Mulla ensümaatilise aktiivsuse muutused naftareostuse korral. Mullade ensümaatilise aktiivsuse muutused õlireostuse all Mullaensüümide olemus

Ainevahetuse ja energia protsessid orgaaniliste ühendite lagunemisel ja sünteesil, raskesti seeditavate ainete üleminekul. toitaineid taimedele ja mikroorganismidele kergesti ligipääsetavateks vormideks tekivad ensüümide osalusel.

Ensüüm invertaas (α-fruktofuranosidaas) katalüüsib erinevate süsivesikute lagunemist glükoosi- ja fruktoosimolekulideks.

Paljud andmed kinnitavad seost invertaasi aktiivsuse ja mulla bioloogilise aktiivsuse, selles sisalduva orgaanilise aine sisalduse, põllukultuuride saagikuse ja põllumajandusliku kasutamise käigus mullas toimuvate muutuste vahel (Khaziev F.Kh., 1972). Galstyan A. Sh., 1978; Vassiljeva L. I., 1980).

Kündmise sügavuse suurenemisega suureneb invertaasi aktiivsus pealmine kiht muld vähenes veidi, mis on seletatav selle mullakihi ammendumisega, kuna sügavkünni ajal on põhiline kogus taimejääke alumistesse kihtidesse. Suurema osa koristusjärgsetest jääkainetest kuhjumine ülemisse mullakihti mittevormita mullaharimisel põhjustab taime kasvuperioodi lõpuks invertaasi aktiivsuse vähenemist 30–40 cm kihis 5–15%.

Viljastatud taustal tõusis invertaasi aktiivsus keskmiselt 5% ainult pärast kündmist. Mitte-vormitud mullaharimismeetodite kohaselt ei mõjutanud väetised selle ensüümi aktiivsust.

Ureaasi toime on seotud lämmastiku ja süsiniku vahelise sideme (CO-IN) hüdrolüütilise lõhustamisega lämmastikku sisaldavate orgaaniliste ühendite molekulides. Seetõttu märgivad paljud teadlased positiivset korrelatsiooni ureaasi aktiivsuse ning muldade lämmastiku- ja huumusesisalduse vahel. Siiski ei sõltu ureaasi aktiivsus mitte ainult huumuse üldkogusest, vaid ka selle kvaliteedist, korreleerudes peamiselt süsiniku ja lämmastiku suhte väärtusega (C: 14). Suurima süsiniku ja lämmastiku suhtega orgaaniline aine vastab suurimale ureaasi aktiivsusele, süsiniku ja lämmastiku suhte vähenemisel väheneb ka ensüümi aktiivsus. See, vastavalt V.D. Mukha ja L.I. Vassiljeva juhib tähelepanu ureaasi reguleerivale toimele lämmastikku sisaldavate orgaaniliste ühendite muundumisprotsessidele pinnases. Meie uuringutes avaldus vormiharimise variantidest kõrgeim ureaasi aktiivsus kündmisel 20–22 cm sügavusele, mullaharimise süvendamine tõi kaasa selle ensüümi aktiivsuse olulise languse. Seega andis taimede vegetatsiooni alguses 0–40 cm mullakihis 35–37 cm kündmisel 20% vähem ammoniaaki kui tavalisel 20–22 cm sügavusele kündmisel (1980–1982. mg YN 3 1 g õhukuiva pinnase kohta).

Mulla orgaanilise aine muundumisprotsesside intensiivsuse ja suuna määrab ka redoksensüümide polüfenooloksüdaas ja peroksidaas aktiivsus. Polüfenooloksüdaas osaleb aromaatsete seeriate orgaaniliste ühendite muundamisel huumuskomponentideks (Mishustin E.N. et al., 1956, Kononova M.M., 1963, 1965). Huumusainete lagunemisel on suur koht peroksidaasil ja katalaasil (Nikitin D.I., 1960). Teadlased märgivad kõrget positiivset korrelatsiooni huumuse lagunemise ja peroksidaasi aktiivsuse vahel ning peaaegu funktsionaalset negatiivset korrelatsiooni polüfenooloksüdaasi aktiivsusega (Chunderova A.I., 1970, Dulgerov A.N., 1981). Peroksidaasi ja polüfenooloksüdaasi funktsioonide vastupidine orientatsioon ja nende üks rakendusobjekt võimaldas A.I. Chunderova pakkus välja huumuse akumulatsioonikoefitsiendi kontseptsiooni, mille väärtus määratakse mulla polüfenooloksüdaasi aktiivsuse ja peroksidaasi aktiivsuse suhtega.

Meie uuringute kohaselt on künnisügavuse suurendamine 20-22 cm-lt 35-37 cm-le ja laudiseta mullaharimise kasutamine lamelõikuriga, ilma vormilaudadeta adraga, peitliga, paraplow-tüüpi tööriistaga, SibIME piidega. , samuti Notil" mulla harimisel tõi kaasa peroksidaasi aktiivsuse suurenemise 4-6% ja polüfenooloksüdaasi aktiivsuse vähenemise 4-5% (tabel 15). Huumuse akumulatsiooni koefitsient vähenes sel juhul 8-10%.

15. Peroksidaasi ja polüfenooloksüdaasi aktiivsus 0-40 cm mullakihis herne all, mg purpurgaliini 100 g õhkkuiva kohta

muld 30 minutiga. (1980–1982)

Valikud
		peroksiid-	polüfenool- loksüdaas	kogunemine	peroksiid-	polüfenool- loksüdaas	kogunemine
iga-aastane	väetistega
	ilma väetiseta
iga-aastane	väetistega
	ilma väetiseta
iga-aastane ravi lennuk	väetistega
	ilma väetiseta
Niitmata hoius alates 1885. aastast

Uuringutega on kindlaks tehtud seos huumuse akumulatsioonikoefitsiendi ja mineraalset lämmastikku assimileerivate mikroorganismide arvu ja orgaaniliste ühendite lämmastikku assimileerivate mikroorganismide arvu (KAA: MPA) vahel. Korrelatsioonikordaja kahe näitaja vahel on -0,248±0,094. Esimese indikaatori suurenemine viib paljudel juhtudel viimase vähenemiseni ja vastupidi, mis kinnitab seost mikroobide tsenoosi struktuuri ja mulla orgaanilise aine biokeemilise muundamise protsessi suuna vahel. Nende kahe koefitsiendi suhe võib ilmselt iseloomustada kultuurilise mulla moodustamise protsessi orientatsiooni.

See võimaldab järeldada, et mulla orgaanilise aine muundumine peroksidaasi ja polüfenooloksüdaasi aktiivsuse tõttu nihkub süveneva kündmise ja mullaharimisega huumuse suurenenud lagunemise suunas ilma kihti ümber pööramata (joonis 5).

• ? Rida4
• ? RyadZ
• ? Rida2
• ? Rida1

Riis. 5. Mõjutamine erinevaid viise ja peroksidaasi aktiivsuse põhitöötluse sügavus mullakihis 0-40 cm perioodil 2-4 paari pärislehti päevalillel, mg purpuralliini 1 g õhukuiva mulla kohta (1989-1991)

Teatud koha mullas toimuvate biokeemiliste protsesside suunas ja intensiivsuses hõivab ensüüm katalaas. Aktiveeriva toime tulemusena jaguneb vesinikperoksiid veeks ja vabaks hapnikuks. Arvatakse, et katalaas võib koos peroksidaasiga osaleda peroksidaasi tüüpi reaktsioonides, mille käigus redutseeritud ühendid oksüdeeruvad. Kesk-ThP põllumajanduse uurimisinstituudi katsetes im. V.V. Dokuchaev ei tuvastanud katalaasi aktiivsuse sõltuvust põhiharimise sügavusest ega meetoditest. Kuid kündmissügavuse suurenemisega üle 25–27 cm ja mullaharimisega ilma kihi ümberpööramiseta täheldati katalaasi aktiivsuse olulist suurenemist võrreldes kündmisega 20–22 cm ja 25–27 cm sügavusele.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

Sissejuhatus

1. Kirjanduse ülevaade

1.1 Mullaensüümide mõistmine

1.2 Muldade ensümaatiline aktiivsus

1.3 Metodoloogilised lähenemisviisid muldade ensümaatilise aktiivsuse määramiseks

1.3.1 Katseala eraldamine

1.3.2 Mullaproovide valimise ja analüüsiks ettevalmistamise tunnused

1.4 Erinevate tegurite (temperatuur, veerežiim, proovivõtuperiood) mõju muldade ensümaatilisele aktiivsusele

1.5 Mikroorganismide koosluste muutumine pinnases

1.6 Mullaensüümide aktiivsuse uurimise meetodid

Järeldus

Kasutatud allikate loetelu

Sissejuhatus

Suurenenud inimtekkelise koormuse tingimustes planeedi biosfäärile on pinnas, mis on loodusliku süsteemi element ja mis on dünaamilises tasakaalus kõigi teiste komponentidega, allutatud lagunemisprotsessidele. Inimtegevuse tagajärjel pinnasesse sattuvad ainete vood kaasatakse looduslikesse tsüklitesse, häirides mullaelustiku ja selle tulemusena kogu mullasüsteemi normaalset talitlust. Erinevate bioloogiliste hindamiskriteeriumide hulgas antropogeenne mõju muldadel on kõige tõhusamad ja perspektiivikamad biokeemilised näitajad, mis annavad teavet mullas toimuvate olulisemate ensümaatiliste protsesside dünaamika kohta: orgaanilise aine süntees ja lagunemine, nitrifikatsioon ja muud protsessid.

