פעילות אנזימטית של קרקעות. הרעיון של פעילות אנזימטית של קרקעות

שלח את העבודה הטובה שלך במאגר הידע הוא פשוט. השתמש בטופס למטה

סטודנטים, סטודנטים לתארים מתקדמים, מדענים צעירים המשתמשים בבסיס הידע בלימודיהם ובעבודתם יהיו אסירי תודה לכם.

פורסם ב http://www.allbest.ru/

מבוא

1. סקירת ספרות

1.1 הבנת אנזימי קרקע

1.2 פעילות אנזימטית של קרקעות

1.3 גישות מתודולוגיות לקביעת הפעילות האנזימטית של קרקעות

1.3.1 הקצאת שטח הניסוי

1.3.2 תכונות הבחירה וההכנה של דגימות קרקע לניתוח

1.4 השפעת גורמים שונים (טמפרטורה, משטר מים, עונת דגימה) על הפעילות האנזימטית של קרקעות

1.5 שינויים בקהילות של מיקרואורגניזמים בקרקעות

1.6 שיטות לחקר פעילות אנזימי הקרקע

סיכום

רשימת מקורות בשימוש

מבוא

בתנאים של עומס אנתרופוגני מוגבר על הביוספרה של הפלנטה, האדמה, בהיותה מרכיב של המערכת הטבעית ונמצאת באיזון דינמי עם כל המרכיבים האחרים, נתונה לתהליכי השפלה. שטפי חומרים הנכנסים לקרקע כתוצאה מפעילות אנתרופוגנית, נכללים במחזורים טבעיים, משבשים את התפקוד התקין של הביוטה של ​​הקרקע, וכתוצאה מכך, מערכת הקרקע כולה. בין הקריטריונים הביולוגיים השונים להערכת ההשפעה האנתרופוגנית על קרקעות, המבצעיים והמבטיחים ביותר הם אינדיקטורים ביוכימיים המספקים מידע על הדינמיקה של התהליכים האנזימטיים החשובים ביותר בקרקע: סינתזה ופירוק של חומרים אורגניים, ניטריפיקציה ותהליכים נוספים. .

מידע זמין על פעילות אנזימטית סוגים שוניםקרקעות אינן מספיקות כרגע ודורשות מחקר נוסף. זה הופך את זה לרלוונטי מאוד במונחים תיאורטיים ומעשיים ללמוד את הסוגיות שהועלו בעבודה זו.

מושא לימוד:פעילות אנזימי הקרקע.

יַעַד עבודת קודש: חקר אנזימי קרקע ופעילות אנזימטית של קרקעות.

בהתאם למטרת המחקר, להלן משימות:

1. תנו מושג כללי על אנזימי הקרקע והפעילות האנזימטית של קרקעות.

2. שקול גישות מתודולוגיות לקביעת הפעילות האנזימטית של קרקעות.

3. לקבוע את השפעתם של גורמים טבעיים שונים על הפעילות האנזימטית של קרקעות

4. למד את נושא הימצאות ושינוי קהילות של מיקרואורגניזמים בקרקעות

5. רשום ותאר שיטות לחקר פעילות אנזימי הקרקע.

1 . סקירה ספרותית

1.1 הבנת אנזימי קרקע

קשה לדמיין שאנזימים, מולקולות חלבון מאורגנות מאוד, יכולות להיווצר באדמה מחוץ לאורגניזם חי. ידוע לאדמה כבעלת פעילות אנזימטית ידועה.

אנזימים הם זרזים לתגובות כימיות בעלות אופי חלבוני, הנבדלים בספציפיות פעולתם ביחס לזרז של תגובות כימיות מסוימות.

אנזימים הם תוצרי ביוסינתזה של אורגניזמים חיים באדמה: צמחי עצים ועשבוניים, טחבים, חזזיות, אצות, פטריות, מיקרואורגניזמים, פרוטוזואה, חרקים, חסרי חוליות ובעלי חוליות, המיוצגים בטבע על ידי אגרגטים מסוימים - ביו-צנוזות.

הביוסינתזה של אנזימים באורגניזמים חיים מתבצעת עקב גורמים גנטיים האחראים על ההעברה התורשתית של סוג המטבוליזם והשונות ההסתגלותית שלו. אנזימים הם מנגנון העבודה שבאמצעותו מתממשת פעולת הגנים. הם מזרזים אלפי תגובות כימיות באורגניזמים, שכתוצאה מכך מורכב חילוף החומרים התאי. הודות לאנזימים תגובה כימיתבגוף מתבצעים במהירות גבוהה.

עד כה, יותר מ-150 מתוך אלפיים האנזימים הידועים התקבלו בצורה גבישית. אנזימים מחולקים לשש קבוצות:

1. Oxireductases - מזרזים תגובות חיזור.

2. טרנספראזות - מזרזים את התגובות של העברה בין-מולקולרית של קבוצות ושאריות כימיות שונות.

3. הידרולאזות - מזרזות את התגובות של ביקוע הידרוליטי של קשרים תוך מולקולריים.

4. ליאזות - זירוז התגובות של הוספת קבוצות לקשרים כפולים והתגובות ההפוכות של ניתוק קבוצות כאלה.

5. איזומראזות - מזרזות תגובות איזומריזציה.

6. ליגאזות - מזרזות תגובות כימיות עם יצירת קשרים עקב ATP (אדנוזין טרי חומצה זרחתית).

כאשר אורגניזמים חיים מתים ונרקבים, חלק מהאנזימים שלהם נהרסים, וחלקם, הנכנסים לאדמה, שומרים על פעילותם ומזרזים תגובות כימיות רבות בקרקע, משתתפים בתהליכי היווצרות הקרקע ובהיווצרות סימן איכותי של קרקעות - פוריות.

V סוגים שוניםקרקעות תחת ביוקנוזות מסוימות יצרו קומפלקסים אנזימטיים משלהן, הנבדלים בפעילות של תגובות ביו-קטליטיות.

תכונה חשובה של המתחמים האנזימטיים של קרקעות היא תקינות הפעולה של קבוצות האנזימים הקיימות. זה מתבטא בעובדה שמובטחת פעולה בו-זמנית של מספר אנזימים המייצגים קבוצות שונות. אנזימים אינם כוללים הצטברות עודף של תרכובות כלשהן באדמה. עודף נייד מצטבר חיבורים פשוטים(לדוגמה, NH 3) בצורה כזו או אחרת הם נקשרים באופן זמני ושולחים למחזורים המסתיימים ביצירת עוד קשרים מורכבים. קומפלקסים אנזימטיים יכולים להיות מיוצגים כסוג של מערכות מווסתות עצמיות. מיקרואורגניזמים וצמחים ממלאים את התפקיד העיקרי בכך, וממלאים כל הזמן את אנזימי הקרקע, שכן רבים מהם קצרי מועד.

מספר האנזימים נשפט בעקיפין על פי פעילותם לאורך זמן, התלויה באופי הכימי של החומרים המגיבים (סובסטרט, אנזים) ובתנאי האינטראקציה (ריכוז הרכיבים, pH, טמפרטורה, הרכב המדיום, פעולתו של מפעילים, מעכבים וכו').

אנזימים השייכים למחלקות ההידרולאזות והאוקסדורדוקטאזות מעורבים בתהליכים העיקריים של הנחת הקרקע, ולכן פעילותם מהווה אינדיקטור משמעותי לפוריות הקרקע. לכן, הבה נתעכב בקצרה על המאפיינים של אנזימים השייכים למעמדות אלה.

הידרולאזות כוללות אינוורטאז, אוריאה, פוספטאז, פרוטאז וכו'.

אינוורטאז - מזרז את התגובות של ביקוע הידרוליטי של סוכרוז לכמויות שוות של גלוקוז ופרוקטוז, פועל גם על פחמימות אחרות (גלקטוז, גלוקוז, רמנוזה) עם יצירת מולקולות פרוקטוז - תוצר אנרגיה לכל החיים של מיקרואורגניזמים, מזרז תגובות פרוקטוזות. . מחקרים של מחברים רבים הראו שפעילות האינוורטאז טובה יותר מאנזימים אחרים משקפת את רמת הפוריות והפעילות הביולוגית של קרקעות 3, p. 27.

Urease - מזרז את התגובות של ביקוע הידרוליטי של אוריאה לאמוניה ופחמן דו חמצני. בהקשר לשימוש באוריאה בתרגול אגרונומי, יש לזכור שפעילות האוראז גבוהה יותר אצל יותר קרקעות פוריות. הוא עולה בכל הקרקעות בתקופות של פעילותם הביולוגית הגדולה ביותר - ביולי-אוגוסט.

פוספטאז (אלקליין וחומצה) - מזרז הידרוליזה של מספר תרכובות זרחן אורגניות עם היווצרות אורתופוספט. פעילות הפוספטאז היא גבוהה יותר, ככל שצורות זרחן פחות ניידות נמצאות בקרקע; לכן, היא יכולה לשמש כאינדיקטור נוסף בעת קביעת הצורך ביישום דשני פוספט על קרקעות. פעילות הפוספטאז הגבוהה ביותר היא בריזוספרה של צמחים.

פרוטאזות הן קבוצה של אנזימים המפרקים חלבונים לפוליפפטידים וחומצות אמינו, אשר עוברות לאחר מכן הידרוליזה לאמוניה, פחמן דו חמצני ומים. כתוצאה מכך, פרוטאזות הן חִיוּנִיבחיי האדמה, מכיוון שהם קשורים לשינוי בהרכב הרכיבים האורגניים ובדינמיקה של צורות חנקן, הנספגות בקלות על ידי צמחים.

מחלקה של oxidoreductases כולל קטלאז, פרוקסידאז ופוליפנול אוקסידאז וכו'.

קטלאז - כתוצאה מפעולתו מתרחש פירוק מי חמצן, שהוא רעיל לאורגניזמים חיים:

H2O2 > H2O + O2

לצמחייה יש השפעה רבה על פעילות הקטלאז של קרקעות מינרלים. קרקעות מתחת לצמחים עם מערכת שורשים חודרת עמוקה ועוצמתית מאופיינות בפעילות קטלאז גבוהה. תכונה של פעילות קטלאז היא שהיא משתנה מעט לאורך הפרופיל, יש לה קשר הפוך ללחות הקרקע וקשר ישיר עם הטמפרטורה.

פוליפנול אוקסידאז ופרוקסידאז בקרקעות ממלאים את התפקיד העיקרי בתהליכי היווצרות חומוס.

פוליפנול אוקסידאז מזרז את החמצון של פוליפנולים לכינונים בנוכחות חמצן אטמוספרי חופשי. פרוקסידאז מזרז את החמצון של פוליפנולים בנוכחות מי חמצן או פרוקסידים אורגניים. יחד עם זאת, תפקידו להפעיל פרוקסידים, שכן יש להם השפעה מחמצנת חלשה על הפנולים. עיבוי נוסף של כינונים עם חומצות אמינו ופפטידים יכול להתרחש עם היווצרות של מולקולת חומצה הומית ראשונית, שעלולה להיות מורכבת יותר עקב עיבויים חוזרים ונשנים.

היחס בין פעילות פוליפנול אוקסידאז (S) לפעילות פרוקסידאז (D), מבוטא באחוזים, קשור להצטברות חומוס בקרקעות, לכן ערך זה נקרא מקדם הצטברות החומוס המותנה (K):

שקול את הזנים של אנזימי קרקע.

מחלקה של oxidoreductases כולל זרז תגובות חיזור.

ברוב המוחלט של החמצון הביולוגי, אין מדובר בתוספת חמצן למולקולה המחומצת, אלא בסילוק המימן מהמצעים המחומצנים. תהליך זה נקרא דהידרוגנציה ומזרז על ידי אנזימי דהידרוגנז.

ישנם דהידרוגנאז אירוביים, או oxidases, ו-anaerobic dehydrogenases, או רדוקטאזות. אוקסידאזות מעבירות אטומי מימן או אלקטרונים מהחומר המחומצן לחמצן אטמוספרי. דהידרוגנאז אנאירובי תורם אטומי מימן ואלקטרונים למקבלי מימן אחרים, אנזימים או נשאים, מבלי להעבירם לאטומי חמצן. תרכובות אורגניות רבות הנכנסות לאדמה עם צמחים ובעלי חיים עוברות חמצון: חלבונים, שומנים, פחמימות, סיבים, חומצות אורגניות, חומצות אמינו, פורינים, פנולים, קינונים, ספציפיים חומר אורגניסוגי חומצות הומיות ופולוויות וכו'.

ככלל, דהידרוגנאז אנאירוביים מעורבים בתהליכי חיזור בתאים של בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים, המעבירים את פיצול המימן מהמצע לנשאי ביניים. בסביבת הקרקע מעורבים בעיקר דהידרוגנאז אירוביים בתהליכי חיזור, בעזרתם מועבר המימן המצע ישירות לחמצן אטמוספרי, כלומר. מקבל המימן הוא חמצן. מערכת החיזור הפשוטה ביותר בקרקעות מורכבת ממצע שניתן לחמצן, אוקסידאזים וחמצן.

תכונה של oxidoreductases היא שלמרות קבוצת הקבוצות הפעילות המצומצמת (קו-אנזימים), הם מסוגלים להאיץ מספר גדולמגוון תגובות חיזור. הדבר מושג בזכות יכולתו של קו-אנזים אחד להתחבר עם אפו-אנזימים רבים ובכל פעם ליצור אוקסדורדוקטאז ספציפי למצע כזה או אחר.

תכונה חשובה נוספת של oxidoreductases היא שהם מאיצים תגובות כימיות הקשורות לשחרור אנרגיה, הנחוצה לתהליכים סינתטיים. תהליכי חיזור באדמה מזורזים על ידי דהידרוגנאז אירובי ואנאירובי כאחד. מטבעם כימי, מדובר באנזימים דו-רכיביים, המורכבים מחלבון וקבוצה פעילה, או קו-אנזים.

קבוצה פעילה יכולה להיות:

NAD + (ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד),

NADP + (ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד פוספט);

FMN (פלבין מונונוקלאוטיד);

FAD (flavin adenine dinucleotide), ציטוכרומים.

נמצאו כחמש מאות אוקסדורדוקטאזים שונים. עם זאת, ה-oxidoreductases הנפוצים ביותר הם אלה המכילים NAD + כקבוצה פעילה.

על ידי שילוב עם חלבון ויצירת אנזים דו-רכיבי (חלבון פירידין), NAD+ משפר את יכולת ההתאוששות שלו. כתוצאה מכך, חלבוני פירידין מסוגלים לקחת מהמצעים, שיכולים להיות פחמימות, חומצות דיקרבוקסיליות וקטו, חומצות אמינו, אמינים, אלכוהולים, אלדהידים, תרכובות אורגניות ספציפיות לקרקע (חומצות הומיות וחומצות פולוויות) וכו', אטומי מימן ב צורת הפרוטונים (H+). כתוצאה מכך, הקבוצה הפעילה של האנזים (NAD +) מצטמצמת, והמצע עובר למצב מחומצן.

מנגנון הקישור של שני אטומי מימן, כלומר. שני פרוטונים ושני אלקטרונים, הוא כדלקמן. הקבוצה הפעילה של dehydrogenases, המקבלת פרוטונים ואלקטרונים, היא טבעת הפירידין. כאשר NAD + מופחת, פרוטון אחד ואלקטרון אחד מחוברים לאחד מאטומי הפחמן של טבעת הפירידין, כלומר. אטום מימן אחד. האלקטרון השני מחובר לאטום החנקן הטעון חיובי, והפרוטון הנותר עובר לסביבה.

כל חלבוני הפירידין הם דהידרוגנאז אנאירוביים. הם לא מעבירים את אטומי המימן שהוסרו מהמצע לחמצן, אלא שולחים אותם לאנזים אחר.

בנוסף ל-NAD+, אנזימים של פירידין עשויים להכיל ניקוטינמיד אדנין דינוקלאוטיד פוספט (NADP+) כקו-אנזים. קו-אנזים זה הוא נגזרת של NAD +, שבה המימן של קבוצת OH - של אטום הפחמן השני של ריבוז אדנוזין מוחלף בשארית חומצה זרחתית. מנגנון חמצון המצע בהשתתפות NADP* כקו-אנזים דומה ל-NAD+.

לאחר הוספת מימן, ל-NADH ול-NADPH יש פוטנציאל הפחתה משמעותי. הם יכולים להעביר את המימן שלהם לתרכובות אחרות ולהפחית אותם, בעוד שהם עצמם הופכים לצורה מחומצנת. עם זאת, מימן המחובר לדהידרוגנאז אנאירובי אינו יכול לעבור לחמצן אוויר, אלא רק לנשאי מימן. נשאי ביניים כאלה הם אנזימי פלבין (פלבופרוטאינים). הם אנזימים דו-רכיביים, אשר עשויים להכיל ויטמין B 2 פוספוריל (ריבופלבין) כקבוצה פעילה. לכל מולקולה של אנזים כזה יש מולקולת ריבופלבין פוספט (או פלבין מונונוקלאוטיד, FMN). לפיכך, FMN הוא תרכובת של הבסיס החנקני של dimethylisoalloxazine עם שאריות של ריביטול אלכוהול חמישה פחמנים וחומצה זרחתית. FMN מסוגל לקבל ולתרום שני אטומי מימן (H) באטומי החנקן (N) של טבעת האיזואלוקסזין.

טרנספראזות נקראות אנזימי העברה. הם מזרזים העברה של רדיקלים בודדים, חלקי מולקולות ומולקולות שלמות מתרכובת אחת לאחרת. תגובות העברה מתרחשות בדרך כלל בשני שלבים. בשלב הראשון האנזים מפצל את הקבוצה האטומית מהחומר המעורב בתגובה ויוצר איתה תרכובת מורכבת. בשלב השני, האנזים מזרז הוספת קבוצה לחומר אחר המשתתף בתגובה, ומשתחרר בעצמו במצב ללא שינוי. מחלקת הטרנספראזות כוללת כ-500 אנזימים בודדים. תלוי אילו קבוצות או רדיקלים מועברים על ידי טרנספראזות, יש פוספוטרנספראזות, אמינוטרנספראזות, גליקוזילטרנספראזות, אצילטרנספראזות, מתילטרנספראזות וכו'.

