включва каталаза, пероксидаза и полифенолоксидаза и др.

Каталаза - в резултат на нейното действие се получава разграждането на водородния прекис, който е токсичен за живите организми:

H2O2 > H2O + O2

Растителността има голямо влияние върху каталазната активност на минералните почви. Почвите под растения с мощна дълбоко проникваща коренова система се характеризират с висока каталазна активност. Характеристика на активността на каталазата е, че тя се променя малко надолу по профила, има обратна връзка с влажността на почвата и пряка връзка с температурата.

Полифенолоксидазата и пероксидазата в почвите играят основна роля в процесите на образуване на хумус.

Полифенолоксидазата катализира окислението на полифенолите до хинони в присъствието на свободен атмосферен кислород. Пероксидазата катализира окислението на полифенолите в присъствието на водороден пероксид или органични пероксиди. В същото време неговата роля е да активира пероксидите, тъй като те имат слаб окислителен ефект върху фенолите. По-нататъшна кондензация на хинони с аминокиселини и пептиди може да настъпи с образуването на първична молекула на хуминовата киселина, която може допълнително да стане по-сложна поради повтарящи се кондензации.

Съотношението на полифенолоксидазната активност (S) към пероксидазната активност (D), изразено като процент, е свързано с натрупването на хумус в почвите, следователно тази стойност се нарича условен коефициент на натрупване на хумус (K):

Помислете за разновидностите на почвените ензими.

Класът на оксидоредуктазите включва катализиращи редокс реакции.

При по-голямата част от биологичните окисления това не е добавянето на кислород към окислената молекула, а отстраняването на водород от окислените субстрати. Този процес се нарича дехидрогениране и се катализира от ензими дехидрогеназа.

Има аеробни дехидрогенази или оксидази и анаеробни дехидрогенази или редуктази. Оксидазите пренасят водородни атоми или електрони от окисленото вещество към атмосферния кислород. Анаеробните дехидрогенази даряват водородни атоми и електрони на други водородни акцептори, ензими или носители, без да ги прехвърлят към кислородни атоми. Многобройни органични съединения, които влизат в почвата с растения и животни, се подлагат на окисление: протеини, мазнини, въглехидрати, фибри, органични киселини, аминокиселини, пурини, феноли, хинони, специфични органични вещества като хуминови и фулвинови киселини и др.

По правило анаеробните дехидрогенази участват в окислително-редукционните процеси в клетките на животни, растения и микроорганизми, които пренасят водорода, отделен от субстрата, към междинни носители. В почвената среда основно аеробните дехидрогенази участват в редокс процесите, с помощта на които субстратният водород се пренася директно в атмосферния кислород, т.е. акцепторът на водород е кислород. Най-простата редокс система в почвите се състои от окисляем субстрат, оксидази и кислород.

Характеристика на оксидоредуктазите е, че въпреки ограничения набор от активни групи (коензими), те са в състояние да ускорят голямо разнообразие от редокс реакции. Това се постига благодарение на способността на един коензим да се комбинира с много апоензими и всеки път да образува оксидоредуктаза, специфична за един или друг субстрат.

Друга важна характеристика на оксидоредуктазите е, че те ускоряват химичните реакции, свързани с освобождаването на енергия, която е необходима за синтетичните процеси. Редокс процесите в почвата се катализират както от аеробни, така и от анаеробни дехидрогенази. По химическа природа това са двукомпонентни ензими, състоящи се от протеин и активна група или коензим.

Активна група може да бъде:

NAD + (никотинамид аденин динуклеотид),

NADP + (никотинамид аденин динуклеотид фосфат);

FMN (флавин мононуклеотид);

FAD (флавин аденин динуклеотид), цитохроми.

Открити са около петстотин различни оксидоредуктази. Най-често срещаните оксидоредуктази обаче са тези, които съдържат NAD+ като активна група.

Чрез комбиниране с протеин и образуване на двукомпонентен ензим (пиридинов протеин), NAD + повишава способността си за възстановяване. В резултат на това пиридиновите протеини стават способни да отнемат от субстрати, които могат да бъдат въглехидрати, дикарбоксилни и кето киселини, аминокиселини, амини, алкохоли, алдехиди, специфични почвени органични съединения (хуминови и фулвинови киселини) и др., водородни атоми в формата на протоните (H +) . В резултат на това активната група на ензима (NAD +) се намалява и субстратът преминава в окислено състояние.

Механизмът на свързване на два водородни атома, т.е. два протона и два електрона, е както следва. Активната група дехидрогенази, която приема протони и електрони, е пиридиновият пръстен. Когато NAD + се редуцира, един протон и един електрон са прикрепени към един от въглеродните атоми на пиридиновия пръстен, т.е. един водороден атом. Вторият електрон е прикрепен към положително заредения азотен атом, а останалият протон преминава в околната среда.

Всички пиридинови протеини са анаеробни дехидрогенази. Те не прехвърлят водородните атоми, отстранени от субстрата, към кислорода, а ги изпращат към друг ензим.

В допълнение към NAD +, пиридиновите ензими могат да съдържат никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP +) като коензим. Този коензим е производно на NAD +, в който водородът на ОН - групата на втория въглероден атом на аденозин рибозата е заменен с остатък от фосфорна киселина. Механизмът на окисление на субстрата с участието на NADP* като коензим е подобен на NAD +.

След добавяне на водород NADH и NADPH имат значителен редукционен потенциал. Те могат да прехвърлят своя водород към други съединения и да ги редуцират, докато самите те се превръщат в окислена форма. Въпреки това, водородът, прикрепен към анаеробната дехидрогеназа, не може да бъде прехвърлен към кислорода на въздуха, а само към носители на водород. Такива междинни носители са флавиновите ензими (флавопротеини). Те са двукомпонентни ензими, които могат да съдържат фосфорилиран витамин B 2 (рибофлавин) като активна група. Всяка молекула от такъв ензим има молекула рибофлавин фосфат (или флавин мононуклеотид, FMN). По този начин FMN е съединение на азотната основа на диметилизоалоксазина с остатъците от петвъглеродния алкохол рибитол и фосфорна киселина. FMN е способен да приема и отдава два водородни (Н) атома при азотните (N) атоми на изоалоксазиновия пръстен.

Трансферазите се наричат ​​трансферни ензими. Те катализират прехвърлянето на отделни радикали, части от молекули и цели молекули от едно съединение в друго. Трансферните реакции обикновено протичат в две фази. В първата фаза ензимът отделя атомната група от веществото, участващо в реакцията, и образува комплексно съединение с него. Във втората фаза ензимът катализира добавянето на група към друго вещество, участващо в реакцията, и самият той се освобождава в непроменено състояние. Класът на трансферазите включва около 500 отделни ензима. В зависимост от това кои групи или радикали се пренасят от трансферазите, биват фосфотрансферази, аминотрансферази, гликозилтрансферази, ацилтрансферази, метилтрансферази и др.

