Encimska aktivnost katalaze v tleh. Enciklopedija vrtnarja

doma

Čiščenje in filtracija vode

Encimi so katalizatorji za kemične reakcije beljakovinske narave, ki se razlikujejo po specifičnosti svojega delovanja glede na katalizo nekaterih kemičnih reakcij. So produkti biosinteze vseh živih organizmov v tleh: lesnatih in zelnatih rastlin, mahovov, lišajev, alg, mikroorganizmov, praživali, žuželk, nevretenčarjev in vretenčarjev, ki jih v naravnem okolju predstavljajo določeni agregati - biocenoza.

Biosinteza encimov v živih organizmih se izvaja zaradi genetskih dejavnikov, ki so odgovorni za dedni prenos vrste presnove in njene prilagodljive variabilnosti. Encimi so delovni aparat, s katerim se uresničuje delovanje genov. V organizmih katalizirajo na tisoče kemičnih reakcij, ki na koncu tvorijo celični metabolizem. Zahvaljujoč njim se kemične reakcije v telesu izvajajo z veliko hitrostjo.

Trenutno je znanih več kot 900 encimov. Razdeljeni so v šest glavnih razredov.

1. Oksireduktaze, ki katalizirajo redoks reakcije.

2. Transferaze, ki katalizirajo reakcije medmolekularnega prenosa različnih kemičnih skupin in ostankov.

3. Hidrolaze, ki katalizirajo reakcije hidrolitičnega cepanja intramolekularnih vezi.

4. Liaze, ki katalizirajo dodajanje skupin dvojnim vezjem in povratne reakcije abstrakcije takih skupin.

5. Izomeraze, ki katalizirajo reakcije izomerizacije.

6. Ligaze, ki katalizirajo kemične reakcije s tvorbo vezi zaradi ATP (adenozin trifosforna kislina).

Ko živi organizmi umrejo in gnijejo, se nekateri njihovi encimi uničijo, nekateri pa, ko pridejo v tla, ohranijo svojo aktivnost in katalizirajo številne kemične reakcije v tleh, sodelujejo v procesih nastajanja tal in pri oblikovanju kvalitativnega znaka tal - plodnost. V različnih vrstah tal pod določenimi biocenozami so nastali lastni encimski kompleksi, ki se razlikujejo po aktivnosti biokatalitskih reakcij.

VF Kuprevich in TA Shcherbakova (1966) ugotavljata, da je pomembna značilnost encimskih kompleksov tal urejenost delovanja obstoječih skupin encimov, ki se kaže v tem, da je zagotovljeno hkratno delovanje več encimov, ki predstavljajo različne skupine. ; tvorba in kopičenje spojin, prisotnih v tleh v presežku, sta izključena; presežek nakopičenih mobilnih preprostih spojin (na primer NH 3) se tako ali drugače začasno veže in pošlje v cikle, ki dosežejo vrhunec s tvorbo bolj ali manj kompleksnih spojin. Encimski kompleksi so uravnoteženi samoregulacijski sistemi. Pri tem imajo glavno vlogo mikroorganizmi in rastline, ki nenehno obnavljajo encime v tleh, saj so mnogi od njih kratkotrajni. Število encimov posredno presojamo po njihovi aktivnosti skozi čas, ki je odvisna od kemične narave reaktantov (substrat, encim) in od pogojev interakcije (koncentracija komponent, pH, temperatura, sestava medija, delovanje aktivatorjev, inhibitorji itd.).

To poglavje obravnava sodelovanje v nekaterih kemičnih procesih tal encimov iz razreda hidrolaz - aktivnost invertaze, ureaze, fosfataze, proteaze in iz razreda oksireduktaz - aktivnost katalaze, peroksidaze in polifenol oksidaze, ki so zelo pomembne. pri pretvorbi organskih snovi, ki vsebujejo dušik in fosfor, snovi ogljikovih hidratov in v procesih tvorbe humusa. Aktivnost teh encimov je pomemben pokazatelj rodovitnosti tal. Poleg tega bo delovanje teh encimov v gozdnih in njivskih tleh različnih stopenj obdelanosti značilno na primeru travnato-podzolskih, sivih gozdnih in travnato-apnenčastih tal.

ZNAČILNOSTI ENCIMOV TAL

Invertaza - katalizira reakcije hidrolitičnega cepitve saharoze na ekvimolarne količine glukoze in fruktoze, deluje tudi na druge ogljikove hidrate s tvorbo molekul fruktoze - energijskega produkta za vitalno aktivnost mikroorganizmov, katalizira reakcije fruktozne transferaze. Študije številnih avtorjev so pokazale, da aktivnost invertaze bolje od drugih encimov odraža raven rodovitnosti tal in biološke aktivnosti.

Ureaza - katalizira reakcije hidrolitičnega cepitve sečnine v amoniak in ogljikov dioksid. V zvezi z uporabo sečnine v agronomski praksi je treba upoštevati, da je aktivnost ureaze večja v bolj rodovitnih tleh. V vseh tleh se dviga v obdobjih njihove največje biološke aktivnosti - julija - avgusta.

Fosfataza (alkalna in kisla) - katalizira hidrolizo številnih organofosfornih spojin s tvorbo ortofosfata. Aktivnost fosfataze je obratno povezana z oskrbo rastlin z razpoložljivim fosforjem, zato jo lahko uporabimo kot dodaten indikator pri ugotavljanju potrebe po uporabi fosfatnih gnojil v tleh. Največja aktivnost fosfataze je v rizosferi rastlin.

Proteaze so skupina encimov, pri katerih se beljakovine razgradijo na polipeptide in aminokisline, nato pa se hidrolizirajo v amoniak, ogljikov dioksid in vodo. V zvezi s tem so proteaze velikega pomena v življenju tal, saj so povezane s spremembami v sestavi organskih sestavin in dinamiko oblik dušika, ki jih absorbirajo rastline.

Katalaza - zaradi svojega aktivacijskega delovanja se vodikov peroksid, ki je strupen za žive organizme, razcepi na vodo in prosti kisik. Vegetacija ima velik vpliv na katalazno aktivnost mineralnih tal. Za tla pod rastlinami z močnim globoko prodornim koreninskim sistemom je praviloma značilna visoka aktivnost katalaze. Značilnost aktivnosti katalaze je, da se malo spreminja navzdol po profilu, ima obratno razmerje z vlago v tleh in neposredno odvisno od temperature.

Polifenol oksidaza in peroksidaza - igrata pomembno vlogo pri procesih nastajanja humusa v tleh. Polifenol oksidaza katalizira oksidacijo polifenolov v kinone v prisotnosti prostega atmosferskega kisika. Peroksidaza katalizira oksidacijo polifenolov v prisotnosti vodikovega peroksida ali organskih peroksidov. Hkrati je njegova vloga aktiviranje peroksidov, saj imajo šibek oksidacijski učinek na fenole. Do nadaljnje kondenzacije kinonov z aminokislinami in peptidi lahko pride s tvorbo primarne molekule huminske kisline, ki se lahko zaradi ponavljajočih se kondenzacij še bolj zaplete (Kononova, 1963).

Ugotovljeno je bilo (Chunderova, 1970), da je razmerje med aktivnostjo polifenol oksidaze (S) in aktivnostjo peroksidaze (D), izraženo v odstotkih (), povezano s kopičenjem humusa v tleh, zato je ta vrednost imenujemo pogojni koeficient akumulacije humusa (K). Na njivskih slabo obdelanih tleh Udmurtije je bilo v obdobju od maja do septembra: v travnato-podzolskih tleh - 24%, v sivih gozdnih podzoliranih tleh - 26% in v travnato-apnenčastih tleh - 29%.

ENCIMACIJSKI PROCESI V TLJIH

Biokatalitična aktivnost tal se bistveno ujema s stopnjo njihove obogatitve z mikroorganizmi (tabela 11), odvisna je od vrste tal in se razlikuje po genetskih obzorjih, kar je povezano s spremembo vsebnosti humusa, reakcijo, Red-Ox potencial in drugi kazalniki vzdolž profila.

V pragozdnih tleh intenzivnost encimskih reakcij določajo predvsem horizonti gozdne stelje, v njivskih tleh pa njivske plasti. Tako v nekaterih kot v drugih tleh imajo vsi biološko manj aktivni genetski horizonti, ki se nahajajo pod horizontom A ali A p, nizko aktivnost encimov, ki se pri obdelavi tal nekoliko spremeni v pozitivno smer. Po razvoju gozdnih tal za njivce se izkaže, da je encimska aktivnost oblikovanega obdelovalnega horizonta v primerjavi z gozdno steljo močno zmanjšana, a ko se obdeluje, se poveča in se pri visoko kultiviranih vrstah približa ali preseže tej gozdne stelje.

11. Primerjava biogenosti in encimske aktivnosti tal na Srednjem Cis-Uralu (Pukhidskaya in Kovrigo, 1974)

številka odseka, ime tal	Obzorje, globina vzorčenja, cm	Skupno število mikroorganizmov, tisoč na 1 g abs. suha tla (povprečje za leto 1962, 1964-1965)	Kazalniki encimske aktivnosti (povprečje za 1969-1971)
			Invertaza, mg glukoze na 1 g zemlje prvi dan	Fosfataza, mg fenolftaleina na 100 g zemlje 1 uro	Ureaza, mg NH, na 1 g zemlje 1 dan	Katalaza, ml 0 2 na 1 g zemlje 1 min	Polifenol oksidaza	peroksidaza
			Invertaza, mg glukoze na 1 g zemlje prvi dan	Fosfataza, mg fenolftaleina na 100 g zemlje 1 uro	Ureaza, mg NH, na 1 g zemlje 1 dan	Katalaza, ml 0 2 na 1 g zemlje 1 min	mg purpurogalina na 100 g zemlje
3. travnato srednje podzolična srednje ilovnata (pod gozdom)


				Ni določeno
1. Soddy srednje podzolic srednje ilovnata slabo gojen


10. Sivi gozd podzoliziran težka ilovnata slabo obdelana


2. Sod-karbonatna, rahlo izlužena, lahka ilovnata, slabo obdelana

Spremeni se aktivnost biokatalitskih reakcij v tleh. Najnižja je spomladi in jeseni, najvišja pa je običajno julija-avgusta, kar ustreza dinamiki splošnega poteka bioloških procesov v tleh. Glede na vrsto tal in njihovo geografsko lego pa je dinamika encimskih procesov zelo različna.

Kontrolna vprašanja in naloge

1. Katere spojine imenujemo encimi? Kakšna sta njihova proizvodnja in pomen za žive organizme? 2. Poimenuj vire zemeljskih encimov. Kakšno vlogo imajo posamezni encimi v kemiji tal? 3. Podajte pojem encimskega kompleksa tal in njegovega delovanja. 4. Podajte splošen opis poteka encimskih procesov v neobdelanih in njivskih tleh.

Za oceno njihovega ekološkega stanja je bila izvedena študija encimske aktivnosti tal v agrosistemih zgornje Volge, ki so nastala v dolgotrajnih stacionarnih poskusih na travnato-podzolskih in sivih gozdnih tleh. V travnato-podzolskih tleh gozdnih ekosistemov je povprečna stopnja aktivnosti invertaze 21,1 mg glukoze/1 g zemlje, v tleh agrosistemov pa 8,6 mg glukoze/1 g prsti. Kmetijska uporaba je zmanjšala aktivnost invertaze v povprečju za 2,5-krat. Posebej močna depresija invertaze je opažena na ničelnih ozadjih, kjer se letno izvajajo agrotehnični ukrepi za pridelavo pridelkov, brez vnosa gnojil. Povprečna aktivnost ureaze v tleh agroekosistemov je bila 0,10 mg N-NH4/1g tal, nekoliko višja je bila v tleh gozdnih ekosistemov - 0,13 mg N-NH4/1g, kar je predvsem posledica genetskih značilnosti travnika. -podzolska tla in njihova rodovitnost. Na sivih gozdnih tleh raziskana stopnja agrogene obremenitve ni imela negativnega vpliva na aktivnost encimov v tleh, nasprotno, obstaja težnja po povečanju njihove aktivnosti na njivskih površinah, ki jo spremlja mobilizacija zemeljskih encimov. celotna aktivnost bioloških procesov v tleh v primerjavi z ledino. Intenzivnost vpliva na talno odejo z različnimi tehnološkimi metodami se je pokazala v zmanjšanju kazalnikov encimske aktivnosti le v travnato-podzolskih tleh. V ekološkem smislu lahko te rezultate obravnavamo kot znak odziva talne odeje na zunanje antropogene pritiske.

kmetijske krajine

invertaza

katataza

travnato-podzol

siva gozdna tla

encimska aktivnost

1. Witter A.F. Obdelava tal kot dejavnik uravnavanja rodovitnosti tal /A.F. Witter, V.I. Turusov, V.M. Garmašov, S.A. Gavrilov. - M.: Infra-M, 2014. - 174 str.