פוספוטרנספראזות (קינאזות) הן אנזימים המזרזים העברת שאריות חומצה זרחתית (H2P03). התורם של שאריות פוספט, ככלל, הוא ATP. קבוצות פוספט מועברות לקבוצות אלכוהול, קרבוקסיל, המכילות חנקן, זרחן וקבוצות אחרות של תרכובות אורגניות. פוספוטרנספראזות כוללות את ההקסוקינאז הנמצא בכל מקום, אנזים המאיץ את העברה של שארית חומצה זרחתית ממולקולת ATP לגלוקוז. תגובה זו מתחילה את ההמרה של גלוקוז לתרכובות אחרות.

גליקוזילטרנספראזות מאיצות את העברת שאריות הגליקוזיל למולקולות של חד-סוכרים, פוליסכרידים או חומרים אחרים. אלו הם אנזימים המספקים תגובות לסינתזה של מולקולות פחמימות חדשות; הקו-אנזימים של גליקוזילטרנספראזות הם סוכר נוקלאוזיד דיפוספט (NDP). מהם, בתהליך של סינתזה של אוליגוסכרידים, מועברת שארית הגליקוזיל אל החד-סוכר. כיום ידועים כחמישים סוכרי NDP. הם מופצים באופן נרחב בטבע, מסונתזים מאסטרים פוספטים של חד-סוכרים ומהטריפוספטים הנוקלאוזידים המתאימים.

Acyltransferases מעבירים שאריות חומצה אצטית CH3CO - כמו גם שאריות חומצות שומן אחרות לחומצות אמינו, אמינים, אלכוהול ותרכובות אחרות. מדובר באנזימים דו-רכיביים, הכוללים קו-אנזים A. מקור קבוצות האציל הוא אציל קו-אנזים A, שניתן להתייחס אליו כקבוצה פעילה של אצילטרנספראזות. כאשר מועברים שאריות חומצה אצטית, אצטיל קואנזים A מעורב בתגובה.

קבוצת ההידרולאזות כוללת אנזימים המזרזים את ההידרוליזה ולעיתים את הסינתזה של תרכובות אורגניות מורכבות בהשתתפות מים.

תת-מעמד של אסטראזות כולל אנזימים המאיצים את התגובות של הידרוליזה של אסטרים, אלכוהול עם חומצות אורגניות ואי-אורגניות.

תת הקבוצות החשובות ביותר של אסטראזות הן הידרולאזות של אסטרים של חומצות קרבוקסיליות ופוספטאזות. תגובות ההידרוליזה של שומנים (טריגליצרידים), כתוצאה מהם משתחררים גליצרול וחומצות שומן גבוהות יותר, מואצות על ידי גליצרול אסטר הידרולאז ליפאז. מבחינים בין ליפאזות פשוטות, המזרזות שחרור של חומצות שומן גבוהות יותר מטריגליצרידים חופשיים, לבין ליפופרוטאין ליפאזות, המזרזות ליפידים הקשורים לחלבון. ליפאזות הם חלבונים חד-רכיביים עם משקל מולקולרי של 48,000 עד 60,000. ליפאז שמרים נחקר היטב. שרשרת הפוליפפטיד שלו מורכבת מ-430 שיירי חומצות אמינו ומקופלת לכדור, שבמרכזה נמצא האתר הפעיל של האנזים. את התפקיד המוביל במרכז הפעיל של ליפאז ממלאים הרדיקלים של היסטידין, סרין, חומצות דיקרבוקסיליות ואיסולאוצין.

הפעילות של ליפאזות מווסתת על ידי זרחון-דה-פוספורילציה שלהם. ליפאזות פעילות מפוספסות, לא פעילות עוברות דה-פוספורילציה.

פוספטאזות מזרזות את ההידרוליזה של אסטרים פוספטים. פוספטאזות הפועלות על אסטרים של חומצה זרחתית ופחמימות מופצים באופן נרחב. תרכובות כאלה כוללות, למשל, גלוקוז-6-פוספט, גלוקוז-1-פוספטאז, פרוקטוז-1,6-דיפוספט וכו'. האנזימים המקבילים נקראים גלוקוז-6-פוספטאז, גלוקוז-1-פוספטאז וכו'. הם מזרזים סילוק שאריות חומצה זרחתית מאסטרים זרחניים:

Phosphodiester phosphatases - deoxyribonuclease ו-ribonuclease מזרזים את הביקוע של DNA ו-RNA לנוקלאוטידים חופשיים.

תת-מחלקה של הידרולאזות כוללת גליקוזידאזות המאיצים את ההידרוליזה של גליקוזידים. בנוסף לגליקוזידים המכילים שאריות אלכוהול חד-הידריות כאגליקונים, אוליגו- ופוליסכרידים הם מצעים שעליהם פועלים גליקוזידאזים. מבין הגליקוזידאזות הפועלות על אוליגוסכרידים, המלטוז והסוכרוז הם החשובים ביותר. הם הידרוליזים מלטוז וסוכרוז.

מבין הגליקוזידאזות הפועלות על פוליסכרידים, עמילאזות הן החשובות ביותר. תכונהעמילאז - חוסר ספציפיות מוחלטת של פעולה. כל העמילאזות הן מטלופרוטאינים המכילים Zn 2+ ו- Ca 2+. האתרים הפעילים של עמילאזים נוצרים על ידי היסטידין, חומצות אספרטיות וגלוטמיות ורדיקלי טירוזין. האחרון מבצע את הפונקציה של קשירת המצע, והטריקטליטי הראשון. עמילאזות מאיצים את התגובות של הידרוליזה של קשרי גליקוזיל במולקולת העמילן עם היווצרות של גלוקוז, מלטוז או אוליגוסכרידים.

חשיבות לא קטנה היא לצלולאז המזרז פירוק תאית, אינולאז המפרק את הפוליסכריד אינולין ואגלוקוזידאז הממיר את הדו-סוכר מלטוז לשתי מולקולות גלוקוז. כמה גליקוזידאזות יכולות לזרז את העברת שאריות גליקוזיל, ובמקרה זה הן נקראות טרנסגליקוזידאזות.

פרוטאזות (פפטיד הידרולאזות) מזרזות את הביקוע ההידרוליטי של קשרי CO-NH פפטיד בחלבונים או פפטידים ליצירת פפטידים במשקל מולקולרי קטן יותר או חומצות אמינו חופשיות. בין הידרופיזות פפטידים, ישנם אנדופפטידים (פרוטאינזים), המזרזים הידרוליזה של קשרים פנימיים במולקולת חלבון, ואקסופפטידאזות (פפטידאזות), המספקות ביקוע של חומצות אמינו חופשיות משרשרת הפפטידים.

חלבונים מחולקים לארבע תת-סיווגים.

1. Serine proteinases, המרכז הפעיל של אנזימים אלו כולל שארית סרין. רצף שיירי חומצות האמינו באתר שרשרת הפוליפפטיד ב-serine proteinases זהה: חומצה אספרטית-סדרה-גליצין. קבוצת ההידרוקסיל של סרין מאופיינת בתהליכים גבוהים. הקבוצה הפונקציונלית הפעילה השנייה היא האימידאזול של שארית ההיסטידין, אשר מפעילה את ההידרוקסיל של סרין כתוצאה מיצירת קשר מימן.

2. ל-Thiol (cysteine) proteinases יש שארית ציסטאין במרכז הפעיל, לקבוצות sulfhydryl ולקבוצת carboxyl מיונן יש פעילות אנזימטית.

3. פרוטאנזים חומציים (קרבוקסיליים), pH אופטימלי<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Metalloproteinases, פעולתם הקטליטית נובעת מנוכחות של Mg 2+, Mn 2+, Co 2+, Zn 2+, Fe 2+ במרכז הפעיל. חוזק הקשר בין המתכת לחלק החלבון של האנזים יכול להיות שונה. יוני המתכת הכלולים במרכז הפעיל לוקחים חלק ביצירת קומפלקסים של אנזים-סובסטרט ומקלים על ההפעלה של מצעים.

תכונה חשובה של פרוטאינזים היא האופי הסלקטיבי של פעולתם על קשרי פפטיד במולקולת חלבון. כתוצאה מכך, חלבון בודד מבוקע תמיד בהשפעת פרוטאינז מסוים למספר מוגבל בהחלט של פפטידים.

5. פפטיד הידרולאזות שמבקעות חומצות אמינו מפפטיד, החל מחומצת אמינו בעלת קבוצת NH2 חופשית, נקראות אמינופפטידאזות, אלו עם קבוצת COOH חופשית נקראות קרבוקסיפפטידאזות. השלם את ההידרוליזה של החלבון דיפפטידאז, תוך פיצול הדיפפטידים לחומצות אמינו.

6. אמידאזות מזרזות את הביקוע ההידרוליטי של הקשר בין פחמן לחנקן: דמינציה של אמינים. קבוצת אנזימים זו כוללת אוריאה, המבצעת את הביקוע ההידרוליטי של אוריאה. אנזים חמצוני

7. Urease - אנזים חד-רכיבי (M = 480 אלף). מולקולה היא כדורית ומורכבת משמונה יחידות משנה שוות. יש לו ספציפיות מצע מוחלטת, הוא פועל רק על אוריאה.

יש לציין שכדי לזהות אנזימים חופשיים באדמה יש צורך קודם כל לשחררה מיצורים חיים, כלומר לבצע עיקור מלא או חלקי. גורם אידיאלי המעקר את הקרקע לצרכי האנזימולוגיה צריך להרוג תאים חיים מבלי להפריע למבנה התאי שלהם, ובו בזמן, לא להשפיע על האנזימים עצמם. קשה לומר אם כל שיטות העיקור הנהוגות כיום עומדות בדרישות אלו. לרוב, הקרקע לצרכי האנזימולוגיה עוברת עיקור על ידי הוספת טולואן כחומר חיטוי, על ידי טיפול באדמה עם תחמוצת אתילן, או, אשר נהוג כיום יותר ויותר, על ידי הרג מיקרואורגניזמים מסוגים שונים בקרינה מייננת. הטכניקה הנוספת לקביעת התכונות הקטליטיות של הקרקע אינה שונה מהשיטות לקביעת פעילותם של אנזימים ממקור צמחי או בעלי חיים. ריכוז מסוים של המצע לאנזים מתווסף לאדמה, ולאחר הדגירה חוקרים את תוצרי התגובה. ניתוחים של קרקעות רבות שבוצעו בשיטה זו הראו שהן מכילות אנזימים חופשיים בעלי פעילות קטליטית.

1.2 פעילות אנזימטית של קרקעות

פעילות אנזימטית של קרקעות [מ-lat. פרמנטום - מחמצת] - יכולתה של הקרקע להשפיע על תהליכי הטרנספורמציה של תרכובות אורגניות ומינרלים אקסוגניות משלה בשל האנזימים המצויים בה. מאפיינים את הפעילות האנזימטית של קרקעות, הם מתכוונים לאינדיקטור הכולל של פעילות. הפעילות האנזימטית של קרקעות שונות אינה זהה וקשורה למאפיינים הגנטיים שלהן ולמכלול של גורמים סביבתיים המקיימים אינטראקציה. רמת הפעילות האנזימטית של הקרקע נקבעת על פי פעילותם של אנזימים שונים (אינברטאות, פרוטאזות, ureases, dehydrogenases, catalase, phosphatases), המתבטאת בכמות המצע המפורק ליחידת זמן ל-1 גרם אדמה.

הפעילות הביו-קטליטית של קרקעות תלויה במידת העשרתן במיקרואורגניזמים ובסוג הקרקעות. פעילות האנזים משתנה על פני אופקים גנטיים, אשר שונים בתכולת החומוס, סוגי התגובות, פוטנציאל החיזור ופרמטרים נוספים לאורך הפרופיל.

בקרקעות יער בתולי, עוצמת התגובות האנזימטיות נקבעת בעיקר על פי אופקי פסולת היער, ובקרקעות עיבוד, על פי שכבות עיבוד. לכל האופקים הגנטיים הפחות פעילים מבחינה ביולוגית מתחת לאופק A או An יש פעילות אנזים נמוכה. פעילותם מעט עולה עם עיבוד הקרקע. לאחר פיתוח קרקעות יער לאדמות עיבוד, הפעילות האנזימטית של אופק העיבוד הנוצר פוחתת בחדות בהשוואה למלטת היער, אך ככל שהיא מעובדת היא מתגברת ובקרקעות מעובדות מאוד מתקרבת או עולה על זו של פסולת היער. .

פעילות אנזימטית משקפת את מצב פוריות הקרקע ושינויים פנימיים המתרחשים במהלך שימוש חקלאי ועלייה ברמת התרבות החקלאית. שינויים אלה נמצאים הן כאשר מביאים לעיבוד קרקעות בתולות ויער והן כאשר משתמשים בהן בדרכים שונות.

ברחבי בלארוס, עד 0.9 t/ha של חומוס אובד מדי שנה בקרקעות לעיבוד. כתוצאה מהשחיקה, מדי שנה נסחפים מהשדות באופן בלתי הפיך 0.57 t/ha חומוס. הסיבות להסרת לחות הקרקע הן מינרליזציה מוגברת של חומר אורגני בקרקע, בפיגור מאחורי תהליכי היווצרות חומוס חדש ממינרליזציה עקב צריכה לא מספקת של דשנים אורגניים לקרקע וירידה בפעילות האנזימטית של הקרקע.

טרנספורמציות ביוכימיות של חומר אורגני בקרקע מתרחשות כתוצאה מפעילות מיקרוביולוגית בהשפעת אנזימים. פעילות אנזימטית מיקרואורגניזם קרקע

לאנזימים תפקיד מיוחד בחיי בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים. אנזימי קרקע מעורבים בפירוק שאריות צמחים, בעלי חיים וחיידקים, וכן בסינתזה של חומוס. כתוצאה מכך, חומרים מזינים מתרכובות קשות לעיכול מומרים לצורות נגישות בקלות לצמחים ומיקרואורגניזמים. אנזימים מאופיינים בפעילות גבוהה, סגוליות קפדנית של פעולה ותלות רבה בתנאים סביבתיים שונים. הודות לתפקודם הקטליטי, הם מאפשרים למספר עצום של תגובות כימיות להתנהל במהירות בגוף או מחוצה לו.

יחד עם קריטריונים נוספים, הפעילות האנזימטית של קרקעות יכולה לשמש אינדיקטור אבחוני אמין לקביעת מידת עיבוד הקרקע. כתוצאה ממחקר 4, עמ'. 91 ביסס את הקשר בין פעילותם של תהליכים מיקרוביולוגיים ואנזימטיים לבין יישום אמצעים המגבירים את פוריות הקרקע. עיבוד קרקע, דישון משנים באופן משמעותי את הסביבה האקולוגית לפיתוח מיקרואורגניזמים.

נכון לעכשיו, כמה אלפי אנזימים בודדים נמצאו בעצמים ביולוגיים, וכמה מאות מהם בודדו ונחקרו. ידוע שתא חי יכול להכיל עד 1000 אנזימים שונים, שכל אחד מהם מאיץ תגובה כימית כזו או אחרת.

ההתעניינות בשימוש באנזימים נגרמת גם מהעובדה שהדרישות להגברת הבטיחות של תהליכים טכנולוגיים עולות כל הזמן. בהיותם נוכחים בכל המערכות הביולוגיות, בהיותם תוצרים וכלים של מערכות אלו, אנזימים מסונתזים ומתפקדים בתנאים פיזיולוגיים (pH, טמפרטורה, לחץ, נוכחות של יונים אנאורגניים), ולאחר מכן הם מופרשים בקלות, עוברים הרס לחומצות אמינו . הן המוצרים והן תוצרי הפסולת של רוב התהליכים הכוללים אנזימים אינם רעילים ומתכלים בקלות. בנוסף, במקרים רבים האנזימים המשמשים בתעשייה מתקבלים בצורה ידידותית לסביבה. אנזימים שונים מזרזים לא ביולוגיים לא רק בבטיחות ובהגברת הפירוק הביולוגית, אלא גם בספציפיות הפעולה, תנאי תגובה מתונים ויעילות גבוהה. היעילות והספציפיות של פעולת האנזימים מאפשרת להשיג מוצרי מטרה בתשואה גבוהה, מה שהופך את השימוש באנזימים בתעשייה לכדאי כלכלית. השימוש באנזימים תורם להפחתת צריכת המים והאנרגיה בתהליכים טכנולוגיים, מפחית את פליטת ה-CO2 לאטמוספירה, מפחית את הסיכון לזיהום סביבתי על ידי תוצרי לוואי של מחזורים טכנולוגיים.

בעזרת שימוש בטכנולוגיה חקלאית מתקדמת, ניתן לשנות לכיוון חיובי תהליכים מיקרוביולוגיים לא רק בעיבוד החקלאי, אלא גם בשכבות תת-העיבוד של הקרקע.

בהשתתפות ישירה של אנזימים תאיים, מתרחש פירוק של תרכובות אורגניות בקרקע. אז, אנזימים פרוטאוליטיים מפרקים חלבונים לחומצות אמינו.

Urease מפרק אוריאה ל-CO2 ו-NH3. מלחי האמוניה והאמוניום המתקבלים משמשים מקור להזנת חנקן לצמחים ומיקרואורגניזמים.

אינוורטאז ועמילאז מעורבים בפירוק הפחמימות. אנזימים מקבוצת הפוספט מפרקים תרכובות זרחן אורגניות בקרקע וממלאים תפקיד חשוב במשטר הפוספטים של האחרונים.

כדי לאפיין את הפעילות האנזימטית הכללית של הקרקע, משתמשים בדרך כלל באנזימים הנפוצים ביותר האופייניים לרוב המוחלט של המיקרופלורה בקרקע - אינברטאז, קטלאז, פרוטאז ואחרים.

בתנאים של הרפובליקה שלנו, מחקרים רבים בוצעו 16, עמ'. 115 על חקר השינויים ברמת הפוריות והפעילות האנזימטית של קרקעות תחת השפעה אנתרופוגנית, אולם הנתונים המתקבלים אינם מספקים תשובה ממצה לאופי השינויים בשל הקושי להשוות בין התוצאות עקב השוני ב. תנאי ניסוי ושיטות מחקר.

בהקשר זה, החיפוש אחר פתרון מיטבי לבעיית שיפור מצב החומוס של הקרקע ופעילותה האנזימטית בתנאי קרקע ואקלים ספציפיים בהתבסס על פיתוח שיטות חוסכות משאבים של עיבוד קרקע בסיסית ושימוש בקרקע- מחזורי יבולים מגנים המסייעים בשימור המבנה, מניעת קונסולידציה יתר של הקרקע ומשפרים את מצבם האיכותיים ומשחזרים את פוריות הקרקע בעלות מינימלית, רלוונטי מאוד.