Фосфотрансферазите (киназите) са ензими, които катализират преноса на остатъци от фосфорна киселина (H2P03). Донорът на фосфатни остатъци, като правило, е АТФ. Фосфатните групи се прехвърлят към алкохолни, карбоксилни, азотсъдържащи, фосфорсъдържащи и други групи органични съединения. Фосфотрансферазите включват вездесъщата хексокиназа, ензим, който ускорява прехвърлянето на остатък от фосфорна киселина от ATP молекула към глюкоза. Тази реакция започва превръщането на глюкозата в други съединения.

Гликозилтрансферазите ускоряват трансфера на гликозилни остатъци към молекули на монозахариди, полизахариди или други вещества. Това са ензими, които осигуряват реакции за синтеза на нови въглехидратни молекули; коензимите на гликозилтрансферазите са нуклеозид дифосфатна захар (NDP захар). От тях, в процеса на синтез на олигозахариди, гликозилният остатък се прехвърля към монозахарида. В момента са известни около петдесет NDP захари. Те са широко разпространени в природата, синтезирани от фосфатни естери на монозахаридите и съответните нуклеозидни трифосфати.

Ацилтрансферазите пренасят остатъци от оцетна киселина CH3CO - както и други остатъци от мастни киселини до аминокиселини, амини, алкохоли и други съединения. Това са двукомпонентни ензими, които включват коензим А. Източникът на ацилни групи е ацил коензим А, който може да се разглежда като активна група ацилтрансферази. Когато остатъците от оцетна киселина се прехвърлят, ацетил коензим А се включва в реакцията.

Класът на хидролазите включва ензими, които катализират хидролизата, а понякога и синтеза на сложни органични съединения с участието на вода.

Подклас естерази включва ензими, които ускоряват реакциите на хидролиза на естери, алкохоли с органични и неорганични киселини.

Най-важните подкласове на естеразите са хидролази на естери на карбоксилни киселини и фосфатази. Реакциите на хидролиза на мазнини (триглицериди), в резултат на които се освобождават глицерол и висши мастни киселини, се ускоряват от глицерол естер хидролаза липаза. Прави се разлика между простите липази, които катализират освобождаването на висши мастни киселини от свободните триглицериди, и липопротеиновите липази, които хидролизират липидите, свързани с протеини. Липазите са еднокомпонентни протеини с молекулно тегло от 48 000 до 60 000. Дрождената липаза е добре проучена. Неговата полипептидна верига се състои от 430 аминокиселинни остатъка и е нагъната в глобула, в центъра на която е активното място на ензима. Водеща роля в активния център на липазата играят радикалите на хистидин, серин, дикарбоксилни киселини и изолевцин.

Активността на липазите се регулира от тяхното фосфорилиране-дефосфорилиране. Активните липази се фосфорилират, неактивните се дефосфорилират.

Фосфатазите катализират хидролизата на фосфатните естери. Фосфатазите, действащи върху естерите на фосфорната киселина и въглехидратите, са широко разпространени. Такива съединения включват например глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфатаза, фруктозо-1,6-дифосфат и др. Съответните ензими се наричат ​​глюкозо-6-фосфатаза, глюкозо-1-фосфатаза и др. Те катализират елиминиране на остатък от фосфорна киселина от фосфорни естери:

Фосфодиестер фосфатазите - дезоксирибонуклеаза и рибонуклеаза катализират разцепването на ДНК и РНК до свободни нуклеотиди.

Подклас хидролази включва гликозидази, ускоряващи хидролизата на гликозидите. В допълнение към гликозидите, съдържащи едновалентни алкохолни остатъци като агликони, олиго- и полизахаридите са субстрати, върху които действат гликозидазите. От гликозидазите, действащи върху олигозахаридите, малтозата и захарозата са най-важни. Те хидролизират малтозата и захарозата.

От гликозидазите, действащи върху полизахаридите, най-важни са амилазите. Характерна особеност на амилазите е липсата на абсолютна специфичност на действието. Всички амилази са металопротеини, съдържащи Zn 2+ и Ca 2+. Активните центрове на амилазите се образуват от хистидин, аспарагинова и глутаминова киселини и тирозинови радикали. Последният изпълнява функцията на свързване на субстрата, а първият е трикаталитичен. Амилазите ускоряват реакциите на хидролиза на гликозилови връзки в молекулата на нишестето с образуването на глюкоза, малтоза или олигозахариди.

Не по-малко важни са целулазата, която катализира разграждането на целулозата, инулазата, която разгражда полизахарида инулин, и аглюкозидазата, която превръща дизахарида малтоза в две глюкозни молекули. Някои гликозидази могат да катализират преноса на гликозилови остатъци, в който случай те се наричат ​​трансгликозидази.

Протеазите (пептидни хидролази) катализират хидролитичното разцепване на пептидни CO-NH връзки в протеини или пептиди, за да образуват пептиди с по-малко молекулно тегло или свободни аминокиселини. Сред пептидните хидролази има ендопептидази (протеинази), които катализират хидролизата на вътрешните връзки в протеиновата молекула, и екзопептидази (пептидази), които осигуряват разцепване на свободни аминокиселини от пептидната верига.

Протеиназите се разделят на четири подкласа.

1. Серинови протеинази, активният център на тези ензими включва серинов остатък. Последователността на аминокиселинните остатъци на мястото на полипептидната верига в серин протеиназите е същата: аспарагинова киселина-серия-глицин. Хидроксилната група на серина се характеризира с високи процеси. Втората активна функционална група е имидазолът на хистидиновия остатък, който активира хидроксилната група на серина в резултат на образуването на водородна връзка.

2. Тиол (цистеин) протеиназите имат цистеинов остатък в активния център, сулфхидрилните групи и йонизираната карбоксилна група имат ензимна активност.

3. Киселинни (карбоксилни) протеинази, оптимално pH<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Металопротеинази, тяхното каталитично действие се дължи на наличието на Mg 2+, Mn 2+, Co 2+, Zn 2+, Fe 2+ в активния център. Силата на връзката между металната и протеиновата част на ензима може да бъде различна. Металните йони, включени в активния център, участват в образуването на ензимно-субстратни комплекси и улесняват активирането на субстратите.

Важна характеристика на протеиназите е селективният характер на тяхното действие върху пептидните връзки в протеиновата молекула. В резултат на това отделен протеин винаги се разцепва под въздействието на определена протеиназа в строго ограничен брой пептиди.