2. Dzhanaev Z.G. Agrokemija in biologija tal na jugu Rusije / Z.G. Dzhanaev. - M.: Založba Moskovske državne univerze, 2008. - 528 str.

3. Zvyagintsev D.G. Biologija tal / D.G. Zvyagintsev, N.A. Babieva. - M., 2005. - 520 str.

4. Zinčenko M.K. Encimski potencial agrokrajin sivih gozdnih tal Vladimirskega opolja / M.K. Zinčenko, S.I. Zinčenko // Uspehi sodobnega naravoslovja. - 2015. - Št. 1. - S. 1319-1323.

5. Zinčenko M.K. Reakcija talne mikroflore sive gozdne prsti na dolgotrajno uporabo sistemov gnojil različnih stopenj intenzifikacije / M.K. Zinčenko, L.G. Stoyanova // Dosežki znanosti in tehnologije agroindustrijskega kompleksa. - 2016. - Št. 2. - T. 30. - Str. 21-24.

6. Emtsev V.T. Mikrobiologija: učbenik za univerze / V.T. Yemtsev. – M.: Droha, 2005. – 445 str.

7. Enkina O.V. Mikrobiološki vidiki ohranjanja plodnosti kubanskih černozemov / O.V. Enkina, N.F. Korobsky. - Krasnodar, 1999. - 140 str.

8. Metode mikrobiologije in biokemije tal; [ur. D.G. Zvjagincev]. - M.: Založba Moskovske državne univerze, 1991. - 292 str.

9. Khaziev F.Kh. Encimska aktivnost tal agrocenoz in možnosti za njeno preučevanje / F.Kh. Khaziev, A.E. Gulko // Znanost tal. - 1991. - Št. 8. - S. 88-103.

10. Khaziev F.Kh. Metode encimologije tal / F.Kh. Khaziev. – M.: Nauka, 2005. – 254 str.

Agroekološke funkcije tal se izražajo z določenimi kvantitativnimi in kvalitativnimi parametričnimi značilnostmi, med katerimi so najpomembnejši biološki kazalci. Procesi razgradnje rastlinskih ostankov, sinteza in mineralizacija humusa, pretvorba težko dostopnih oblik hranil v oblike, ki so prebavljive za rastline, potek amonifikacije, nitrifikacije in fiksacije prostega dušika v zraku so posledica aktivnost talnih mikroorganizmov.

Procesi presnove in energije med razgradnjo in sintezo organskih spojin, prehod težko prebavljivih hranil v oblike, ki so lahko dostopne rastlinam in mikroorganizmom, potekajo s sodelovanjem encimov. Zato je encimska aktivnost tal najpomembnejši diagnostični indikator vpliva antropogene obremenitve na sisteme tal. To še posebej velja za agroekosisteme z letnimi agrotehničnimi vplivi na tla. Ugotavljanje aktivnosti zemeljskih encimov je zelo pomembno za ugotavljanje stopnje vpliva agrotehničnih ukrepov in agrokemičnih sredstev na delovanje bioloških procesov, da se presoja hitrost mobilizacije glavnih organogenih elementov.

Cilj raziskave je bilo oceniti ekološko stanje tal v agrosistemih Zgornje Volge glede na encimsko aktivnost. Predmet preučevanja so bila travnato-podzolska tla različne stopnje podzoliziranosti in siva gozdna tla na sosednjih deviških in kultiviranih krajinah.

Materiali in metode raziskovanja

Ker je objektivne podatke o rodovitnosti tal in njeni biološki aktivnosti mogoče pridobiti z dolgotrajnimi stacionarnimi poskusi, so bili vzorci tal odvzeti za študijo v variantah dolgotrajnih stacionarnih poskusov, ki se nahajajo na osnovi Kmetijskega inštituta Kostroma, Kmetijskega inštituta Ivanovo. akademije in Vladimirskega raziskovalnega inštituta za kmetijstvo. Posledično smo analizirali aktivnost encimov v travnato-podzolskih lahkih ilovnatih tleh (Poskus 1, Kostroma), travnato-srednje podzolovitih lahkih ilovnatih tleh (Poskus 2, Ivanovo); žvepla gozdna srednje ilovnata tla (Poskus 3, Suzdal).

Da bi lahko ugotovili stopnjo vpliva različnih vrst antropogenih obremenitev na tla agroekosistemov, smo preučili referenčne vzorce tal nemotenih ekosistemov, ki mejijo na poskusne ploskve. Deviške različice travnato-podzolskih tal so bile površine pod borovim gozdom s primesjo trdega lesa. Siva gozdna tla dolgoletne ledine nastajajo pod širokolistnimi gozdovi z bogatimi tratami v talnem pokrovu.

Za siva gozdna tla Vladimirskega opolja je značilno povprečno kopičenje organske snovi. Vsebnost humusa v horizontu A1 (A p) je 1,9 - 4 %; humusni horizont je tanek (17-37 cm). Vrednost kislosti, značilna za ta tla, je manjša kot za travnato-podzolna tla, prevladujejo šibko kisla tla (рН=5,2-6,0). Zato so za siva gozdna tla Vladimirske regije značilni ugodnejši agrokemični kazalniki v primerjavi z travnato-podzolskimi tlemi. Stacionarni terenski poskus na sivih gozdnih tleh je bil vzpostavljen leta 1997 za preučevanje učinkovitosti prilagodljivih sistemov kmetovanja krajine (ALAS). Na proučevanih variantah je za kolobarjenje 6-poljskega kolobarja uvedeno: na ničelnem ozadju - gnoj 40t/ha (naenkrat); v povprečju - N 240 R 150 K 150; mineral visoke intenzivnosti - N 510 R 480 K 480; organomineral visoke intenzivnosti - gnoj 80t/ha (naenkrat) + N 495 R 300 K 300.

Vsebnost humusa v tleh poskusne ploskve Kmetijske akademije Ivanovo je 1,92 %; pH xl - 4,6-6,4; P 2 O 5 - 170-180 mg / kg zemlje, K 2 O - 110-170 mg / kg zemlje. Debelina njivskega sloja je 21-23 cm Poskus se je začel leta 1987. Vzorci tal so bili odvzeti v štiripoljskem kolobarju ob normalnem ozadju (N 30 P 60 K 60) po dveh metodah obdelave - oranje z odpadno ploščo do globine 20-22 cm (S) in brezodskočno ravno rezanje na 20 -22 cm (PO).

Rodovitnost travnato-podzolskih tal dolgotrajnega stacionarnega poskusa Kmetijskega inštituta Kostroma v obdobju vzorčenja je bila označena z naslednjimi povprečnimi kazalniki: vsebnost humusa 1,39-1,54%; pH xl - 4,6-6,4; P2O5 - 105-126 mg/kg; K 2 O - 104-156 mg / kg. Dolgotrajni stacionarni terenski poskus za preučevanje vpliva apna na lastnosti tal in pridelek je bil vzpostavljen leta 1978. Študije so bile izvedene v kolobarjenju s sedmimi njivi. Za to delo so bili izbrani vzorci tal v variantah N 45 P 45 K 45 - nič ozadja; - normalno in Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135) - intenzivno. Meliorant v poskusu je bila dolomitna moka, vnesena enkrat ob polaganju poskusa v odmerku 25 t/ha fizične mase za varianto Ca 2,5 (NPK) 3. V varianti Ca 0,5 + Ca 0,5 (NPK) 1 je bilo meliorant uporabljeno frakcijsko, prvič - na začetku poskusa v odmerku 5 t/ha, 0,5 hidrolitična kislost; ponovno - ob koncu četrtega kolovoza leta 2007 jeseni, pod oranjem, v odmerku 3,2 t/ha, 0,5 potrebe po hidrolitični kislosti.

V vzorcih tal smo ugotavljali: aktivnost katalaze po gasometrični metodi po Galstyanu, aktivnost invertaze po metodi I.N. Romeiko, S.M. Malinovskaya in aktivnost ureaze po metodi T.A. Ščerbakova. Delovanje teh encimov v tleh je neposredno povezano s pretvorbo ogljika, dušika in redoks procesov, zato je značilno za funkcionalno stanje talnih mikroorganizmov. Celovita določitev teh parametrov omogoča natančnejše določitev smeri sprememb aktivnosti encimskega bazena sort tal.

Biokemijske študije encimske aktivnosti so bile izvedene v obdobju 2011-2013. v plasti tal 0-20 cm, saj sta glavna biološka aktivnost in največja biogenost lastni zgornjim slojem talnega profila, ki so maksimalno obogateni z organsko snovjo, z najugodnejšim hidrotermalnim in zračnim režimom za mikrofloro.

Rezultati raziskav in razprava

Najpomembnejši člen v ogljikovem ciklu v naravi je faza encimske pretvorbe ogljikovih hidratov v okolju tal. Zagotavlja gibanje organskega materiala, ki vstopa v zemljo v velikih količinah, in v njej nakopičene energije ter njeno kopičenje v tleh v obliki humusa, saj se v tem primeru tvorijo predhumusne komponente.

Rastlinski ostanki, ki vstopajo v tla, so 60 % ogljikovih hidratov. V tleh so bili najdeni mono-, di- in polisaharidi (celuloze, hemiceluloze, škrob itd.). Očitno je, da agroekološki vplivi, ki vodijo do sprememb fizikalno-kemijskega in biološkega stanja tal, vplivajo na delovanje encimov presnove ogljikovih hidratov. Podatki o aktivnosti invertaze v tleh so predstavljeni v tabeli 1.

Tabela 1

Invertazna aktivnost v tleh agroekosistemov

	Mesto vzorčenja	Agroekosistemi	Aktivnost invertaze, mg glukoze/1 g zemlje v 40 urah
Sod-podzol lahka ilovnata tla	Kostroma	Gozd (nadzor)
		Brez ozadja N 45 R 45 K 45
		Normalno Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intenzivno Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sod-srednje podzol lahka ilovnata		Gozd (nadzor)
		Običajno N 30 R 60 K 60
		Običajno N 30 R 60 K 60
		Polog (nadzor)
		* Brez ozadja
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		visoka intenzivnost mineral N 120 R 120 K 120
		N 120 R 120 K 120; Gnoj 80t/ha + N 90

Opomba: V tabeli so podani odmerki gnojil na sivih gozdnih tleh v obdobju študije.

Ugotovljeno je bilo, da je v travnato-podzolskih tleh gozdnih ekosistemov povprečna stopnja aktivnosti invertaze 21,1 mg glukoze/1 g zemlje, v tleh agrosistemov pa 8,6 mg glukoze/1 g zemlje. To pomeni, da je kmetijska raba njiv pomembno vplivala na aktivnost invertaze in jo v povprečju zmanjšala za 2,5-krat.

Posebej močna depresija invertaze je vidna na ničelnem ozadju, kjer se letno izvajajo agrotehnični ukrepi za pridelavo pridelkov, brez vnosa gnojil. To je lahko posledica rahlega pritoka mortmase v obliki ostankov koreninskih rastlin, pa tudi spremembe fizikalno-kemijskih lastnosti zaradi obdelave tal.

Agrotehnična uporaba sive gozdne prsti bistveno ne zmanjša aktivnosti presnove ogljikovih hidratov v primerjavi z ledino. Na območjih dolgotrajne ruše je povprečna aktivnost invertaze 50,0 mg glukoze na 1 g zemlje za 40 ur, kar je za 9 % več od povprečja na njivi. Variacija vrednosti encimov v sivi gozdni zemlji agrosistemov v 2 letih raziskav (2012-2013) je bila V = 7,6 %, s povprečnim XS = 45,8 mg glukoze / 1 g zemlje za 40 ur. Vpliv sistemov gnojil na aktivnost invertaze je najbolj izrazit na povprečnem ozadju. Pri tej varianti so bili kazalniki encimske aktivnosti bistveno višji (НСР 05 = 2,9) kot v drugih intenzivnih ozadjih. Zato se pri uporabi srednjih odmerkov gnojil ustvarijo ugodni pogoji za pretvorbo organskih spojin aromatične serije v komponente humusa. To potrjujejo podatki o vsebnosti organskega ogljika, saj so največje zaloge humusa akumulirane v povprečju 3,62 %.