1.3 גישות מתודולוגיות לקביעת אנזימטיפעילות הקרקע

1.3.1 בידוד ניסיוניה'אֲתַרומיפוי

אתר ניסוי - חלק משטח המחקר המאופיין בתנאים דומים (הקלה, הומוגניות של מבנה הקרקע וכיסוי הצמחייה, אופי השימוש הכלכלי).

אתר הבדיקה צריך להיות ממוקם במיקום טיפוסי לאזור הלימוד. על שטח של 100 מ"ר. מ' מונח אתר בדיקה אחד בגודל 25 מ'. במקרה של הטרוגניות של התבליט נבחרים האתרים לפי מרכיבי התבליט.

הם מתווים תכנית ראשונית להנחת החתכים העיקריים וחצאי החתכים באופן שיאפיין את הקרקעות של כל צורות הקרקע וההבדלים בכיסוי הקרקע.

שיטת הלולאה משמשת באזורים עם שטח מורכב ורשת גיאוגרפית צפופה. בשיטה זו, האזור הנחקר מחולק למגזרים יסודיים נפרדים, תוך התחשבות בתכונות של שינויים ברשת ההקלה או ההידרוגרפית. הגזרה נסקרת ממרכז אחד על ידי ביצוע מסלולים דמויי לולאה בכיוון הרדיאלי.

בהתחשב בתכונות התבליט והרשת ההידרוגרפית באזור מסוים אחד, ניתן לתכנן מסלולי סקר בצורה משולבת, כלומר. חלק מהאתר נבחן בשיטת מעברים מקבילים של השטח, וחלק בשיטת לולאות.

לאורך המסלולים מתוכננות נקודות הנחת החתכים באופן שמכוסים כל ההבדלים העיקריים בתבליט ובצמחייה, דהיינו. המרחקים בין הקטעים אינם מוגבלים, לכן בחלקם, ככלל, קשים במקומות הקלה, הקטעים עשויים להיות צפופים יותר, בעוד שבאזורים אחרים, הומוגניים יחסית, מיקומם של הקטעים עשוי להיות נדיר.

בהמשך מגיעה העבודה הקשורה למיפוי קרקע ומחקר מפורט של קרקעות, החל מסקר סיור של האתר (רובע). במהלך סקר הסיור הם מתוודעים לגבולות האתר ובכלל את מושא המחקר העוקף לאורך קרחות, מראות וכבישים. במקומות האופייניים ביותר מונחים חתכים, שמיקומם מוחל על התוכנית. על פי תוצאות סקרי סיור, המסלולים והמקומות להנחת חתכי קרקע מתוקנים סוף סוף.

לאחר סקר הסיור מתחילים בסקר עצמו, במהלכו יש צורך בתכנית הנחת קטעי קרקע והעתק נקי של מתווה תיאור המיסוי. מושג כללי על זני קרקע וסימונים ראשוניים של גבולות קווי המתאר של הקרקע מתקבלים על בסיס מחקר של החלקים הראשיים והבקרה. בירור גבולות התפלגות קו מתאר הקרקע מתבצע באמצעות חפירה. במקביל, ביומן השטח לכל מקטע, ממלאים טופס לתיאור מדור הקרקע. מחקר שדה של תפוצת הקרקעות מתבצע לאחר הנחת וחיבור קטעים כדי לקבוע את סיווג הקרקע הנתונה. על פי תוצאות הערכת שדה של כיסוי הקרקע וכל שאר מרכיבי הנוף, אזור נפרד, הומוגני יחסית או מונוטוני-מגוון מובחן כמתאר קרקע.

הבסיס לזיהוי הגבולות בין קווי המתאר של קרקעות שונות הוא זיהוי תבניות בין קרקעות, תבליט וצמחייה. שינויים בגורמי היווצרות הקרקע מובילים לשינויים בכיסוי הקרקע. עם שינוי ברור בתבליט, בתצורות הצמחים ובסלעי האב, גבולות הבדלי הקרקע עולים בקנה אחד עם הגבולות בקרקע. בתורו, הקלות של תיקון הגבולות במפה והדיוק של זיהוי קווי מתאר הקרקע תלויים בדיוק של הבסיס הטופוגרפי. אולם, בטבע, לרוב יש להתמודד עם גבולות לא ברורים, מעבר הדרגתי. במקרה זה, כדי לקבוע את גבולות קווי המתאר של הקרקע, נדרשת הנחת מספר רב של בורות, כמו גם ניסיון מעשי עשיר וכישורי תצפית טובים. בעת ביצוע הסקר בפועל בשטח, על בסיס התכנית המועתקת מתכנית המיסוי, נערך מתווה של קרקעות אזור המחקר.

יש לזכור כי אין גבולות קפדניים בין הבדלי קרקע בטבע, שכן החלפת הפרש קרקע אחד באחר מתרחשת בהדרגה באמצעות הצטברות של תכונות מסוימות ואובדן של אחרים. לפיכך, מדידת קרקע מאפשרת רק להעביר, במידה רבה או פחותה, את קווי המתאר הסכמטיים של התפלגות קווי המתאר של הקרקע, ודיוק זיהוי גבולותיהם תלוי בקנה המידה של הסקר, בסוג הקרקע ובתנאים נוספים. המידות המינימליות של קווי מתאר הקרקע הכפופים לזיהוי חובה במפת קרקע נקבעים על פי תקנים טכניים.

1.3.2 תכונות הבחירה וההכנה של דגימות קרקע לניתוח

על מנת לקבוע נכון את התוכן של חומר מסוים באדמה, יש לבצע את כל הניתוחים האגרוכימיים בדיוק ובדיוק ללא דופי. עם זאת, אפילו ניתוח יסודי מאוד ייתן תוצאות לא מהימנות אם האדמה לא תדגום בצורה נכונה.

מכיוון שהדגימה לניתוח נלקחת קטנה מאוד, ותוצאות הקביעה צריכות לתת מאפיין אובייקטיבי של כמויות גדולות של חומר, תשומת לב ניתנת לביטול ההטרוגניות בעת דגימת הקרקע. ממוצע דגימות קרקע מושג על ידי בחירה שלב של דגימות ראשוניות, מעבדה ואנליטיות.

דגימה ראשונית מעורבת חייבת להיות מורכבת מדגימות בודדות (דגימות מקוריות) שנלקחו בתוך אותו הפרש קרקע. אם לאתר יש כיסוי קרקע מורכב, לא ניתן לקחת דגימה ממוצעת אחת. צריך להיות כמה מהם כמו שיש הבדלי קרקע.

בהתאם לתצורת האתר, מיקום הנקודות לנטילת דגימות ראשוניות בו משתנה. על קטע צר ומוארך, ניתן למקם אותם לאורך (באמצע) שלו. על שטח רחב, קרוב לריבוע, עדיף סידור מדורג של אתרי דגימה. בשטחים נרחבים משתמשים בדגימת קרקע לאורך החלקה באמצעה בכמות של עד 20 יח'.

ערבבו היטב את דגימת האדמה הראשונית שנלקחה על פיסת ברזנט, ממוצעים בעקביות והקטינו לנפח הרצוי, ואז שפכו אותה לשקית או קופסה נקייה. זוהי דגימת מעבדה, המסה שלה היא כ-400 גרם.

תווית דיקט או קרטון, כתובה בעיפרון, מונחת על גבי הקופסה עם דגימת מעבדה, המציינת:

1. שמות החפץ.

2. שמות אתרים.

3. מספרי עלילה.

4. עומקי בחירה.

5. מספרים לדוגמה.

6. שמות משפחה של מי שפיקח על העבודה או לקח את הדגימה.

7. תאריכי עבודה.

אותו רישום מתבצע בו זמנית ביומן.

את דגימת האדמה המועברת מהאתר במעבדה יוצקים על נייר עבה או על דף דיקט נקי ולשים את כל הגושים העוגיים בידיים. ואז תכלילים זרים נבחרים בפינצטה, האדמה מעורבת היטב, והיא נמעכת מעט. לאחר הכנה כזו של דגימת מעבדה, היא מפוזרת שוב כדי להביא אותה למצב יבש באוויר, ואז נמעכת ומועברת דרך מסננת עם חורים של 2 מ"מ.

החדר לייבוש האדמה חייב להיות יבש ומוגן מפני גישה של אמוניה, אדי חומצה וגזים אחרים.

כדי לקבוע את הפעילות האנזימטית, נלקחת בדרך כלל אדמה מיובשת באוויר הפתוח; יש לייבש דגימות רטובות במעבדה בטמפרטורת החדר. יש להקפיד שהדגימה אינה מכילה שאריות צמחים לא מפורקות. גושי אדמה נמעכים ומנופים במסננת בגודל רשת של 1 מ"מ. כאשר בוחנים את הפעילות האנזימטית של דגימה טרייה (רטובה), יש לתת תשומת לב רבה עוד יותר להסרה מלאה של שאריות צמחים. במקביל למחקר הפעילות, נקבעת גם לחות הקרקע, התוצאה המתקבלת מחושבת מחדש עבור 1 גרם של אדמה יבשה לחלוטין.

1.4 השפעה של גורמים שוניםעל הפעילות האנזימטית של קרקעות

גורם חשוב הקובע את קצב התגובה האנזימטית (באופן שווה את הפעילות הקטליטית של האנזים) הוא הטמפרטורה, שהשפעתה מוצגת באיור 1. ניתן לראות מהאיור שעם עלייה בטמפרטורה עד לרמה מסוימת ערך, קצב התגובה עולה. ניתן להסביר זאת בכך שככל שהטמפרטורה עולה, תנועת המולקולות מואצת ולמולקולות של החומרים המגיבים יש יותר הזדמנויות להתנגש זו בזו. זה מגדיל את הסבירות שתתרחש תגובה ביניהם. הטמפרטורה המספקת את קצב התגובה הגבוה ביותר נקראת טמפרטורה אופטימלית.

לכל אנזים יש טמפרטורה אופטימלית משלו. באופן כללי, עבור אנזימים ממקור מן החי, הוא נמצא בין 37 ל-40C, ולצומח - בין 40 ל-50C. עם זאת, ישנם יוצאים מן הכלל: b-עמילאז מדגן מונבט הוא בעל טמפרטורה אופטימלית של 60C, וקטלאז - בתוך 0-10C. ככל שהטמפרטורה עולה מעל האופטימום, קצב התגובה האנזימטית יורד, אם כי תדירות ההתנגשויות המולקולריות עולה. זה קורה בגלל דנטורציה, כלומר. אובדן המצב המקורי של האנזים. בטמפרטורות מעל 80C, רוב האנזימים מאבדים לחלוטין את הפעילות הקטליטית שלהם.

הירידה בקצב תגובה אנזימטית בטמפרטורות מעל האופטימום תלויה בדנטורציה של האנזים. לכן, אינדיקטור חשוב המאפיין את היחס בין אנזים לטמפרטורה הוא יכולת החום שלו, כלומר. קצב אי ההפעלה של האנזים עצמו עם עליית הטמפרטורה.

איור 1 - השפעת הטמפרטורה על קצב ההידרוליזה של עמילן על ידי עמילאז

בטמפרטורות נמוכות (0C ומטה), הפעילות הקטליטית של אנזימים יורדת לכמעט אפס, אך דנטורציה אינה מתרחשת. עם עלייה בטמפרטורה, הפעילות הקטליטית שלהם משוחזרת שוב.

כמו כן, הפעילות האנזימטית של קרקעות מושפעת מלחות, תכולת מיקרואורגניזמים ומצבן האקולוגי של הקרקעות.

1.5 שינויים בקהילות של מיקרואורגניזמים בקרקעות

מיקרואורגניזמים בקרקע הם רבים ומגוונים מאוד. ביניהם חיידקים, אקטינומיציטים, פטריות ואצות מיקרוסקופיות, פרוטוזואה ויצורים חיים הקרובים לקבוצות אלו.

המחזור הביולוגי בקרקע מתבצע בהשתתפות קבוצות שונות של מיקרואורגניזמים. בהתאם לסוג הקרקע, התוכן של מיקרואורגניזמים משתנה. בגן, גן, קרקעות עיבוד, יש בין מיליון לכמה מיליארדי מיקרואורגניזמים לכל 1 גרם אדמה. האדמה של כל חלקת גן מכילה מיקרואורגניזמים משלה. הם משתתפים עם הביומסה שלהם בהצטברות של חומר אורגני בקרקע. הם ממלאים תפקיד עצום ביצירת צורות זמינות של תזונה מינרלית לצמחים. חשיבותם של מיקרואורגניזמים בהצטברות חומרים פעילים ביולוגית בקרקע, כגון אוקסינים, ג'יברלין, ויטמינים, חומצות אמינו, הממריצות צמיחה והתפתחות של צמחים, היא רבה במיוחד. מיקרואורגניזמים היוצרים ריר בעל אופי פוליסכריד, כמו גם מספר רב של חוטים פטרייתיים, לוקחים חלק פעיל ביצירת מבנה הקרקע, מדביקים חלקיקי אדמה מאובקים לאגרגטים, מה שמשפר את משטר המים-אוויר של הקרקע.

הפעילות הביולוגית של הקרקע, מספרם ופעילותם של מיקרואורגניזמים בקרקע קשורים קשר הדוק לתכולת החומר האורגני ולהרכבם. יחד עם זאת, התהליכים החשובים ביותר של היווצרות פוריות הקרקע, כגון מינרליזציה של שאריות צמחים, האמפינג, הדינמיקה של יסודות הזנה מינרלים, תגובת תמיסת הקרקע, הפיכתם של מזהמים שונים בקרקע, מידת הצטברות של חומרי הדברה בצמחים, הצטברות חומרים רעילים בקרקע ותופעת עייפות הקרקע. התפקיד הסניטרי וההיגייני של מיקרואורגניזמים גדול גם בטרנספורמציה ובניטרול של תרכובות מתכות כבדות.

כיוון מבטיח לשיקום ותחזוקת הפוריות וההתעצמות הביולוגית של החקלאות הוא שימוש במוצרי עיבוד פסולת אורגנית בהשתתפות וורמיקומפוסטים של תולעי אדמה שנמצאים בסימביוזה עם מיקרואורגניזמים. בקרקעות טבעיות, פירוק הפסולת מתבצע על ידי תולעי אדמה, קופרופגים ואורגניזמים אחרים. אבל גם מיקרואורגניזמים מעורבים בתהליך הזה. במעיים של תולעים נוצרים תנאים נוחים יותר לביצוע כל תפקיד מאשר באדמה. תולעי אדמה, בברית עם מיקרואורגניזמים, הופכות פסולת אורגנית למיניהן לדשנים ביולוגיים יעילים ביותר עם מבנה טוב, מועשרים במקרו ומיקרו-אלמנטים, אנזימים, מיקרופלורה פעילה, המספקים השפעה ממושכת (ארוכת טווח, הדרגתית) על הצמחים.

לכן, על ידי הבטחת התפתחותם של מיקרואורגניזמים באדמה, התשואה עולה ואיכותה משתפרת. אחרי הכל, מיקרואורגניזמים מתפתחים, כלומר. מחלקים כל 20-30 דקות ובנוכחות תזונה מספקת, יוצרים ביומסה גדולה. אם שור במשקל 500 ק"ג ליום יוצר 0.5 ק"ג - 1 ק"ג, אז 500 ק"ג של מיקרואורגניזמים ליום הם ביומסה, ו-500 ק"ג של צמחים יוצרים 5 טון של ביומסה. למה זה לא נצפה באדמה? ומכיוון שבשביל זה מיקרואורגניזמים זקוקים למזון, ומצד שני גורמים שונים מגבילים אותו, בפרט חומרי הדברה. על שטח של 1 דונם, כתוצאה מפעילות חיונית של חיידקי קרקע, משתחררים במהלך השנה 7500 מ"ק של פחמן דו חמצני. ופחמן דו חמצני נחוץ הן כמקור להזנת פחמן לצמחים והן להמסת מלחים שקשה להגיע אליהם של חומצה זרחתית והמרת זרחן לצורה זמינה להזנת צמחים. הָהֵן. היכן שמיקרואורגניזמים פועלים היטב, אין צורך ליישם דשני זרחן. אבל המיקרואורגניזמים עצמם זקוקים לחומר אורגני.

באיזון החומר האורגני בקרקע, תפקידם של צמחי תרבות רב. הצטברות חומוס בקרקעות מתאפשרת על ידי עשבים רב שנתיים, במיוחד קטניות. לאחר קצירתם נותרת פיטומסה באדמה, המועשרת בחנקן עקב קיבועה על ידי חיידקי גושים מהאוויר. גידולי שורות וירקות (תפוחי אדמה, כרוב וכו') מפחיתים את תכולת החומוס באדמה, מכיוון משאירים כמות קטנה של שאריות צמחים באדמה, והמערכת המיושמת של עיבוד אדמה עמוק מספקת אספקה ​​אינטנסיבית של חמצן לשכבת העיבוד וכתוצאה מכך מספקת מינרליזציה חזקה של חומר אורגני, כלומר. הפסד שלו.

בעת ניתוח קרקעות, מספר הקבוצות הפיזיולוגיות האישיות של מיקרואורגניזמים נלקח לעתים קרובות בחשבון. זה נעשה על ידי מה שנקרא שיטת טיטר, שבה חומרי הזנה סלקטיביים (אלקטיביים) נוזליים לקבוצות מסוימות של מיקרואורגניזמים מזוהמים בדילולים שונים של תרחיף אדמה. על ידי קביעת מידת הדילול לאחר החזקת תרמוסטט, שהראה את נוכחות הקבוצה הרצויה של מיקרואורגניזמים, ניתן לקבוע את מספר נציגיה באדמה על ידי חישוב מחדש פשוט. בדרך זו הם מגלים עד כמה עשירה האדמה בניטריפיירים, דניטריפירים, מתפרקים תאית ומיקרואורגניזמים נוספים.