Olemasolev teave ensümaatilise aktiivsuse kohta erinevat tüüpi mullad on praegu ebapiisavad ja vajavad täiendavat uurimist. Seetõttu on käesolevas töös tõstatatud küsimuste uurimine nii teoreetilises kui ka praktilises mõttes väga asjakohane.

Õppeobjekt: mulla ensüümide aktiivsus.

Sihtmärk referaat: Mullaensüümide ja muldade ensümaatilise aktiivsuse uurimine.

Vastavalt uuringu eesmärgile järgmine ülesanded:

1. Andke üldine ettekujutus mulla ensüümidest ja muldade ensümaatilisest aktiivsusest.

2. Kaaluge metodoloogilisi lähenemisviise muldade ensümaatilise aktiivsuse määramiseks.

3. Määrata erinevate looduslike tegurite mõju muldade ensümaatilisele aktiivsusele

4. Uurida mullas leiduvate mikroorganismide koosluste esinemise ja muutumise küsimust

5. Loetle ja kirjelda mullaensüümide aktiivsuse uurimise meetodeid.

1 . Kirjanduse arvustus

1.1 Mullaensüümide mõistmine

On raske ette kujutada, et ensüümid, kõrgelt organiseeritud valgumolekulid, võiksid tekkida pinnases väljaspool elusorganismi. Mullal on teadaolevalt ensümaatiline aktiivsus.

Ensüümid on valgulise iseloomuga keemiliste reaktsioonide katalüsaatorid, mis erinevad oma toime spetsiifilisuse poolest teatud keemiliste reaktsioonide katalüüsi suhtes.

Ensüümid on mulla elusorganismide biosünteesi produktid: puitunud ja rohttaimed, samblad, samblikud, vetikad, seened, mikroorganismid, algloomad, putukad, selgrootud ja selgroogsed, mida looduses esindavad teatud agregaadid – biotsenoosid.

Ensüümide biosüntees elusorganismides toimub geneetiliste tegurite tõttu, mis vastutavad ainevahetuse tüübi päriliku ülekandumise ja selle adaptiivse varieeruvuse eest. Ensüümid on tööaparaat, mille abil geenide tegevust realiseeritakse. Nad katalüüsivad organismides tuhandeid keemilisi reaktsioone, mille tulemusena moodustub rakkude ainevahetus. Tänu ensüümidele keemilised reaktsioonid kehas viiakse läbi suurel kiirusel.

Tänaseks on enam kui 150 kahest tuhandest teadaolevast ensüümist saadud kristalsel kujul. Ensüümid jagunevad kuueks klassiks:

1. Oksireduktaasid – katalüüsivad redoksreaktsioone.

2. Transferaasid – katalüüsivad erinevate keemiliste rühmade ja jääkide molekulidevahelise ülekande reaktsioone.

3. Hüdrolaasid – katalüüsivad molekulisiseste sidemete hüdrolüütilise lõhustamise reaktsioone.

4. Lüaasid – kaksiksidemetele rühmade lisamise reaktsioonide ja selliste rühmade eraldumise pöördreaktsioonide katalüüsimine.

5. Isomeraasid – katalüüsivad isomerisatsioonireaktsioone.

6. Ligaasid – katalüüsivad keemilisi reaktsioone sidemete moodustumisega ATP (adenosiintrifosforhappe) toimel.

Elusorganismide suremisel ja mädanemisel hävib osa nende ensüüme ning osa pinnasesse sattudes säilitab oma aktiivsuse ja katalüüsib paljusid mulla keemilisi reaktsioone, osaledes mulla moodustumise protsessides ja muldade kvalitatiivse märgi kujunemises - viljakus.

IN erinevad tüübid Teatud biotsenooside all olevad pinnased on moodustanud oma ensümaatilised kompleksid, mis erinevad biokatalüütiliste reaktsioonide aktiivsuse poolest.

Muldade ensümaatiliste komplekside oluliseks tunnuseks on olemasolevate ensüümirühmade toime korrapärasus. See väljendub selles, et on tagatud mitmete erinevaid rühmi esindavate ensüümide samaaegne toime. Ensüümid välistavad mis tahes ühendite liigse kogunemise pinnasesse. Liigne kogunenud liikuvad lihtühendid (näiteks NH 3) seovad ühel või teisel viisil ajutiselt ja saadavad tsüklitesse, mis kulmineeruvad keerukamate ühendite moodustumisega. Ensümaatilisi komplekse võib kujutada teatud tüüpi isereguleeruvate süsteemidena. Mikroorganismid ja taimed mängivad selles peamist rolli, täiendades pidevalt mulla ensüüme, kuna paljud neist on lühiajalised.

Ensüümide arvu hinnatakse kaudselt nende aktiivsuse järgi ajas, mis sõltub reageerivate ainete (substraat, ensüüm) keemilisest olemusest ja interaktsioonitingimustest (komponentide kontsentratsioon, pH, temperatuur, söötme koostis, aktivaatorid, inhibiitorid jne).

Hüdrolaaside ja oksidoreduktaaside klassidesse kuuluvad ensüümid osalevad peamistes mulla niisutamise protsessides, mistõttu on nende aktiivsus mullaviljakuse oluline näitaja. Seetõttu peatume lühidalt nendesse klassidesse kuuluvate ensüümide omadustel.

Hüdrolaaside hulka kuuluvad invertaas, ureaas, fosfataas, proteaas jne.

Invertaas - katalüüsib sahharoosi hüdrolüütilise lõhustamise reaktsioone ekvimolaarseteks glükoosi ja fruktoosi kogusteks, toimib ka teistele süsivesikutele (galaktoos, glükoos, ramnoos), moodustades fruktoosi molekule - energiaprodukt mikroorganismide eluks, katalüüsib fruktoosi reaktsiooni . Paljude autorite uuringud on näidanud, et invertaasi aktiivsus peegeldab paremini kui teiste ensüümide aktiivsus muldade viljakuse ja bioloogilise aktiivsuse taset 3, lk. 27.

Ureaas – katalüüsib karbamiidi hüdrolüütilise lõhustamise reaktsioone ammoniaagiks ja süsinikdioksiidiks. Seoses uurea kasutamisega agronoomilises praktikas tuleb arvestada, et ureaasi aktiivsus on suurem viljakad mullad. See tõuseb kõigis muldades nende suurima bioloogilise aktiivsuse perioodidel - juulis-augustis.

Fosfataas (leeliseline ja happeline) - katalüüsib mitmete fosfororgaaniliste ühendite hüdrolüüsi ortofosfaadi moodustumisega. Mida suurem on fosfataasi aktiivsus, seda vähem on pinnases fosfori liikuvaid vorme, mistõttu saab seda kasutada lisanäitajana fosfaatväetiste muldade andmise vajaduse määramisel. Suurim fosfataasi aktiivsus on taimede risosfääris.

Proteaasid on rühm ensüüme, mis lagundavad valgud polüpeptiidideks ja aminohapeteks, mis seejärel hüdrolüüsitakse ammoniaagiks, süsinikdioksiidiks ja veeks. Sellega seoses on proteaasid mulla elus väga olulised, kuna need on seotud orgaaniliste komponentide koostise muutumisega ja lämmastikuvormide dünaamikaga, mida taimed kergesti omastavad.

Oksidoreduktaaside klassi kuuluvad katalaas, peroksidaas ja polüfenooloksüdaas jne.

Katalaas - selle toime tulemusena laguneb elusorganismidele mürgine vesinikperoksiid:

H2O2 > H2O + O2

Taimestikul on suur mõju mineraalmuldade katalaasi aktiivsusele. Tugeva sügavale tungiva juurestikuga taimede all olevaid muldasid iseloomustab kõrge katalaasi aktiivsus. Katalaasi aktiivsuse tunnuseks on see, et see muudab profiili vähe, sellel on pöördvõrdeline seos mulla niiskusega ja otsene seos temperatuuriga.

Huumuse moodustumise protsessides mängivad peamist rolli muldade polüfenooloksüdaas ja peroksidaas.

Polüfenooloksüdaas katalüüsib vaba õhuhapniku juuresolekul polüfenoolide oksüdeerumist kinooonideks. Peroksidaas katalüüsib polüfenoolide oksüdatsiooni vesinikperoksiidi või orgaaniliste peroksiidide juuresolekul. Samal ajal on selle roll peroksiidide aktiveerimiseks, kuna neil on fenoole nõrk oksüdeeriv toime. Kinoonide edasine kondenseerumine aminohapete ja peptiididega võib toimuda primaarse humiinhappemolekuli moodustumisel, mis võib korduvate kondensatsioonide tõttu veelgi keerulisemaks muutuda.

Polüfenooloksüdaasi aktiivsuse (S) ja peroksidaasi aktiivsuse (D) suhe, väljendatuna protsentides, on seotud huumuse akumuleerumisega muldades, seetõttu nimetatakse seda väärtust huumuse akumulatsiooni tingimuslikuks koefitsiendiks (K):

Mõelge mulla ensüümide sortidele.