5. Пептидните хидролази, които разцепват аминокиселини от пептид, като се започне от аминокиселина със свободна NH2 група, се наричат ​​аминопептидази, тези със свободна СООН група се наричат ​​карбоксипептидази. Завършете хидролизата на протеиновата дипептидаза, разделяйки дипептидите на аминокиселини.

6. Амидазите катализират хидролитичното разцепване на връзката между въглерод и азот: дезаминиране на амини. Тази група ензими включва уреаза, която извършва хидролитичното разцепване на уреята. окислителен ензим

7. Уреаза - еднокомпонентен ензим (М = 480 хиляди). Молекулата е глобула и се състои от осем равни субединици. Има абсолютна субстратна специфичност, действа само върху урея.

Трябва да се отбележи, че за да се открият свободни ензими в почвата, е необходимо преди всичко да се освободи от живи организми, тоест да се извърши пълна или частична стерилизация. Идеалният фактор, който стерилизира почвата за нуждите на ензимологията, трябва да убива живите клетки, без да нарушава клетъчната им структура и в същото време да не засяга самите ензими. Трудно е да се каже дали всички използвани в момента методи за стерилизация отговарят на тези изисквания. Най-често почвата за нуждите на ензимологията се стерилизира чрез добавяне на толуен като антисептик, чрез третиране на почвата с етиленов оксид или, което се практикува все по-често, чрез унищожаване на различни видове микроорганизми с йонизиращо лъчение. По-нататъшната техника за определяне на каталитичните свойства на почвата не се различава от методите за определяне на активността на ензими от растителен или животински произход. В почвата се добавя определена концентрация на субстрата за ензима и след инкубация се изследват реакционните продукти. Анализите на много почви, извършени по този метод, показват, че те съдържат свободни ензими с каталитична активност.

1.2 Ензимна активност на почвите

Ензимната активност на почвите [от лат. Fermentum - закваска] - способността на почвата да упражнява каталитичен ефект върху процесите на трансформация на екзогенни и собствени органични и минерални съединения благодарение на присъстващите в нея ензими. Като характеризират ензимната активност на почвите, те означават общия показател за активност. Ензимната активност на различните почви не е еднаква и е свързана с техните генетични характеристики и комплекс от взаимодействащи фактори на околната среда. Нивото на ензимната активност на почвата се определя от активността на различни ензими (инвертази, протеази, уреази, дехидрогенази, каталаза, фосфатази), изразени чрез количеството разложен субстрат за единица време на 1 g почва.

Биокаталитичната активност на почвите зависи от степента на тяхното обогатяване с микроорганизми и от вида на почвите. Ензимната активност варира в различните генетични хоризонти, които се различават по съдържание на хумус, типове реакции, редокс потенциал и други параметри по протежение на профила.

В девствените горски почви интензивността на ензимните реакции се определя главно от хоризонтите на горската постеля, а в обработваемите почви - от обработваемите слоеве. Всички биологично по-малко активни генетични хоризонти под хоризонтите A или An имат ниска ензимна активност. Тяхната активност леко се увеличава с обработката на почвата. След усвояването на горските почви за обработваеми земи, ензимната активност на образувания орен хоризонт рязко намалява в сравнение с горската постеля, но при обработката се повишава и при силно обработваеми почви се доближава или надвишава показателите на горската постеля. .

Ензимната активност отразява състоянието на почвеното плодородие и вътрешните промени, настъпващи по време на селскостопанската употреба и повишаването на нивото на земеделска култура. Тези промени се наблюдават както при обработването на девствени и горски почви, така и при тяхното използване по различни начини.

В цяла Беларус до 0,9 t/ha хумус се губи годишно в обработваемите почви. В резултат на ерозия всяка година от нивите се изнася безвъзвратно 0,57 t/ha хумус. Причините за дехумификацията на почвата са повишената минерализация на почвената органична материя, изоставането на процесите на новообразуване на хумус от минерализация поради недостатъчен прием на органични торове в почвата и намаляване на ензимната активност на почвата.

Биохимичните трансформации на почвената органична материя възникват в резултат на микробиологична активност под въздействието на ензими. ензимна активност почвен микроорганизъм

Ензимите играят специална роля в живота на животните, растенията и микроорганизмите. Почвените ензими участват в разграждането на растителни, животински и микробни остатъци, както и в синтеза на хумус. В резултат хранителните вещества от трудни за смилане съединения се превръщат в леснодостъпни форми за растенията и микроорганизмите. Ензимите се отличават с висока активност, строга специфичност на действие и голяма зависимост от различни условия на околната среда. Благодарение на тяхната каталитична функция те позволяват бързо протичане на огромен брой химични реакции в тялото или извън него.

Заедно с други критерии, ензимната активност на почвите може да служи като надежден диагностичен показател за определяне на степента на обработка на почвата. В резултат на изследване 4, p. 91 установи връзката между активността на микробиологичните и ензимните процеси и прилагането на мерки за повишаване на почвеното плодородие. Обработката на почвата, торенето значително променят екологичната среда за развитие на микроорганизми.

Понастоящем в биологични обекти са открити няколко хиляди отделни ензими, като няколкостотин от тях са изолирани и изследвани. Известно е, че една жива клетка може да съдържа до 1000 различни ензима, всеки от които ускорява една или друга химична реакция.

Интересът към използването на ензими се дължи и на факта, че изискванията за повишаване на безопасността на технологичните процеси непрекъснато нарастват. Присъстващи във всички биологични системи, като едновременно продукти и инструменти на тези системи, ензимите се синтезират и функционират при физиологични условия (pH, температура, налягане, наличие на неорганични йони), след което лесно се отделят, претърпяват разрушаване до аминокиселини. . Както продуктите, така и отпадъчните продукти от повечето процеси, включващи ензими, са нетоксични и лесно разградими. Освен това в много случаи ензимите, използвани в индустрията, се получават по екологичен начин. Ензимите се различават от небиологичните катализатори не само по безопасност и повишена биоразградимост, но и по специфичност на действието, меки условия на реакция и висока ефективност. Ефективността и специфичността на действието на ензимите позволява получаването на целеви продукти с висок добив, което прави използването на ензими в промишлеността икономически изгодно. Използването на ензими допринася за намаляване на потреблението на вода и енергия в технологичните процеси, намалява емисиите на CO2 в атмосферата, намалява риска от замърсяване на околната среда от странични продукти от технологичните цикли.

С използването на съвременна агротехника е възможно да се променят в благоприятна посока микробиологичните процеси не само в орните, но и в подорните слоеве на почвата.

С прякото участие на извънклетъчните ензими се извършва разграждането на почвените органични съединения. И така, протеолитичните ензими разграждат протеините до аминокиселини.