Eden od informativnih kazalcev encimske aktivnosti tal je aktivnost ureaze. Mnogi raziskovalci menijo, da je aktivnost ureaze pokazatelj samočistilne sposobnosti tal, onesnažene z organskimi ksenobiotiki. Delovanje ureaze je povezano s hidrolitičnim cepljenjem vezi med dušikom in ogljikom (CO-NH) v molekulah organskih spojin, ki vsebujejo dušik. V agroekosistemih hitro povečanje aktivnosti ureaze kaže tudi na sposobnost kopičenja amonijakovega dušika v tleh. Zato mnogi raziskovalci ugotavljajo pozitivno korelacijo med aktivnostjo ureaze ter vsebnostjo dušika in humusa v tleh.

O tem, da so opisana travnata podzolna tla slabo preskrbljena z začetnim organskim substratom, priča nizka aktivnost tega encima (tabela 2). V naših raziskavah je bila povprečna aktivnost ureaze v tleh agroekosistemov 0,10 mg N-NH 4 /1g tal, nekoliko višja v tleh gozdnih ekosistemov - 0,13 mg N-NH 4 /1g, kar je predvsem posledica na genetske značilnosti travnato-podzolskih tal in njihovo rodovitnost.

tabela 2

Aktivnost ureaze v tleh agrosistemov

	Mesto vzorčenja	Agroekosistemi	Aktivnost ureaze, mg N-NH 4 /1 g zemlje v 4 urah
Sod-podzol lahka ilovnata tla	Kostroma	Gozd (nadzor)
		Brez ozadja N 45 R 45 K 45
		Normalno Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intenzivno Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sod-srednje podzol lahka ilovnata		Gozd (nadzor)

		Običajno N 30 R 60 K 60
Siva gozdna srednje ilovnata tla		Polog (nadzor)
		Brez ozadja
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		visoka intenzivnost mineral N 120 R 120 K 120
		Organomineral visoke intenzivnosti N 120 R 120 K 120; Gnoj 80t/ha + N 90

Na ravni naravnih biotopov se aktivnost ureaze ohranja v poskusu 1, kjer so agrotehnični ukrepi poleg uporabe mineralnih gnojil vključevali tudi apnenje tal. V ozadju zmanjšanja vsebnosti vodikovih in aluminijevih ionov v kompleksu, ki absorbira tla, opazimo stabilizacijo encimske aktivnosti.

Gojenje travnato-podzolskih tal brez sistematičnega vnosa apnenčastih materialov, tudi z uporabo srednjih odmerkov mineralnih gnojil, z oranjem in ravnim rahljanjem (poskus 2) vodi do zmanjšanja aktivnosti ureaze v primerjavi z njihovimi naravnimi kolegi.

Študije na sivih gozdnih tleh kažejo, da je v teh tleh v povprečju stopnja ureazne aktivnosti 2,5-krat višja kot v travnato-podzolskih tleh, kar je posledica geneze nastajanja tal in njihove rodovitnosti. To dokazujejo podatki tako naravnih biotopov nahajališča kot tal agroekosistemov. Številni raziskovalci so ugotovili, da je aktivnost ureaze neposredno sorazmerna s količino organskega ogljika v tleh.

Na ravni naravnih biotopov smo opazili indikator aktivnosti ureaze na zelo intenzivnem organomineralnem ozadju - 0,34 mg N-NH 4 /1 g zemlje (poskus 3). Ob zelo intenzivnem organomineralnem ozadju se je raven ureazne aktivnosti povečala glede na druge agroekosisteme in ledine. To je predvsem posledica dejstva, da je bilo v študijskem obdobju v tej varianti vnesenih 80 t/ha gnoja, ki je tla obogatil s svežo organsko snovjo, sečnino in spodbudil razvoj kompleksa urobakterij. Tako kot v tleh dolgotrajne ruše se pri dolgotrajni uporabi organomineralnih gnojil tvori organska snov z najširšim razmerjem ogljika in dušika (C:N). Ta vrsta organske snovi ustreza najvišji aktivnosti ureaze. Opaženi trend kaže na sposobnost tal teh ekosistemov za intenzivno kopičenje amonijakovega dušika. Bistveno nižja (pri HSR 05 = 0,04) aktivnost encimov v tleh drugih agroekosistemov. Najnižji kazalnik (0,21 mgN-NH 4 /1g) je bil zabeležen na mineralnem ozadju visoke intenzivnosti, kjer smo 18 let uporabljali le visoke odmerke mineralnih gnojil. Domnevamo lahko, da se pri uporabi samo mineralnih gnojil zaradi pomanjkanja specifičnega energijskega substrata zmanjša ekološka in trofična skupina bakterij, ki proizvajajo ureazo, v mikrobnem bazenu tal.

Glede na encimsko aktivnost tal je treba pozornost nameniti oksidaciji produktov hidrolize organskih spojin s tvorbo predhumusnih snovi. Te reakcije potekajo s sodelovanjem oksidoreduktaz, katerih pomemben predstavnik je katalaza. Aktivnost katalaze je značilna za procese biogeneze humusnih snovi. Vrednosti kazalnikov aktivnosti katalaze v travnato-podzolskih tleh kažejo prostorsko in časovno variabilnost, na splošno pa kažejo nihanja v območju 0,9-2,8 ml O 2 /1 g zemlje na minuto. (Tabela 3). V agroekosistemih travnato-podzolskih tal, ki so nastali v regijah Ivanovo in Kostroma, so kazalniki aktivnosti katalaze na ravni njihovih naravnih kolegov (gozdna tla). To pomeni, da stopnja antropogene obremenitve ni imela pomembnega vpliva na procese biogeneze humusnih snovi. Potekajo z enako intenzivnostjo tako v tleh teh agrosistemov kot v tleh naravnih biotopov. To je pozitiven trend, saj lahko oblikovanje agroekosistemov na travnato-podzolskih tleh z lahko granulometrično sestavo, brez uporabe organskih gnojil, povzroči povečanje aktivnosti katalaze. Povečanje encimske aktivnosti je značilno za intenzivno preoblikovanje humusnih snovi v tleh v smeri njihove mineralizacije, da se gojeni pridelki oskrbijo s hranili. Aktivacija teh procesov lahko privede do zmanjšanja vsebnosti humusa v tleh in zmanjšanja potencialne rodovitnosti tal.

Tabela 3

Aktivnost katalaze v tleh kmetijskih sistemov

	Mesto vzorčenja	Agroekosistemi	Aktivnost katalaze, ml O 2 / 1 g zemlje na minuto
Sod-podzol lahka ilovnata tla	Kostroma	Gozd (nadzor)
		Brez ozadja N 45 R 45 K 45
		Normalno Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intenzivno Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sod-srednje podzol lahka ilovnata		Gozd (nadzor)
		Normalno N 30 R 60 K 60 (OV)
		Normalno N 30 R 60 K 60
Siva gozdna srednje ilovnata tla		Polog (nadzor)
		Brez ozadja
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		visoka intenzivnost mineral N 120 R 120 K 120
		Organomineral visoke intenzivnosti N 120 R 120 K 120; Gnoj 80t/ha + N 90

Koeficient variacije vrednosti aktivnosti katalaze v sivih gozdnih tleh agroekosistemov je V = 18,6%. Na splošno so nihanja v območju 1,8-2,9 ml O 2 /1 g zemlje. Pri trenutni stopnji antropogene obremenitve njiv obstaja težnja po aktiviranju redoks procesov v primerjavi z ledino. Največjo aktivnost teh procesov opazimo pri uporabi srednjih odmerkov gnojil, za katere je značilno znatno povečanje aktivnosti katalaze (pri HSR 05 = 0,4) ob povprečnem ozadju intenziviranja. To je posledica zadostne obogatitve tal z organsko snovjo in izboljšanja njenega transformacijskega režima zaradi povečanja števila in mobilizacijske aktivnosti mikrobnega bazena njiv.

Za oceno stopnje agrogenega vpliva na aktivnost različnih encimov in določitev skupne encimske aktivnosti posameznega agroekosistema v primerljivih enotah smo uporabili metodo O.V. Enkina. Stopnjo encimske aktivnosti posameznih kmetijskih okolij je mogoče natančneje oceniti z interpretacijo obsežnega eksperimentalnega materiala, če njihovo aktivnost primerjamo s kontrolo (v našem primeru s tlemi naravnih ekosistemov), pri čemer kazalnike njihove encimske aktivnosti vzamemo kot 100 %. To pomeni, da se stopnja vpliva antropogene obremenitve na različne skupine encimov odraža v razmerju med indikatorji njihove aktivnosti v agrosistemih in naravnimi analogi (tabela 4).

Kot rezultat raziskave je bilo ugotovljeno, da je v večini travnato-podzolskih tal v regiji stopnja encimske aktivnosti agrokrajin nižja kot v njihovih naravnih. Encimski potencial travnato-podzolske zemlje se je v poskusu 1 (Kostroma) zmanjšal za 31 % v primerjavi s kontrolo, v poskusu 3 (Ivanovo) pa za 24 %. Na proučevanih ozadjih v teh poskusih so bile uporabljene srednje in visoke odmerke mineralnih gnojil. Dolgotrajna uporaba mineralnih gnojil, zlasti dušikovih, pogosto poruši ekološko ozadje za razmnoževanje koristnih mikroorganizmov na tleh z nizko potencialno rodovitnostjo. To se praviloma pojavi zaradi zakisanosti talne raztopine, prisotnosti aluminijevih in železovih ionov v kompleksu za vpijanje tal, koreninskih izločkov rastlin, ki povzročajo aktivno razmnoževanje mikroskopskih gliv, kar prispeva k povečanju biološke strupenost tal. V tem primeru negativne spremembe ne spremlja le prestrukturiranje strukture mikrobiocenoze, temveč tudi zmanjšanje encimske aktivnosti tal ter izguba potencialne in učinkovite rodovitnosti.

Tabela 4

Stopnja encimske aktivnosti tal agrosistemov (v % tal naravnih ekosistemov)

Mesto vzorčenja	Agroekosistemi	Katalaza	Invertaza	Povprečna aktivnost encimov
Kostroma	Gozd (nadzor)
	Brez ozadja
	Normalno
	Intenzivno
	Povprečje po izkušnjah, %
	Gozd (nadzor)
	Normalno
	Normalno
	Povprečje po izkušnjah, %



	Visoko intenzivni mineral
	Organomineral visoke intenzivnosti
	Povprečje po izkušnjah, %

Tako so glavni kazalniki encimske aktivnosti travnato-podzolskih tal, povezani z njihovo učinkovito rodovitnostjo, višji v naravnih ekosistemih kot v njivskih tleh.

S povečano rodovitnostjo tal se vpliv agrogenih dejavnikov na encimski potencial tal nekoliko zgladi. To opažamo v agrosistemih sivih gozdnih tal. Ugotovljeno je bilo, da se je v 3 letih raziskovanja ustvaril najvišji encimski potencial v povprečju 108 %. Povprečni odmerki mineralnih in organskih gnojil (40 t/ha gnoja enkrat na 6 let) so privedli do povečanja aktivnosti katalaze in invertaze v tleh, kar je značilno za aktivacijo sinteze humusnih snovi.

Zaključek

Ugotovljeno je bilo, da proučevana stopnja agrogene obremenitve sivih gozdnih tal ni imela negativnega vpliva na aktivnost encimov v tleh, ampak nasprotno, obstaja težnja po povečanju njihove aktivnosti na njivskih površinah, ki jo spremlja intenziviranje celotne aktivnosti bioloških procesov v tleh v primerjavi z ledino. Intenzivnost vpliva na talno odejo z različnimi tehnološkimi metodami se je pokazala v zmanjšanju kazalnikov encimske aktivnosti travnato-podzolskih tal. V ekološkem smislu lahko te rezultate obravnavamo kot znak odziva talne odeje na zunanje antropogene pritiske.