Oksüdoreduktaaside klass hõlmab redoksreaktsioonide katalüüsimist.

Enamiku bioloogiliste oksüdatsioonide puhul ei ole tegemist hapniku lisamisega oksüdeeritud molekulile, vaid vesiniku eemaldamisega oksüdeerunud substraatidest. Seda protsessi nimetatakse dehüdrogeenimiseks ja seda katalüüsivad dehüdrogenaasi ensüümid.

On olemas aeroobsed dehüdrogenaasid ehk oksüdaasid ja anaeroobsed dehüdrogenaasid ehk reduktaasid. Oksüdaasid kannavad vesinikuaatomeid või elektrone oksüdeeritud ainest õhuhapnikusse. Anaeroobsed dehüdrogenaasid loovutavad vesinikuaatomeid ja elektrone teistele vesiniku aktseptoritele, ensüümidele või kandjatele, ilma neid hapnikuaatomitesse üle kandmata. Paljud taimede ja loomadega pinnasesse sattuvad orgaanilised ühendid läbivad oksüdatsiooni: valgud, rasvad, süsivesikud, kiudained, orgaanilised happed, aminohapped, puriinid, fenoolid, kinoonid, spetsiifilised orgaanilised ained nagu humiin- ja fulvohapped jne.

Reeglina osalevad anaeroobsed dehüdrogenaasid loomade, taimede ja mikroorganismide rakkudes toimuvates redoksprotsessides, mis kannavad substraadist eraldatud vesiniku vahekandjatesse. Mullakeskkonnas osalevad redoksprotsessides peamiselt aeroobsed dehüdrogenaasid, mille abil kantakse substraadi vesinik otse õhuhapnikusse, s.o. vesiniku aktseptor on hapnik. Mulla lihtsaim redokssüsteem koosneb oksüdeeritavast substraadist, oksüdaasidest ja hapnikust.

Oksidoreduktaaside eripäraks on see, et vaatamata aktiivsete rühmade (koensüümide) piiratud hulgale on nad võimelised kiirendama. suur number mitmesugused redoksreaktsioonid. See saavutatakse tänu ühe koensüümi võimele ühineda paljude apoensüümidega ja moodustada iga kord ühele või teisele substraadile spetsiifilise oksidoreduktaasi.

Teine oluline oksüdoreduktaasi omadus on see, et nad kiirendavad sünteetiliste protsesside jaoks vajaliku energia vabanemisega seotud keemilisi reaktsioone. Redoksprotsesse pinnases katalüüsivad nii aeroobsed kui ka anaeroobsed dehüdrogenaasid. Keemilise olemuselt on need kahekomponendilised ensüümid, mis koosnevad valgust ja aktiivsest rühmast ehk koensüümist.

Aktiivne rühm võib olla:

NAD + (nikotiinamiidadeniindinukleotiid),

NADP + (nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat);

FMN (flaviini mononukleotiid);

FAD (flaviinadeniini dinukleotiid), tsütokroomid.

On leitud umbes viissada erinevat oksüdoreduktaasi. Kõige tavalisemad oksidoreduktaasid on aga need, mis sisaldavad aktiivse rühmana NAD +.

Valguga kombineerimisel ja kahekomponendilise ensüümi (püridiinivalgu) moodustamisel suurendab NAD + selle taastumisvõimet. Selle tulemusena saavad püridiini valgud võimelised eemaldama substraatidest, milleks võivad olla süsivesikud, dikarboksüül- ja ketohapped, aminohapped, amiinid, alkoholid, aldehüüdid, mulla spetsiifilised orgaanilised ühendid (huumus- ja fulvohapped) jne, vesinikuaatomid prootonite kuju (H +) . Selle tulemusena väheneb ensüümi aktiivne rühm (NAD +) ja substraat läheb oksüdeeritud olekusse.

Kahe vesinikuaatomi sidumise mehhanism, s.o. kaks prootonit ja kaks elektroni, on järgmine. Dehüdrogenaaside aktiivne rühm, mis võtab vastu prootoneid ja elektrone, on püridiinitsükkel. NAD + redutseerimisel kinnitub püridiinitsükli ühe süsinikuaatomi külge üks prooton ja üks elektron, s.t. üks vesinikuaatom. Teine elektron on kinnitatud positiivselt laetud lämmastikuaatomi külge ja ülejäänud prooton läheb keskkonda.

Kõik püridiini valgud on anaeroobsed dehüdrogenaasid. Nad ei kanna substraadist eemaldatud vesinikuaatomeid hapnikku, vaid saadavad need teisele ensüümile.

Lisaks NAD +-le võivad püridiini ensüümid sisaldada koensüümina nikotiin(NADP +). See koensüüm on NAD + derivaat, milles adenosiinriboosi teise süsinikuaatomi OH - rühma vesinik on asendatud fosforhappe jäägiga. Substraadi oksüdatsiooni mehhanism NADP* kui koensüümi osalusel on sarnane NAD+-ga.

Pärast vesiniku lisamist on NADH-l ja NADPH-l märkimisväärne redutseerimispotentsiaal. Nad võivad oma vesiniku üle kanda teistele ühenditele ja neid redutseerida, samal ajal kui nad ise muutuvad oksüdeerunud vormiks. Anaeroobse dehüdrogenaasiga seotud vesinikku ei saa aga üle kanda õhuhapnikku, vaid ainult vesinikukandjatesse. Sellised vahekandjad on flaviini ensüümid (flavoproteiinid). Need on kahekomponendilised ensüümid, mis võivad sisaldada aktiivse rühmana fosforüülitud B2-vitamiini (riboflaviini). Igas sellise ensüümi molekulis on riboflaviinfosfaadi (või flaviin mononukleotiidi, FMN) molekul. Seega on FMN dimetüülisoalloksasiini lämmastikaluse ühend koos viie süsinikusisaldusega alkoholi ribitooli ja fosforhappe jääkidega. FMN on võimeline vastu võtma ja loovutama kahte vesiniku (H) aatomit isoalloksasiinitsükli lämmastiku (N) aatomites.

Transferaase nimetatakse ülekandeensüümideks. Need katalüüsivad üksikute radikaalide, molekulide osade ja tervete molekulide ülekandumist ühest ühendist teise. Ülekandereaktsioonid kulgevad tavaliselt kahes faasis. Esimeses faasis eraldab ensüüm reaktsioonis osalevast ainest aatomrühma ja moodustab sellega kompleksühendi. Teises faasis katalüüsib ensüüm rühma lisamist teisele reaktsioonis osalevale ainele ja vabaneb ise muutumatul kujul. Transferaaside klass sisaldab umbes 500 individuaalset ensüümi. Sõltuvalt sellest, milliseid rühmi või radikaale transferaasid kannavad, on olemas fosfotransferaase, aminotransferaase, glükosüültransferaase, atsüültransferaase, metüültransferaase jne.

Fosfotransferaasid (kinaasid) on ensüümid, mis katalüüsivad fosforhappejääkide (H2P03) ülekannet. Fosfaadijääkide doonor on reeglina ATP. Fosfaatrühmad kantakse üle alkoholi-, karboksüül-, lämmastikku sisaldavatesse, fosforit sisaldavatesse ja muudesse orgaaniliste ühendite rühmadesse. Fosfotransferaasid hõlmavad kõikjal leiduvat heksokinaasi, ensüümi, mis kiirendab fosforhappejäägi ülekannet ATP molekulist glükoosiks. See reaktsioon alustab glükoosi muundamist teisteks ühenditeks.

Glükosüültransferaasid kiirendavad glükosüülijääkide ülekannet monosahhariidide, polüsahhariidide või muude ainete molekulidesse. Need on ensüümid, mis pakuvad reaktsioone uute süsivesikute molekulide sünteesiks; glükosüültransferaaside koensüümid on nukleosiiddifosfaatsuhkur (NDP suhkur). Neist kantakse oligosahhariidide sünteesi käigus glükosüüli jääk üle monosahhariidile. Praegu on teada umbes viiskümmend NDP suhkrut. Need on looduses laialt levinud, sünteesitakse monosahhariidide fosfaatestritest ja vastavatest nukleosiidtrifosfaatidest.

Atsüültransferaasid viivad äädikhappejäägid CH3CO - nagu ka teised rasvhappejäägid üle aminohapeteks, amiinideks, alkoholideks ja muudeks ühenditeks. Need on kahekomponendilised ensüümid, mis sisaldavad koensüümi A. Atsüülrühmade allikaks on atsüülkoensüüm A, mida võib pidada atsüültransferaaside aktiivseks rühmaks. Äädikhappejääkide ülekandmisel osaleb reaktsioonis atsetüülkoensüüm A.

Hüdrolaaside klassi kuuluvad ensüümid, mis katalüüsivad vee osalusel komplekssete orgaaniliste ühendite hüdrolüüsi ja mõnikord ka sünteesi.

Esteraaside alamklassi kuuluvad ensüümid, mis kiirendavad estrite, alkoholide hüdrolüüsi reaktsioone orgaaniliste ja anorgaaniliste hapetega.