Уреазата разгражда уреята на CO2 и NH3. Полученият амоняк и амониеви соли служат като източник на азотно хранене за растенията и микроорганизмите.

Инвертазата и амилазата участват в разграждането на въглехидратите. Ензимите от фосфатната група разлагат органофосфорните съединения в почвата и играят важна роля във фосфатния режим на последната.

За характеризиране на общата ензимна активност на почвата обикновено се използват най-често срещаните ензими, характерни за по-голямата част от почвената микрофлора - инвертаза, каталаза, протеаза и др.

В условията на нашата република са проведени много изследвания 16, p. 115 за изследване на промените в нивото на плодородието и ензимната активност на почвите при антропогенно въздействие, но получените данни не дават изчерпателен отговор за естеството на промените поради трудността на сравняването на резултатите поради разликата в експериментални условия и методи на изследване.

В тази връзка търсенето на оптимално решение на проблема за подобряване на хумусното състояние на почвата и нейната ензимна активност в специфични почвени и климатични условия, основано на разработването на ресурсоспестяващи методи за основна обработка на почвата и използването на почвено- защитни сеитбообръщения, които спомагат за запазване на структурата, предотвратяват свръхконсолидацията на почвата и подобряват качеството им и възстановяват почвеното плодородие с минимални разходи, много актуални.

1.3 Методически подходи за определяне на ензимпочвена дейност

1.3.1 Експериментално изолиранеthсайти картографиране

Пробна площадка - част от изследваната територия, характеризираща се с подобни условия (релеф, хомогенност на структурата на почвата и растителната покривка, характер на стопанско използване).

Мястото за изпитване трябва да бъде разположено на типично място за района на изследване. На площ от 100 кв. м се полага една пробна площадка с размер 25 м. При нееднородност на релефа площадките се избират според елементите на релефа.

Те очертават предварителен план за полагане на основните секции и полусекции по такъв начин, че да характеризират почвите на всички срещащи се форми на релефа и разлики в почвеното покритие.

Методът на примката се използва в райони със сложен релеф и гъста географска мрежа. С този метод изследваната територия се разделя на отделни елементарни сектори, като се вземат предвид особеностите на промените в релефа или хидрографската мрежа. Секторът се заснема от един център чрез извършване на петловидни маршрути в радиална посока.

Като се вземат предвид особеностите на релефа и хидрографската мрежа в една конкретна зона, маршрутите за проучване могат да се планират комбинирано, т.е. част от обекта се изследва по метода на успоредните пресичания на територията, а част по метода на лупингите.

По маршрутите точките на полагане на изсичанията са планирани така, че да се покрият всички основни различия в релефа и растителността, т.е. разстоянията между участъците не са ограничени, следователно в някои, като правило, трудни в релефа места, участъците могат да бъдат по-плътни, докато в други, относително хомогенни области, местоположението на участъците може да бъде рядко.

Следва работа, свързана с почвено картографиране и подробно проучване на почвите, като се започне с разузнавателно проучване на обекта (квартала). По време на разузнавателното проучване те се запознават с границите на обекта и като цяло с обекта на изследване, който се заобикаля по сечища, забележителности и пътища. В най-характерните места се полагат разрези, чието местоположение се прилага към плана. Според резултатите от разузнавателните проучвания, маршрутите и местата за полагане на почвени разрези са окончателно коригирани.

След разузнавателното проучване те започват самото проучване, по време на което е необходимо да има план за полагане на почвени участъци и чисто копие на очертанията на описанието на таксацията. Общата представа за почвените сортове и първоначалните маркировки на границите на почвените контури се получават въз основа на изследване на основните и контролните секции. Изясняването на границите на разпределението на почвения контур се извършва с помощта на копаене. Едновременно с това в полевия дневник за всеки участък се попълва формуляр за описване на почвения участък. Извършва се теренно изследване на разпространението на почвите след полагане и свързване на разрези за установяване на класификацията на дадената почва. Според резултатите от теренната оценка на почвената покривка и всички други елементи на ландшафта като почвен контур се обособява отделна, относително хомогенна или монотонно-пъстра зона.

Основата за идентифициране на границите между контурите на различни почви е идентифицирането на модели между почви, релеф и растителност. Промените във факторите на почвообразуване водят до промени в почвеното покритие. При ясна промяна в релефа, растителните образувания и изходните скали, границите на почвените различия съвпадат с границите на земята. От своя страна, лекотата на фиксиране на границите върху картата и точността на идентифициране на почвените контури зависят от точността на топографската основа. Но в природата най-често човек трябва да се справя с неясни граници, постепенен преход. В този случай за установяване на границите на почвените контури е необходимо полагането на голям брой ями, както и богат практически опит и добри умения за наблюдение. При извършване на фактическото проучване на терен, въз основа на плана, копиран от таксационния план, се съставя контур на почвите на района на изследване.

Трябва да се помни, че няма строги граници между почвените различия в природата, тъй като замяната на една почвена разлика с друга става постепенно чрез натрупване на някои характеристики и загуба на други. Следователно, изследването на почвата позволява само да се предадат, в по-голяма или по-малка степен, схематичните очертания на разпределението на почвените контури, а точността на идентифициране на техните граници зависи от мащаба на изследването, вида на почвата и други условия. Минималните размери на почвените контури, които подлежат на задължително идентифициране на почвена карта, се определят от технически стандарти.

1.3.2 Характеристики на подбора и подготовката на почвени проби за анализ

За да се определи правилно съдържанието на определено вещество в почвата, всички агрохимични анализи трябва да се извършват с безупречна прецизност и прецизност. Въпреки това, дори един много задълбочен анализ ще даде ненадеждни резултати, ако почвата не е взета правилно.

Тъй като пробата за анализ се взема много малка и резултатите от определянето трябва да дадат обективна характеристика на големи количества материал, се обръща внимание на елиминирането на хетерогенността при вземане на проби от почвата. Осредняването на почвените проби се постига чрез поетапен подбор на изходни, лабораторни и аналитични проби.

Смесената първоначална проба трябва да бъде съставена от индивидуални проби (оригинални проби), взети в една и съща почвена разлика. Ако мястото е със сложна почвена покривка, тогава не може да се вземе една средна проба. Те трябва да са толкова, колкото са разликите в почвата.

В зависимост от конфигурацията на обекта, разположението на пунктовете за вземане на първоначални проби на него варира. На тесен, продълговат участък могат да се поставят по протежение (в средата) на него. На широка, близка до квадрат площ, шахматното подреждане на местата за вземане на проби е по-добро. На големи площи се използват почвени проби по дължината на парцела в средата му в количество до 20 бр.

Разбъркайте старателно взетата първоначална проба от почвата върху парче брезент, последователно осреднете и намалете до желания обем, след което я изсипете в чиста торба или кутия. Това е лабораторна проба, масата й е около 400 g.