כדי לאפיין את סוג הקרקע ומצבה, חשובים לא רק האינדיקטורים של מספר הקבוצות השונות של מיקרואורגניזמים, אלא גם ניתוח המצב בקרקע של המינים הפרטיים שלהם. למעט חריגים נדירים, אפילו הקבוצות הפיזיולוגיות של מיקרואורגניזמים רחבות מאוד. הסביבה החיצונית יכולה לשנות באופן דרסטי את הרכב המינים של מיקרואורגניזמים בקרקע, אך משפיעה מעט או לא על מספר הקבוצות הפיזיולוגיות שלהם. לכן, בעת ניתוח הקרקע, חשוב לשאוף לבסס את מצבם של סוגים בודדים של מיקרואורגניזמים.

בין מיקרואורגניזמים בקרקע יש נציגים של יחידות שיטתיות שונות שיכולות להטמיע לא רק תרכובות אורגניות הניתנות לעיכול בקלות, אלא גם חומרים מורכבים יותר בעלי אופי ארומטי, הכוללים תרכובות כאלה האופייניות לאדמה כחומרי חומוס.

כל הקרקעות על פני כדור הארץ נוצרו מסלעים מגוונים מאוד המגיעים אל פני השטח, הנקראים בדרך כלל סלעי אב. סלעי משקע רופפים פועלים בעיקר כסלעים יוצרי קרקע, שכן סלעים יציריים ומטמורפיים מגיעים אל פני השטח לעתים רחוקות יחסית.

מייסד מדעי הקרקע המדעיים, V. V. Dokuchaev, ראה באדמה גוף מיוחד של טבע, ייחודי כמו צמח, בעל חיים או מינרל. הוא ציין כי קרקעות שונות נוצרות בתנאים שונים וכי הן משתנות עם הזמן. על פי ההגדרה של V. V. Dokuchaev, אדמה צריכה להיקרא "שעת היום", או אופקים פני השטח של סלעים, משתנה באופן טבעי על ידי השפעתם של מספר גורמים. סוג הקרקע מורכב בהתאם ל: א) סלע האם, ב) אקלים, ג) צמחייה, ד) הקלה של הארץ ו- ה) גיל תהליך יצירת הקרקע.

בפיתוח היסודות המדעיים של מדעי הקרקע, V. V. Dokuchaev ציין את התפקיד העצום של אורגניזמים חיים, ובמיוחד, מיקרואורגניזמים, ביצירת קרקע.

תקופת היצירתיות של V. V. Dokuchaev עלתה בקנה אחד עם הזמן של התגליות הגדולות של ל. פסטר, אשר הראו את החשיבות הרבה של מיקרואורגניזמים בהפיכת חומרים שונים ובתהליך הזיהומי. בסוף המאה האחרונה ובתחילת המאה הזו התגלו מספר תגליות חשובות בתחום המיקרוביולוגיה, שהיו בעלות חשיבות מהותית למדעי הקרקע ולחקלאות. נמצא, במיוחד, כי האדמה מכילה מספר עצום של מיקרואורגניזמים שונים. זה נתן סיבה לחשוב על תפקידו המהותי של הגורם המיקרוביולוגי בהיווצרותה וחיי הקרקע.

במקביל ל-V.V. Dokuchaev, מדען קרקע מצטיין אחר P.A. Kostychev עבד 24, עמ'. 72. במונוגרפיה "קרקעות אזור צ'רנוזם של רוסיה, מוצאן, הרכבן ותכונותיהן" (1886), כתב שלגיאולוגיה יש חשיבות משנית בשאלת הצ'רנוזם, מכיוון שהצטברות החומר האורגני מתרחשת בשכבות העליונות. של כדור הארץ, מגוון גיאולוגית, וצ'רנוזם היא שאלת הגיאוגרפיה של צמחים גבוהים ושאלת הפיזיולוגיה של צמחים נמוכים יותר המפרקים חומר אורגני. PA Kostychev ערך סדרה של ניסויים כדי להבהיר את תפקידן של קבוצות בודדות של מיקרואורגניזמים ביצירת חומוס קרקע.

האקדמאי V. I. Vernadsky, תלמידו של V. V. Dokuchaev, תרם תרומה רבה למושג תפקידו של הגורם הביולוגי בשינוי כדור הארץ ובתהליך היווצרות הקרקע. הוא האמין שהגורם העיקרי בנדידה של יסודות כימיים בחלק העליון של קרום כדור הארץ הם אורגניזמים. פעילותם משפיעה לא רק על חומרים אורגניים, אלא גם על חומרים מינרליים של הקרקע ותת הקרקע.

כבר מהשלבים הראשוניים של הפיכת הסלעים לאדמה, התפקיד של מיקרואורגניזמים בתהליכי בליה של מינרלים עולה בבהירות רבה. המדענים המצטיינים V. I. Vernadsky ו- B. B. Polynov שקלו את בליה של סלעים כתוצאה מפעילות הצמח, בעיקר אורגניזמים נמוכים יותר. עד כה, נקודת מבט זו אושרה על ידי כמות גדולה של חומר ניסיוני.

בדרך כלל המתיישבים הראשונים של סלעים הם חזזיות אבנית, היוצרות לוחות דמויי עלים, שמתחתם מצטברת כמות קטנה של אדמה עדינה. חזזיות, ככלל, נמצאות בסימביוזה עם חיידקים ספרופיטים שאינם יוצרים נבגים.

ביחס למספר יסודות, החזזיות פועלות כמצברים שלהן. באדמה עדינה מתחת לצמחייה ליתופילית, כמות החומר האורגני, זרחן, תחמוצת ברזל, סידן ומגנזיום עולה בחדות.

בין שאר אורגניזמים צמחיים המתיישבים על סלעי אב, יש לציין אצות מיקרוסקופיות, בפרט כחול-ירוק ודיאטומים. הם מאיצים את בליה של אלומינוסיליקטים וגם חיים בדרך כלל בשיתוף עם חיידקים שאינם יוצרים נבגים.

ברור שאצות ממלאות תפקיד משמעותי כמצברים אוטוטרופיים של חומרים אורגניים, שבלעדיהם הפעילות הנמרצת של מיקרואורגניזמים ספרופיטים אינה יכולה להמשיך. האחרונים מייצרים תרכובות שונות הגורמות לבליה של מינרלים. אצות כחולות ירוקות רבות הן מקבעות חנקן ומעשירות את הסלע הניתן להרס באלמנט זה.

את התפקיד העיקרי בתהליך הבליה ממלאים כנראה פחמן דו חמצני, מינרלים וחומצות אורגניות המיוצרות על ידי מיקרואורגניזמים שונים. ישנן אינדיקציות לכך שלחומצות קטו מסוימות יש השפעה חזקה של המסה. האפשרות של השתתפות בליה של תרכובות חומוס אינה נכללת.

יש לציין כי חיידקים רבים יוצרים ריר, המאפשר מגע קרוב של מיקרואורגניזמים עם הסלע. ההרס של האחרון מתרחש הן בהשפעת תוצרי הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים, והן כתוצאה מהיווצרות תרכובות מורכבות בין חומר הריר לבין היסודות הכימיים המרכיבים את סריגי הגביש של המינרלים. יש להתייחס לבליה של סלעים בטבע כאחדות של שני תהליכים הפוכים - ריקבון של מינרלים ראשוניים והופעת מינרלים משניים. מינרלים חדשים יכולים להיווצר כאשר מטבוליטים מיקרוביאליים מקיימים אינטראקציה זה עם זה.

...

מסמכים דומים

מחקר של תנאים אקולוגיים, גורמים אזוריים ותוך אזוריים של היווצרות קרקע. אפיון מבנה פרופילי הקרקע, הרכב גרנולומטרי, תכונות פיסיקוכימיות ומים-פיזיקליות של קרקעות, היווצרות סוגי קרקע אגרואקולוגית.

עבודת קודש, התווספה 14/09/2011


אפיון אלמנטים ותכונות מורפולוגיות של הקרקע. סוגי מבנה פרופיל קרקע. מערכת סמלים לייעוד אופקי קרקע גנטיים. השפעת ההרכב הכימי על צבע הקרקע. סיווג ניאופלזמות ותכלילים בקרקע.

תקציר, נוסף 22/12/2013


תנאים טבעיים וגורמים להיווצרות קרקע. רשימה שיטתית של סוגי קרקע עיקריים ומאפיינים המורפולוגיים שלהם. תכונות פיזיקליות של קרקעות, הרכב הגרנולומטרי, המצרפי והכימי שלהן, צפיפות הצבר. שיטות הגנה על הקרקע.

עבודת לימוד, התווספה 02/07/2010


מצב פיזיולוגי של מקבעי חנקן בסוגי קרקע, הערכת יכולות ההסתגלות שלהם. ניתוח דגימות קרקע שנלקחו באזורי אזור ניז'ני נובגורוד. זיהוי זנים מהסוג Azotobacter לפי מאפיינים תרבותיים ופיזיולוגיים.

עבודת גמר, נוספה 15/02/2014


גורמים ותהליכים של היווצרות קרקע, מבנה כיסוי הקרקע של מושא המחקר, סוגי הקרקעות העיקריים. מאפיינים מפורטים של קווי מתאר קרקע, היחס שלהם בשטח המחקר. הערכת פוריות הקרקע ומשמעותה השטחית.

עבודת קודש, התווספה 11/12/2010


אוכלוסיית היפאים של Ophiobolus על ידי eubacteria, actinomycetes ופטריות בקרקעות טבעיות. פעילות אנטיביוטית של כמה פטריות יצרניות במיוחד ביחס לפטריות אחרות. הדבקה של חרקים שוכני אדמה, הרכב חיידקים בקרקעות.

תקציר, נוסף 07/03/2011


תנאים טבעיים של היווצרות קרקע: אקלים, טופוגרפיה, סלעי אב, צמחייה, הידרולוגיה והידרוגרפיה. אמצעים לשיפור פוריות הקרקע, המלצות לשימוש בהם. קיבוץ חקלאי ודירוג קרקעות.

עבודת קודש, נוספה 22/06/2013


השפעת סלעים, אקלים, הקלה, צמחייה על היווצרות הקרקע. הרכב גרנולומטרי, תכונות פיזיקליות, משטר מים של קרקעות עיבוד. קביעת מדד הקרקע-אקולוגי. האמצעים העיקריים לשיפור פוריות הקרקע בקבוצות חקלאיות.

עבודת קודש, נוספה 25/05/2012


תכונות של קרקעות מלוחות, היווצרותן. תנאי הצטברות מלח בקרקעות. עוצמת הצמחייה. מקורות למלחים מסיסים בקלות. הפצת קרקעות מלוחות. ביטוי של קרקעות מלוחות בשיטתיות, אופקי אבחון.

תקציר, נוסף 30/03/2014


מחקר של השפעת גידולים חקלאיים על ההרכב והדינמיקה של פתרונות קרקע. תפוצה של קרקעות יער אפורות, תכונות בראשית, אבחון, מאפיינים, סיווג, שימוש. התוכן וההרכב של חומר אורגני בקרקע.

על פי סוג התגובות המזרזות, כל האנזימים המוכרים מחולקים לשש מחלקות:

1. Oxidoreductases המזרזים תגובות חיזור.

2. הידרולאזות המזרזות תגובות של ביקוע הידרוליטי של קשרים תוך מולקולריים בתרכובות שונות.

3. טרנספראזות המזרזות את התגובות של העברה בין-מולקולרית או תוך-מולקולרית של קבוצה כימית ושאריות עם העברה בו-זמנית של אנרגיה הכלולה בקשרים כימיים.

4. ליגאזות (סינטטאזות) המזרזות את תגובות החיבור של שתי מולקולות, יחד עם פיצול קשרי הפירופוספטים של ATP או טריפוספט אחר דומה.

5. ליאזות המזרזות את התגובות של ביקוע לא הידרוליטי או הוספה של קבוצות כימיות שונות של תרכובות אורגניות לקשרים כפולים.

6, איזומראזות המזרזות את התגובות של טרנספורמציה של תרכובות אורגניות לאיזומרים שלהן.

Oxidoreductases ו-hydrolases, שהם חשובים מאוד בביו-דינמיקה של הקרקע, מופצים באופן נרחב בקרקע ונחקרים בפירוט מסוים.

קטלאז

(H 2 O 2: H 2 O 2 -oxidoreductase)

Catalase מזרז את הפירוק של מי חמצן עם היווצרות מים וחמצן מולקולרי:

H 2 O 2 + H 2 O 2 O 2 + H 2 O.

מי חמצן נוצר במהלך הנשימה של אורגניזמים חיים וכתוצאה מתגובות ביוכימיות שונות של חמצון של חומרים אורגניים. הרעילות של מי חמצן נקבעת על ידי תגובתיות גבוהה שלו, אשר מוצגת על ידי חמצן יחיד, *O 2 . התגובתיות הגבוהה שלו מובילה לתגובות חמצון בלתי מבוקרות. תפקידו של קטלאז הוא בכך שהוא הורס מי חמצן, רעיל לאורגניזמים.

Catalase מופץ באופן נרחב בתאים של אורגניזמים חיים, כולל מיקרואורגניזמים וצמחים. קרקעות מפגינות גם פעילות קטלאזית גבוהה.

שיטות לקביעת פעילות קטלאז בקרקע מבוססות על מדידת קצב הפירוק של מי חמצן במהלך האינטראקציה שלו עם האדמה לפי נפח החמצן המשוחרר (שיטות גאומטריות) או לפי כמות הפראוקסיד הבלתי מפורקת, הנקבעת בטיטרציה פרמנגנומטרית או שיטה קולורימטרית עם היווצרות של קומפלקסים צבעוניים.

E.V. דדנקו וק.ש. Kazeev, נמצא שפעילות הקטלאז של כל האנזימים יורדת במידה הרבה ביותר במהלך אחסון הדגימות, ולכן קביעתה חייבת להתבצע בשבוע הראשון לאחר הדגימה.

שיטה א.ש. גלסטיאן

התקדמות הניתוח. כדי לקבוע את פעילות הקטלאז, משתמשים במכשיר משתי בורות המחוברות בצינור גומי, שמתמלאות במים ומאזנות את מפלס. שמירה על רמת מים מסוימת בבורטים מעידה על השגת שיווי משקל בטמפרטורה במכשיר. דגימה (1 גרם) של אדמה מוכנסת לאחד התאים של בקבוק כפול. 5 מ"ל מתמיסת מי חמצן 3% מוזגים לתא השני של הבקבוק. הבקבוק נסגר היטב עם פקק גומי עם צינור זכוכית, המחובר לבורט המדידה באמצעות צינור גומי.

הניסוי מתבצע בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, שכן בטמפרטורה שונה קצב התגובה יהיה שונה, מה שיעוות את התוצאות. באופן עקרוני, לא טמפרטורת האוויר חשובה, אלא טמפרטורת החמצן, היא צריכה להיות 20 0 C. אם טמפרטורת האוויר גבוהה בהרבה מ-20 0 C (בקיץ), מומלץ לשאת להוציא את הניתוח במרתף או בחדר קריר אחר. מומלץ במקרים כאלה, השימוש באמבט מים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס אינו יעיל כמעט.

את תחילת הניסוי מציינים שעון עצר או שעון חול ברגע בו מערבבים את החמצן עם האדמה, ומנערים את תכולת הכלי. התערובת מנערת במהלך כל הניסוי, מנסה לא לגעת בבקבוק עם הידיים, אוחזים בה בפקק. החמצן המשוחרר מחליף מים מהבורטה, שרמתו מצוינת לאחר 1 ו-2 דקות. ההמלצה לקבוע את כמות החמצן בכל דקה למשך 3 דקות בשל פשוטות תגובת פירוק החמצן רק מגדילה את הזמן המושקע בניתוח.

טכניקה זו מאפשרת לחוקר אחד לנתח את פעילות הקטלאז של יותר מ-100 דגימות ביום. זה נוח לבצע את הניתוח יחד, באמצעות 5-6 כלים. במקביל, אדם אחד מעורב ישירות בניתוח ועוקב אחר רמת הבורטה, והשני עוקב אחר הזמן, רושם נתונים ושוטף את הכלים.

אדמה מעוקרת בחום יבש (180 מעלות צלזיוס) שימשה כשליטה. לחלק מהקרקעות, התרכובות והמינרלים יש פעילות גבוהה של קטליזה של פירוק מי חמצן אנאורגני גם לאחר עיקור - עד 30-50% מכלל הפעילות.

פעילות Catalase מתבטאת במיליליטר של O 2 המשתחרר בדקה אחת מ-1 גרם של אדמה.

ריאגנטים: תמיסה של 3% H 2 O 2. יש לבדוק מעת לעת את ריכוז הפרהידרול, תמיסת העבודה מוכנה מיד לפני הניתוח. כדי לקבוע את ריכוז הפרהידרול במאזן אנליטי, 1 גרם של H 2 O 2 נשקל בבקבוקון נפח בקיבולת 100 מ"ל, הנפח מותאם לסימון ומנער. מניחים 20 מ"ל מהתמיסה שהתקבלה בצלוחיות חרוטיות של 250 מ"ל (3 חזרות), הוסיפו 50 מ"ל מים מזוקקים ו-2 מ"ל של 20% H 2 SO 4 . לאחר מכן עבר טיטרציה עם 0.1 N. פתרון KMnO 4. 1 מ"ל של תמיסת KMnO 4 מתאים ל-0.0017008 גרם של H 2 O 2. לאחר קביעת ריכוז הפרהידרול, מכינים תמיסה של 3% על ידי דילול במים מזוקקים. תמיסת הטיטרציה KMnO 4 מוכנה מ-fixanal ונשמרת מספר ימים כדי לבסס את הטיטר.

דהידרוגנאזות

(מצע: NAD(P)-oxidoreductase).

דהידרוגנאזות מזרזות תגובות חיזור על ידי דהידרוגנרציה של חומרים אורגניים. הם הולכים לפי התוכנית הבאה:

AN 2 + V A + VN 2

בקרקע, המצע לדה-הידרוגנציה יכול להיות תרכובות אורגניות לא ספציפיות (פחמימות, חומצות אמינו, אלכוהול, שומנים, פנולים וכו') וספציפיים (חומרים הומוסיים). דהידרוגנאזות בתגובות חיזור מתפקדות כנשאי מימן ומתחלקות לשתי קבוצות: 1) אירובי, העברת מימן מגויס לחמצן אוויר; 2) אנאירוביים, המעבירים מימן למקבלים אחרים, אנזימים.

השיטה העיקרית לזיהוי פעולת הדהידרוגנאז היא הפחתת אינדיקטורים בעלי פוטנציאל חיזור נמוך, כגון מתילן כחול.