Esteraaside olulisemad alamklassid on estri hüdrolaasid karboksüülhapped ja fosfataas. Rasvade (triglütseriidide) hüdrolüüsi reaktsioone, mille tulemusena vabanevad glütserool ja kõrgemad rasvhapped, kiirendab glütseroolester hüdrolaasi lipaas. Eristatakse lihtsaid lipaase, mis katalüüsivad kõrgemate rasvhapete vabanemist vabadest triglütseriididest, ja lipoproteiini lipaase, mis hüdrolüüsivad valkudega seotud lipiide. Lipaasid on ühekomponendilised valgud, mille molekulmass on 48 000 kuni 60 000. Pärmi lipaasi on hästi uuritud. Selle polüpeptiidahel koosneb 430 aminohappejäägist ja on volditud gloobuliks, mille keskel on ensüümi aktiivne kese. Lipaasi aktiivses keskuses on juhtiv roll histidiini, seriini, dikarboksüülhapete ja isoleutsiini radikaalidel.

Lipaaside aktiivsust reguleerib nende fosforüülimine-defosforüülimine. Aktiivsed lipaasid fosforüülitakse, mitteaktiivsed defosforüülitakse.

Fosfataasid katalüüsivad fosfaatestrite hüdrolüüsi. Fosforhappe estritele ja süsivesikutele mõjuvad fosfataasid on laialt levinud. Selliste ühendite hulka kuuluvad näiteks glükoos-6-fosfaat, glükoos-1-fosfataas, fruktoos-1,6-difosfaat jne. Vastavaid ensüüme nimetatakse glükoos-6-fosfataasiks, glükoos-1-fosfataasiks jne. Nad katalüüsivad fosforhappe jäägi eemaldamine fosforestritest:

Fosfodiesterfosfataasid – desoksüribonukleaas ja ribonukleaas katalüüsivad DNA ja RNA lõhustumist vabadeks nukleotiidideks.

Hüdrolaaside alamklassi kuuluvad glükosidaasid, mis kiirendavad glükosiidide hüdrolüüsi. Lisaks glükosiididele, mis sisaldavad ühehüdroksüülseid alkoholijääke aglükoonidena, on oligo- ja polüsahhariidid substraadid, millel glükosidaasid toimivad. Oligosahhariididele mõjuvatest glükosidaasidest on olulisemad maltoos ja sahharoos. Nad hüdrolüüsivad maltoosi ja sahharoosi.

Polüsahhariididele mõjuvatest glükosidaasidest on amülaasid kõige olulisemad. Tunnusjoon amülaas - toime absoluutse spetsiifilisuse puudumine. Kõik amülaasid on metalloproteiinid, mis sisaldavad Zn 2+ ja Ca 2+ . Amülaaside aktiivsed saidid moodustavad histidiin, asparagiin- ja glutamiinhape ning türosiini radikaalid. Viimane täidab substraadi sidumise funktsiooni ja esimene trikatalüütiline. Amülaasid kiirendavad tärklise molekulis glükosüülsidemete hüdrolüüsi reaktsioone glükoosi, maltoosi või oligosahhariidide moodustumisega.

Vähetähtis pole ka tselluloosi lagunemist katalüüsiv tsellulaas, polüsahhariidi inuliini lõhustav inulaas ja disahhariidi maltoosi kaheks glükoosi molekuliks muundav aglükosidaas. Mõned glükosidaasid võivad katalüüsida glükosüülijääkide ülekannet, sel juhul nimetatakse neid transglükosidaasideks.

Proteaasid (peptiidhüdrolaasid) katalüüsivad peptiid-CO-NH-sidemete hüdrolüütilist lõhustamist valkudes või peptiidides, moodustades väiksema molekulmassiga peptiide või vabu aminohappeid. Peptiidhüdrolaaside hulgas on endopeptidaasid (proteinaasid), mis katalüüsivad valgu molekulis olevate sisesidemete hüdrolüüsi, ja eksopeptidaase (peptidaasid), mis tagavad vabade aminohapete lõhustamise peptiidahelast.

Proteinaasid jagunevad nelja alamklassi.

1. Seriini proteinaasid, nende ensüümide aktiivne keskus sisaldab seriinijääki. Seriini proteinaaside polüpeptiidahela kohas olevate aminohappejääkide järjestus on sama: asparagiinhape-seeria-glütsiin. Seriini hüdroksüülrühma iseloomustavad kõrged protsessid. Teiseks aktiivseks funktsionaalrühmaks on histidiinijäägi imidasool, mis aktiveerib vesiniksideme moodustumise tulemusena seriini hüdroksüülrühma.

2. Tiool (tsüsteiini) proteinaaside aktiivses keskuses on tsüsteiini jääk, sulfhüdrüülrühmadel ja ioniseeritud karboksüülrühmal on ensümaatiline aktiivsus.

3. Happelised (karboksüül) proteinaasid, optimaalne pH<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Metalloproteinaasid, nende katalüütiline toime on tingitud Mg 2+, Mn 2+, Co 2+, Zn 2+, Fe 2+ olemasolust aktiivses tsentris. Ensüümi metalli ja valguosa vahelise sideme tugevus võib olla erinev. Aktiivsesse keskusesse kuuluvad metalliioonid osalevad ensüüm-substraadi komplekside moodustamises ja hõlbustavad substraatide aktiveerimist.

Proteinaaside oluliseks tunnuseks on nende toime selektiivne olemus valgu molekuli peptiidsidemetele. Selle tulemusena lõhustatakse individuaalne valk teatud proteinaasi mõjul alati rangelt piiratud arvuks peptiidideks.

5. Peptiidhüdrolaase, mis lõhustavad peptiidist aminohappeid, alustades vaba NH2 rühmaga aminohappest, nimetatakse aminopeptidaasideks, neid, millel on vaba COOH rühm, nimetatakse karboksüpeptidaasideks. Viige valgu dipeptidaasi hüdrolüüs lõpule, jagades dipeptiidid aminohapeteks.

6. Amidaasid katalüüsivad süsiniku ja lämmastiku vahelise sideme hüdrolüütilist lõhustumist: amiinide deamineerimine. Sellesse ensüümide rühma kuuluvad ureaas, mis teostab uurea hüdrolüütilist lõhustamist. oksüdatiivne ensüüm

7. Ureaas - ühekomponendiline ensüüm (M = 480 tuhat). Molekul on gloobul ja koosneb kaheksast võrdsest subühikust. Sellel on absoluutne substraadi spetsiifilisus, see toimib ainult uureale.

Tuleb märkida, et vabade ensüümide tuvastamiseks pinnases tuleb see ennekõike elusorganismidest vabastada, st viia läbi täielik või osaline steriliseerimine. Ideaalne faktor, mis steriliseerib mulda ensümoloogia vajadusteks, peaks tapma elusrakud, häirimata nende rakustruktuuri ega mõjuta samal ajal ensüüme endid. Raske öelda, kas kõik praegu kasutatavad steriliseerimismeetodid vastavad neile nõuetele. Kõige sagedamini steriliseeritakse muld ensümoloogia vajadusteks, lisades antiseptikuna tolueeni, töödeldes mulda etüleenoksiidiga või, mida tänapäeval üha enam praktiseeritakse, hävitades ioniseeriva kiirgusega mitmesuguseid mikroorganisme. Edasine mulla katalüütiliste omaduste määramise tehnika ei erine taimse või loomse päritoluga ensüümide aktiivsuse määramise meetoditest. Mulda lisatakse teatud kontsentratsioon ensüümi substraati ja pärast inkubeerimist uuritakse reaktsiooniprodukte. Paljude selle meetodiga tehtud muldade analüüsid on näidanud, et need sisaldavad katalüütilise aktiivsusega vabu ensüüme.

1.2 Muldade ensümaatiline aktiivsus

Muldade ensümaatiline aktiivsus [al. lat. Fermentum - juuretis] - mulla võime avaldada katalüütilist mõju eksogeensete ja oma orgaaniliste ja mineraalsete ühendite muundumisprotsessidele selles sisalduvate ensüümide tõttu. Muldade ensümaatilist aktiivsust iseloomustades tähendavad need aktiivsuse kogunäitajat. Erinevate muldade ensümaatiline aktiivsus ei ole sama ja on seotud nende geneetiliste omaduste ja vastastikku mõjutavate keskkonnategurite kompleksiga. Mulla ensümaatilise aktiivsuse taseme määrab erinevate ensüümide (invertaasid, proteaasid, ureaasid, dehüdrogenaasid, katalaas, fosfataasid) aktiivsus, mida väljendatakse lagunenud substraadi kogusega ajaühikus 1 g pinnase kohta.

Muldade biokatalüütiline aktiivsus sõltub nende mikroorganismidega rikastamise astmest ja muldade tüübist. Ensüümide aktiivsus varieerub geneetiliste horisontide lõikes, mis erinevad huumusesisalduse, reaktsioonide tüüpide, redokspotentsiaali ja muude profiili parameetrite poolest.