Върху кутията с лабораторна проба се поставя етикет от шперплат или картон, написан с молив, на който е отбелязано:

1. Имена на обекта.

2. Имена на сайтове.

3. Парцелни номера.

4. Дълбочина на селекцията.

5. Примерни номера.

6. Фамилии на лицето, което е ръководило работата или взело пробата.

7. Дати на работа.

Същият запис се прави едновременно в дневника.

Почвената проба, доставена от обекта в лабораторията, се изсипва върху дебела хартия или лист чист шперплат и се омесват всички налепнали буци с ръце. След това чуждите включвания се избират с пинсети, почвата се разбърква добре и леко се натрошава. След такова приготвяне на лабораторна проба, тя отново се разпръсква, за да се доведе до въздушно сухо състояние, след което се раздробява и се пресява през сито с отвори 2 mm.

Помещението за сушене на почвата трябва да бъде сухо и защитено от достъп на амоняк, киселинни изпарения и други газове.

За определяне на ензимната активност обикновено се взема почва, изсушена на открито; Мокрите проби трябва да се изсушат в лабораторията при стайна температура. Трябва да се внимава пробата да не съдържа неразградени растителни остатъци. Почвените буци се раздробяват и пресяват през сито с размер на отворите 1 мм. Когато се изследва ензимната активност на прясна (мокра) проба, трябва да се обърне още повече внимание на пълното отстраняване на растителните остатъци. Едновременно с изследването на активността се определя и влажността на почвата, полученият резултат се преизчислява за 1 g абсолютно суха почва.

1.4 Влияние на различни факторивърху ензимната активност на почвите

Важен фактор, от който зависи скоростта на ензимната реакция (и каталитичната активност на ензима) е температурата, чийто ефект е показан на фигура 1. От фигурата се вижда, че с повишаване на температурата до определена стойност, скоростта на реакцията се увеличава. Това може да се обясни с факта, че с повишаване на температурата движението на молекулите се ускорява и молекулите на реагиращите вещества имат повече възможности да се сблъскат една с друга. Това увеличава вероятността да възникне реакция между тях. Температурата, която осигурява най-висока скорост на реакцията, се нарича оптимална температура.

Всеки ензим има своя собствена оптимална температура. По принцип за ензимите от животински произход тя е между 37 и 40°С, а за растителните – между 40 и 50°С. Има обаче изключения: b-амилазата от покълнало зърно има оптимална температура при 60C, а каталазата - в рамките на 0-10C. Когато температурата се повиши над оптималната, скоростта на ензимната реакция намалява, въпреки че честотата на молекулярните сблъсъци се увеличава. Това се случва поради денатурация, т.е. загуба на естественото състояние на ензима. При температури над 80°С повечето ензими напълно губят своята каталитична активност.

Намаляването на скоростта на ензимната реакция при температури над оптималната зависи от денатурацията на ензима. Следователно важен показател, характеризиращ съотношението на ензима към температурата, е неговата термолабилност, т.е. скоростта на инактивиране на самия ензим с повишаване на температурата.

Фигура 1 - Ефект на температурата върху скоростта на хидролиза на нишесте от амилаза

При ниски температури (0C и по-ниски) каталитичната активност на ензимите пада почти до нула, но денатурация не настъпва. С повишаване на температурата тяхната каталитична активност се възстановява отново.

Също така ензимната активност на почвите се влияе от влажността, съдържанието на микроорганизми и екологичното състояние на почвите.

1.5 Променящи се съобщества от микроорганизми в почвите

Почвените микроорганизми са многобройни и разнообразни. Сред тях са бактерии, актиномицети, микроскопични гъби и водорасли, протозои и живи същества, близки до тези групи.

Биологичният кръговрат в почвата се осъществява с участието на различни групи микроорганизми. В зависимост от вида на почвата съдържанието на микроорганизми варира. В градински, градински, обработваеми почви има от един милион до няколко милиарда микроорганизми на 1 g почва. Почвата на всеки градински парцел съдържа свои собствени микроорганизми. Те участват със своята биомаса в натрупването на почвената органична материя. Те играят огромна роля при формирането на наличните форми на минерално хранене за растенията. Изключително голямо е значението на микроорганизмите в натрупването на биологично активни вещества в почвата като ауксини, гиберелини, витамини, аминокиселини, които стимулират растежа и развитието на растенията. Микроорганизмите, които образуват слуз от полизахаридна природа, както и голям брой гъбични нишки, участват активно във формирането на структурата на почвата, залепвайки прахообразните почвени частици в агрегати, като по този начин подобряват водно-въздушния режим на почвата.

Биологичната активност на почвата, числеността и активността на почвените микроорганизми са тясно свързани със съдържанието и състава на органичното вещество. В същото време най-важните процеси на формиране на почвеното плодородие, като минерализация на растителни остатъци, хумификация, динамика на елементите на минералното хранене, реакцията на почвения разтвор, трансформацията на различни замърсители в почвата, степента на натрупване на пестициди в растенията, натрупване на токсични вещества в почвата и явлението почвена умора. Санитарно-хигиенната роля на микроорганизмите е голяма и при трансформирането и неутрализирането на съединенията на тежките метали.

Обещаващо направление за възстановяване и поддържане на плодородието и биологична интензификация на селското стопанство е използването на продукти за преработка на органични отпадъци с участието на вермикомпости от земни червеи, които са в симбиоза с микроорганизми. В естествените почви разграждането на отпадъците се извършва от земни червеи, копрофаги и други организми. Но в този процес участват и микроорганизми. В червата на червеите се създават по-благоприятни условия, за да изпълняват всякакви функции, отколкото в почвата. Земните червеи, в съюз с микроорганизмите, превръщат различни органични отпадъци във високоефективни биологични торове с добра структура, обогатени с макро- и микроелементи, ензими, активна микрофлора, осигуряващи продължително (дългосрочно, постепенно) въздействие върху растенията.

Така че, като се осигури развитието на микроорганизми в почвата, добивът се увеличава и качеството му се подобрява. В крайна сметка се развиват микроорганизми, т.е. разделят на всеки 20-30 минути и при наличие на достатъчно хранителни вещества образуват голяма биомаса. Ако бик с тегло 500 кг на ден образува 0,5 кг - 1 кг, то 500 кг микроорганизми на ден са биомаса, а 500 кг растения създават 5 тона биомаса. Защо това не се наблюдава в почвата? И тъй като за това микроорганизмите се нуждаят от храна, а от друга страна различни фактори я ограничават, в частност пестицидите. На площ от 1 ха, в резултат на жизнената дейност на почвените микроби, през годината се отделят 7500 m3 въглероден диоксид. А въглеродният диоксид е необходим както като източник на въглеродно хранене за растенията, така и за разтваряне на труднодостъпни соли на фосфорна киселина и превръщане на фосфора във форма, достъпна за хранене на растенията. Тези. където микроорганизмите работят добре, не е необходимо да се прилагат фосфорни торове. Но самите микроорганизми се нуждаят от органична материя.