כדי לקבוע את הפעילות של dehydrogenases בקרקע, מלחי טטרזוליום חסרי צבע (2,3,5-טריפניל-טטרזוליום כלוריד - TTX) משמשים כמימן, המופחתים לתרכובות פורמזן אדומות (טריפנילפורמאזן - TFF).

התקדמות הניתוח. חלק שקלול (1 גרם) מהאדמה המוכנה מונח בזהירות דרך משפך בתחתית מבחנה בקיבולת 12-20 מ"ל ומערבבים היטב. הוסף 1 מ"ל של תמיסת מצע לדה-הידרוגנציה (גלוקוז) 0.1 M ו-1 מ"ל של תמיסת TTX 1% שהוכנה טריה. המבחנות ממוקמות באנרוסטט או במייבש ואקום. הקביעה מתבצעת בתנאים אנאירוביים, עבורם מפנוי האוויר בכמות נדירה של 10-12 מ"מ כספית. אומנות. למשך 2-3 דקות והכניסו לתרמוסטט למשך 24 שעות ב-30 מעלות צלזיוס. בעת דגירה של אדמה עם מצעים, טולואן אינו מתווסף כחומר חיטוי, שכן; זה מעכב מאוד את פעולת הדהידרוגנאז. אדמה מעוקרת (ב-180 מעלות צלזיוס למשך 3 שעות) ומצעים ללא אדמה שימשו כבקרות. לאחר הדגירה, מוסיפים לצלוחיות 10 מ"ל של אלכוהול אתילי או אצטון, מנערים במשך 5 דקות. תמיסת ה-TPP הצבעונית המתקבלת מסוננת וקולורימטרית. עם צביעה אינטנסיבית מאוד, התמיסה מדוללת באלכוהול (אצטון) 2-3 פעמים. השתמשו בקובטות 10 מ"מ ובמסנן אור באורך גל של 500-600 ננומטר. כמות הפורמאזן במ"ג מחושבת מהעקומה הסטנדרטית (0.1 מ"ג ב-1 מ"ל). פעילות הדהידרוגנאז מתבטאת במ"ג TTP לכל 10 גרם אדמה למשך 24 שעות. טעות הקביעה היא עד 8%.

ריאגנטים:

1) תמיסה של 1% של 2,3,5-טריפנילטטרזוליום כלוריד;

2) תמיסה של 0.1 M גלוקוז (18 גרם גלוקוז מומס ב-1000 מ"ל מים מזוקקים);

3) אלכוהול אתילי או אצטון;

4) טריפנילפורמאזן לסולם הסטנדרטי. כדי להרכיב עקומת כיול, הכינו סדרה של תמיסות באלכוהול אתילי, אצטון או טולואן עם ריכוז של פורמאזן (מ-0.01 עד 0.1 מ"ג פורמאזן ב-1 מ"ל) ופוטו-קולורימטרי כמתואר לעיל.

בהיעדר פורמאזן, הוא מתקבל על ידי הפחתת TTX עם סודיום הידרוסולפיט (אמוניום סולפיט, אבקת אבץ בנוכחות גלוקוז). הריכוז הראשוני של תמיסת ה-TTX הוא 1 מ"ג/מ"ל. נתרן הידרוסולפיט גבישי מתווסף ל-2 מ"ל מתמיסת ה-TTX הראשונית בקצה ה-lancet. הפורמאזן המשוקע נלקח ב-10 מ"ל של טולואן. נפח זה של טולואן מכיל 2 מ"ג פורמאזן (0.2 מ"ג/מ"ל). דילול נוסף מכין פתרונות עבודה לסקלה.

Invertase

(β-fructofuranosidase, sucrase)

אינוורטאז הוא פחמימה, הוא פועל על הקשר β-fructofuranosidase בסוכרוז, רפינוז, ג'נטיאנוז וכו'. אנזים זה מבצע הידרוליזה פעילה ביותר של סוכרוז עם יצירת סוכרים מפחיתים - גלוקוז ופרוקטוז:

הפוך

C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

סוכרוז גלוקוז פרוקטוז

אינוורטאז מופץ באופן נרחב בטבע ומופיע כמעט בכל סוגי הקרקעות. פעילות אינברטז גבוהה מאוד נמצאה בקרקעות אחו הרריות. פעילות אינוורטאז מתאם בבירור עם תכולת החומוס ופוריות הקרקע. מומלץ בעת לימוד ההשפעה של דשנים להעריך את יעילותם. שיטות לקביעת פעילות האינברטאז בקרקע מבוססות על חשבונאות כמותית של הפחתת סוכרים לפי ברטרנד ועל שינויים בתכונות האופטיות של תמיסה של סוכרוז לפני ואחרי החשיפה לאנזים. השיטה הראשונה יכולה לשמש כדי לחקור אנזים עם משרעת רחבה מאוד של פעילות וריכוז סובסטרט. שיטות פולארימטריות ופוטו-קולורימטריות תובעניות יותר לריכוז הסוכרים ואינן מקובלות על קרקעות עם תכולה גבוהה של חומר אורגני, שבהן מתקבלות תמיסות צבעוניות; לכן, שיטות אלו הן בשימוש מוגבל במחקרי קרקע.

אינוורטאז - מזרז את התגובות של ביקוע הידרוליטי של סוכרוז לכמויות שוות של גלוקוז ופרוקטוז, פועל גם על פחמימות אחרות עם יצירת מולקולות פרוקטוז - תוצר אנרגיה לפעילות חיונית של מיקרואורגניזמים, מזרז תגובות פרוקטוז טרנספראז. מחקרים של מחברים רבים הראו שפעילות האינוורטאז טובה יותר מאנזימים אחרים משקפת את רמת פוריות הקרקע והפעילות הביולוגית.[ ...]

ניתוח אינוורטאז לאחר שנה מצביע על ירידה נוספת בו בכל הדגימות פי 2-3, תלוי בסוג האדמה, אשר, ככל הנראה, נובעת מדלדול הקרקע על ידי תרכובות המכילות פחמן.[ ... ]

ממחלקת ההידרולאזות נחקרה הפעילות של אינוורטאז, אשר מבצע הידרוליזה של סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז, ושל urease, המזרז את ההידרוליזה של אוריאה. פעילותם של אנזימים אלו בקרקע נמוכה מאוד, אך כאשר מורחים כבול הוא עולה ביחס למינונים שלו ותלוי מעט בכמות הדשנים המינרליים. יש לציין כי ליישום המינון הגדול ביותר (NSCC, כמו גם CaCOe) אין יתרונות על פני מינונים קטנים יותר של דשנים בהמרצת הפעילות הן של הידרולאזות והן של אוקסידורדוקטאזות.[ ...]

לשדה התעופה במסלול - pos. לא נמצא קשר הפוך בין הפעילות של urease, invertase ו-protease ותכולת עופרת. זה מצביע על היעדר השפעה מעכבת של עופרת במינון שאינו עולה על ה-MPC. ישנה עלייה מקבילה בפעילות של כל האנזימים והעופרת עם מרחק ממקור הזיהום, שבמקרה זה מוסברת על ידי עלייה בתכולת החומוס בקרקע. ידוע כי קרקעות עם תכולה גבוהה של חומוס צוברות HM במידה רבה יותר ומאופיינות ב-FA מוגבר[ ...]

תרכובות מקבוצה זו מעכבות את הצמיחה של יריות חדשות, מפחיתות זמנית את פעילות האינוורטאז בסלק סוכר ומעכבות את הביוסינתזה של כלורופיל. ובכל זאת פעולתם העיקרית היא דיכוי הביוסינתזה של חומצות אמינו ארומטיות. תרכובות כמו N-phosphonmethylglycine מעכבות סינתזה זו על ידי פעולה על אתרי ההמרה של חומצות דהידרוקיניות ופרפניות.[ ...]

ככל הנראה, היווצרות הסוכרוז מתרחשת בתאי הפרנכימה של הפלואם, משם הוא נכנס לצינורות המסננת, הנטולי אנזימים המפרקים סוכרוז (אינברטאז), מה שקובע את בטיחות התרכובת הזו לאורך כל נתיב ההובלה שלה. [...]

העבודה שבוצעה מאפשרת לנו להסיק שהצטברות של צורות ניידות של עופרת וניקל במינונים העולים על ה-MPC מביאה לירידה בפעילות האנזימים בקרקעות. ירידה בפעילות של פרוטאז, אוריאה ואינברטאז בקרקעות גורמת לעיכוב מקביל של תהליכי הידרוליזה של חלבונים, אוריאה ואוליגוסכרידים, מה שמוביל בדרך כלל לירידה בפעילות הביולוגית של קרקעות. שינויים ב-FA הם שיטה מבטיחה לאבחון המצב האקולוגי של קרקעות. מבין האנזימים ששקלנו, אוריאה מציגה את התכונות האבחוניות הגבוהות ביותר.[ ...]

מצב הקרקע הוערך בשתי שיטות ביואינדיקטיביות: לפי הפעילות האנזימטית של קרקעות ולפי ההשפעה המוטציונית של קרקעות על אובייקט הבדיקה. בקרקעות עירוניות נקבעה פעילותם של שלושה אנזימים - אינוורטאז, קטלאז ואוריאה (Khaziev, 1990), שפעילות האוראז התבררה כמשתנה ביותר. מסיבה זו, נבחרו אינדיקטורים לאנזים המסוים הזה להערכה האינטגרלית, שפעילותה תלויה במידה רבה בריכוז של מגוון רחב של מזהמים בקרקע.[ ...]

ניתוחים היסטוכימיים אפשרו לקבוע את המשותף של משטר החמצון של אבקה וצינורות אבקה בנציגים שונים של אנגיוספרים. נמצא כי התהליכים הביוכימיים האינטנסיביים ביותר מתרחשים בקצה צינור האבקה.[ ...]

קבוצה נוספת של שינויים אבולוציוניים קשורה להפעלת תהליכי אנרגיה הדרושים ליישום התוכנית המורפוגנטית של התפתחות הרבייה.[ ...]

עם הצגת נורמות גדולות של HCBD הן בצורה נוזלית והן בצורה גרגירית, עיכוב ההתפתחות של קבוצות מסוימות של מיקרואורגניזמים אינו נעלם אפילו בשנה וחצי לאחר החיטוי. פעילות אנזימי הקרקע (קטלאז ואינברטאז) עד לזמן זה היא 70-80% מפעילות האנזימים בווריאציית הבקרה לפי אלו (אפשרויות ניסוי). 5 חודשים לאחר כניסת נורמות גדולות של HCBD (נוזל ומגורען) , תכולת החנקות בקרקע יורדת, מה שמעיד על עיכוב תהליך הניטריפיקציה.[ ...]

התכונות האגרוכימיות של קרקעות נקבעו בשיטות קונבנציונליות, pH של מים ותמציות מלח - בשיטה פוטנציומטרית, תכולת פחמן - בשיטת טירין, חנקן נייד - ע"י בשקין וקודייארוב, זרחן נייד - ע"י צ'יריקוב, פעילות אנזימטית של קרקעות (אינברטאז, אוריאה). and catalase) - מאת Khaziev. ...]

בנציגים רבים של פטריות קורנות זוהה האנזים עמילאז שבעזרתו מפרקים אורגניזמים עמילן בעוצמה משתנה, בהתאם לסוג התרבית. יש תרבויות שמפרקות עמילן לדקסטרינים, אחרות לסוכרים. בחלק מהאקטינומיציטים נמצא האנזים אינוורטאז המפרק סוכרוז לסוכרים קלים לעיכול - גלוקוז ופרוקטוז. צוין כי פרואקטינומיציטים יכולים לספוג סוכרוז ללא פירוקו.[ ...]

רמות זיהום כאלה באו לידי ביטוי גם בתכולת תרכובות מתכות כבדות ניידות ונגישות לצמחים. גם מספרם גדל פי 1.5-2 ואפילו פי 5. שינויים אלו השפיעו על הביוטה של ​​הקרקע, על תכונות הקרקע הכלליות ועל פוריות הקרקע. בפרט, פעילות אנזימי הקרקע ירדה בחדות: אינוורטאז, פוספטאז, אוריאה, קטלאז; בערך פי 2 ירידה בייצור של CO2. פעילות אנזימטית היא אינדיקטור אינטגרלי טוב למצב האקולוגי במערכת "קרקע - צמח". על קרקעות מזוהמות, גם התפוקה של גידולים שונים ירדה בחדות. כך, יבול העגבניות (צ/הא) בממוצע ירד מ-118.4 ל-67.2; מלפפונים - מ 68.3 עד 34.2; כרוב - מ 445.7 עד 209.0; תפוחי אדמה - מ 151.8 עד 101.3; תפוחים - מ-72.4 עד 32.6 ואפרסקים - מ-123.6 עד 60.6.[ ...]

בין קרקעות הטונדרה במישור השטפונות, פוטנציאל הפעילות הביוכימית עולה מהקרקעות של מישור ההצפה הקרוב לתעלה למרכז ולטרסה. בתורו, הפעילות האנזימטית בקרקעות שטפונות אורגניות גבוהה יותר מאשר במינרלים. באופק החומוס (0-13 ס"מ) של הקרקעות הנחקרות, קיימת פעילות גבוהה למדי של urease, invertase, phosphatase ו-dehydrogenase - אנזימים המעורבים בתהליכים מטבוליים של חנקן, פחמימות, זרחן וחזור.[ ...]

פעילות הפוספטאז נמוכה, וברוב המקרים אין פעילות פוספטאז, אשר קשורה לתכולה נמוכה מאוד של זרחן נייד על רקע תכולה גבוהה יחסית של צורותיו בתפזורת באופק חומוס-כבול. בניגוד לאנזימים המעורבים בתהליכי החלפה של חנקן וזרחן, האנזימים של חילוף החומרים הפחמימניים (אינברטאז) מראים את פעילותם עד לאופקי סופרמאפרוסט, אשר נקבעת על פי תכולת החומוס בפרופיל.[ ...]

השינוי בפעילות האנזימטית של קרקעות במהלך ארבע שנות הניסוי מוצג בטבלה. 6.8. כפי שניתן לראות מהתוצאות שהתקבלו, פעילות האוראז והפוספטאז ירדה, אך הדפוסים העיקריים - פעילות גבוהה יותר בגרסאות ללא שימוש ב-PPS כאשר יושמו כבול ודשנים מינרליים והיעדר פעילות אנזימטית בגרסאות הביקורת - לְהִשָׁאֵר. במקביל, הפעילות של האינוורטאז, הממלא תפקיד חשוב במחזור הפחמן בביוגאוקנוזה, עולה בשנה הרביעית כמעט בכל גרסאות הניסוי, כולל החדרת PPS, המאשר גם את עוצמת המינרליזציה. תהליכים של כבול ואוניברסיטאות.[ ... ]

שיטה מבטיחה מאוד לטיהור מים מכל מיני מזהמים, במיוחד סינתטיים, היא השימוש באנזימים מקובעים (קבועים, בלתי מסיסים) - "אנזימים מהדור השני". הרעיון של קיבוע אנזימים על נשא בלתי מסיס במים ושימוש בזרזים כה חזקים בתהליכים טכנולוגיים ורפואה עלה לפני זמן רב. כבר בשנת 1916, אינוורטאז נספג על פחם פעיל באלומיניום הידרוקסיד מבודד טרי. מאז 1951, צימוד חלבון-צלולוז שימש לחלוקת נוגדנים ולבידוד אנטיגנים. עד לאחרונה הייתה רק שיטה אחת לקיבוע אנזימים - ספיחה פיזיקלית רגילה. עם זאת, יכולת הספיחה של החומרים המוכרים ביחס לחלבונים אינה מספקת בעליל, וכוחות ההיצמדות קטנים, והקשר בין האנזים למשטח הסופח יכול להישבר משינויים קלים ביותר בתנאי התהליך. לכן, שיטת אימוביליזציה זו לא מצאה יישום רחב, אך מכיוון שהיא פשוטה ויכולה, ככל הנראה, לסייע בהבהרת מנגנון הפעולה של אנזימים במערכות חיות, סחופות ואדמה, ובמקרים מסוימים ליישם אותה בפועל, ישנם חוקרים. לימוד ספיחה של אנזימים, חיפוש אחר נשאים חדשים ויעילים וכו'.[ ...]

אם ניקח בחשבון את השינויים הפיזיולוגיים המובהקים וארוכי הטווח בתהליכי הגדילה וההתפתחות הנגרמים מאתילן, לא ייראה מפתיע שמתרחשים שינויים גם בסינתזה של RNA וחלבון ובפעילות האנזימים. אפשרות להשפעה ישירה של אתילן על פעילותם של אנזימים שונים כמו גלוקוזידאז, א-עמילאז, אינוורטאז ופרוקסידאז נבדקה שוב ושוב, אך התקבלו תוצאות שליליות.במקביל, סינתזה של מספר אנזימים ברורה עולה. פרוקסידאז הוא אחד האנזימים המסונתזים מהר יחסית לאחר חשיפה לאתילן. בפירות הדר, הסינתזה של פניל-אלנין-אמוניה-ליאז מוגברת, ומעכבי CO2 ומעכבי שעתוק חוסמים תהליך זה. ברקמת השחרור, אתילן גורם להיווצרות צלולאז. הקשר של השפעה זו עם גירוי תהליך ההפרדה ברור. נכון, הפרדה מואצת מתרחשת עוד לפני העלייה בסינתזת הצלולאז, אבל זה כנראה נובע מכך שהאתילן גורם גם לשחרור הצלולאז מהצורה המחוברת ולהפרשתו לחללים הבין-תאיים. שחרור עמילאז מתאי אלורון שעורה מואץ גם הוא על ידי אתילן. השפעות מהירות של אתילן, למשל, דיכוי של התארכות תאים, שמתבטא לאחר 5 דקות, קשורות יותר להשפעה על הממברנות מאשר לשינויים בסינתזת החלבון.[ ...]

כידוע, אחת הסיבות לרעילותן של קרקעות היא המלחתן. פסולת נוזלי קידוח וגזרי קידוח מכילים בהרכבם, במקרים מסוימים, כמות משמעותית של מלחים מינרליים המסוכנים לקרקעות. לכן, יש עניין לחשוף את השפעתו של גורם זה על התפוקה הביולוגית של קרקעות. תוצאות המחקר מצביעות על כך שקרקעות מינרליות בכמות של 0 8-4.0 ק"ט/מ"ר מפחיתות בחדות את פעילות האינוורטאז, ובכמות של יותר מ-1.5-1.6 ק"ג/מ"ר אדמה מתחילות להשפיע באופן משמעותי על תשואה של גידולים מעובדים אותם.[ ...]