Põlismetsamuldades määravad ensümaatiliste reaktsioonide intensiivsuse peamiselt metsa allapanu horisondid, põllumuldadel aga põllukihid. Kõik bioloogiliselt vähem aktiivsed geneetilised horisondid, mis jäävad A- või An-horisondist allapoole, on madala ensüümiaktiivsusega. Nende aktiivsus mullaharimisega veidi suureneb. Pärast metsamuldade väljaarendamist põllumaa jaoks väheneb moodustunud põlluhorisondi ensümaatiline aktiivsus võrreldes metsa allapanuga järsult, kuid selle kultiveerimisel see suureneb ja kõrgelt haritud muldadel läheneb või ületab metsa allapanu näitajaid. .

Ensümaatiline aktiivsus peegeldab mullaviljakuse seisundit ja sisemisi muutusi, mis toimuvad põllumajandusliku kasutamise käigus ning põllukultuuri taseme tõusu. Need muutused ilmnevad nii põlis- ja metsamuldade harimisel kui ka nende mitmekülgsel kasutamisel.

Kogu Valgevenes kaob aastas põllumuldades kuni 0,9 t/ha huumust. Erosiooni tagajärjel kantakse põldudelt igal aastal pöördumatult minema 0,57 t/ha huumust. Mulla kuivamise põhjused on mulla orgaanilise aine suurenenud mineraliseerumine, mis on mahajäänud mineraliseerumisest tekkinud huumuse uue moodustumise protsessidest orgaaniliste väetiste ebapiisava pinnasesse sattumise ja mulla ensümaatilise aktiivsuse vähenemise tõttu.

Mulla orgaanilise aine biokeemilised muundumised toimuvad mikrobioloogilise aktiivsuse tulemusena ensüümide mõjul. ensümaatilise aktiivsusega mulla mikroorganism

Ensüümid mängivad loomade, taimede ja mikroorganismide elus erilist rolli. Mullaensüümid osalevad taimede, loomsete ja mikroobide jääkainete lagundamisel, samuti huumuse sünteesil. Selle tulemusena lähevad toitained raskesti seeditavatest ühenditest taimedele ja mikroorganismidele kergesti ligipääsetavatesse vormidesse. Ensüüme iseloomustab kõrge aktiivsus, range toime spetsiifilisus ja suur sõltuvus erinevatest keskkonnatingimustest. Tänu katalüütilisele funktsioonile võimaldavad need kehas või väljaspool seda kiiresti kulgeda tohutul hulgal keemilistel reaktsioonidel.

Koos teiste kriteeriumidega võib muldade ensümaatiline aktiivsus olla usaldusväärne diagnostiline indikaator mulla kultiveerimisastme määramisel. Uurimistöö tulemusena 4, lk. 91 tuvastas seose mikrobioloogiliste ja ensümaatiliste protsesside aktiivsuse ning mullaviljakust tõstvate meetmete rakendamise vahel. Mullaharimine, väetamine muudavad oluliselt ökoloogilist keskkonda mikroorganismide arenguks.

Praegu on bioloogilistest objektidest leitud mitu tuhat üksikut ensüümi ning mitusada neist on eraldatud ja uuritud. Teadaolevalt võib elusrakk sisaldada kuni 1000 erinevat ensüümi, millest igaüks kiirendab üht või teist keemilist reaktsiooni.

Ensüümide kasutamise vastu tekitab huvi ka see, et nõuded tehnoloogiliste protsesside ohutuse tõstmiseks pidevalt tõusevad. Ensüümid, mis esinevad kõigis bioloogilistes süsteemides, olles nii nende süsteemide tooted kui ka tööriistad, sünteesitakse ja toimivad füsioloogilistes tingimustes (pH, temperatuur, rõhk, anorgaaniliste ioonide olemasolu), misjärel need erituvad kergesti, lagunedes aminohapeteks. . Enamiku ensüüme kasutavate protsesside tooted ja jäätmed on mittetoksilised ja kergesti lagunevad. Lisaks saadakse paljudel juhtudel tööstuses kasutatavad ensüümid keskkonnasõbralikul viisil. Ensüümid erinevad mittebioloogilistest katalüsaatoritest mitte ainult ohutuse ja suurenenud biolagunevuse, vaid ka toime spetsiifilisuse, kergete reaktsioonitingimuste ja kõrge efektiivsuse poolest. Ensüümide toime efektiivsus ja spetsiifilisus võimaldab saada suure saagisega sihttooteid, mis muudab ensüümide kasutamise tööstuses majanduslikult otstarbekaks. Ensüümide kasutamine aitab kaasa vee- ja energiakulu vähendamisele tehnoloogilistes protsessides, vähendab CO2 emissiooni atmosfääri ning vähendab keskkonnareostuse ohtu tehnoloogiliste tsüklite kõrvalsaadustega.

Täiustatud põllumajandustehnoloogia kasutamisega on võimalik soodsas suunas muuta mikrobioloogilisi protsesse mitte ainult põllu-, vaid ka mulla allharitavates kihtides.

Ekstratsellulaarsete ensüümide otsesel osalusel toimub mulla orgaaniliste ühendite lagunemine. Niisiis, proteolüütilised ensüümid lagundavad valgud aminohapeteks.

Ureaas lagundab uurea CO2-ks ja NH3-ks. Saadud ammoniaak ja ammooniumisoolad on taimede ja mikroorganismide lämmastikutoiteallikaks.

Invertaas ja amülaas osalevad süsivesikute lagundamisel. Fosfaatrühma ensüümid lagundavad mullas fosfororgaanilisi ühendeid ja mängivad olulist rolli viimaste fosfaatrežiimis.

Mulla üldise ensümaatilise aktiivsuse iseloomustamiseks kasutatakse tavaliselt enamlevinud ensüüme, mis on iseloomulikud valdavale enamusele mulla mikrofloorale - invertaas, katalaas, proteaas jt.

Meie vabariigi tingimustes on tehtud palju uuringuid 16, lk. 115 inimtekkelise mõju all olevate muldade viljakuse taseme ja ensümaatilise aktiivsuse muutuste uurimise kohta, kuid saadud andmed ei anna ammendavat vastust muutuste olemusele, kuna tulemuste võrdlemise raskus on tingitud tulemuste erinevusest. katsetingimused ja uurimismeetodid.

Sellega seoses on mulla huumuseseisundi ja selle ensümaatilise aktiivsuse parandamise probleemile optimaalse lahenduse otsimine spetsiifilistes mulla- ja kliimatingimustes, mis põhineb põhilise mullaharimise ja mulla kasutamise ressursse säästvate meetodite väljatöötamisel. kaitsvad külvikorrad, mis aitavad säilitada struktuuri, vältida mulla ülekinnistumist ja parandada nende kvaliteeti ning taastada mulla viljakust minimaalsete kuludega, väga asjakohased.

1.3 Metodoloogilised lähenemisviisid ensümaatilise määramiseksmulla aktiivsus

1.3.1 Eksperimentaalne isoleeriminethsaidileja kaardistamine

Katsekoht - osa uuringualast, mida iseloomustavad sarnased tingimused (reljeef, mullastruktuuri ja taimkatte homogeensus, majandusliku kasutuse iseloom).

Katsekoht peaks asuma uuringuala tüüpilises kohas. 100 ruutmeetri suurusel alal. m, rajatakse üks katseplats suurusega 25 m Reljeefi heterogeensuse korral valitakse kohad reljeefi elementide järgi.

Neis on välja toodud esialgne plaan põhilõikude ja poollõikude ladumiseks selliselt, et need iseloomustavad kõigi esinevate pinnavormide muldasid ja mullakatte erinevusi.

Silmusmeetodit kasutatakse keerulise maastiku ja tiheda geograafilise võrgustikuga piirkondades. Selle meetodiga jagatakse uuritav ala eraldi elementaarseteks sektoriteks, võttes arvesse reljeefi või hüdrograafilise võrgu muutuste iseärasusi. Sektori mõõdistamine toimub ühest keskusest, tehes radiaalsuunas silmusetaolisi marsruute.

Arvestades reljeefi ja hüdrograafilise võrgu iseärasusi ühes konkreetses piirkonnas, saab uuringumarsruute kavandada kombineeritult, s.o. osa kohast uuritakse territooriumi paralleelse ületamise meetodil ja osa silmuste meetodil.

Trassidel on lõigete ladumiskohad planeeritud selliselt, et oleks kaetud kõik peamised reljeefi ja taimestiku erinevused, s.o. lõikude vahemaad ei ole piiratud, mistõttu mõnel reeglina reljeefsetel kohtadel võivad lõigud olla tihedamad, teistel, suhteliselt homogeensetel aladel võib lõikude paiknemine olla haruldane.

Edasi tulevad pinnase kaardistamise ja põhjaliku pinnaseuuringuga seotud tööd, alustades leiukoha (kvartal) luureuuringust. Luurevaatluse käigus tutvutakse leiukoha piiridega ja üldiselt uurimisobjektiga, millest möödutakse mööda lagedaid, vaatamisväärsusi ja teid. Kõige iseloomulikumatesse kohtadesse tehakse lõiked, mille asukoht kantakse plaanile. Vastavalt luureuuringute tulemustele korrigeeritakse lõplikult pinnaselõigete rajamise marsruute ja kohti.