Голяма е ролята на културните растения в баланса на органичните вещества в почвата. Натрупването на хумус в почвите се улеснява от многогодишни треви, особено бобови. След тяхното прибиране в почвата остава фитомаса, която се обогатява с азот поради фиксирането й от нодулни бактерии от въздуха. Редовите и зеленчуковите култури (картофи, зеле и др.) намаляват съдържанието на хумус в почвата, т.к. оставят малко количество растителни остатъци в почвата, а приложената система за дълбока обработка осигурява интензивно снабдяване на орния слой с кислород и в резултат на това осигурява силна минерализация на органичната материя, т.е. неговата загуба.

При анализа на почвите често се взема предвид броят на отделните физиологични групи микроорганизми. Това става по така наречения титърен метод, при който течни селективни (елективни) хранителни среди за определени групи микроорганизми се замърсяват с различни разреждания на почвена суспензия. Чрез установяване на степента на разреждане след задържане в термостат, което показва наличието на желаната група микроорганизми, след това е възможно да се определи броят на нейните представители в почвата чрез просто преизчисляване. По този начин те откриват колко е богата почвата на нитрификатори, денитрификатори, разлагащи целулозата и други микроорганизми.

За характеризиране на вида на почвата и нейното състояние са важни не само показателите за броя на различните групи микроорганизми, но и анализът на състоянието в почвата на отделните им видове. С редки изключения дори физиологичните групи микроорганизми са много широки. Външната среда може драстично да промени видовия състав на почвените микроорганизми, но има малък или никакъв ефект върху броя на техните физиологични групи. Ето защо при анализа на почвата е важно да се стремим да установим състоянието на отделните видове микроорганизми.

Сред почвените микроорганизми има представители на различни систематични единици, които могат да асимилират не само лесно смилаеми органични съединения, но и по-сложни вещества с ароматна природа, които включват такива съединения, характерни за почвата като хумусни вещества.

Всички почви на Земята са образувани от много разнообразни скали, които излизат на повърхността, които обикновено се наричат ​​родителски скали. Рохкавите седиментни скали действат главно като почвообразуващи скали, тъй като магмените и метаморфните скали излизат на повърхността сравнително рядко.

Основателят на научното почвознание В. В. Докучаев разглежда почвата като специално тяло на природата, толкова отличително, колкото растение, животно или минерал. Той посочи, че различни почви се образуват при различни условия и че те се променят с времето. Според дефиницията на В. В. Докучаев почвата трябва да се нарича „дневна“ или повърхностни хоризонти на скали, естествено променени от влиянието на редица фактори. Типът на почвата се съставя в зависимост от: а) основната скала, б) климата, в) растителността, г) релефа на страната и д) възрастта на почвообразуващия процес.

Разработвайки научните основи на почвознанието, В. В. Докучаев отбелязва огромната роля на живите организми, и по-специално на микроорганизмите, в образуването на почвата.

Периодът на творчеството на В. В. Докучаев съвпадна с времето на великите открития на Л. Пастьор, което показа голямото значение на микроорганизмите в трансформацията на различни вещества и в инфекциозния процес. В края на миналия и началото на този век бяха направени редица важни открития в областта на микробиологията, които бяха от фундаментално значение за почвознанието и земеделието. По-специално беше установено, че почвата съдържа огромен брой различни микроорганизми. Това даде основание да се мисли за съществената роля на микробиологичния фактор в образуването и живота на почвата.

Едновременно с В. В. Докучаев работи друг изключителен почвовед П. А. Костичев 24, p. 72. В монографията „Почви на Черноземния регион на Русия, техният произход, състав и свойства“ (1886) той пише, че геологията е от второстепенно значение по въпроса за чернозема, тъй като натрупването на органична материя се извършва в горните слоеве. на земята, геологически разнообразен и чернозем е въпросът за географията на висшите растения и въпросът за физиологията на нисшите растения, които разграждат органичната материя. П. А. Костичев проведе серия от експерименти за изясняване на ролята на отделни групи микроорганизми в създаването на почвен хумус.

Академик В. И. Вернадски, ученик на В. В. Докучаев, има голям принос в концепцията за ролята на биологичния фактор в преобразуването на Земята и в процеса на почвообразуване. Той вярваше, че основният фактор за миграцията на химичните елементи в горната част на земната кора са организмите. Тяхната дейност засяга не само органичните, но и минералните вещества на почвата и подпочвените слоеве.

Още от началните етапи на превръщането на скалите в почва много ясно се очертава ролята на микроорганизмите в процесите на изветряне на минералите. Изключителните учени В. И. Вернадски и Б. Б. Полинов разглеждат изветрянето на скалите като резултат от дейността на растенията, главно по-ниски организми. Към днешна дата тази гледна точка е потвърдена от голямо количество експериментален материал.

Обикновено първите заселници на скалите са люспести лишеи, които образуват листовидни плочи, под които се натрупва малко количество фина пръст. Лишеите, като правило, са в симбиоза с неспорообразуващи сапрофитни бактерии.

По отношение на редица елементи лишеите действат като техни акумулатори. В фината земя под литофилна растителност рязко се увеличава количеството органична материя, фосфор, железен оксид, калций и магнезий.

Сред другите растителни организми, които се заселват на родителските скали, трябва да се отбележат микроскопични водорасли, по-специално синьо-зелени и диатомеи. Те ускоряват изветряването на алуминосиликатите и също така обикновено живеят заедно с бактерии, които не образуват спори.

Водораслите очевидно играят значителна роля като автотрофни акумулатори на органични вещества, без които не може да продължи активната дейност на сапрофитните микроорганизми. Последните произвеждат различни съединения, които причиняват изветрянето на минералите. Много синьо-зелени водорасли са фиксатори на азот и обогатяват разрушимата скала с този елемент.

Основна роля в процеса на изветряне вероятно играят въглеродният диоксид, минералните и органичните киселини, произведени от различни микроорганизми. Има индикации, че някои кето киселини имат силен разтварящ ефект. Не се изключва възможността за участие в изветрянето на хумусни съединения.

Трябва да се отбележи, че много бактерии образуват слуз, което улеснява близкия контакт на микроорганизмите със скалата. Разрушаването на последното става както под въздействието на продуктите от жизнената дейност на микроорганизмите, така и в резултат на образуването на сложни съединения между веществото на слузта и химичните елементи, които изграждат кристалните решетки на минералите. Изветрянето на скалите в природата трябва да се разглежда като единство от два противоположни процеса - разпадане на първични минерали и възникване на вторични минерали. Нови минерали могат да възникнат, когато микробните метаболити взаимодействат един с друг.