Za racionalno rabo in zaščito rodovitnosti tal je treba pri biomonitoringu in biodiagnostiki tal uporabljati kazalnike encimske aktivnosti. To je še posebej pomembno pri izvajanju proizvodnih nalog v kmetijstvu.

Bibliografska povezava

Zinčenko M.K., Zinčenko S.I., Borin A.A., Kamneva O.P. ENCIMATIVNA DEJAVNOST AGRARNIH TAL ZGORNJEGA POVOLGA // Sodobni problemi znanosti in izobraževanja. - 2017. - Št. 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26458 (datum dostopa: 01.02.2020). Predstavljamo vam revije, ki jih izdaja založba "Academy of Natural History"

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Uvod

1. Pregled literature

1.1 Razumevanje encimov v tleh

1.2 Encimska aktivnost tal

1.3 Metodološki pristopi k določanju encimske aktivnosti tal

1.3.1 Dodelitev poskusnega območja

1.3.2 Značilnosti izbire in priprave vzorcev tal za analizo

1.4 Vpliv različnih dejavnikov (temperatura, vodni režim, sezona vzorčenja) na encimsko aktivnost tal

1.5 Spreminjanje združbe mikroorganizmov v tleh

1.6 Metode za preučevanje aktivnosti encimov v tleh

Zaključek

Seznam uporabljenih virov

Uvod

V pogojih povečane antropogene obremenitve biosfere planeta so tla, ki so element naravnega sistema in so v dinamičnem ravnovesju z vsemi drugimi komponentami, podvržena procesom degradacije. Tokovi snovi, ki pridejo v tla kot posledica antropogenega delovanja, so vključeni v naravne cikle, kar moti normalno delovanje talne biote in posledično celotnega sistema tal. Med različnimi biološkimi merili za ocenjevanje antropogenega vpliva na tla so najbolj hitri in obetavni biokemični kazalniki, ki zagotavljajo informacije o dinamiki najpomembnejših encimskih procesov v tleh: sinteze in razgradnje organske snovi, nitrifikacije in drugih procesov. .

Razpoložljive informacije o encimski aktivnosti različnih vrst tal so trenutno nezadostne in jih je treba dodatno preučiti. Zaradi tega je v teoretičnem in praktičnem smislu zelo pomembno preučiti vprašanja, ki so izpostavljena v tem delu.

Predmet študija: aktivnost encimov v tleh.

Namen tečajnega dela:Študija encimov v tleh in encimske aktivnosti tal.

V skladu z namenom študije je naslednje naloge:

1. Podajte splošno predstavo o zemeljskih encimih in encimski aktivnosti tal.

2. Razmislite o metodoloških pristopih k določanju encimske aktivnosti tal.

3. Ugotovite vpliv različnih naravnih dejavnikov na encimsko aktivnost tal

4. Proučiti problematiko prisotnosti in spreminjanja združb mikroorganizmov v tleh

5. Naštej in opiši metode za preučevanje aktivnosti encimov v tleh.

1 . Pregled literature

1.1 Razumevanje encimov v tleh

Težko si je predstavljati, da bi encimi, visoko organizirane beljakovinske molekule, lahko nastajali v tleh zunaj živega organizma. Znano je, da imajo tla znano encimsko aktivnost.

Encimi so katalizatorji za kemične reakcije beljakovinske narave, ki se razlikujejo po specifičnosti svojega delovanja glede na katalizo nekaterih kemičnih reakcij.

Encimi so produkti biosinteze živih talnih organizmov: lesnate in zelnate rastline, mahovi, lišaji, alge, glive, mikroorganizmi, praživali, žuželke, nevretenčarji in vretenčarji, ki so v naravi predstavljeni z določenimi agregati - biocenozami.

Biosinteza encimov v živih organizmih se izvaja zaradi genetskih dejavnikov, ki so odgovorni za dedni prenos vrste presnove in njene prilagodljive variabilnosti. Encimi so delovni aparat, s katerim se uresničuje delovanje genov. V organizmih katalizirajo na tisoče kemičnih reakcij, iz katerih je posledično sestavljena celična presnova. Zahvaljujoč encimom se kemične reakcije v telesu izvajajo z veliko hitrostjo.

Do danes je bilo v kristalni obliki pridobljenih več kot 150 od dva tisoč znanih encimov. Encimi so razdeljeni v šest razredov:

1. Oksireduktaze - katalizirajo redoks reakcije.

2. Transferaze – katalizirajo reakcije medmolekularnega prenosa različnih kemičnih skupin in ostankov.

3. Hidrolaze - katalizirajo reakcije hidrolitičnega cepanja znotrajmolekulskih vezi.

4. Liaze – katalizirajo reakcije dodajanja skupin dvojnim vezjem in povratne reakcije ločitve takih skupin.

5. Izomeraze - katalizirajo reakcije izomerizacije.

6. Ligaze – katalizirajo kemične reakcije s tvorbo vezi zaradi ATP (adenozin trifosforne kisline).

V različnih vrstah tal pod določenimi biocenozami so nastali lastni encimski kompleksi, ki se razlikujejo po aktivnosti biokatalitskih reakcij.

Pomembna značilnost encimskih kompleksov tal je urejenost delovanja obstoječih skupin encimov. Kaže se v tem, da je zagotovljeno hkratno delovanje številnih encimov, ki predstavljajo različne skupine. Encimi preprečujejo kopičenje presežka kakršnih koli spojin v tleh. Presežek nakopičenih mobilnih enostavnih spojin (na primer NH 3) se tako ali drugače začasno vežejo in pošljejo v cikle, kar doseže vrhunec s tvorbo bolj zapletenih spojin. Encimske komplekse lahko predstavimo kot nekakšne samoregulacijske sisteme. Pri tem imajo glavno vlogo mikroorganizmi in rastline, ki nenehno obnavljajo encime v tleh, saj so mnogi od njih kratkotrajni.

Število encimov se posredno presoja po njihovi aktivnosti skozi čas, ki je odvisna od kemične narave reakcijskih snovi (substrat, encim) in od pogojev interakcije (koncentracija komponent, pH, temperatura, sestava medija, delovanje encimov). aktivatorji, inhibitorji itd.).

Encimi, ki spadajo v razrede hidrolaz in oksidoreduktaz, so vključeni v glavne procese humifikacije tal, zato je njihova aktivnost pomemben pokazatelj rodovitnosti tal. Zato se na kratko osredotočimo na značilnosti encimov, ki spadajo v te razrede.

Hidrolaze vključujejo invertazo, ureazo, fosfatazo, proteazo itd.

Invertaza - katalizira reakcije hidrolitične cepitve saharoze na ekvimolarne količine glukoze in fruktoze, deluje tudi na druge ogljikove hidrate (galaktoza, glukoza, ramnoza) s tvorbo molekul fruktoze - energijski produkt za življenje mikroorganizmov, katalizatorja reakcij . Študije mnogih avtorjev so pokazale, da aktivnost invertaze bolje od drugih encimov odraža raven rodovitnosti in biološke aktivnosti tal 3, str. 27.

Fosfataza (alkalna in kisla) - katalizira hidrolizo številnih organofosfornih spojin s tvorbo ortofosfata. Aktivnost fosfataze je višja, manj so mobilne oblike fosforja v tleh, zato jo lahko uporabimo kot dodaten indikator pri ugotavljanju potrebe po uporabi fosfatnih gnojil v tleh. Največja aktivnost fosfataze je v rizosferi rastlin.

Proteaze so skupina encimov, ki razgradijo beljakovine v polipeptide in aminokisline, ki se nato hidrolizirajo v amoniak, ogljikov dioksid in vodo. V zvezi s tem so proteaze velikega pomena v življenju tal, saj so povezane s spremembo sestave organskih sestavin in dinamike oblik dušika, ki jih rastline zlahka asimilirajo.

Razred oksidoreduktaz vključuje katalazo, peroksidazo in polifenol oksidazo itd.

Katalaza - zaradi njenega delovanja pride do razgradnje vodikovega peroksida, ki je strupen za žive organizme:

H2O2 > H2O + O2

Vegetacija ima velik vpliv na katalazno aktivnost mineralnih tal. Za tla pod rastlinami z močnim globoko prodornim koreninskim sistemom je značilna visoka aktivnost katalaze. Značilnost aktivnosti katalaze je, da se malo spreminja navzdol po profilu, ima obratno razmerje z vlago v tleh in neposredno odvisno od temperature.

Polifenol oksidaza in peroksidaza v tleh imata glavno vlogo pri procesih nastajanja humusa.

Polifenol oksidaza katalizira oksidacijo polifenolov v kinone v prisotnosti prostega atmosferskega kisika. Peroksidaza katalizira oksidacijo polifenolov v prisotnosti vodikovega peroksida ali organskih peroksidov. Hkrati je njegova vloga aktiviranje peroksidov, saj imajo šibek oksidacijski učinek na fenole. Do nadaljnje kondenzacije kinonov z aminokislinami in peptidi lahko pride s tvorbo primarne molekule huminske kisline, ki se lahko zaradi ponavljajočih se kondenzacij še bolj zaplete.

Razmerje med aktivnostjo polifenol oksidaze (S) in aktivnostjo peroksidaze (D), izraženo v odstotkih, je povezano s kopičenjem humusa v tleh, zato se ta vrednost imenuje pogojni koeficient kopičenja humusa (K):

Razmislite o sortah encimov v tleh.

Razred oksidoreduktaz vključuje katalizirajoče redoks reakcije.

Pri veliki večini bioloških oksidacij ne gre za dodajanje kisika oksidirani molekuli, temveč za odstranjevanje vodika iz oksidiranih substratov. Ta proces se imenuje dehidrogenacija in ga katalizirajo encimi dehidrogenaze.

Obstajajo aerobne dehidrogenaze ali oksidaze in anaerobne dehidrogenaze ali reduktaze. Oksidaze prenašajo vodikove atome ali elektrone iz oksidirane snovi v atmosferski kisik. Anaerobne dehidrogenaze darujejo vodikove atome in elektrone drugim sprejemnikom vodika, encimom ali nosilcem, ne da bi jih prenesli na atome kisika. Številne organske spojine, ki pridejo v tla z rastlinami in živalmi, so podvržene oksidaciji: beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati, vlaknine, organske kisline, aminokisline, purini, fenoli, kinoni, specifične organske snovi, kot so huminske in fulvične kisline itd.

Praviloma so anaerobne dehidrogenaze vključene v redoks procese v celicah živali, rastlin in mikroorganizmov, ki prenašajo odcepljeni vodik s substrata na vmesne nosilce. V talnem okolju so v redoks procese vključene predvsem aerobne dehidrogenaze, s pomočjo katerih se substratni vodik prenaša neposredno na atmosferski kisik, t.j. sprejemnik vodika je kisik. Najpreprostejši redoks sistem v tleh je sestavljen iz substrata, ki ga je mogoče oksidirati, oksidaze in kisika.

Značilnost oksidoreduktaz je, da kljub omejenemu naboru aktivnih skupin (koencimov) lahko pospešijo najrazličnejše redoks reakcije. To dosežemo zaradi sposobnosti enega koencima, da se združi s številnimi apoencimi in vsakič tvori oksidoreduktazo, specifično za en ali drug substrat.

Druga pomembna značilnost oksidoreduktaz je, da pospešujejo kemične reakcije, povezane s sproščanjem energije, ki je potrebna za sintetične procese. Redoks procese v tleh katalizirajo tako aerobne kot anaerobne dehidrogenaze. Po kemični naravi so to dvokomponentni encimi, sestavljeni iz beljakovine in aktivne skupine ali koencima.

Aktivna skupina je lahko:

NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid),

NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat);

FMN (flavin mononukleotid);

FAD (flavin adenin dinukleotid), citokromi.

Najdenih je bilo približno petsto različnih oksidoreduktaz. Vendar pa so najpogostejše oksidoreduktaze tiste, ki vsebujejo NAD + kot aktivno skupino.

S kombiniranjem z beljakovinami in tvorbo dvokomponentnega encima (piridin protein) NAD + poveča svojo sposobnost okrevanja. Posledično postanejo piridinski proteini sposobni odvzeti substratom, ki so lahko ogljikovi hidrati, dikarboksilne in ketokisline, aminokisline, amini, alkoholi, aldehidi, specifične organske spojine v tleh (huminske in fulvinske kisline) itd., atome vodika v v obliki protonov (H +). Posledično se aktivna skupina encima (NAD +) zmanjša in substrat preide v oksidirano stanje.