Pärast luureuuringut alustavad nad ise uuringut, mille käigus on vajalik pinnaselõikude paigaldamise plaan ja maksustamise kirjelduse kontuuri puhas koopia. Üldine ettekujutus mullasortidest ja mullakontuuride piiride esialgsed märgistused saadakse põhi- ja kontrollsektsioonide uuringu põhjal. Pinnase kontuuri jaotuse piiride selgitamine toimub kaevamise abil. Samas täidetakse iga lõigu põllupäevikusse mullalõigu kirjeldamise vorm. Muldade leviku väliuuring viiakse läbi pärast lõikude laotamist ja ühendamist, et määrata kindlaks antud pinnase klassifikatsioon. Mullakatte ja kõigi teiste maastikuelementide välihindamise tulemuste kohaselt eristatakse mullakontuurina eraldiseisvat, suhteliselt homogeenset või monotoonset-kirjut ala.

Erinevate muldade kontuuride vaheliste piiride tuvastamise aluseks on muldade, reljeefi ja taimestiku vaheliste mustrite tuvastamine. Muutused mullatekke tegurites toovad kaasa muutusi muldkattes. Reljeefi, taimemoodustiste ja lähtekivimite selge muutumise korral langevad mulla erinevuste piirid kokku maapinna piiridega. Topograafilise aluse täpsusest omakorda sõltub piiride kaardil fikseerimise lihtsus ja pinnase kontuuride tuvastamise täpsus. Looduses tuleb aga kõige sagedamini tegeleda ebaselgete piiride, järkjärgulise üleminekuga. Sel juhul on pinnase kontuuride piiride kindlaksmääramiseks vaja suure hulga süvendite paigaldamist, samuti rikkalikke praktilisi kogemusi ja häid vaatlusoskusi. Põllul tegeliku mõõdistuse tegemisel koostatakse maksustamiskavast kopeeritud plaani alusel uuringuala muldade ülevaade.

Tuleb meeles pidada, et looduses ei ole mullaerinevuste vahel rangeid piire, kuna ühe mullaerinevuse asendumine teisega toimub järk-järgult mõne tunnuse kuhjumise ja teiste kadumise kaudu. Seetõttu võimaldab pinnase mõõdistamine ainult suuremal või vähemal määral edasi anda pinnase kontuuride jaotuse skemaatilisi piirjooni ning nende piiride tuvastamise täpsus sõltub uuringu mõõtkavast, pinnase tüübist ja muudest tingimustest. Pinnase kontuuride minimaalsed mõõtmed, mis kuuluvad mullakaardile kohustuslikule identifitseerimisele, määratakse kindlaks tehniliste standarditega.

1.3.2 Mullaproovide valimise ja analüüsiks ettevalmistamise tunnused

Konkreetse aine sisalduse õigeks määramiseks mullas tuleb kõik agrokeemilised analüüsid teha laitmatu täpsusega ja täpsusega. Kuid isegi väga põhjalik analüüs annab ebausaldusväärseid tulemusi, kui mullaproove ei võeta õigesti.

Kuna analüüsimiseks võetav proov võetakse väga väike ja määramise tulemused peaksid andma objektiivse karakteristiku suurele materjalihulgale, pööratakse mullaproovide võtmisel tähelepanu heterogeensuse kõrvaldamisele. Mullaproovide keskmistamine saavutatakse esialgsete, laboratoorsete ja analüütiliste proovide astmelise valikuga.

Algne segaproov peab koosnema üksikproovidest (algproovidest), mis on võetud samast mullaerinevusest. Kui kasvukohal on kompleksne pinnaskate, ei saa võtta üksikut keskmist proovi. Neid peaks olema nii palju, kui palju on mulla erinevusi.

Sõltuvalt saidi konfiguratsioonist on sellel esialgsete proovide võtmise punktide asukoht erinev. Kitsal piklikul lõigul saab need asetada selle äärde (keskele). Laial, ruudu lähedasel alal on parem proovivõtukohtade astmeline paigutus. Suurtel aladel võetakse pinnaseproove kogu krundi pikkuses selle keskel, koguses kuni 20 tk.

Segage võetud esialgne mullaproov põhjalikult presenditükile, järjepidevalt keskmiseks ja vähendage soovitud mahuni, seejärel valage see puhtasse kotti või kasti. See on laboriproov, selle mass on umbes 400 g.

Laboriprooviga kasti peale asetatakse pliiatsiga kirjutatud vineerist või papist etikett, millel on kirjas:

1. Objekti nimed.

2. Saidinimed.

3. Krundi numbrid.

4. Valiku sügavused.

5. Näidisnumbrid.

6. Tööd juhendanud või proovi võtnud isiku perekonnanimed.

7. Töötamise kuupäevad.

Sama kanne tehakse samaaegselt ka päevikusse.

Laboris kohapealt tarnitud mullaproov valatakse paksule paberile või puhtale vineerilehele ja sõtkutakse kätega läbi kõik paakunud klombid. Seejärel valitakse pintsettidega võõrkehad, muld on hästi segatud ja kergelt purustatud. Pärast sellist laboriproovi ettevalmistamist hajutatakse see uuesti õhukuiva oleku saavutamiseks, seejärel purustatakse ja lastakse läbi 2 mm avadega sõela.

Pinnase kuivatamise ruum peab olema kuiv ja kaitstud ammoniaagi, happeaurude ja muude gaaside juurdepääsu eest.

Ensümaatilise aktiivsuse määramiseks võetakse tavaliselt vabas õhus kuivatatud muld; Märg proovid tuleb laboris toatemperatuuril kuivatada. Tuleb jälgida, et proov ei sisaldaks lagunemata taimejääke. Mullaklomp purustatakse ja sõelutakse läbi sõela, mille silmasuurus on 1 mm. Värske (märja) proovi ensümaatilist aktiivsust uurides tuleks veelgi enam tähelepanu pöörata taimejääkide täielikule eemaldamisele. Samaaegselt aktiivsuse uuringuga määratakse ka mulla niiskus, saadud tulemus arvutatakse ümber 1 g absoluutselt kuiva pinnase kohta.

1.4 Erinevate tegurite mõjumuldade ensümaatilise aktiivsuse kohta

Oluline tegur, millest sõltub ensümaatilise reaktsiooni kiirus (ja ensüümi katalüütiline aktiivsus), on temperatuur, mille mõju on näidatud joonisel 1. Jooniselt on näha, et temperatuuri tõusuga kuni a. teatud väärtuse korral reaktsioonikiirus suureneb. See on seletatav sellega, et temperatuuri tõustes molekulide liikumine kiireneb ja reageerivate ainete molekulidel on rohkem võimalusi omavahel põrkuda. See suurendab nendevahelise reaktsiooni tekkimise tõenäosust. Temperatuuri, mis tagab suurima reaktsioonikiiruse, nimetatakse optimaalseks temperatuuriks.

Igal ensüümil on oma optimaalne temperatuur. Üldiselt jääb see loomsete ensüümide puhul vahemikku 37–40 °C ja taimede puhul 40–50 °C. Siiski on erandeid: idandatud terade b-amülaasi optimaalne temperatuur on 60 ° C ja katalaasi temperatuur on 0–10 ° C. Temperatuuri tõustes üle optimaalse ensümaatilise reaktsiooni kiirus väheneb, kuigi molekulide kokkupõrgete sagedus suureneb. See juhtub denaturatsiooni tõttu, st. ensüümi natiivse oleku kaotus. Temperatuuril üle 80 C kaotab enamik ensüüme täielikult oma katalüütilise aktiivsuse.

Ensümaatilise reaktsiooni kiiruse vähenemine optimaalsest kõrgemal temperatuuril sõltub ensüümi denaturatsioonist. Seetõttu on oluliseks ensüümi ja temperatuuri suhet iseloomustavaks näitajaks selle termolabiilsus, s.o. ensüümi enda inaktiveerimise kiirus temperatuuri tõustes.

Joonis 1. Temperatuuri mõju tärklise hüdrolüüsi kiirusele amülaasi poolt

Madalatel temperatuuridel (0C ja alla selle) langeb ensüümide katalüütiline aktiivsus peaaegu nullini, kuid denaturatsiooni ei toimu. Temperatuuri tõusuga taastub nende katalüütiline aktiivsus uuesti.

Samuti mõjutavad muldade ensümaatilist aktiivsust niiskus, mikroorganismide sisaldus ja muldade ökoloogiline seisund.

1.5 Mikroorganismide koosluste muutumine pinnases

Mulla mikroorganismid on väga arvukad ja mitmekesised. Nende hulgas on bakterid, aktinomütseedid, mikroskoopilised seened ja vetikad, algloomad ja nendele rühmadele lähedased elusolendid.

Bioloogiline tsükkel mullas viiakse läbi erinevate mikroorganismide rühmade osalusel. Olenevalt pinnase tüübist on mikroorganismide sisaldus erinev. Aia-, aia- ja põllumuldades on 1 g mulla kohta miljon kuni mitu miljardit mikroorganismi. Iga aiatüki pinnas sisaldab oma mikroorganisme. Nad osalevad oma biomassiga mulla orgaanilise aine kogumisel. Nad mängivad tohutut rolli taimede jaoks saadaolevate mineraalse toitumise vormide moodustamisel. Erakordselt suur on mikroorganismide tähtsus taimede kasvu ja arengut stimuleerivate bioloogiliselt aktiivsete ainete nagu auksiinide, giberelliinide, vitamiinide, aminohapete kogunemisel pinnasesse. Polüsahhariidse iseloomuga lima moodustavad mikroorganismid, aga ka suur hulk seeneniidistikuid, osalevad aktiivselt mulla struktuuri kujunemises, liimides tolmused mullaosakesed agregaatideks, parandades seeläbi pinnase vee-õhu režiimi.