...

Подобни документи

Изследване на екологичните условия, зоналните и интразоналните фактори на почвообразуването. Характеристика на структурата на почвените профили, гранулометричен състав, физикохимични и водно-физични свойства на почвите, формиране на агроекологични типове почви.

курсова работа, добавена на 14.09.2011 г


Характеристика на морфологични елементи и характеристики на почвата. Видове структура на почвения профил. Система от символи за обозначаване на генетични почвени хоризонти. Влияние на химичния състав върху цвета на почвата. Класификация на почвените новообразувания и включвания.

резюме, добавено на 22.12.2013 г


Природни условия и фактори на почвообразуване. Систематичен списък на основните типове почви и техните морфологични характеристики. Водно-физични свойства на почвите, техния гранулометричен, агрегатен и химичен състав, обемна плътност. Методи за защита на почвата.

курсова работа, добавена на 02/07/2010


Физиологично състояние на азотфиксаторите в почвени типове, оценка на техните адаптивни възможности. Анализ на почвени проби, взети в районите на района на Нижни Новгород. Идентифициране на щамове от род Azotobacter по културни и физиологични характеристики.

дисертация, добавена на 15.02.2014 г


Фактори и процеси на почвообразуване, структурата на почвената покривка на обекта на изследване, основните видове почви. Подробна характеристика на почвените контури, тяхното съотношение в района на изследване. Оценка на почвеното плодородие и неговото лесовъдско значение.

курсова работа, добавена на 12.11.2010 г


Популация на Ophiobolus hyphae от еубактерии, актиномицети и гъби в естествени почви. Антибиотична активност на някои особено продуктивни гъби по отношение на други гъби. Инфекция на почвени насекоми, състав на бактерии в почвите.

резюме, добавено на 03.07.2011 г


Природни условия на почвообразуване: климат, релеф, почвени скали, растителност, хидрология и хидрография. Мерки за подобряване на почвеното плодородие, препоръки за тяхното използване. Земеделско групиране и бонитиране на почвите.

курсова работа, добавена на 22.06.2013 г


Влияние на скалите, климата, релефа, растителността върху почвообразуването. Гранулометричен състав, физични свойства, воден режим на обработваемите почви. Определяне на почвено-екологичния индекс. Основните мерки за подобряване на почвеното плодородие в агрогрупите.

курсова работа, добавена на 25.05.2012 г


Свойства на солените почви, тяхното образуване. Условия за натрупване на сол в почвите. Интензивност на растителността. Източници на лесно разтворими соли. Разпространение на солените почви. Изразяване на солени почви в систематика, диагностични хоризонти.

резюме, добавено на 30.03.2014 г


Проучване на влиянието на земеделските култури върху състава и динамиката на почвените разтвори. Разпространение на сивите горски почви, особености на генезиса, диагностика, свойства, класификация, използване. Съдържание и състав на почвената органична материя.

Ензимната активност на почвите [от лат. Fermentum - закваска] - способността на почвата да упражнява каталитичен ефект върху процесите на трансформация на екзогенни и собствени органични и минерални съединения благодарение на присъстващите в нея ензими. Като характеризират ензимната активност на почвите, те означават общия показател за активност. Ензимната активност на различните почви не е еднаква и е свързана с техните генетични характеристики и комплекс от взаимодействащи фактори на околната среда. Нивото на ензимната активност на почвата се определя от активността на различни ензими (инвертази, протеази, уреази, дехидрогенази, каталаза, фосфатази), изразени чрез количеството разложен субстрат за единица време на 1 g почва.

Биокаталитичната активност на почвите зависи от степента на тяхното обогатяване с микроорганизми и от вида на почвите. Ензимната активност варира в различните генетични хоризонти, които се различават по съдържание на хумус, типове реакции, редокс потенциал и други параметри по протежение на профила.

В девствените горски почви интензивността на ензимните реакции се определя главно от хоризонтите на горската постеля, а в обработваемите почви - от обработваемите слоеве. Всички биологично по-малко активни генетични хоризонти под хоризонтите A или An имат ниска ензимна активност. Тяхната активност леко се увеличава с обработката на почвата. След усвояването на горските почви за обработваеми земи, ензимната активност на образувания орен хоризонт рязко намалява в сравнение с горската постеля, но при обработката се повишава и при силно обработваеми почви се доближава или надвишава показателите на горската постеля. .

Ензимната активност отразява състоянието на почвеното плодородие и вътрешните промени, настъпващи по време на селскостопанската употреба и повишаването на нивото на земеделска култура. Тези промени се наблюдават както при обработването на девствени и горски почви, така и при тяхното използване по различни начини.

В цяла Беларус до 0,9 t/ha хумус се губи годишно в обработваемите почви. В резултат на ерозия всяка година от нивите се изнася безвъзвратно 0,57 t/ha хумус. Причините за дехумификацията на почвата са повишената минерализация на почвената органична материя, изоставането на процесите на новообразуване на хумус от минерализация поради недостатъчен прием на органични торове в почвата и намаляване на ензимната активност на почвата.

Биохимичните трансформации на почвената органична материя възникват в резултат на микробиологична активност под въздействието на ензими. ензимна активност почвен микроорганизъм

Ензимите играят специална роля в живота на животните, растенията и микроорганизмите. Почвените ензими участват в разграждането на растителни, животински и микробни остатъци, както и в синтеза на хумус. В резултат хранителните вещества от трудни за смилане съединения се превръщат в леснодостъпни форми за растенията и микроорганизмите. Ензимите се отличават с висока активност, строга специфичност на действие и голяма зависимост от различни условия на околната среда. Благодарение на тяхната каталитична функция те позволяват бързо протичане на огромен брой химични реакции в тялото или извън него.

Заедно с други критерии, ензимната активност на почвите може да служи като надежден диагностичен показател за определяне на степента на обработка на почвата. В резултат на изследване 4, p. 91 установи връзката между активността на микробиологичните и ензимните процеси и прилагането на мерки за повишаване на почвеното плодородие. Обработката на почвата, торенето значително променят екологичната среда за развитие на микроорганизми.

Понастоящем в биологични обекти са открити няколко хиляди отделни ензими, като няколкостотин от тях са изолирани и изследвани. Известно е, че една жива клетка може да съдържа до 1000 различни ензима, всеки от които ускорява една или друга химична реакция.