דבש הוא מוצר עתיר קלוריות. דבש טבעי הוא חומר מתוק, צמיג וארומטי המיוצר על ידי דבורים מצוף צמחי, וכן מטל דבש או מטל דבש. דבש עשוי ללבוש צורה של מסה מגובשת. ערכו של הדבש טמון בעובדה שיש לו תכונות קוטל חיידקים. לכן, דבש הוא לא רק מוצר מזון בעל ערך, אלא גם תרופה. המרכיבים העיקריים של דבש הפרחים הם פירות וסוכר ענבים, שהוא מכיל כ-75%. תכולת הקלוריות של הדבש היא מעל 3,000 קלוריות. הוא מכיל אנזימים: דיאסטאז (או עמילאז), אינוורטאז, קטלאז, ליפאז.[ ...]

המחקרים בוצעו בעמק התחתונים של נהר סיסולה (רפובליקה קומי, תת-אזור הטאיגה האמצעי). הפרמטרים הביוכימיים של קרקעות אופיינו ברמת הפעילות של oxidoreductases (catalase), hydrolases (invertase) ושחרור CO2 מפני הקרקע. בכל תקופות הדגימה, הערכים המקסימליים של פעילות קטליטית צוינו בהמלטת היער של אדמת אד"ל (4.2-8.6 מ"ל 02/ג' אדמה), ה"יבש" ביותר בסדרת הקרקעות הנחקרת. עם זאת, אדמת Al (11.9-37.8 מ"ג גלוקוז/גרם אדמה באופק AO) הייתה המובילה מבחינת רמת האינוורטאז בכל תקופות הדגימה. באותה אדמה צוין ביולי מרבי של שחרור CO2 (0.60±0.19) ק"ג/הא-שעה. בעת שימוש במדד המשולב של BAP, הלוקח בחשבון את כל הפרמטרים של פעילות ביולוגית, הוכח כי התהליכים הביולוגיים הפעילים ביותר בכל תקופות הבחירה מתרחשים באדמת Al, אשר תופסת עמדת ביניים במשטר ההידרותרמי בין ה-Adl. וקרקעות אלב.[ ...]

ערעור היציבות בתהליך הניטריפיקציה משבש את כניסת החנקות למחזור הביולוגי, שכמותם קובעת מראש את התגובה לשינוי בבית הגידול במכלול הדניטריפירים. מערכות אנזימים של דניטריפיירס מפחיתות את קצב ההתאוששות המלאה, פחות מערבת תחמוצת החנקן בשלב הסופי, שיישום שלה דורש עלויות אנרגיה משמעותיות. כתוצאה מכך, תכולת תחמוצת החנקן באטמוספירה מעל הקרקע של מערכות אקולוגיות נשחקות הגיעה ל-79 - 83% (Kosinova et al., 1993). הניכור של חלק מהחומרים האורגניים מצ'רנוזמים בהשפעת השחיקה בא לידי ביטוי בחידוש קרן החנקן במהלך קיבוע חנקן פוטו והטרוטרופי: אירובי ואנאירובי. בשלבים הראשונים של השחיקה, קיבוע החנקן האנאירובי הוא המדוכא במהירות עקב הפרמטרים של החלק הבלתי-בילי של החומר האורגני (Khaziev and Bagautdinov, 1987). הפעילות של אנזימי אינוורטאז וקטלאז בצ'רנוזמים שנשחקו מאוד ירדה ביותר מ-50% בהשוואה לצ'רנוזמים שאינם נשחקים. בקרקעות יער אפורות, ככל שהשטיפה שלהם גוברת, פעילות האינוורטאז פוחתת בצורה החדה ביותר. אם בקרקעות נשחקות קלות יש הפחתה הדרגתית של פעילות עם עומק, הרי שבקרקעות נשחקות מאוד, פעילות האינוורטאזה נמוכה מאוד או לא מזוהה כבר בשכבה התת-קרקעית. זה האחרון קשור להופעתם של אופקים עילאיים עם פעילות אנזימים נמוכה במיוחד על פני היום. על פי פעילות הפוספטאז ובמיוחד הקטלאז, לא נצפתה תלות ברורה במידת שחיקת הקרקע (Lichko, 1998).[ ...]

החומרים העיקריים בחזזיות זהים בדרך כלל לאלו בצמחים אחרים. קונכיות ההיפיות בחזזית תלוס מורכבות בעיקר מפחמימות.כיטין (C30 H60 K4 019) נמצא לעיתים קרובות בהיפיות. מרכיב אופייני להיפאות הוא הפוליסכריד lichenin (C6H10O6) n, הנקרא עמילן חזזית. איזומר פחות נפוץ של ליצ'נין, איזוליכןן, נמצא, בנוסף למעטפת ההיפלית, בפרוטופלסט. מבין הפוליסכרידים במשקל מולקולרי גבוה בחזזיות, במיוחד בקונכיות ההיפיות, יש hemicelluloses, שהם ללא ספק פחמימות רזרבה. בחללים הבין-תאיים של כמה חזזיות נמצאו חומרי פקטין, אשר סופגים כמויות גדולות של מים, מתנפחים ומלחים את התלוס. אנזימים רבים נמצאים גם בחזזיות - אינוורטאז, עמילאז, קטלאז, אוריאה, זימאז, ליכנאז, כולל חוץ-תאיים. מבין החומרים המכילים חנקן במקפי החזזיות נמצאו חומצות אמינו רבות - אלנין, חומצה אספרטית, חומצה גלוטמית, ליזין, ולין, טירוזין, טריפטופן ועוד. Phycobiont מייצר ויטמינים בחזזיות, אך כמעט תמיד בכמויות קטנות. [...]

במהלך הניסויים נמצא כי לפסולת קידוחים חצי נוזלית ומוצקה יש השפעה שלילית ביותר על התפוקה הביולוגית של קרקעות. ידוע כי לנפט ולמוצרי שמן הכלולים בפסולת יש את ההשפעה השלילית הגדולה ביותר. מזהמים אלו מפחיתים משמעותית את פעילות החיזור והאנזימים הידרוליטים, מה שמוביל לדיכוי הפעילות המיקרוביולוגית של הקרקע. השפעה זו בולטת עבור פסולת המכילה יותר מ-4-5% של שמן ומוצרי שמן. עם תכולה נמוכה יותר של מזהם זה, ההשפעה של הפחתת התפוקה הביולוגית של סוגי הקרקע הנידונים אופיינית לתקופה של 3 עד 6 חודשים, ולאחר מכן ישנה רבייה מוגברת של חיידקים מקבעי חנקן, דןטריפיות ומפחיתי סולפט. , המשתמשות בנפט ובנגזרותיו כמקור לפחמן ואנרגיה, וכתוצאה מכך לחמצון הדרגתי ומינרליזציה של הנפט. במקביל, יבול היבול ופעילות האינוורטאז יורדים באופן טבעי. אם הפסולת מכילה יותר מ-5% של שמן ומוצרי שמן, לא נצפית פעילות גלויה של מיקרופלורה חיידקית מחמצנת פחמימנים גם לאחר שנה. רמת זיהום הפסולת המצוינת היא קריטית, ולכן שימוש בשיטות אגרוטכניות ואגרוכימיות מיוחדות הממריצות את התפוקה הביולוגית של קרקעות (דישון המכיל חנקן, זרחן ואשלגן; אוורור אינטנסיבי של אזור זיהום הנפט; זריעה של עשבים מיוחדים המעצימים את נדרשת פעילות של מיקרופלורה חיידקית המטמיעה פחמימנים.[ ...]

לחקור את מנגנון ואופי ההשפעה של פסולת קידוח נוזלית למחצה (פסולת נוזלי קידוח) ומוצקה (גזרי קידוח), כלומר. של אותם סוגי פסולת הניתנים למילוי באדמה מינרלית בבורות בוצה במהלך חיסולן, על התפוקה הביולוגית של קרקעות ופיתוח על בסיס זה של מערך אמצעים אגרוטכניים לשיקום קרקעות מזוהמות, שדה צמחייה ושדה. בוצעו מחקרים. הניסויים בוצעו לפי שיטות סטנדרטיות. עשינו ניסויים בפסולת קידוח בדרגות שונות של זיהום במונחים של נפט ומוצרי נפט (OP), פחמן אורגני (אינדיקטור לדרישת חמצן כימית - COD) ומלחים מינרליים (אינדיקטור לשאריות מבושל - PO), שנוספו לקרקעות ב. יחס של 1:1. טווח ורמת הפסולת המזוהמת הם כדלקמן: לפי NG1 - 1.0-12.0%; עבור COD - 20.0 - 60.0 ק"ג/מ"ק; לפי תוכנה (במונחים של יחידת שטח אדמה) - 0.4-1.6 ק"ג/מ"ר אדמה. במחקרים נעשה שימוש בשלושה סוגי אדמה, כלומר. סוגי הקרקע הנפוצים ביותר שעליהם מתבצע קידוח באזורים של שימוש פעיל בקרקע חקלאית. האינדיקטורים האינטגרליים של הפריון הביולוגי של קרקעות היו התשואה של זן שעורה סטנדרטי "Courier" ופעילות האינברטאז, שנקבעה בשיטה ידועה.[ ...]

עם זאת, למרות הקשר ההדוק הקיים בין החזזיות למצע עליו הן מתיישבות, עדיין לא ידוע בוודאות אם החזזיות משתמשות במצע רק כמקום התקשרות או שהן מוציאות ממנו חלק מהחומרים התזונתיים הנחוצים לחייהם. מצד אחד, יכולתן של חזזיות לגדול על מצעים דלים בחומרי הזנה נותנת סיבה להאמין שהן משתמשות במצע רק כמקום התקשרות. עם זאת, מצד שני, הסובלנות הסלקטיבית שמגלים החזזיות במהלך ההתיישבות, ההקפדה של רובן למצע מסוים, התלות של הרכב המינים של צמחיית החזזיות לא רק בתכונות הפיזיקליות, אלא גם בתכונות הכימיות של. המצע, באופן לא רצוני מציע כי חזזיות להשתמש במצע וכיצד אספקת חשמל נוספת. זה מאושש על ידי מחקרים ביוכימיים שנערכו בשנים האחרונות. כך למשל, התברר שבאותו מיני חזזיות הגדלות על מיני עצים שונים, ייתכן שהרכב חומרי החזזיות אינו זהה. עדות ברורה עוד יותר היא הגילוי בחזזיות של אנזימים תאיים המשתחררים לסביבה החיצונית. אנזימים חוץ-תאיים, כמו, למשל, אינוורטאז, עמילאז, צלולאז ועוד רבים אחרים, מיוצגים באופן נרחב בחזזיות ובעלי פעילות גבוהה למדי. יתרה מכך, כפי שהתברר, הם פעילים ביותר בחלק התחתון של התלוס, שבאמצעותו מחוברת החזזית למצע. הדבר מצביע על אפשרות השפעה פעילה של החזזית תלוס על המצע על מנת להפיק ממנו חומרי הזנה נוספים.

הקדמה...3

1. סקירת ספרות...5

1.1 מושג הפעילות האנזימטית של קרקעות ... 5

1.2 השפעת מתכות כבדות על פעילות אנזימטית

1.3. השפעתם של סוכנים אגרוכימיים על הפעילות האנזימטית של קרקעות ... 23

2. חלק ניסיוני...32

2.1 חפצים, שיטות ותנאים לביצוע מחקר ... 32

2.2. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמת סודי-פודזולית מזוהמת בעופרת...34

2.2.1. מאפיינים אגרוכימיים של הקרקע כשהיא מזוהמת בעופרת ותכולתה באדמת הניסוי ... 34

2.2.2. השפעת הרקע האגרוכימי על תנובת גידולי דגן האביב בשלב הכותרת על קרקע מזוהמת עופרת...41

2.2.3. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמה מזוהמת בעופרת...43

2.3. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמת סודי-פודזולית מזוהמת בקדמיום...54

2.3.1. מאפיינים אגרוכימיים של הקרקע כשהיא מזוהמת בקדמיום ותכולתו באדמת הניסוי ... 54

2.3.2. השפעת הרקע האגרוכימי על תנובת גידולי דגן האביב בשלב הכותרת על קרקע מזוהמת בקדמיום...60

2.3.3. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמה מזוהמת בקדמיום...62

2.4. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמת סודי-פודזולית מזוהמת באבץ...69

2.4.1. מאפיינים אגרוכימיים של הקרקע כשהיא מזוהמת באבץ ותכולתה באדמת הניסוי ... 69

2.4.2. השפעת הרקע האגרוכימי על תנובת גידולי דגן האביב בשלב הכותרת על קרקע מזוהמת באבץ...75

2.4.3. השפעת רקע אגרוכימי על פעילות אנזימטית

אדמה מזוהמת באבץ...76

2.5. השפעת הרקע האגרוכימי על הפעילות האנזימטית של אדמת סודי-פודזולית מזוהמת בנחושת...82

2.5.1. מאפיינים אגרוכימיים של הקרקע כשהיא מזוהמת בנחושת ותכולתה באדמת הניסוי ... 83

2.5.2. השפעת הרקע האגרוכימי על תנובת גידולי דגן האביב בשלב הכותרת על קרקע מזוהמת בנחושת...89

2.5.3. השפעת רקע אגרוכימי על פעילות אנזימטית

אדמה מזוהמת בנחושת...90

מסקנה...96

מסקנות...99

הפניות...101

נִספָּח

מבוא

מבוא.

השימוש בחומרים אגרוכימיים במערכת האגרואקולוגית הוא התנאי החשוב ביותר לפיתוח החקלאות המודרנית. הדבר מוכתב מהצורך לשמור ולשפר את רמת פוריות הקרקע, וכתוצאה מכך לקבל יבולים גבוהים ויציבים.

סוכנים אגרוכימיים ממלאים מספר פונקציות אקולוגיות באגרוצנוזה (Mineev, 2000). אחד התפקידים החשובים ביותר של כימיה חקלאית הוא להפחית את ההשלכות השליליות של זיהום טכנוגני מקומי ועולמי של מערכות חקלאיות עם מתכות כבדות (HM) ואלמנטים רעילים אחרים.

סוכנים אגרוכימיים מפחיתים את ההשפעה השלילית של HMs במספר דרכים, כולל השבתתן באדמה וחיזוק פונקציות המחסום הפיזיולוגיות של צמחים המונעות HMs להיכנס אליהם. אם יש מידע רב בספרות על נושא השבתת HM בקרקע (Ilyin, 1982, וכו', Obukhov, 1992, Alekseev, 1987, וכו'), אז יש מחקרים בודדים על הגברת המחסום. פונקציות של צמחים. עקב שיפור תפקודי המחסום הפיזיולוגיים תחת פעולתם של סוכנים אגרוכימיים, הרבה פחות HM נכנס לצמחים באותה תוכן על רקע אגרוכימי שונה (Solov'eva, 2002). חיזוק תפקודי המחסום מלווה באופטימיזציה של תזונת הצמח, וכתוצאה מכך, שיפור המצב הביולוגי בקרקע.

לתפקוד האקולוגי הזה, דהיינו, שיפור הפעילות הביולוגית והמבנה של הגידול המיקרוביאלי של הקרקע המזוהמת ב-HMs תחת פעולתם של סוכנים אגרוכימיים, אין עדיין ביסוס ניסיוני מספיק.

ידוע כי כמה אינדיקטורים לפעילות ביולוגית במקרה של מצב דחק בקרקע משתנים מוקדם יותר מ

מאפייני קרקע אחרים, למשל, אגרוכימיים (Zvyagintsev, 1989, Lebedeva, 1984). פעילות אנזימטית בקרקע היא אינדיקטור כזה. מחקרים רבים קבעו את ההשפעה השלילית של מתכות כבדות על פעילות האנזימים. יחד עם זאת, ידוע שלסוכנים אגרוכימיים יש השפעה מגנה על הפעילות האנזימטית של הקרקע. ניסינו לשקול בעיה זו כמכלול ולקבוע האם תכונות ההגנה הסביבתיות של סוכנים אגרוכימיים באים לידי ביטוי ביחס לפעילות האנזימטית של הקרקע כשהיא מזוהמת במתכות ביוגניות ואביוגניות. ניתן לזהות צד זה של אמצעים אגרוכימיים רק אם אותה כמות של HMs קיימת בגרסאות שונות של הניסוי, וזה אפשרי רק עם אותם אינדיקטורים של חומציות הקרקע. לא הצלחנו למצוא נתונים ניסויים כאלה בספרות.

1. סקירת ספרות

1.1. מושג הפעילות האנזימטית של קרקעות.

כל התהליכים הביולוגיים הקשורים להפיכת חומרים ואנרגיה בקרקע מתבצעים בעזרת אנזימים הממלאים תפקיד חשוב בגיוס חומרי הזנה מהצומח, וכן בקביעת עוצמתם וכיווניהם של התהליכים הביוכימיים החשובים ביותר הקשורים סינתזה ופירוק של חומוס, הידרוליזה של תרכובות אורגניות ומשטר החיזור של הקרקע (, 1976; 1979 ואחרים).

היווצרות ותפקוד של פעילות אנזימטית בקרקע הוא תהליך מורכב ורב גורמים. לפי התפיסה המערכתית-אקולוגית, מדובר באחדות של תהליכים אקולוגיים של כניסה, ייצוב וביטוי של פעילות האנזים בקרקע (Khaziev, 1991). שלושת הקישורים הללו מוגדרים כבלוקים של ייצור, אימוביליזציה ופעולה של אנזימים (Khaziev, 1962).

אנזימים בקרקע הם תוצרים מטבוליים של הביוקנוזה בקרקע, אך הדעות לגבי תרומתם של מרכיבים שונים להצטברותם סותרות. מספר חוקרים (קוזלוב, 1964, 1966, 1967; קרסילניקוב, 1958; ואחרים) סבורים כי התפקיד העיקרי בהעשרת הקרקע באנזימים שייך להפרשות השורשים של צמחים, אחרים (קטנלסון, ערשוב, 1958 וכו'). .) - לחיות הקרקע, הרוב (Galstyan, 1963; Peive, 1961; Zvyagintsev, 1979; Kozlov, 1966; Drobnik, 1955; Hofmann and Seegerer, 1951; Seegerer, 1953; et Hofmann and Koffmann, 11695 and K. al., 1958, 1964, 1971; Sequi, 1974; ואחרים) סבורים כי המאגר האנזימטי בקרקע מורכב מאנזימים תוך-תאיים וחוץ-תאיים, בעיקר ממקור מיקרובי.