Mulla bioloogiline aktiivsus, mulla mikroorganismide arvukus ja aktiivsus on tihedalt seotud orgaanilise aine sisalduse ja koostisega. Samal ajal on olulised mullaviljakuse kujunemise protsessid, nagu taimejääkide mineraliseerumine, humifitseerimine, mineraalsete toitumiselementide dünaamika, mullalahuse reaktsioon, erinevate saasteainete muundumine pinnases, saasteainete akumuleerumise määr. pestitsiidid taimedes, mürgiste ainete kogunemine pinnasesse ja mulla väsimise nähtus. Mikroorganismide sanitaar- ja hügieeniline roll on suur ka raskmetallide ühendite muundamisel ja neutraliseerimisel.

Viljakuse taastamise ja säilitamise ning põllumajanduse bioloogilise intensiivistamise paljutõotav suund on orgaaniliste jäätmete töötlemistoodete kasutamine mikroorganismidega sümbioosis olevate vihmaussivermikompostide osalusel. Looduslikes muldades viivad allapanu lagundamist läbi vihmaussid, koprofaagid ja muud organismid. Kuid selles protsessis osalevad ka mikroorganismid. Usside soolestikus luuakse neile mis tahes funktsioonide täitmiseks soodsamad tingimused kui mullas. Vihmaussid muudavad liidus mikroorganismidega erinevatest orgaanilistest jäätmetest väga tõhusad, hea struktuuriga bioloogilised väetised, mis on rikastatud makro- ja mikroelementide, ensüümide, aktiivse mikroflooraga, pakkudes taimedele pikaajalist (pikaajalist, järk-järgulist) toimet.

Seega, tagades mullas mikroorganismide arengu, suureneb saagikus ja paraneb selle kvaliteet. Arenevad ju mikroorganismid, s.t. jagada iga 20-30 minuti järel ja piisava toitumise korral moodustada suur biomass. Kui päevas 500 kg kaaluv pull moodustab 0,5 kg - 1 kg, siis 500 kg mikroorganisme päevas on biomass ja 500 kg taimedest 5 tonni biomassi. Miks seda mullas ei täheldata? Ja kuna selleks vajavad mikroorganismid toitu ja teisest küljest piiravad seda mitmesugused tegurid, eriti pestitsiidid. 1 ha suurusel alal eraldub mullamikroobide elutegevuse tulemusena aasta jooksul 7500 m3 süsihappegaasi. Süsinikdioksiid on vajalik nii taimede süsinikutoitmise allikana kui ka raskesti ligipääsetavate fosforhappesoolade lahustamiseks ja fosfori muundamiseks taimede toitmiseks kättesaadavaks vormiks. Need. kus mikroorganismid toimivad hästi, pole vaja anda fosforväetisi. Kuid mikroorganismid ise vajavad orgaanilist ainet.

Mulla orgaanilise aine tasakaalus on kultuurtaimede roll suur. Huumuse kogunemist muldadesse soodustavad mitmeaastased kõrrelised, eriti liblikõielised. Pärast nende koristamist jääb pinnasesse fütomass, mis on rikastatud lämmastikuga tänu selle fikseerimisele õhust pärit mügarbakterite poolt. Rea- ja köögiviljakultuurid (kartul, kapsas jne) vähendavad mulla huumusesisaldust, sest jätta mulda vähesel määral taimejääke ning rakendatud süvaharimise süsteem tagab põllukihi intensiivse varustamise hapnikuga ning selle tulemusena orgaanilise aine tugeva mineraliseerumise, s.o. tema kaotus.

Muldade analüüsimisel võetakse sageli arvesse üksikute mikroorganismide füsioloogiliste rühmade arvu. Seda tehakse nn tiitermeetodil, kus teatud mikroorganismirühmade vedelad selektiivsed (elektiivsed) toitekeskkonnad saastatakse mullasuspensiooni erinevate lahjendustega. Määrates lahjendusastme pärast termostaadis hoidmist, mis näitas soovitud mikroorganismide rühma olemasolu, on seejärel võimalik lihtsa ümberarvutamise teel määrata selle esindajate arv mullas. Nii saavad nad teada, kui rikas on pinnas nitrifikaatorite, denitrifikaatorite, tselluloosi lagundavate ja muude mikroorganismide poolest.

Mullatüübi ja selle seisundi iseloomustamiseks ei ole olulised mitte ainult erinevate mikroorganismide rühmade arvukuse näitajad, vaid ka nende üksikute liikide mulla seisundi analüüs. Harvade eranditega on isegi mikroorganismide füsioloogilised rühmad väga laiad. Väliskeskkond võib drastiliselt muuta mulla mikroorganismide liigilist koosseisu, kuid mõjutab nende füsioloogiliste rühmade arvu vähe või üldse mitte. Seetõttu on pinnase analüüsimisel oluline püüda kindlaks teha üksikute mikroorganismide tüüpide seisund.

Mulla mikroorganismide hulgas on erinevate süstemaatiliste üksuste esindajaid, kes suudavad omastada mitte ainult kergesti seeditavaid orgaanilisi ühendeid, vaid ka keerukamaid aromaatse iseloomuga aineid, mille hulka kuuluvad sellised mullale iseloomulikud ühendid nagu huumusained.

Kõik mullad Maal tekkisid väga erinevatest pinnale tõusvatest kivimitest, mida tavaliselt nimetatakse algkivimiteks. Lahtised settekivimid toimivad peamiselt mulda moodustavate kivimitena, kuna tard- ja moondekivimid tulevad pinnale suhteliselt harva.

Teadusliku mullateaduse rajaja V. V. Dokutšajev pidas mulda eriliseks looduskehaks, mis on sama eristav kui taim, loom või mineraal. Ta tõi välja, et erinevad mullad tekivad erinevates tingimustes ja need muutuvad ajas. V. V. Dokuchaevi sõnul tuleks mulda nimetada "päevaseks" ehk kivimite pinnahorisondiks, mis on looduslikult muudetud mitmete tegurite mõjul. Mulla tüüp sõltub: a) algkivimist, b) kliimast, c) taimestikust, d) riigi reljeefist ja e) mullatekke vanusest.

Mullateaduse teaduslikke aluseid arendades märkis V. V. Dokuchaev elusorganismide ja eriti mikroorganismide tohutut rolli mulla moodustumises.

V. V. Dokutšajevi loovuse periood langes kokku L. Pasteuri suurte avastuste ajaga, mis näitas mikroorganismide suurt tähtsust erinevate ainete muundumisel ja nakkusprotsessis. Möödunud sajandi lõpus ja selle sajandi alguses tehti mikrobioloogia vallas mitmeid olulisi avastusi, mis olid mullateaduse ja põllumajanduse jaoks fundamentaalse tähtsusega. Eelkõige leiti, et pinnas sisaldab tohutul hulgal erinevaid mikroorganisme. See andis põhjust mõelda mikrobioloogilise faktori olulisele rollile mulla tekkes ja elus.

Samaaegselt V. V. Dokutšajeviga töötas teine ​​silmapaistev mullateadlane P. A. Kostšev 24, lk. 72. Monograafias “Venemaa Tšernozemi piirkonna mullad, nende päritolu, koostis ja omadused” (1886) kirjutas ta, et geoloogia on tšernozemi küsimuses teisejärgulise tähtsusega, kuna orgaanilise aine akumuleerumine toimub ülemistes kihtides. Maa, geoloogiliselt mitmekesine ja tšernozem on küsimus kõrgemate taimede geograafiast ja küsimus madalamate taimede füsioloogiast, mis lagundavad orgaanilist ainet. PA Kostšev viis läbi rea katseid, et selgitada üksikute mikroorganismide rühmade rolli mulla huumuse loomisel.

Akadeemik V. I. Vernadsky, V. V. Dokutšajevi õpilane, andis suure panuse kontseptsiooni kujundamisse bioloogilise teguri rollist Maa ümberkujundamises ja mullatekke protsessis. Ta uskus, et keemiliste elementide rände peamiseks teguriks maakoore ülemises osas on organismid. Nende tegevus mõjutab mitte ainult orgaanilisi, vaid ka mineraalseid aineid mullas ja aluspinnases.

Juba kivimite mullaks muutumise algstaadiumides tuleb väga selgelt esile mikroorganismide roll mineraalide murenemise protsessides. Silmapaistvad teadlased V. I. Vernadski ja B. B. Polynov pidasid kivimite murenemist taimede, peamiselt madalamate organismide tegevuse tulemusena. Tänaseks on seda seisukohta kinnitanud suur hulk katsematerjale.

Tavaliselt on kivimite esimesteks asustajateks soomussamblikud, mis moodustavad lehelaadseid plaate, mille alla koguneb väike kogus peenmulda. Samblikud on reeglina sümbioosis eoseid mittemoodustavate saprofüütsete bakteritega.