Интересът към използването на ензими се дължи и на факта, че изискванията за повишаване на безопасността на технологичните процеси непрекъснато нарастват. Присъстващи във всички биологични системи, като едновременно продукти и инструменти на тези системи, ензимите се синтезират и функционират при физиологични условия (pH, температура, налягане, наличие на неорганични йони), след което лесно се отделят, претърпяват разрушаване до аминокиселини. . Както продуктите, така и отпадъчните продукти от повечето процеси, включващи ензими, са нетоксични и лесно разградими. Освен това в много случаи ензимите, използвани в индустрията, се получават по екологичен начин. Ензимите се различават от небиологичните катализатори не само по безопасност и повишена биоразградимост, но и по специфичност на действието, меки условия на реакция и висока ефективност. Ефективността и специфичността на действието на ензимите позволява получаването на целеви продукти с висок добив, което прави използването на ензими в промишлеността икономически изгодно. Използването на ензими допринася за намаляване на потреблението на вода и енергия в технологичните процеси, намалява емисиите на CO2 в атмосферата, намалява риска от замърсяване на околната среда от странични продукти от технологичните цикли.

С използването на съвременна агротехника е възможно да се променят в благоприятна посока микробиологичните процеси не само в орните, но и в подорните слоеве на почвата.

С прякото участие на извънклетъчните ензими се извършва разграждането на почвените органични съединения. И така, протеолитичните ензими разграждат протеините до аминокиселини.

Уреазата разгражда уреята на CO2 и NH3. Полученият амоняк и амониеви соли служат като източник на азотно хранене за растенията и микроорганизмите.

Инвертазата и амилазата участват в разграждането на въглехидратите. Ензимите от фосфатната група разлагат органофосфорните съединения в почвата и играят важна роля във фосфатния режим на последната.

За характеризиране на общата ензимна активност на почвата обикновено се използват най-често срещаните ензими, характерни за по-голямата част от почвената микрофлора - инвертаза, каталаза, протеаза и др.

В условията на нашата република са проведени много изследвания 16, p. 115 за изследване на промените в нивото на плодородието и ензимната активност на почвите при антропогенно въздействие, но получените данни не дават изчерпателен отговор за естеството на промените поради трудността на сравняването на резултатите поради разликата в експериментални условия и методи на изследване.

В тази връзка търсенето на оптимално решение на проблема за подобряване на хумусното състояние на почвата и нейната ензимна активност в специфични почвени и климатични условия, основано на разработването на ресурсоспестяващи методи за основна обработка на почвата и използването на почвено- защитни сеитбообръщения, които спомагат за запазване на структурата, предотвратяват свръхконсолидацията на почвата и подобряват качеството им и възстановяват почвеното плодородие с минимални разходи, много актуални.

От многобройните показатели за биологичната активност на почвата голямо значение имат почвените ензими. Тяхното разнообразие и богатство позволяват извършването на последователни биохимични трансформации на постъпващите в почвата органични остатъци.

Името "ензим" идва от латинското "fermentum" - фермент, закваска. Феноменът катализа все още не е напълно разбран. Същността на катализатора е да намали енергията на активиране, необходима за химическа реакция, като я насочи по заобиколен път през междинни реакции, които изискват по-малко енергия, без катализатор. Това също увеличава скоростта на основната реакция. Под действието на ензима вътремолекулните връзки в субстрата се отслабват поради известна деформация на неговата молекула, която възниква по време на образуването на междинен ензимно-субстратен комплекс.

По този начин ролята на ензимите е, че те значително ускоряват биохимичните реакции и ги правят възможни при обикновени нормални температури.

Ензимите, за разлика от неорганичните катализатори, имат селективно действие. Спецификата на действието на ензимите се изразява в това, че всеки ензим действа само върху определено вещество, или върху определен вид химична връзка в молекулата. По своята биохимична природа всички ензими са високомолекулни протеинови вещества. Специфичността на ензимните протеини се влияе от последователността на аминокиселините в тях. Някои ензими съдържат по-прости съединения в допълнение към протеина. Например, различни окислителни ензими съдържат органични съединения на желязото. Други включват мед, цинк, манган, ванадий, хром, витамини и други органични съединения.

Единната класификация на ензимите се основава на спецификата на вида на реакцията, като в момента ензимите са разделени на 6 класа. В почвите най-изследвани са оксидоредуктазите (катализират процесите на биологично окисление) и хидролазите (катализират разцепването с добавяне на вода). От оксидоредуктазите в почвата най-често се срещат каталаза, дехидрогеназа, фенолоксидаза и др.

Те участват в редокс процесите при синтеза на хуминови компоненти. От хидролазите най-широко разпространени в почвите са инвертазата, уреазата, протеазата и фосфатазата. Тези ензими участват в реакциите на хидролитично разлагане на високомолекулни органични съединения и по този начин играят важна роля в обогатяването на почвата с хранителни вещества, които са подвижни и достъпни за растенията и микроорганизмите.

Голям брой изследователи са изучавали ензимната активност на почвите. В резултат на изследвания е доказано, че ензимната активност е елементарна характеристика на почвата. Ензимната активност на почвата се формира в резултат на съвкупността от процеси на навлизане, обездвижване и действие на ензимите в почвата. Източници на почвени ензими са всички живи вещества на почвата: растения, микроорганизми, животни, гъби, водорасли и др. Натрупвайки се в почвата, ензимите стават неразделна реактивна съставка на екосистемата. Почвата е най-богатата система по отношение на ензимно разнообразие и ензимен фонд. Разнообразието и богатството на ензими в почвата позволява последователни биохимични трансформации на различни постъпващи органични остатъци.

Почвените ензими играят значителна роля в процесите на образуване на хумус. Превръщането на растителни и животински остатъци в хуминови вещества е сложен биохимичен процес, в който участват различни групи микроорганизми, както и извънклетъчни ензими, имобилизирани от почвата. Разкрита е пряка връзка между интензивността на хумификация и ензимната активност.

Особено важно е значението на ензимите в случаите, когато в почвата се развиват екстремни условия за жизнената активност на микроорганизмите, по-специално при химическо замърсяване. В тези случаи метаболизмът в почвата остава до известна степен непроменен поради действието на имобилизирани в почвата и следователно стабилни ензими. Максималната каталитична активност на отделните ензими се наблюдава в сравнително малък диапазон на рН, който е оптимален за тях. Тъй като в природата има почви с широк спектър от реакции на околната среда (pH 3,5-11,0), нивото на тяхната активност е много различно.

Проучванията на различни автори установяват, че активността на почвените ензими може да служи като допълнителен диагностичен показател за почвеното плодородие и неговите промени в резултат на антропогенно въздействие. Използването на ензимната активност като диагностичен индикатор се улеснява от ниската грешка на експериментите и високата стабилност на ензимите по време на съхранение на пробите.