Mehanizem vezave dveh vodikovih atomov, t.j. dva protona in dva elektrona, je naslednji. Aktivna skupina dehidrogenaz, ki sprejema protone in elektrone, je piridinski obroč. Ko se NAD + reducira, sta en proton in en elektron vezana na enega od ogljikovih atomov piridinskega obroča, t.j. en atom vodika. Drugi elektron je vezan na pozitivno nabiti dušikov atom, preostali proton pa preide v okolje.

Vsi piridinski proteini so anaerobne dehidrogenaze. Vodikovih atomov, odstranjenih s substrata, ne prenesejo na kisik, temveč jih pošljejo drugemu encimu.

Poleg NAD + lahko piridinski encimi vsebujejo nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP +) kot koencim. Ta koencim je derivat NAD + , v katerem je vodik OH - skupine drugega ogljikovega atoma adenozin riboze nadomeščen z ostankom fosforne kisline. Mehanizem oksidacije substrata s sodelovanjem NADP* kot koencima je podoben NAD+.

Po dodatku vodika imata NADH in NADPH pomemben redukcijski potencial. Svoj vodik lahko prenesejo na druge spojine in jih reducirajo, same pa preidejo v oksidirano obliko. Vendar se vodik, vezan na anaerobno dehidrogenazo, ne more prenesti na kisik v zraku, temveč le na nosilce vodika. Takšni vmesni nosilci so flavinski encimi (flavoproteini). So dvokomponentni encimi, ki lahko vsebujejo fosforiliran vitamin B 2 (riboflavin) kot aktivno skupino. Vsaka molekula takega encima ima molekulo riboflavin fosfata (ali flavin mononukleotida, FMN). Tako je FMN spojina dušikove baze dimetilizoaloksazina z ostanki ribitola petogljikovega alkohola in fosforne kisline. FMN je sposoben sprejeti in darovati dva atoma vodika (H) pri atomih dušika (N) izoaloksazinskega obroča.

Transferaze imenujemo transferni encimi. Katalizirajo prenos posameznih radikalov, delov molekul in celih molekul iz ene spojine v drugo. Prenosne reakcije običajno potekajo v dveh fazah. V prvi fazi encim odcepi atomsko skupino od snovi, ki je vključena v reakcijo, in z njo tvori kompleksno spojino. V drugi fazi encim katalizira dodajanje skupine k drugi snovi, ki sodeluje v reakciji, in se sam sprosti v nespremenjenem stanju. Razred transferaz vključuje približno 500 posameznih encimov. Glede na to, katere skupine ali radikale prenašajo transferaze, so fosfotransferaze, aminotransferaze, glikoziltransferaze, aciltransferaze, metiltransferaze itd.

Fosfotransferaze (kinaze) so encimi, ki katalizirajo prenos ostankov fosforne kisline (H2P03). Donor fosfatnih ostankov je praviloma ATP. Fosfatne skupine se prenesejo na alkoholne, karboksilne, dušikove, fosforne in druge skupine organskih spojin. Fosfotransferaze vključujejo vseprisotno heksokinazo, encim, ki pospešuje prenos ostanka fosforne kisline z molekule ATP na glukozo. Ta reakcija začne pretvorbo glukoze v druge spojine.

Glikoziltransferaze pospešujejo prenos glikozilnih ostankov na molekule monosaharidov, polisaharidov ali drugih snovi. To so encimi, ki zagotavljajo reakcije za sintezo novih molekul ogljikovih hidratov; koencimi glikoziltransferaz so nukleozid difosfatni sladkor (NDP sladkor). Iz njih se v procesu sinteze oligosaharidov glikozilni ostanek prenese na monosaharid. Trenutno je znanih približno petdeset sladkorjev NDP. V naravi so zelo razširjeni, sintetizirani so iz fosfatnih estrov monosaharidov in ustreznih nukleozid trifosfatov.

Aciltransferaze prenašajo ostanke ocetne kisline CH3CO – kot tudi druge ostanke maščobnih kislin na aminokisline, amine, alkohole in druge spojine. Gre za dvokomponentne encime, ki vključujejo koencim A. Vir acilnih skupin je acil koencim A, ki ga lahko štejemo za aktivno skupino aciltransferaz. Ko se ostanki ocetne kisline prenesejo, je v reakcijo vključen acetil koencim A.

Razred hidrolaz vključuje encime, ki katalizirajo hidrolizo in včasih sintezo kompleksnih organskih spojin s sodelovanjem vode.

Podrazred esteraz vključuje encime, ki pospešujejo reakcije hidrolize estrov, alkoholov z organskimi in anorganskimi kislinami.

Najpomembnejši podrazredi esteraz so hidrolaze estrov karboksilnih kislin in fosfataz. Hidrolizne reakcije maščob (trigliceridov), zaradi katerih se sproščajo glicerol in višje maščobne kisline, pospešuje glicerol ester hidrolaza lipaza. Obstajajo preproste lipaze, ki katalizirajo sproščanje višjih maščobnih kislin iz prostih trigliceridov, in lipoproteinske lipaze, ki hidrolizirajo lipide, vezane na beljakovine. Lipaze so enokomponentne beljakovine z molekulsko maso od 48 000 do 60 000. Lipaza kvasovk je bila dobro raziskana. Njegova polipeptidna veriga je sestavljena iz 430 aminokislinskih ostankov in je zvita v globulo, v središču katere je aktivno mesto encima. Vodilno vlogo v aktivnem centru lipaze imajo radikali histidina, serina, dikarboksilnih kislin in izolevcina.

Aktivnost lipaz uravnavamo z njihovo fosforilacijo-defosforilacijo. Aktivne lipaze so fosforilirane, neaktivne pa defosforilirane.

Fosfataze katalizirajo hidrolizo fosfatnih estrov. Fosfataze, ki delujejo na estre fosforne kisline in ogljikovih hidratov, so zelo razširjene. Takšne spojine vključujejo na primer glukozo-6-fosfat, glukozo-1-fosfatazo, fruktozo-1,6-difosfat itd. Ustrezni encimi se imenujejo glukoza-6-fosfataza, glukoza-1-fosfataza itd. odstranitev ostanka fosforne kisline iz fosforjevih estrov:

Fosfodiesterske fosfataze – deoksiribonukleaza in ribonukleaza katalizirata cepitev DNK in RNA do prostih nukleotidov.

Podrazred hidrolaz vključuje glikozidaze, ki pospešujejo hidrolizo glikozidov. Poleg glikozidov, ki vsebujejo ostanke monohidričnega alkohola kot aglikone, so oligo- in polisaharidi substrati, na katere delujejo glikozidaze. Od glikozidaz, ki delujejo na oligosaharide, sta najpomembnejši maltoza in saharoza. Hidrolizirajo maltozo in saharozo.

Od glikozidaz, ki delujejo na polisaharide, so najpomembnejše amilaze. Značilna lastnost amilaz je odsotnost absolutne specifičnosti delovanja. Vse amilaze so metaloproteini, ki vsebujejo Zn 2+ in Ca 2+. Aktivna mesta amilaz tvorijo histidin, asparaginska in glutaminska kislina ter tirozinski radikali. Slednji opravlja funkcijo vezave substrata, prvi pa trikatalitično. Amilaze pospešujejo reakcije hidrolize glikozilnih vezi v molekuli škroba s tvorbo glukoze, maltoze ali oligosaharidov.

Nič manj pomembnega je celulaza, ki katalizira razgradnjo celuloze, inulaza, ki razgradi polisaharid inulin, in aglukozidaza, ki pretvori disaharid maltozo v dve molekuli glukoze. Nekatere glikozidaze lahko katalizirajo prenos glikozilnih ostankov, v tem primeru jih imenujemo transglikozidaze.

Proteaze (peptidne hidrolaze) katalizirajo hidrolitično cepitev peptidnih vezi CO-NH v beljakovinah ali peptidih, da nastanejo peptidi z manjšo molekulsko maso ali proste aminokisline. Med peptidnimi hidrolazami so endopeptidaze (proteinaze), ki katalizirajo hidrolizo notranjih vezi v proteinski molekuli, in eksopeptidaze (peptidaze), ki zagotavljajo cepitev prostih aminokislin iz peptidne verige.

Proteinaze so razdeljene v štiri podrazrede.

1. Serinske proteinaze, aktivno središče teh encimov vključuje serinski ostanek. Zaporedje aminokislinskih ostankov na mestu polipeptidne verige v serinskih proteinazah je enako: asparaginska kislina-serija-glicin. Za hidroksilno skupino serina so značilni visoki procesi. Druga aktivna funkcionalna skupina je imidazol histidinskega ostanka, ki zaradi tvorbe vodikove vezi aktivira hidroksil serina.

2. Tiolne (cisteinske) proteinaze imajo cisteinski ostanek v aktivnem središču, sulfhidrilne skupine in ionizirana karboksilna skupina imajo encimsko aktivnost.

3. Kisle (karboksilne) proteinaze, optimalni pH<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Metaloproteinaze, njihovo katalitsko delovanje je posledica prisotnosti Mg 2+, Mn 2+, Co 2+, Zn 2+, Fe 2+ v aktivnem središču. Moč vezi med kovino in beljakovinskim delom encima je lahko različna. Kovinski ioni, ki so vključeni v aktivni center, sodelujejo pri tvorbi encimsko-substratnih kompleksov in olajšajo aktivacijo substratov.

Pomembna značilnost proteinaz je selektivna narava njihovega delovanja na peptidne vezi v proteinski molekuli. Posledično se posamezen protein pod vplivom določene proteinaze vedno razcepi na strogo omejeno število peptidov.

5. Peptidne hidrolaze, ki cepijo aminokisline iz peptida, začenši z aminokislino s prosto NH2 skupino, imenujemo aminopeptidaze, tiste s prosto COOH skupino pa karboksipeptidaze. Dokončajte hidrolizo proteinske dipeptidaze in razdelite dipeptide na aminokisline.

6. Amidaze katalizirajo hidrolitično cepitev vezi med ogljikom in dušikom: deaminacija aminov. V to skupino encimov spada ureaza, ki izvaja hidrolitično cepitev sečnine. oksidativni encim

7. Ureaza - enokomponentni encim (M = 480 tisoč). Molekula je globula in je sestavljena iz osmih enakih podenot. Ima absolutno substratno specifičnost, deluje samo na sečnino.

Treba je opozoriti, da je za odkrivanje prostih encimov v tleh potrebno najprej osvoboditi živih organizmov, torej izvesti popolno ali delno sterilizacijo. Idealen dejavnik, ki sterilizira tla za potrebe encimologije, bi moral ubijati žive celice, ne da bi pri tem motil njihovo celično strukturo, hkrati pa ne bi vplival na same encime. Težko je reči, ali vse trenutno uporabljene metode sterilizacije izpolnjujejo te zahteve. Najpogosteje se tla za potrebe encimologije sterilizirajo z dodajanjem toluena kot antiseptika, z obdelavo tal z etilen oksidom ali, kar se zdaj vse pogosteje izvaja, z ubijanjem različnih mikroorganizmov z ionizirajočim sevanjem. Nadaljnja tehnika določanja katalitskih lastnosti tal se ne razlikuje od metod za določanje aktivnosti encimov rastlinskega ali živalskega izvora. V tla dodamo določeno koncentracijo substrata za encim in po inkubaciji preučimo reakcijske produkte. Analize številnih tal, opravljene s to metodo, so pokazale, da vsebujejo proste encime s katalitično aktivnostjo.

1.2 Encimska aktivnost tal

Encimska aktivnost tal [iz lat. Fermentum - kvas] - sposobnost tal, da zaradi encimov, prisotnih v njej, katalitično vpliva na procese transformacije eksogenih in lastnih organskih in mineralnih spojin. Za označevanje encimske aktivnosti tal pomenijo skupni kazalnik aktivnosti. Encimska aktivnost različnih tal ni enaka in je povezana z njihovimi genetskimi značilnostmi in kompleksom medsebojno delujočih okoljskih dejavnikov. Raven encimske aktivnosti tal je določena z aktivnostjo različnih encimov (invertaze, proteaze, ureaze, dehidrogenaze, katalaze, fosfataze), izražena kot količina razpadlega substrata na enoto časa na 1 g zemlje.