אנזימי קרקע מעורבים בפירוק שאריות צמחים, בעלי חיים וחיידקים, וכן בסינתזה של חומוס. כתוצאה מתהליכים אנזימטיים, חומרים מזינים מקשים לעיכול

תרכובות מומרות לצורות נגישות בקלות עבור צמחים ומיקרואורגניזמים. אנזימים נבדלים בפעילות גבוהה במיוחד, סגוליות קפדנית של פעולה ותלות רבה בתנאים סביבתיים שונים. למאפיין האחרון יש חשיבות רבה בהסדרת פעילותם בקרקע (חזייב, 1982 ו

פעילות אנזימטית של קרקעות לפי (1979)

מיוצר מ:

א) אנזימים חוץ-תאיים מקובעים;

ב) אנזימים חופשיים תאיים;

ג) אנזימים תוך תאיים של תאים מתים;

ד) אנזימים תוך-תאיים וחוץ-תאיים שנוצרו בתנאים מלאכותיים של הניסוי ואינם אופייניים לאדמה זו.

נקבע כי כל אנזים פועל רק על חומר מוגדר היטב או על קבוצה דומה של חומרים ועל סוג מוגדר היטב של קשר כימי. זה נובע מהספציפיות הקפדנית שלהם.

מטבעם הביוכימי, כל האנזימים הם חומרים חלבוניים בעלי מולקולרי גבוה. שרשרת החלבונים הפוליפפטידית - אנזימים ממוקמת בחלל בצורה מורכבת ביותר, ייחודית לכל אנזים. עם סידור מרחבי מסוים של הקבוצות הפונקציונליות של חומצות אמינו במולקולות6).

קטליזה אנזימטית מתחילה ביצירת תוצר ביניים פעיל, קומפלקס האנזים-סובסטרט. הקומפלקס הוא תוצאה של התקשרות מולקולת סובסטרט לאתר הפעיל קטליטית של האנזים. במקרה זה, התצורות המרחביות של מולקולות המצע משתנות במקצת. אוריינטציה חדשה

המיקום של מולקולות מגיבות על האנזים מבטיח את היעילות הגבוהה של תגובות אנזימטיות המפחיתות את אנרגיית ההפעלה (Khaziev, 1962).

על הפעילות הקטליטית של האנזים אחראי לא רק המרכז הפעיל של האנזים, אלא גם כל מבנה המולקולה כולה. קצב התגובה האנזימטית מווסת על ידי גורמים רבים: טמפרטורה, pH, ריכוזי אנזים ומצע, ונוכחות מפעילים ומעכבים. תרכובות אורגניות יכולות לפעול כמפעילים, אך לעתים קרובות יותר מיקרו-אלמנטים שונים (Kuprevich, Shcherbakova, 1966).

הקרקע מסוגלת לווסת את התהליכים האנזימטיים המתרחשים בה בקשר לשינויים בגורמים פנימיים וחיצוניים באמצעות ויסות גורם או אלוסטרי (Galstyan 1974, 1975). בהשפעת תרכובות כימיות המוכנסות לאדמה, כולל דשנים, מתרחשת ויסות אלוסטרי. ויסות הגורמים נובע מחומציות הסביבה (pH), הרכב כימי ופיזיקלי, טמפרטורה, לחות, משטר מים-אוויר וכו'. השפעת מאפייני הקרקע, תכולת חומוס וביומסה וגורמים נוספים על פעילות האנזימים המשמשים לאפיין את הפעילות הביולוגית של קרקעות הוא מעורפל (Galstyan 1974; Kiss 1971; Dalai 1975; McBride 1989; Tiler 1978).

הפעילות האנזימטית של הקרקע יכולה לשמש כאינדיקטור אבחנתי לפוריות של קרקעות שונות, מכיוון שפעילות האנזימים משקפת לא רק את התכונות הביולוגיות של הקרקע, אלא גם את השינויים שלהם בהשפעת גורמים אגרו-אקולוגיים (Galstyan, 1967; Chunderova, 1976; Chugunova, 1990, וכו').

המסלולים העיקריים לחדירת אנזימים לאדמה הם אנזימים חוץ-תאיים של מיקרואורגניזמים ושורשי צמחים המופרשים במהלך חייהם ואנזימים תוך-תאיים הנכנסים לקרקע לאחר מותם של אורגניזמים וצמחים בקרקע.

לשחרור אנזימים לאדמה על ידי מיקרואורגניזמים ושורשי צמחים יש בדרך כלל אופי אדפטיבי בצורה של תגובה לנוכחות או היעדר מצע לפעולת האנזים או תוצר תגובה, אשר בולטת במיוחד עם פוספטאזות. עם חוסר זרחן נייד במדיום, מיקרואורגניזמים וצמחים מגבירים בחדות את שחרור האנזימים. על קשר זה מבוסס השימוש בפעילות פוספטאז בקרקע כאינדיקטור אבחנתי לאספקת צמחים עם זרחן זמין (Naumova, 1954, Kotelev, 1964).

אנזימים, הנכנסים ממקורות שונים לאדמה, אינם נהרסים, אלא נשארים במצב פעיל. יש להניח כי אנזימים, בהיותם המרכיב הפעיל ביותר בקרקע, מרוכזים במקום שבו הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים היא האינטנסיבית ביותר, כלומר בממשק שבין קולואידים בקרקע לתמיסת קרקע. הוכח בניסוי כי אנזימים באדמה נמצאים בעיקר בשלב המוצק (Zvyagintsev, 1979).

ניסויים רבים שבוצעו בתנאים של עיכוב סינתזת אנזים בתאים מיקרוביאליים באמצעות טולואן (Drobnik, 1961; Beck and Poshenrieder, 1963), אנטיביוטיקה (Kuprevich, 1961; Kiss, 1971) או הקרנה (McLaren et al.), 1957. שהאדמה מכילה כמות גדולה של "אנזימים מצטברים", המספיקה לביצוע הטרנספורמציה של המצע למשך זמן מה. בין האנזימים הללו ניתן למנות אינוורטאז, אוריאה, פוספטאז, עמילאז וכו' אנזימים אחרים פעילים הרבה יותר בהיעדר חומר חיטוי, כלומר הם מצטברים מעט באדמה (a - ו-P-galactosidase, dextranase, לבנאז, מלטסטראז וכו'). קבוצת האנזימים השלישית אינה מצטברת באדמה, פעילותם באה לידי ביטוי רק במהלך התפרצות הפעילות המיקרוביאלית ומושרה על ידי המצע. התקבל עד היום

נתונים ניסויים מצביעים על הבדל בפעילות האנזימטית של קרקעות מסוגים שונים (Konovalova, 1975; Zvyagintsev, 1976; Khaziev, 1976; Galstyan, 1974, 1977, 1978; ואחרים).

אנזימי הקרקע שנחקרו היטב הם הידרולאזים, המייצגים מחלקה נרחבת של אנזימים המבצעים תגובות הידרוליזה של תרכובות אורגניות מורכבות שונות, הפועלות על קשרים שונים: אסטר, גלוקוזידי, אמיד, פפטיד וכו'. הידרולאזים מופצים באופן נרחב בקרקעות ממלאים תפקיד חשוב בהעשרה שלהם, חומרים מזינים ניידים ומספקים לצמחים ומיקרואורגניזמים, הורסים תרכובות אורגניות בעלות מולקולריות גבוהה. מחלקה זו כוללת את האנזימים urease (amidase), invertase (carbohydrase), phosphatase (phosphohydrolase) וכו', שפעילותם היא האינדיקטור החשוב ביותר לפעילות ביולוגית בקרקע (Zvyagintsev, 1980).

Urease הוא אנזים המעורב בוויסות חילוף החומרים של חנקן באדמה. אנזים זה מזרז את ההידרוליזה של אוריאה לאמוניה ופחמן דו חמצני, וגורם לפירוק הידרוליטי של הקשר בין חנקן לפחמן במולקולות אורגניות.

מבין האנזימים של חילוף החומרים של חנקן, urease נחקר טוב יותר מאחרים. הוא נמצא בכל הקרקעות. פעילותו מתואמת עם הפעילות של כל האנזימים העיקריים של חילוף החומרים בחנקן (Galstyan, 1980).

באדמה, urease נמצא בשתי צורות עיקריות: תוך תאיים וחוץ תאיים. הנוכחות של אוריאה חופשית באדמה אפשרה ל-Briggs וסגל (Briggs et al., 1963) לבודד את האנזים בצורה גבישית.

חלק מהאוריאה החוץ-תאית נספג על ידי קולואידי אדמה בעלי זיקה גבוהה לאוראז. תקשורת עם קולואידים בקרקע מגינה על האנזים מפני פירוק על ידי מיקרואורגניזמים ומעודדת את הצטברותו באדמה. לכל אדמה יש רמה יציבה משלה של פעילות אוריאה, הנקבעת על פי יכולתם של קולואידים בקרקע,

בעיקר אורגני, מראים תכונות הגנה (Zvyagintsev, 1989).

בפרופיל הקרקע, אופק החומוס מציג את הפעילות הגבוהה ביותר של האנזים; המשך התפלגות לאורך הפרופיל תלוי במאפיינים הגנטיים של הקרקע.

בשל השימוש הנרחב ב-urea כדשן חנקן, הבעיות הקשורות לטרנספורמציות שלה תחת פעולת אוריאה הן משמעותיות באופן מעשי. פעילות האוראז הגבוהה של רוב הקרקעות מונעת את השימוש באוריאה כמקור אוניברסלי להזנת חנקן, שכן השיעור הגבוה של הידרוליזה של אוריאה על ידי אוריאה בקרקע מוביל להצטברות מקומית של יוני אמוניום, עלייה בתגובה של הערכים הבינוניים לאלקליים, וכתוצאה מכך, אובדן חנקן מהקרקע בצורה של אמוניה (Tarafdar J. C, 1997). על ידי פירוק אוריאה, אוריאה מונעת איזומריזציה לאמוניום ציאנאט פוטוטוקסי. אומנם אוריאה עצמה משמשת חלקית על ידי צמחים, אולם כתוצאה מהפעולה הפעילה של אוריאה, לא ניתן לאחסן אותה באדמה לאורך זמן. במחקרים של מספר מדענים, צויינה הנידוף של חנקן אוריאה בצורת אמוניה מהקרקע בפעילות אוריאה גבוהה, וכאשר הוכנסו מעכבי אוריאה שונים לקרקע, האטה ההידרוליזה של אוריאה וההפסדים היו. פחות (Tool PO, Morgan MA, 1994). קצב הידרוליזה של אוריאה בקרקע מושפע מהטמפרטורה (Ivanov and Baranova, 1972; Galstyan, 1974; Cortez et al., 1972, וכו'), חומציות הקרקע (Galstyan, 1974; Moiseeva, 1974, וכו'). לרוויה של קרקע עם קרבונטים יש השפעה שלילית (Galstyan, 1974), נוכחות של כמויות משמעותיות של מלחים של ארסן, אבץ, כספית, יוני סולפט, תרכובות נחושת ובורון; מתרכובות אורגניות, אמינים אליפטים, דהידרופנולים וקינונים מעכבים באופן משמעותי אוריאה ( פולסון, 1970, Briggsatel., 1951).

פעילות אינברטאז היא אחד האינדיקטורים היציבים ביותר, המראה את המתאמים הברורים ביותר עם גורמים משפיעים. מחקרים (1966, 1974) קבעו מתאם בין אינוורטאז לפעילות של פחמימות אחרות באדמה.

פעילות האינברטאז נחקרה בקרקעות רבות ונדונה במספר מאמרי סקירה (Aleksandrova and Shmurova, 1975; Kuprevich and Shcherbakova, 1971; Kiss et al., 1971, וכו'). פעילות האינברטאז בקרקע פוחתת לאורך הפרופיל ומתאם עם תכולת החומוס (Pukhitskaya and Kovrigo, 1974; Galstyan, 1974; Kalatozova, 1975; Kulakovskaya and Stefankina, 1975; Simonyan, 1976; Toth, 1987, וכו'). מתאם עם חומוס עשוי להיעדר עם תכולה משמעותית של אלומיניום, ברזל ונתרן באדמה. הקשר ההדוק בין פעילות אינוורטאז למספר מיקרואורגניזמים בקרקע ופעילותם המטבולית (Mashtakov et al., 1954; Katsnelson and Ershov, 1958; Kozlov, 1964; Chunderova, 1970; Kiss, 1958; Hofinann, 1955, וכו') מצביע על כך. היתרון ב- invertases בקרקע ממקור מיקרוביאלי. עם זאת, תלות זו לא תמיד מאושרת (Nizova, 1970); פעילות אינוורטאז היא אינדיקטור יציב הרבה יותר וייתכן שאינה קשורה ישירות לתנודות במספר המיקרואורגניזמים (Ross, 1976).

לפי דו"ח (1974), לקרקעות בעלות הרכב גרנולומטרי כבד יש פעילות אנזימטית גבוהה יותר. עם זאת, ישנם דיווחים כי האינוורטאז מושבת באופן ניכר עם ספיחה על ידי מינרלי חימר (Hofmann et al., 1961; Skujins, 1976; Rawald, 1970) ולקרקעות עם תכולה גבוהה של מונטמורילוניט יש פעילות אינברטז נמוכה. התלות של פעילות האינוורטאז בלחות הקרקע ובטמפרטורה לא נחקרה מספיק, אם כי מחברים רבים מייחסים שינויים עונתיים בפעילות לתנאים הידרותרמיים.

השפעת הטמפרטורה על הפעילות הפוטנציאלית של אינוורטאז נחקרה בפירוט (1975), תוך ביסוס האופטימום בטמפרטורה של כ-60 מעלות צלזיוס, סף אי-אקטיבציה של האנזים לאחר חימום האדמה ב-70 מעלות צלזיוס, ואי-אקטיבציה מוחלטת לאחר שלוש שעות של חימום ב-180 מעלות צלזיוס.

מחברים רבים שקלו את פעילות האינברטאז של קרקעות בהתאם לצמחים הגדלים (Samtsevich and Borisova, 1972; Galstyan, 1974; Ross 1976; Cortez et al., 1972, וכו'). התפתחות תהליך האחו, היווצרות כר עבה מתחת לכיסוי העשב תורם לעלייה בפעילות האינוורטאז (Galstyan, 1959). עם זאת, ישנן עבודות שבהן לא הוכחה השפעת הצמחים על פעילות האינוורטאז (Konovalova, 1975).

בקרקעות יש כמות גדולה של זרחן בצורת תרכובות אורגניות, שמגיע עם שאריות גוססות של צמחים, בעלי חיים ומיקרואורגניזמים. חומצה זרחתית משתחררת מתרכובות אלו על ידי קבוצה צרה יחסית של מיקרואורגניזמים שיש להם אנזימי פוספטאז ספציפיים (Chimitdorzhieva et al., 2001).

בין האנזימים של חילוף החומרים של זרחן, הפעילות של מונו-פוספואסטראזות אורתו-פוספוריות נחקרה באופן מלא (Aleksandrova, Shmurova, 1974; Skujins J. J., 1976; Kotelev et al., 1964). יצרני פוספטאז הם בעיקר תאים של מיקרואורגניזמים בקרקע (Krasilnikov ו-Kotelev, 1957, 1959; Kotelev et al., 1964).

פעילות הפוספטאז של הקרקע נקבעת על פי המאפיינים הגנטיים שלה, התכונות הפיזיקוכימיות שלה ורמת התרבות החקלאית. בין התכונות הפיזיקליות והכימיות של הקרקע, החומציות חשובה במיוחד לפעילות הפוספטאז. אדמת יער סודי-פודזולי ואפור, בעלות תגובה חומצית, מכילות בעיקר פוספטאזות חומציות; בקרקעות עם תגובה מעט בסיסית, פוספטאזות אלקליות שולטים. יש לציין כי הפעילות האופטימלית של חומצי

הפוספטאז ממוקם באזור החומצי החלש, גם כאשר הקרקעות חומציות חזקות (Khaziev, 1979; Shcherbakov et al., 1983, 1988). עובדה זו מאשרת את חשיבותה של חיפוי קרקעות חומציות להאצת הידרוליזה של פוספטים אורגניים מורכבים והעשרת הקרקע בזרחן זמין.

ההתפלגות האופיינית הנצפית של פוספטאזות בקרקעות בהתאם לחומציות שלהן נובעת מהרכב המיקרופלורה. בקרקע פועלות קהילות מיקרוביאליות המותאמות לתנאי סביבה מסוימים, אשר מפרישות אנזימים הפעילים בתנאים אלו.

פעילות הפוספטאז הכוללת של הקרקע תלויה בתכולת החומוס והזרחן האורגני, המהווה מצע לאנזים.

צ'רנוזמים מאופיינים בפעילות הפוספטאז הגבוהה ביותר. בקרקעות יער אפור וסודי-פודזולי, פעילות הפוספטאז נמוכה. הפעילות הנמוכה של קרקעות חומציות אלו נובעת מספיחה חזקה יותר של פוספטאזות על ידי מינרלים בקרקע. בשל התכולה הנמוכה של חומר אורגני בקרקעות כאלה, פני השטח הסופחים של מינרלים חשופים יותר מאשר בצ'רנוזמים עתירי חומוס, שבהם מינרלים חרסתיים מכוסים בחומר אורגני מוקף.

פעילות הפוספטאז היא דינמית בעונת הגידול. בשלבים הפעילים של גידול צמחים בטמפרטורות קרקע גבוהות ולחות מספקת בחודשי הקיץ, פעילות הפוספטאז של קרקעות היא מקסימלית (Evdokimova, 1989).