Biokatalitična aktivnost tal je odvisna od stopnje njihove obogatitve z mikroorganizmi in od vrste tal. Encimska aktivnost se razlikuje po genetskih obzorjih, ki se razlikujejo po vsebnosti humusa, vrstah reakcij, redoks potencialu in drugih parametrih vzdolž profila.

V pragozdnih tleh intenzivnost encimskih reakcij določajo predvsem horizonti gozdne stelje, v njivskih tleh pa njivske plasti. Vsi biološko manj aktivni genetski horizonti pod obzorji A ali An imajo nizko encimsko aktivnost. Njihova aktivnost se nekoliko poveča z obdelavo tal. Po razvoju gozdnih tal za njive se encimska aktivnost oblikovanega njivskega horizonta v primerjavi z gozdno steljo močno zmanjša, med obdelovanjem pa narašča in se v visoko obdelanih tleh približuje ali presega gozdno steljo. .

Encimska aktivnost odraža stanje rodovitnosti tal in notranjih sprememb, ki nastanejo med kmetijsko rabo in dvigom stopnje kmetijske kulture. Te spremembe opazimo tako pri obdelovanju deviških in gozdnih tal kot tudi pri različno uporabi.

Po vsej Belorusiji se na obdelovalnih tleh letno izgubi do 0,9 t/ha humusa. Zaradi erozije se letno s njiv nepreklicno odnese 0,57 t/ha humusa. Razlogi za dehumificiranje tal so povečana mineralizacija organske snovi tal, zaostajanje za procesi nastajanja novega humusa od mineralizacije zaradi nezadostnega vnosa organskih gnojil v tla in zmanjšanje encimske aktivnosti tal.

Biokemične transformacije organske snovi v tleh nastanejo kot posledica mikrobiološke aktivnosti pod vplivom encimov. encimska aktivnost talnega mikroorganizma

Encimi igrajo posebno vlogo v življenju živali, rastlin in mikroorganizmov. Encimi v tleh sodelujejo pri razgradnji rastlinskih, živalskih in mikrobnih ostankov ter pri sintezi humusa. Posledično se hranila iz težko prebavljivih spojin pretvorijo v lahko dostopne oblike za rastline in mikroorganizme. Za encime je značilna visoka aktivnost, stroga specifičnost delovanja in velika odvisnost od različnih okoljskih razmer. Zahvaljujoč svoji katalitični funkciji omogočajo hiter potek velikega števila kemičnih reakcij v telesu ali zunaj njega.

Encimska aktivnost tal lahko skupaj z drugimi merili služi kot zanesljiv diagnostični indikator za določanje stopnje obdelanosti tal. Kot rezultat raziskave 4, str. 91 ugotovila razmerje med delovanjem mikrobioloških in encimskih procesov ter izvajanjem ukrepov za povečanje rodovitnosti tal. Obdelava tal, gnojenje bistveno spremenijo ekološko okolje za razvoj mikroorganizmov.

Trenutno je bilo v bioloških objektih najdenih več tisoč posameznih encimov, nekaj sto pa jih je bilo izoliranih in proučenih. Znano je, da lahko živa celica vsebuje do 1000 različnih encimov, od katerih vsak pospešuje eno ali drugo kemično reakcijo.

Zanimanje za uporabo encimov povzroča tudi dejstvo, da se zahteve po povečanju varnosti tehnoloških procesov nenehno povečujejo. Ker so prisotni v vseh bioloških sistemih in so tako produkti kot orodje teh sistemov, se encimi sintetizirajo in delujejo v fizioloških pogojih (pH, temperatura, tlak, prisotnost anorganskih ionov), nato pa se zlahka izločijo in se uničijo do aminokislin. . Tako proizvodi kot odpadni produkti večine procesov, ki vključujejo encime, so nestrupeni in zlahka razgradljivi. Poleg tega so v mnogih primerih encimi, ki se uporabljajo v industriji, pridobljeni na okolju prijazen način. Encimi se od nebioloških katalizatorjev razlikujejo ne le po varnosti in povečani biološki razgradljivosti, temveč tudi po specifičnosti delovanja, blagih reakcijskih pogojih in visoki učinkovitosti. Učinkovitost in specifičnost delovanja encimov omogoča pridobivanje ciljnih izdelkov z visokim izkoristkom, zaradi česar je uporaba encimov v industriji ekonomsko upravičena. Uporaba encimov prispeva k zmanjšanju porabe vode in energije v tehnoloških procesih, zmanjšuje emisije CO2 v ozračje, zmanjšuje tveganje onesnaženja okolja s stranskimi produkti tehnoloških ciklov.

Z uporabo napredne kmetijske tehnologije je mogoče v ugodno smer spremeniti mikrobiološke procese ne le v njivskih, temveč tudi v podornih plasteh tal.

Z neposredno udeležbo zunajceličnih encimov pride do razgradnje organskih spojin v tleh. Torej, proteolitični encimi razgradijo beljakovine v aminokisline.

Ureaza razgradi sečnino na CO2 in NH3. Nastali amoniak in amonijeve soli služijo kot vir dušikove prehrane za rastline in mikroorganizme.

Invertaza in amilaza sodelujeta pri razgradnji ogljikovih hidratov. Encimi fosfatne skupine razgrajujejo organofosforjeve spojine v tleh in imajo pomembno vlogo pri fosfatnem režimu slednjih.

Za karakterizacijo splošne encimske aktivnosti tal se običajno uporabljajo najpogostejši encimi, značilni za veliko večino mikroflore tal - invertaza, katalaza, proteaza in drugi.

V razmerah naše republike je bilo opravljenih veliko študij 16, str. 115 o proučevanju sprememb ravni rodovitnosti in encimske aktivnosti tal pod antropogenim vplivom, vendar pridobljeni podatki ne dajejo izčrpnega odgovora na naravo sprememb zaradi težavnosti primerjave rezultatov zaradi razlike v eksperimentalni pogoji in raziskovalne metode.

V zvezi s tem je iskanje optimalne rešitve problema izboljšanja humusnega stanja tal in njene encimske aktivnosti v specifičnih talnih in podnebnih razmerah na podlagi razvoja virov varčnih metod osnovne obdelave tal in uporabe tal- zaščitni kolobarji, ki pomagajo ohranjati strukturo, preprečujejo prekomerno utrjevanje tal in izboljšujejo njihovo kakovostno stanje ter obnavljajo rodovitnost tal z minimalnimi stroški, zelo relevantni.

1.3 Metodološki pristopi k določanju encimskihaktivnost tal

1.3.1 Eksperimentalna izolacijathspletno mestoin kartiranje

Poskusno območje - del preučevanega območja, za katerega so značilni podobni pogoji (relief, homogenost strukture tal in vegetacije, narava gospodarske rabe).

Testno mesto mora biti nameščeno na tipični lokaciji za študijsko območje. Na površini 100 kvadratnih metrov. m se položi eno testno mesto velikosti 25 m. V primeru heterogenosti reliefa se mesta izberejo glede na elemente reliefa.

Začrtajo idejni načrt za polaganje glavnih odsekov in polodsekov tako, da označujejo tla vseh pojavnih oblik tal in razlike v talni pokritosti.

Metoda zanke se uporablja na območjih s kompleksnim terenom in gosto geografsko mrežo. S to metodo je preučevano območje razdeljeno na ločene osnovne sektorje, ob upoštevanju značilnosti sprememb reliefa ali hidrografske mreže. Sektor se pregleduje iz enega centra z izvajanjem zank podobnih poti v radialni smeri.

Ob upoštevanju značilnosti reliefa in hidrografske mreže na enem posameznem območju je mogoče geodetske poti načrtovati kombinirano, t.j. del najdišča je pregledan z metodo vzporednih prečkanj ozemlja, del pa z metodo zank.

Ob trasah so točke polaganja posekov načrtovane tako, da so zajete vse glavne razlike v reliefu in vegetaciji, t.j. razdalje med odseki niso omejene, zato so na nekaterih reliefno zahtevnih mestih lahko odseki gostejši, na drugih, relativno homogenih območjih, pa je lega odsekov lahko redka.

Sledi delo, povezano s kartiranjem tal in podrobno študijo tal, začenši z izvidniškim pregledom najdišča (četrtlet). Pri izvidniškem pregledu se seznanijo z mejami najdišča in nasploh s predmetom raziskovanja, ki ga obvozimo po jasah, znamenitostih in cestah. Na najbolj značilnih mestih so položeni rezi, katerih lokacija se nanaša na načrt. Glede na rezultate izvidniških raziskav so dokončno popravljene poti in mesta za polaganje talnih posekov.

Po opravljenem izvidništvu pričnejo s samim izvidom, pri katerem je treba imeti načrt polaganja talnih odsekov in čisto kopijo orisa davčnega opisa. Splošno predstavo o sortah tal in začetnih oznakah meja kontur tal dobimo na podlagi študije glavnih in kontrolnih odsekov. Pojasnitev meja porazdelitve konture tal se izvede s kopanjem. Hkrati se v terenskem dnevniku za vsak odsek izpolni obrazec za opis talnega odseka. Po polaganju in povezovanju odsekov se izvede terenska študija razporeditve tal za določitev klasifikacije dane zemlje. Glede na rezultate terenske ocene talne odeje in vseh drugih elementov krajine se kot kontura tal loči ločeno, relativno homogeno ali monotono pestro območje.

Osnova za ugotavljanje meja med obrisi različnih tal je prepoznavanje vzorcev med tlemi, reliefom in vegetacijo. Spremembe faktorjev tvorbe tal vodijo do sprememb talne odeje. Z jasno spremembo reliefa, rastlinskih formacij in matičnih kamnin meje razlik v tleh sovpadajo z mejami na tleh. Po drugi strani sta enostavnost določanja meja na zemljevidu in natančnost prepoznavanja kontur tal odvisni od točnosti topografske osnove. Vendar se je v naravi najpogosteje treba soočiti z nejasnimi mejami, postopen prehod. V tem primeru je za določitev meja kontur tal potrebno polaganje velikega števila jam, pa tudi bogate praktične izkušnje in dobre sposobnosti opazovanja. Pri izvajanju dejanskega izvida na terenu se na podlagi načrta, prepisanega iz davčnega načrta, izdela obris tal študijskega območja.

Ne smemo pozabiti, da v naravi ni strogih meja med razlikami v tleh, saj se zamenjava ene razlike tal z drugo postopoma zgodi s kopičenjem nekaterih lastnosti in izgubo drugih. Zato geodetska raziskava tal omogoča le v večji ali manjši meri prenesti shematične obrise porazdelitve kontur tal, natančnost identifikacije njihovih meja pa je odvisna od merila raziskave, vrste tal in drugih pogojev. Najmanjše dimenzije kontur tal, ki so predmet obvezne identifikacije na zemljevidu tal, so določene s tehničnimi standardi.

1.3.2 Značilnosti izbire in priprave vzorcev tal za analizo

Za pravilno določitev vsebnosti določene snovi v tleh je treba vse agrokemijske analize opraviti z brezhibno natančnostjo in natančnostjo. Vendar pa bo celo zelo temeljita analiza dala nezanesljive rezultate, če tla niso pravilno vzorčena.

Ker se vzorec za analizo vzame zelo majhen, rezultati določanja pa morajo dati objektivno karakteristiko velikih količin materiala, je pri vzorčenju tal pozorna na odpravo heterogenosti. Povprečenje vzorcev tal dosežemo s postopnim izborom začetnih, laboratorijskih in analitskih vzorcev.

Mešani začetni vzorec mora biti sestavljen iz posameznih vzorcev (izvirnih vzorcev), odvzetih znotraj iste razlike v tleh. Če ima območje zapleteno talno oblogo, ni mogoče vzeti enega povprečnega vzorca. Moralo bi jih biti toliko, kolikor je razlik v tleh.

Glede na konfiguracijo mesta se lokacija točk za odvzem začetnih vzorcev na njem razlikuje. Na ozkem, podolgovatem delu jih je mogoče postaviti vzdolž (na sredino) njega. Na širokem območju, ki je blizu kvadrata, je boljša razporeditev mest vzorčenja. Na velikih površinah se vzorčenje tal uporablja po dolžini parcele v njeni sredini, v količini do 20 kosov.

Odvzeti začetni vzorec zemlje temeljito premešajte na kosu ponjave, dosledno povprečite in zmanjšajte na želeno količino, nato pa ga vlijte v čisto vrečko ali škatlo. To je laboratorijski vzorec, njegova masa je približno 400 g.

Na vrhu škatle z laboratorijskim vzorcem je nalepka iz vezanega lesa ali kartona, napisana s svinčnikom, ki označuje:

1. Imena predmeta.

2. Imena spletnih mest.

3. Številke parcel.

4. Globine izbire.

5. Številke vzorcev.

6. Priimki osebe, ki je nadzorovala delo ali vzela vzorec.

7. Datumi dela.

Isti vpis se istočasno izvede v dnevnik.

Vzorec zemlje, dostavljen z mesta v laboratoriju, vlijemo na debel papir ali list čiste vezane plošče in z rokami zgnetemo vse strjene kepe. Nato s pinceto izberemo tuje vključke, tla dobro premešamo in rahlo zdrobimo. Po takšni pripravi laboratorijskega vzorca ga ponovno raztresemo, da se spravi v zračno suho stanje, nato zdrobimo in precedimo skozi sito z 2 mm luknjami.

Prostor za sušenje tal mora biti suh in zaščiten pred dostopom amoniaka, kislih hlapov in drugih plinov.

Za določitev encimske aktivnosti se običajno vzame zemlja, posušena na prostem; Mokre vzorce je treba posušiti v laboratoriju pri sobni temperaturi. Paziti je treba, da vzorec ne vsebuje nerazpadlih rastlinskih ostankov. Grude zemlje zdrobimo in presejemo skozi sito z velikostjo mrežnega očesa 1 mm. Pri preučevanju encimske aktivnosti svežega (mokrega) vzorca je treba še več pozornosti nameniti popolni odstranitvi rastlinskih ostankov. Hkrati s študijo aktivnosti se določi tudi vlažnost tal, dobljeni rezultat se preračuna za 1 g popolnoma suhe zemlje.

1.4 Vpliv različnih dejavnikovna encimsko aktivnost tal

Pomemben dejavnik, ki določa hitrost encimske reakcije (enako tako katalitsko aktivnost encima), je temperatura, katere učinek je prikazan na sliki 1. Iz slike je razvidno, da s povišanjem temperature na določeno vrednost, se hitrost reakcije poveča. To je mogoče razložiti z dejstvom, da se z dvigom temperature gibanje molekul pospešuje in molekule reagirajočih snovi imajo več možnosti za trk med seboj. To poveča verjetnost, da bo prišlo do reakcije med njima. Temperatura, ki zagotavlja najvišjo hitrost reakcije, se imenuje optimalna temperatura.

Vsak encim ima svojo optimalno temperaturo. Na splošno je za encime živalskega izvora med 37 in 40C, za rastlinske pa med 40 in 50C. Vendar pa obstajajo izjeme: b-amilaza iz kaljenih zrn ima optimalno temperaturo pri 60C, katalaza pa v območju 0-10C. Ko se temperatura dvigne nad optimalno, se hitrost encimske reakcije zmanjša, čeprav se pogostost molekularnih trkov poveča. To se zgodi zaradi denaturacije, t.j. izguba nativnega stanja encima. Pri temperaturah nad 80C večina encimov popolnoma izgubi svojo katalitično aktivnost.

Zmanjšanje hitrosti encimske reakcije pri temperaturah nad optimalno je odvisno od denaturacije encima. Zato je pomemben kazalnik, ki označuje razmerje encima in temperature, njegova termolabilnost, t.j. hitrost inaktivacije samega encima z naraščajočo temperaturo.

Slika 1 - Vpliv temperature na hitrost hidrolize škroba z amilazo

Pri nizkih temperaturah (0C in nižje) katalitična aktivnost encimov pade skoraj na nič, vendar do denaturacije ne pride. Z zvišanjem temperature se njihova katalitična aktivnost ponovno vzpostavi.

Na encimsko aktivnost tal vplivajo tudi vlažnost, vsebnost mikroorganizmov in ekološko stanje tal.

1.5 Spreminjanje združbe mikroorganizmov v tleh

Mikroorganizmi v tleh so zelo številni in raznoliki. Med njimi so bakterije, aktinomicete, mikroskopske glive in alge, protozoji in živa bitja, ki so blizu tem skupinam.

Biološki cikel v tleh se izvaja s sodelovanjem različnih skupin mikroorganizmov. Glede na vrsto tal se vsebnost mikroorganizmov razlikuje. V vrtnih, vrtnih, njivskih tleh je na 1 g zemlje od milijon do več milijard mikroorganizmov. Tla vsake vrtne parcele vsebujejo lastne mikroorganizme. S svojo biomaso sodelujejo pri kopičenju organske snovi v tleh. Imajo veliko vlogo pri oblikovanju razpoložljivih oblik mineralne prehrane za rastline. Pomen mikroorganizmov pri kopičenju biološko aktivnih snovi v tleh, kot so avksini, giberelini, vitamini, aminokisline, ki spodbujajo rast in razvoj rastlin, je izjemno velik. Mikroorganizmi, ki tvorijo sluz polisaharidne narave, pa tudi veliko število glivičnih filamentov, aktivno sodelujejo pri oblikovanju strukture tal, lepijo prašne delce tal v agregate, kar izboljša vodno-zračni režim tal.

Biološka aktivnost tal, število in aktivnost talnih mikroorganizmov so tesno povezani z vsebnostjo in sestavo organske snovi. Hkrati so najpomembnejši procesi nastajanja rodovitnosti tal, kot so mineralizacija rastlinskih ostankov, humifikacija, dinamika elementov mineralne prehrane, reakcija talne raztopine, preoblikovanje različnih onesnaževal v tleh, stopnja akumulacije pesticidi v rastlinah, kopičenje strupenih snovi v tleh in pojav utrujenosti tal. Sanitarna in higienska vloga mikroorganizmov je velika tudi pri transformaciji in nevtralizaciji spojin težkih kovin.

Obetavna usmeritev za obnovo in ohranjanje rodovitnosti ter biološko intenziviranje kmetijstva je uporaba proizvodov predelave organskih odpadkov s sodelovanjem deževnikov, ki so v simbiozi z mikroorganizmi. V naravnih tleh razgradnjo stelje izvajajo deževniki, koprofagi in drugi organizmi. Toda v ta proces sodelujejo tudi mikroorganizmi. V črevesju črvov se ustvarijo ugodnejši pogoji za opravljanje kakršnih koli funkcij kot v tleh. Deževniki v povezavi z mikroorganizmi spreminjajo različne organske odpadke v visoko učinkovita biološka gnojila z dobro strukturo, obogatena z makro- in mikroelementi, encimi, aktivno mikrofloro, ki zagotavljajo dolgotrajen (dolgotrajen, postopen) učinek na rastline.

Tako se z zagotavljanjem razvoja mikroorganizmov v tleh poveča pridelek in izboljša njegova kakovost. Konec koncev se razvijejo mikroorganizmi, t.j. razdelite vsakih 20-30 minut in ob zadostni hrani tvorite veliko biomaso. Če bik, ki tehta 500 kg na dan, tvori 0,5 kg - 1 kg, potem je 500 kg mikroorganizmov na dan biomasa, 500 kg rastlin pa ustvari 5 ton biomase. Zakaj tega ne opazimo v tleh? In ker za to potrebujejo mikroorganizmi hrano, po drugi strani pa jo omejujejo različni dejavniki, zlasti pesticidi. Na površini 1 ha se zaradi vitalne aktivnosti talnih mikrobov med letom sprosti 7500 m3 ogljikovega dioksida. In ogljikov dioksid je potreben tako kot vir ogljikovega hranjenja za rastline kot za raztapljanje težko dostopnih soli fosforne kisline in pretvorbo fosforja v obliko, ki je na voljo za prehrano rastlin. tiste. kjer mikroorganizmi dobro delujejo, fosfornih gnojil ni treba. Toda sami mikroorganizmi potrebujejo organsko snov.

V ravnotežju organske snovi v tleh je vloga gojenih rastlin velika. Kopičenje humusa v tleh pospešujejo trajne trave, zlasti stročnice. Po njihovem nabiranju ostane v tleh fitomasa, ki je obogatena z dušikom zaradi njegove fiksacije z vozličastimi bakterijami iz zraka. Vrstnice in vrtnine (krompir, zelje itd.) zmanjšujejo vsebnost humusa v tleh, ker pustijo v tleh majhno količino rastlinskih ostankov, uporabljeni sistem globoke obdelave tal pa zagotavlja intenzivno oskrbo s kisikom njive in posledično močno mineralizacijo organske snovi, t.j. njegova izguba.

Pri analizi tal se pogosto upošteva število posameznih fizioloških skupin mikroorganizmov. To naredimo s tako imenovano titronsko metodo, pri kateri se tekoča selektivna (elektivna) hranilna sredstva za določene skupine mikroorganizmov kontaminirajo z različnimi razredčitvami talne suspenzije. Z določitvijo stopnje redčenja po zadrževanju v termostatu, ki je pokazala prisotnost želene skupine mikroorganizmov, je nato mogoče s preprostim preračunom določiti število njenih predstavnikov v tleh. Na ta način ugotovijo, kako bogata je tla z nitrifikatorji, denitrifikatorji, celulozo-razgradljivimi in drugimi mikroorganizmi.

Za karakterizacijo vrste tal in njenega stanja niso pomembni le kazalniki števila različnih skupin mikroorganizmov, temveč tudi analiza stanja v tleh posameznih vrst. Z redkimi izjemami so tudi fiziološke skupine mikroorganizmov zelo široke. Zunanje okolje lahko drastično spremeni vrstno sestavo talnih mikroorganizmov, vendar le malo ali nič vpliva na število njihovih fizioloških skupin. Zato je pri analizi tal pomembno, da si prizadevamo za ugotavljanje stanja posameznih vrst mikroorganizmov.

Med talnimi mikroorganizmi so predstavniki različnih sistemskih enot, ki lahko asimilirajo ne le lahko prebavljive organske spojine, temveč tudi bolj zapletene snovi aromatične narave, ki vključujejo takšne spojine, značilne za tla, kot humusne snovi.

Vsa tla na Zemlji so nastala iz zelo raznolikih kamnin, ki pridejo na površje, ki jih običajno imenujemo matične kamnine. Ohlapne sedimentne kamnine delujejo predvsem kot talne kamnine, saj magmatske in metamorfne kamnine sorazmerno redko pridejo na površje.

Ustanovitelj znanstvene znanosti o tleh, V. V. Dokuchaev, je tla obravnaval kot posebno telo narave, tako značilno kot rastlina, žival ali mineral. Poudaril je, da različna tla nastajajo pod različnimi pogoji in da se sčasoma spreminjajo. Po definiciji V. V. Dokuchaeva je treba tla imenovati "dnevni" ali površinski horizonti kamnin, ki so naravno spremenjeni pod vplivom številnih dejavnikov. Vrsta tal je sestavljena glede na: a) matično kamnino, b) podnebje, c) vegetacijo, d) relief države in e) starost talnega procesa.

V. V. Dokuchaev je pri razvijanju znanstvenih osnov znanosti o tleh opozoril na ogromno vlogo živih organizmov, zlasti mikroorganizmov, pri nastajanju tal.

Obdobje ustvarjalnosti V. V. Dokuchaeva je sovpadalo s časom velikih odkritij L. Pasteurja, ki so pokazala velik pomen mikroorganizmov pri preoblikovanju različnih snovi in v infekcijskem procesu. Konec prejšnjega in v začetku tega stoletja so bila narejena številna pomembna odkritja na področju mikrobiologije, ki so bila temeljnega pomena za zemljoznanstvo in kmetijstvo. Ugotovljeno je bilo predvsem, da tla vsebujejo ogromno različnih mikroorganizmov. To je dalo razlog za razmišljanje o bistveni vlogi mikrobiološkega dejavnika pri nastanku in življenju tal.