בחלק מהקרקעות צוין מתאם בין פעילות הפוספטאז לבין המספר הכולל של מיקרואורגניזמים (Kotelev et al., 1964; Aliev and Gadzhiev, 1978, 1979; Arutyunyan, 1975, 1977; ואחרים) לבין מספר המיקרואורגניזמים הממחזרים אורגניים. תרכובות זרחן (Ponomareva et al., 1972), באחרים - הקשר של פעילות פוספטאז עם המספר

מיקרואורגניזמים לא הוקמו (Ramirez-Martinez, 1989). השפעת החומוס באה לידי ביטוי באופי השינוי בפעילות האנזים לאורך הפרופיל, כאשר משווים קרקעות בעלות דרגות שונות של תכולת חומוס וביצוע אמצעי עיבוד קרקע (Aleksandrova and Shmurova, 1975; Arutyunyan, 1977). מחקרים של מחברים רבים מצביעים על תלות ישירה של פעילות הפוספטאז של קרקעות בתכולת הזרחן האורגני בקרקע (Gavrilova et al., 1973; Arutyunyan, Galstyan, 1975; Arutyunyan, 1977; ואחרים).

הבה נבחן ביתר פירוט את הקביעות הכלליות של היווצרות מאגר הפוספטאז של הקרקעות.

חלק ניכר מכלל הזרחן בקרקע הוא תרכובות זרחן אורגניות: חומצות גרעין, נוקלאוטידים, פיטין, לציטין ועוד. רוב הזרחנים האורגניים המצויים בקרקע אינם נספגים ישירות בצמחים. לפני הספיגה שלהם הידרוליזה אנזימטית על ידי פוספוהידרולאזים. המצעים של פוספטאזות בקרקע הם חומרים הומוסיים ספציפיים, כולל זרחן של חומצות הומיות, כמו גם תרכובות בודדות לא ספציפיות המיוצגות על ידי חומצות גרעין, פוספוליפידים ופוספופרוטאינים, כמו גם פוספטים מטבוליים. הראשונים מצטברים באדמה כתוצאה מביוגנזה של חומרים הומוסיים, האחרונים, ככלל, נכנסים לאדמה עם שאריות צמחים ומצטברים בה כתוצרים של תגובות מטבוליות ביניים.

תפקידם של צמחים גבוהים ביצירת מאגר הפוספטאזים של קרקעות המשמשות בחקלאות נמוך מזה של מיקרואורגניזמים וקשור בעיקר לכניסה של שאריות יבול והפרשות שורשים לקרקע, דבר המאושר על ידי הנתונים של ו (1994). ), שחקר את ההשפעה של גידולים חקלאיים שונים על הפעילות ההידרוליטית

ואנזימי חיזור; phosphatases, invertases, proteases, ureases, catalase על אדמת כבול דקה. פעילות הפוספטאז הייתה זהה בקירוב בכל הגידולים: שעורה, תפוחי אדמה ושחרור שחור, ורק מעט יותר מתחת לעשבים רב-שנתיים, בעוד שפעילותם של אנזימים אחרים השתנתה באופן משמעותי בהתאם לאופי השימוש בקרקע.

, (1972) ציינו עלייה בפעילות הפוספטאז בריזוספרה של חיטה וקטניות, אשר עשויה להיות קשורה הן לעלייה במספר המיקרואורגניזמים בריזוספרה והן לפעילות הפוספטאז החוץ-תאית של השורשים. מנקודת מבט אגרוכימית חשובה התוצאה הסופית - גידול מאגר הקרקעות האנזימטי עם עלייה בכוחן של מערכות שורש הצמחים.

דלדול האגרוצנוזות בצמחים מביא לירידה באפקט הריזוספרה וכתוצאה מכך לירידה בפעילות הפוספטאז בקרקע. נרשמה ירידה משמעותית בפעילות הפוספטאז של קרקעות במהלך גידול מונו-תרבות. הכללת קרקעות במחזור היבול יוצרת תנאים לשיפור תהליכים הידרוליטים, מה שמוביל לעלייה בחילוף החומרים של תרכובות זרחן. (Evdokimova, 1992)

(1994) חקרו קרקעות סודי-פודזוליות שנוצרו תחת צמחייה טבעית (יער) בהרכב שונה וקבעו את התפלגות פעילות הפוספטאז בפרופיל הקרקע, היחס בין צורות לאביליות ויציבות של אנזימים, והשונות המרחבית והזמנית שלהם. נקבע כי בקרקעות הנוצרות מתחת לצמחיית יער טבעית, האופקים הגנטיים שונים בפעילות הפוספטאז, שתפוצתו בפרופיל מתאמת באופן הדוק לתכולת החומוס. על פי הנתונים, פעילות הפוספטאז הגבוהה ביותר נצפתה בשכבת המלטה, לאחר מכן היא ירדה מספר פעמים בשכבה המצטברת חומוס וירדה בחדות בשכבת הקרקע.

מתחת ל-20 ס"מ באדמה מתחת ליער האשוח (צמחיית יער). מתחת לצמחיית האחו קיימת התפלגות מעט שונה: הפעילות המקסימלית באופק הדרב נמוכה פי 1.5-2 באופק המצטבר חומוס, וירידה משמעותית נוספת נצפית רק לאחר 40-60 ס"מ. בהתבסס על האמור לעיל. , אנו יכולים להסיק שהתרומה המקסימלית להיווצרות בריכת הפוספטאז מתחת לצמחייה טבעית מסופקת על ידי מיקרואורגניזמים ושאריות צמחים כמצע, בעוד שהפרשות שורשים ואנזימים תוך-תאיים שלאחר המוות ממלאים תפקיד מעט יותר.

עוצמת התהליכים הביוכימיים בקרקע ורמת פוריותה תלויה הן בתנאי קיומם של אורגניזמים חיים המספקים אנזימים לקרקע, והן בגורמים התורמים לקיבוע האנזימים בקרקע ומווסתים בפועל שלהם. פעילות.

1.2. השפעת מתכות כבדות ויסודות קורט על הפעילות האנזימטית של קרקעות.

אחד הכיוונים המבטיחים לשימוש בפעילות אנזימטית לאבחון התכונות הביולוגיות של קרקעות הוא זיהוי רמת זיהום הקרקע ב-HMs.

מתכות כבדות, החודרות לקרקע בצורה של תרכובות כימיות שונות, יכולות להצטבר בה לרמות גבוהות, המהוות סכנה משמעותית לתפקוד התקין של ביוטת הקרקע. כמות גדולה של נתונים הצטברה בספרות המציינת את ההשפעה השלילית של זיהום קרקע עם HMs על הביוטה של ​​הקרקע. כאשר האיזון הכימי בקרקע מופר, נוצר מצב מלחיץ. ישנן עדויות לכך שאינדיקטורים ביולוגיים מגיבים מוקדם יותר מאלו האגרוכימיים לתנאים משתנים המשפיעים על תכונות הקרקע השונות (לבדבה,

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

אנזימים הם זרזים לתגובות כימיות בעלות אופי חלבוני, הנבדלים בספציפיות פעולתם ביחס לזרז של תגובות כימיות מסוימות. הם תוצרים של הביוסינתזה של כל אורגניזמי האדמה החיים: צמחי עץ ועשבוניים, טחבים, חזזיות, אצות, מיקרואורגניזמים, פרוטוזואה, חרקים, חסרי חוליות ובעלי חוליות, המיוצגים בסביבה הטבעית על ידי אגרגטים מסוימים - ביו-צנוזות.

הביוסינתזה של אנזימים באורגניזמים חיים מתבצעת עקב גורמים גנטיים האחראים על ההעברה התורשתית של סוג המטבוליזם והשונות ההסתגלותית שלו. אנזימים הם מנגנון העבודה שבאמצעותו מתממשת פעולת הגנים. הם מזרזים אלפי תגובות כימיות באורגניזמים, שבסופו של דבר יוצרות חילוף חומרים תאי. הודות להם, תגובות כימיות בגוף מתבצעות במהירות גבוהה.

כיום ידועים יותר מ-900 אנזימים. הם מחולקים לשש כיתות עיקריות.

1. Oxireductases המזרזים תגובות חיזור.

2. טרנספראזות המזרזות את התגובות של העברה בין-מולקולרית של קבוצות ושאריות כימיות שונות.

3. הידרולאזות המזרזות תגובות של ביקוע הידרוליטי של קשרים תוך מולקולריים.

4. ליאזות המזרזות הוספת קבוצות לקשרים כפולים והתגובות ההפוכות של הפשטה של ​​קבוצות כאלה.

5. איזומראזים המזרזים תגובות איזומריזציה.

6. ליגאזות המזרזות תגובות כימיות עם יצירת קשרים עקב ATP (חומצה טריפוספורית אדנוזין).

כאשר אורגניזמים חיים מתים ונרקבים, חלק מהאנזימים שלהם נהרסים, וחלקם, הנכנסים לאדמה, שומרים על פעילותם ומזרזים תגובות כימיות רבות בקרקע, משתתפים בתהליכי היווצרות הקרקע ובהיווצרות סימן איכותי של קרקעות - פוריות. בסוגים שונים של קרקעות תחת biocenoses מסוימים, נוצרו קומפלקסים אנזימטיים משלהם, שונים בפעילות של תגובות ביו-קטליטיות.

VF Kuprevich ו-TA Shcherbakova (1966) מציינים שתכונה חשובה של קומפלקסים אנזימטיים בקרקע היא תקינות פעולתן של קבוצות אנזימים קיימות, המתבטאת בכך שמספר אנזימים המייצגים קבוצות שונות פעילים בו-זמנית; היווצרות והצטברות של תרכובות הקיימות באדמה עודפות אינן נכללות; עודף של תרכובות פשוטות ניידות שהצטברו (לדוגמה, NH 3) נקשרות באופן זמני בצורה זו או אחרת ונשלחות למחזורים שמגיעים לשיאם ביצירת תרכובות מורכבות יותר או פחות. קומפלקסים אנזימטיים הם מערכות וויסות עצמי מאוזנות. מיקרואורגניזמים וצמחים ממלאים את התפקיד העיקרי בכך, וממלאים כל הזמן את אנזימי הקרקע, שכן רבים מהם קצרי מועד. מספר האנזימים נשפט בעקיפין לפי פעילותם לאורך זמן, התלויה באופי הכימי של החומרים המגיבים (סובסטרט, אנזים) ובתנאי האינטראקציה (ריכוז הרכיבים, pH, טמפרטורה, הרכב המדיום, פעולת המפעילים , מעכבים וכו').

פרק זה דן בהשתתפות בכמה תהליכי קרקע כימיים של אנזימים מקבוצת ההידרולאזים - פעילות האינוורטאז, האוראזה, הפוספטאז, הפרוטאזות ומקבוצת האוקסידודורדוקטאזות - פעילותם של קטלאז, פרוקסידאז ופוליפנול אוקסידאז, שהם בעלי חשיבות רבה. בהמרה של חומרים אורגניים המכילים חנקן וזרחן, חומרים בעלי אופי פחמימתי ובתהליכי היווצרות חומוס. פעילותם של אנזימים אלו מהווה אינדיקטור משמעותי לפוריות הקרקע. כמו כן, פעילותם של אנזימים אלו בקרקעות יער ואדמות חקלאיות בדרגות עיבוד שונות תתאפיין בדוגמה של קרקעות סודי-פודזוליות, יער אפור וקרקעות סודי-גירניות.

מאפיינים של אנזימי קרקע

אינוורטאז - מזרז את התגובות של ביקוע הידרוליטי של סוכרוז לכמויות שוות של גלוקוז ופרוקטוז, פועל גם על פחמימות אחרות עם יצירת מולקולות פרוקטוז - תוצר אנרגיה לפעילות חיונית של מיקרואורגניזמים, מזרז תגובות פרוקטוז טרנספראז. מחקרים של מחברים רבים הראו שפעילות האינוורטאז טובה יותר מאנזימים אחרים משקפת את רמת פוריות הקרקע והפעילות הביולוגית.

Urease - מזרז את התגובות של ביקוע הידרוליטי של אוריאה לאמוניה ופחמן דו חמצני. בהקשר לשימוש באוריאה בתרגול אגרונומי, יש לזכור שפעילות האוראז גבוהה יותר בקרקעות פוריות יותר. הוא עולה בכל הקרקעות בתקופות של פעילותם הביולוגית הגדולה ביותר - ביולי - אוגוסט.

פוספטאז (אלקליין וחומצה) - מזרז הידרוליזה של מספר תרכובות זרחן אורגניות עם היווצרות אורתופוספט. פעילות הפוספטאז קשורה ביחס הפוך לאספקת צמחים עם זרחן נייד, ולכן היא יכולה לשמש כאינדיקטור נוסף בעת קביעת הצורך ביישום דשני פוספט על קרקעות. פעילות הפוספטאז הגבוהה ביותר היא בריזוספרה של צמחים.

פרוטאזות הן קבוצה של אנזימים, שבהשתתפותם חלבונים מתפרקים לפוליפפטידים וחומצות אמינו, ואז הם עוברים הידרוליזה לאמוניה, פחמן דו חמצני ומים. בהקשר זה, לפרוטאזות יש חשיבות רבה בחיי הקרקע, שכן הם קשורים לשינויים בהרכב הרכיבים האורגניים ובדינמיקה של צורות חנקן המוטמעות בצמחים.

קטלאז - כתוצאה מפעולת ההפעלה שלו, מי חמצן הרעיל לאורגניזמים חיים מתפצל למים ולחמצן חופשי. לצמחייה יש השפעה רבה על פעילות הקטלאז של קרקעות מינרלים. ככלל, קרקעות מתחת לצמחים עם מערכת שורשים עוצמתית חודרת עמוק מאופיינת בפעילות קטלאז גבוהה. תכונה של פעילות קטלאז היא שהיא משתנה מעט לאורך הפרופיל, יש לה קשר הפוך ללחות הקרקע וקשר ישיר עם הטמפרטורה.

פוליפנול אוקסידאז ופרוקסידאז - הם ממלאים תפקיד חשוב בתהליכי היווצרות חומוס בקרקעות. פוליפנול אוקסידאז מזרז את החמצון של פוליפנולים לכינונים בנוכחות חמצן אטמוספרי חופשי. פרוקסידאז מזרז את החמצון של פוליפנולים בנוכחות מי חמצן או פרוקסידים אורגניים. יחד עם זאת, תפקידו להפעיל פרוקסידים, שכן יש להם השפעה מחמצנת חלשה על הפנולים. עיבוי נוסף של כינונים עם חומצות אמינו ופפטידים יכול להתרחש עם היווצרות של מולקולה ראשונית של חומצה הומית, שעלולה להיות מורכבת יותר עקב עיבויים חוזרים ונשנים (Kononova, 1963).

צוין (Chunderova, 1970) שהיחס בין הפעילות של פוליפנול אוקסידאז (S) לפעילות הפראוקסידאז (D), מבוטאת כאחוז (), קשור להצטברות חומוס בקרקעות, ולכן ערך זה הוא נקרא המקדם המותנה של הצטברות חומוס (K). בקרקעות מעובדות בצורה גרועה של אודמורטיה לתקופה ממאי עד ספטמבר, זה היה: באדמה סודי-פודזולית - 24%, באדמה פודזולית של יער אפור - 26% ובאדמה סודית-גירנית - 29%.

תהליכים אנזימטיים בקרקעות

הפעילות הביו-קטליטית של קרקעות עולה בקנה אחד עם מידת העשרתן במיקרואורגניזמים (טבלה 11), תלויה בסוג הקרקעות, ומשתנה על פני אופקים גנטיים, הקשורה לשינויים בתכולת החומוס, התגובה, Red-Ox. פוטנציאל, ופרמטרים נוספים לאורך הפרופיל.

בקרקעות יער בתולי, עוצמת התגובות האנזימטיות נקבעת בעיקר על פי אופקי פסולת היער, ובקרקעות עיבוד, על פי שכבות עיבוד. הן בקרקעות מסוימות והן בקרקעות אחרות, לכל האופקים הגנטיים הפחות פעילים מבחינה ביולוגית הממוקמים מתחת לאופק A או A p יש פעילות אנזימים נמוכה, המשתנה מעט בכיוון חיובי כאשר קרקעות מעובדות. לאחר פיתוח קרקעות יער לאדמות עיבוד, הפעילות האנזימטית של אופק העיבוד שנוצר בהשוואה למלטת היער מתבררת כמופחתת בחדות, אך ככל שהיא מעובדת היא מתגברת, ובמינים מעובדים מאוד, מתקרבת או עולה על זה. של פסולת היער.

11. השוואה של ביוגניות ופעילות אנזימטית של קרקעות ב-Cis-Urals התיכון (Pukhidskaya and Kovrigo, 1974)

מספר מדור, שם אדמה	אופק, עומק דגימה, ס"מ		המספר הכולל של מיקרואורגניזמים, אלף לכל 1 גרם שרירי שריר. יָבֵשׁ אדמה (ממוצע לשנת 1962, 1964-1965)	מדדי פעילות אנזים (ממוצע לשנים 1969-1971)
				אינברטאז, מ"ג גלוקוז ל-1 גרם אדמה ליום הראשון	פוספטאז, מ"ג פנולפטלין לכל 100 גרם אדמה למשך שעה	Urease, מ"ג NH, לכל 1 גרם אדמה למשך יום אחד	Catalase, ml 0 2 לכל 1 גרם אדמה למשך דקה אחת	פוליפנול אוקסידאז		פרוקסידאז
								מ"ג פורפורוגלין לכל 100 גרם אדמה
3. סוד-בינוני פודזולי אדמה בינונית (מתחת ליער)
					לא מוגדר
1. מוגז בינוני podzolic לחצנית בינונית מעובדת בצורה גרועה
10. יער אפור podzolized חרסית כבדה מעובד גרוע
2. סוד-קרבונט, שטוף מעט, חרסית קלה, מעובד גרוע

הפעילות של תגובות ביו-קטליטיות בקרקעות משתנה. הוא הנמוך ביותר באביב ובסתיו, והגבוה ביותר הוא בדרך כלל ביולי-אוגוסט, מה שמתאים לדינמיקה של המהלך הכללי של תהליכים ביולוגיים בקרקעות. עם זאת, בהתאם לסוג הקרקעות ולמיקומן הגיאוגרפי, הדינמיקה של תהליכים אנזימטיים שונה מאוד.

שליטה בשאלות ומשימות

1. אילו תרכובות נקראות אנזימים? מה הייצור והמשמעות שלהם עבור אורגניזמים חיים? 2. ציין את מקורות אנזימי הקרקע. איזה תפקיד ממלאים אנזימים בודדים בכימיה של הקרקע? 3. תן את מושג המכלול האנזימטי של קרקעות ותפקודו. 4. תן תיאור כללי של מהלך התהליכים האנזימטיים בקרקעות בתוליות ועיבוד.