Hkrati z V. V. Dokuchaevom je 24. str. 72. V monografiji "Tla černozemske regije Rusije, njihov izvor, sestava in lastnosti" (1886) je zapisal, da je geologija pri vprašanju černozema drugotnega pomena, ker se v zgornjih plasteh kopičijo organske snovi. zemlje, geološko raznolike, in černozema je vprašanje geografije višjih rastlin in vprašanje fiziologije nižjih rastlin, ki razgrajujejo organsko snov. PA Kostychev je izvedel vrsto poskusov, da bi razjasnil vlogo posameznih skupin mikroorganizmov pri ustvarjanju humusa v tleh.

Akademik V. I. Vernadsky, učenec V. V. Dokučajeva, je veliko prispeval k konceptu vloge biološkega dejavnika pri preoblikovanju Zemlje in v procesu nastajanja tal. Verjel je, da so glavni dejavnik migracije kemičnih elementov v zgornjem delu zemeljske skorje organizmi. Njihova aktivnost ne vpliva le na organske, temveč tudi na mineralne snovi tal in podtalnih plasti.

Že v začetnih fazah preoblikovanja kamnin v tla se zelo jasno pokaže vloga mikroorganizmov v procesih preperevanja mineralov. Izjemna znanstvenika V. I. Vernadsky in B. B. Polynov sta menila, da je preperevanje kamnin posledica dejavnosti rastlin, predvsem nižjih organizmov. Do danes je to stališče potrdila velika količina eksperimentalnega materiala.

Običajno so prvi naseljenci kamnin luskasti lišaji, ki tvorijo listnate plošče, pod katerimi se nabira majhna količina drobne zemlje. Lišaji so praviloma v simbiozi s saprofitnimi bakterijami, ki ne tvorijo spor.

V zvezi s številnimi elementi delujejo lišaji kot njihovi akumulatorji. V drobni zemlji pod litofilno vegetacijo se močno poveča količina organske snovi, fosforja, železovega oksida, kalcija in magnezija.

Med drugimi rastlinskimi organizmi, ki se naselijo na matičnih kamninah, je treba izpostaviti mikroskopske alge, zlasti modro-zelene in diatomeje. Pospešujejo preperevanje alumosilikatov in običajno živijo v povezavi z bakterijami, ki ne tvorijo spor.

Alge imajo očitno pomembno vlogo kot avtotrofni akumulatorji organskih snovi, brez katerih ne more potekati močna aktivnost saprofitnih mikroorganizmov. Slednji proizvajajo različne spojine, ki povzročajo preperevanje mineralov. Številne modro-zelene alge so fiksatorji dušika in s tem elementom obogatijo uničljivo kamnino.

Glavno vlogo pri preperevanju imajo verjetno ogljikov dioksid, mineralne in organske kisline, ki jih proizvajajo različni mikroorganizmi. Obstajajo znaki, da imajo nekatere ketonske kisline močan učinek raztapljanja. Možnost sodelovanja pri preperevanju humusnih spojin ni izključena.

Treba je opozoriti, da številne bakterije tvorijo sluz, kar olajša tesen stik mikroorganizmov s kamnino. Uničenje slednjega se pojavi tako pod vplivom produktov vitalne aktivnosti mikroorganizmov kot zaradi tvorbe kompleksnih spojin med snovjo sluzi in kemičnimi elementi, ki sestavljajo kristalne rešetke mineralov. Preperevanje kamnin v naravi je treba obravnavati kot enotnost dveh nasprotnih procesov - razpadanja primarnih mineralov in nastanka sekundarnih mineralov. Novi minerali lahko nastanejo, ko mikrobni metaboliti medsebojno delujejo.

...

Podobni dokumenti

Študija ekoloških razmer, conskih in intrazonalnih dejavnikov nastajanja tal. Karakterizacija strukture talnih profilov, granulometrijske sestave, fizikalno-kemijskih in vodno-fizikalnih lastnosti tal, oblikovanje agroekoloških tipov tal.

seminarska naloga, dodana 14.09.2011

Karakterizacija morfoloških elementov in značilnosti tal. Vrste strukture talnega profila. Sistem simbolov za označevanje genetskih obzorij tal. Vpliv kemične sestave na barvo tal. Razvrstitev novotvorb in vključkov v tleh.

povzetek, dodan 22.12.2013

Naravne razmere in dejavniki nastajanja tal. Sistematičen seznam glavnih tipov tal in njihovih morfoloških značilnosti. Vodno-fizikalne lastnosti tal, njihova granulometrijska, agregatna in kemična sestava, nasipna gostota. Metode zaščite tal.

seminarska naloga, dodana 07.02.2010

Fiziološko stanje dušikovih fiksatorjev v tipih tal, ocena njihovih prilagodljivih sposobnosti. Analiza vzorcev tal, odvzetih v regijah regije Nižni Novgorod. Identifikacija sevov iz rodu Azotobacter po kulturnih in fizioloških značilnostih.

diplomsko delo, dodano 15.02.2014

Dejavniki in procesi nastajanja tal, struktura talne odeje preučevanega predmeta, glavne vrste tal. Podrobne značilnosti kontur tal, njihovo razmerje na preučevanem območju. Ocena rodovitnosti tal in njen gozdnogojitveni pomen.

seminarska naloga, dodana 12.11.2010

Populacija Ophiobolus hyphae z evbakterijami, aktinomiceti in glivami v naravnih tleh. Antibiotska aktivnost nekaterih posebej produktivnih gliv v primerjavi z drugimi glivami. Okužba žuželk, ki živijo v tleh, sestava bakterij v tleh.

povzetek, dodan 03.07.2011

Naravni pogoji nastajanja tal: podnebje, topografija, matične kamnine, vegetacija, hidrologija in hidrografija. Ukrepi za izboljšanje rodovitnosti tal, priporočila za njihovo uporabo. Kmetijsko združevanje in razvrščanje tal.

seminarska naloga, dodana 22.6.2013

Vpliv kamnin, podnebja, reliefa, vegetacije na tvorbo tal. Granulometrična sestava, fizikalne lastnosti, vodni režim obdelovalnih tal. Določanje talno-ekološkega indeksa. Glavni ukrepi za izboljšanje rodovitnosti tal v agroskupinah.

seminarska naloga, dodana 25.05.2012

Lastnosti slanih tal, njihova tvorba. Pogoji kopičenja soli v tleh. Intenzivnost vegetacije. Viri lahko topnih soli. Porazdelitev slanih tal. Izraz slanih tal v sistematiki, diagnostični horizonti.

povzetek, dodan 30.03.2014

Študija vpliva kmetijskih pridelkov na sestavo in dinamiko talnih raztopin. Porazdelitev sivih gozdnih tal, značilnosti nastanka, diagnostika, lastnosti, klasifikacija, uporaba. Vsebnost in sestava organske snovi v tleh.

Biokemične transformacije organske snovi v tleh nastanejo kot posledica mikrobiološke aktivnosti pod vplivom encimov. encimska aktivnost talnega mikroorganizma

Z uporabo napredne kmetijske tehnologije je mogoče v ugodno smer spremeniti mikrobiološke procese ne le v njivskih, temveč tudi v podornih plasteh tal.

Z neposredno udeležbo zunajceličnih encimov pride do razgradnje organskih spojin v tleh. Torej, proteolitični encimi razgradijo beljakovine v aminokisline.

Ureaza razgradi sečnino na CO2 in NH3. Nastali amoniak in amonijeve soli služijo kot vir dušikove prehrane za rastline in mikroorganizme.

Invertaza in amilaza sodelujeta pri razgradnji ogljikovih hidratov. Encimi fosfatne skupine razgrajujejo organofosforjeve spojine v tleh in imajo pomembno vlogo pri fosfatnem režimu slednjih.

Za karakterizacijo splošne encimske aktivnosti tal se običajno uporabljajo najpogostejši encimi, značilni za veliko večino mikroflore tal - invertaza, katalaza, proteaza in drugi.

Od številnih kazalnikov biološke aktivnosti tal so zelo pomembni encimi v tleh. Njihova raznolikost in bogastvo omogoča izvajanje zaporednih biokemičnih transformacij organskih ostankov, ki vstopajo v tla.

Ime "encim" izvira iz latinskega "fermentum" - ferment, kislo testo. Fenomen katalize še ni popolnoma razumljen. Bistvo katalizatorja je zmanjšati aktivacijsko energijo, potrebno za kemično reakcijo, in jo krožno usmerjati skozi vmesne reakcije, ki zahtevajo manj energije, brez katalizatorja. S tem se poveča tudi hitrost glavne reakcije. Pod delovanjem encima se znotrajmolekulske vezi v substratu oslabijo zaradi neke deformacije njegove molekule, ki nastane pri tvorbi vmesnega kompleksa encim-substrat.

Tako je vloga encimov v tem, da bistveno pospešijo biokemične reakcije in jih omogočijo pri običajnih normalnih temperaturah.

Encimi imajo za razliko od anorganskih katalizatorjev selektivno delovanje. Posebnost delovanja encimov se izraža v tem, da vsak encim deluje le na določeno snov oziroma na določeno vrsto kemične vezi v molekuli. Po svoji biokemični naravi so vsi encimi visokomolekularne beljakovinske snovi. Na specifičnost encimskih beljakovin vpliva zaporedje aminokislin v njih. Nekateri encimi poleg beljakovin vsebujejo enostavnejše spojine. Na primer, različni oksidativni encimi vsebujejo organske železove spojine. Drugi vključujejo baker, cink, mangan, vanadij, krom, vitamine in druge organske spojine.

Enotna klasifikacija encimov temelji na specifičnosti za vrsto reakcije, trenutno pa so encimi razdeljeni v 6 razredov. V tleh so najbolj raziskane oksidoreduktaze (katalizirajo procese biološke oksidacije) in hidrolaze (katalizirajo cepljenje z dodatkom vode). Od oksidoreduktaz v tleh so najpogostejše katalaze, dehidrogenaze, fenol oksidaze itd.

Sodelujejo v redoks procesih pri sintezi huminskih komponent. Od hidrolaz so v tleh najbolj razširjene invertaza, ureaza, proteaza in fosfataza. Ti encimi sodelujejo v reakcijah hidrolitične razgradnje makromolekularnih organskih spojin in tako igrajo pomembno vlogo pri obogatitvi tal s hranili, ki so mobilna in dostopna rastlinam in mikroorganizmom.

Veliko število raziskovalcev je preučevalo encimsko aktivnost tal. Kot rezultat raziskav je bilo dokazano, da je encimska aktivnost elementarna značilnost tal. Encimska aktivnost tal nastane kot posledica celote procesov vstopa, imobilizacije in delovanja encimov v tleh. Viri encimov v tleh so vse žive snovi v tleh: rastline, mikroorganizmi, živali, glive, alge itd. Encimi se kopičijo v tleh in postanejo sestavni reaktivni sestavni del ekosistema. Tla so po encimski raznolikosti in encimskem bazenu najbogatejši sistem. Raznolikost in bogastvo encimov v tleh omogoča zaporedne biokemične transformacije različnih vhodnih organskih ostankov.

Encimi v tleh igrajo pomembno vlogo v procesih nastajanja humusa. Preoblikovanje rastlinskih in živalskih ostankov v humusne snovi je kompleksen biokemični proces, ki vključuje različne skupine mikroorganizmov, pa tudi zunajcelične encime, imobilizirane v tleh. Ugotovljena je neposredna povezava med intenzivnostjo humifikacije in encimsko aktivnostjo.

Še posebej je treba omeniti pomen encimov v primerih, ko se v tleh razvijejo ekstremni pogoji za vitalno aktivnost mikroorganizmov, zlasti s kemičnim onesnaževanjem. V teh primerih ostane metabolizem v tleh do določene mere nespremenjen zaradi delovanja v tleh imobiliziranih in zato stabilnih encimov. Največjo katalitično aktivnost posameznih encimov opazimo v razmeroma majhnem pH območju, ki je zanje optimalno. Ker v naravi obstajajo tla s širokim razponom okoljskih reakcij (pH 3,5-11,0), je njihova stopnja aktivnosti zelo različna.

Študije različnih avtorjev so pokazale, da lahko aktivnost zemeljskih encimov služi kot dodaten diagnostični indikator rodovitnosti tal in njenih sprememb kot posledica antropogenega vpliva. Uporaba encimske aktivnosti kot diagnostičnega indikatorja je olajšana zaradi nizke napake poskusov in visoke stabilnosti encimov med shranjevanjem vzorcev.

Razdelki