Mitmete elementide puhul toimivad samblikud nende akumulaatoritena. Litofiilse taimestiku all peenel pinnasel suureneb järsult orgaanilise aine, fosfori, raudoksiidi, kaltsiumi ja magneesiumi hulk.

Teiste taimeorganismide hulgas, mis asetsevad algkivimitele, tuleb märkida mikroskoopilisi vetikaid, eriti sinirohelisi ja ränivetikaid. Nad kiirendavad alumosilikaatide ilmastikumõju ja elavad tavaliselt ka koos spoore mittemoodustavate bakteritega.

Ilmselgelt on vetikatel oluline roll orgaaniliste ainete autotroofsete akumulaatoritena, ilma milleta ei saa saprofüütsete mikroorganismide hoogne tegevus toimuda. Viimased toodavad erinevaid ühendeid, mis põhjustavad mineraalide murenemist. Paljud sinivetikad on lämmastiku fikseerijad ja rikastavad selle elemendiga hävivat kivimit.

Ilmselt mängivad murenemisprotsessis peamist rolli erinevate mikroorganismide poolt toodetud süsihappegaas, mineraal- ja orgaanilised happed. On märke, et teatud ketohapetel on tugev lahustav toime. Välistatud pole huumusühendite murenemises osalemise võimalus.

Tuleb märkida, et paljud bakterid moodustavad lima, mis hõlbustab mikroorganismide tihedat kontakti kivimiga. Viimaste hävitamine toimub nii mikroorganismide elutähtsa aktiivsuse produktide mõjul kui ka komplekssete ühendite moodustumisel lima aine ja mineraalide kristallvõre moodustavate keemiliste elementide vahel. Kivimite murenemist looduses tuleks käsitleda kahe vastandliku protsessi – primaarsete mineraalide lagunemise ja sekundaarsete mineraalide tekke – ühtsusena. Uued mineraalid võivad tekkida, kui mikroobsed metaboliidid interakteeruvad üksteisega.

...

Sarnased dokumendid

Ökoloogiliste tingimuste, mullatekke tsooniliste ja intratsooniliste tegurite uurimine. Mullaprofiilide struktuuri iseloomustus, granulomeetriline koostis, muldade füüsikalis-keemilised ja vesifüüsikalised omadused, agroökoloogiliste mullatüüpide kujunemine.

kursusetöö, lisatud 14.09.2011


Mulla morfoloogiliste elementide ja tunnuste iseloomustus. Mullaprofiili struktuuri tüübid. Sümbolite süsteem geneetiliste mullahorisontide tähistamiseks. Keemilise koostise mõju mulla värvusele. Pinnase neoplasmide ja lisandite klassifikatsioon.

abstraktne, lisatud 22.12.2013


Looduslikud tingimused ja mullatekke tegurid. Põhiliste mullatüüpide ja nende morfoloogiliste tunnuste süstemaatiline loetelu. Muldade veefüüsikalised omadused, nende granulomeetriline, täite- ja keemiline koostis, puistetihedus. Mullakaitsemeetodid.

kursusetöö, lisatud 02.07.2010


Lämmastiku sidujate füsioloogiline seisund mullatüüpides, nende kohanemisvõime hindamine. Nižni Novgorodi piirkonna piirkondades võetud mullaproovide analüüs. Perekonna Azotobacter tüvede identifitseerimine kultuuriliste ja füsioloogiliste omaduste järgi.

lõputöö, lisatud 15.02.2014


Mullatekke tegurid ja protsessid, uurimisobjekti muldkatte struktuur, peamised muldade liigid. Mullakontuuride detailsed karakteristikud, nende vahekord uuringualal. Mullaviljakuse ja selle metsakasvatusliku tähtsuse hindamine.

kursusetöö, lisatud 12.11.2010


Ophiobolus hyphae populatsioon looduslikel muldadel eubakterite, aktinomütseedide ja seente poolt. Mõnede eriti produktiivsete seente antibiootiline aktiivsus võrreldes teiste seentega. Mullas elavate putukate nakatumine, bakterite koostis muldades.

abstraktne, lisatud 03.07.2011


Mulla tekke looduslikud tingimused: kliima, pinnamood, lähtekivimid, taimestik, hüdroloogia ja hüdrograafia. Pinnase viljakuse parandamise meetmed, soovitused nende kasutamiseks. Muldade põllumajanduslik rühmitamine ja liigitamine.

kursusetöö, lisatud 22.06.2013


Kivimite, kliima, reljeefi, taimestiku mõju mullatekkele. Põllumuldade granulomeetriline koostis, füüsikalised omadused, veerežiim. Mullaökoloogilise indeksi määramine. Peamised meetmed mullaviljakuse parandamiseks agrogruppides.

kursusetöö, lisatud 25.05.2012


Soolaste muldade omadused, nende teke. Soola kogunemise tingimused muldades. Taimkatte intensiivsus. Kergesti lahustuvate soolade allikad. Soolaste muldade levik. Soolaste muldade väljendus süstemaatikas, diagnostilises horisondis.

abstraktne, lisatud 30.03.2014


Põllumajanduskultuuride mõju uurimine mullalahuste koostisele ja dünaamikale. Hallide metsamuldade levik, tekke tunnused, diagnostika, omadused, klassifikatsioon, kasutamine. Mulla orgaanilise aine sisaldus ja koostis.

Sissejuhatus...3

1. Kirjanduse ülevaade...5

1.1 Muldade ensümaatilise aktiivsuse mõiste ... 5

1.2 Raskmetallide mõju ensümaatilisele aktiivsusele

1.3. Agrokeemiliste ainete mõju muldade ensümaatilisele aktiivsusele ... 23

2. Eksperimentaalne osa...32

2.1 Uurimistöö objektid, meetodid ja tingimused ... 32

2.2. Agrokeemilise tausta mõju pliiga saastunud mätas-podsoolse pinnase ensümaatilisele aktiivsusele...34

2.2.1. Pliiga saastunud pinnase agrokeemilised omadused ja selle sisaldus katse pinnases ... 34

2.2.2. Agrokeemiliste taustade mõju kevadiste teraviljaviljade saagikusele peatamise faasis pliiga saastunud pinnasel...41

2.2.3. Agrokeemiliste taustade mõju pliiga saastunud pinnase ensümaatilisele aktiivsusele...43

2.3. Agrokeemiliste taustade mõju kaadmiumiga saastunud mätas-podsoolse pinnase ensümaatilisele aktiivsusele...54

2.3.1. Kaadmiumiga saastunud pinnase agrokeemilised omadused ja selle sisaldus katse pinnases ... 54

2.3.2. Agrokeemiliste taustade mõju kevadiste teraviljakultuuride saagikusele peatamise faasis kaadmiumiga saastunud pinnasel...60

2.3.3. Agrokeemiliste taustade mõju kaadmiumiga saastunud pinnase ensümaatilisele aktiivsusele...62

2.4. Agrokeemilise tausta mõju tsingiga saastunud mätas-podsoolse mulla ensümaatilisele aktiivsusele...69

2.4.1. Tsingiga saastunud pinnase agrokeemilised omadused ja selle sisaldus katse pinnases ... 69

2.4.2. Agrokeemiliste taustade mõju kevadiste teraviljakultuuride saagikusele rubriigis tsingiga saastunud pinnasel...75

2.4.3. Agrokeemilise tausta mõju ensümaatilisele aktiivsusele

tsingiga saastunud pinnas...76

2.5. Agrokeemiliste taustade mõju vasega saastunud mätas-podsoolse pinnase ensümaatilisele aktiivsusele...82

2.5.1. Vasega saastunud pinnase agrokeemilised omadused ja selle sisaldus katse pinnases ... 83

2.5.2. Agrokeemiliste taustade mõju kevadiste teraviljaviljade saagikusele rubriigis vasega saastunud pinnasel...89

2.5.3. Agrokeemilise tausta mõju ensümaatilisele aktiivsusele

vasega saastunud pinnas...90

Järeldus...96

Järeldused...99

Kasutatud kirjandus...101

Rakendus

Sissejuhatus

Sissejuhatus.

Agrokemikaalide kasutamine agroökosüsteemis on kaasaegse põllumajanduse arengu kõige olulisem tingimus. See on tingitud vajadusest säilitada ja parandada mulla viljakuse taset ning selle tulemusena saada kõrge ja stabiilne saak.

Agrokeemilised ained täidavad agrotsenoosis mitmeid ökoloogilisi funktsioone (Mineev, 2000). Agrokeemia üks olulisemaid funktsioone on vähendada agroökosüsteemide lokaalse ja globaalse tehnogeense reostuse negatiivseid tagajärgi raskmetallide (HM) ja muude toksiliste elementidega.

Agrokeemilised ained vähendavad HM-de negatiivset mõju mitmel viisil, sealhulgas nende inaktiveerimine pinnases ja taimede füsioloogiliste barjäärifunktsioonide tugevdamine, mis takistavad HM-ide sisenemist. Kui kirjanduses on palju teavet HM inaktiveerimise kohta pinnases (Iljin, 1982 jne, Obuhhov, 1992, Aleksejev, 1987 jne), siis barjääri võimendamise kohta on üksikuid uuringuid. taimede funktsioonid. Füsioloogiliste barjäärifunktsioonide paranemise tõttu agrokeemiliste ainete toimel siseneb taimedesse erineva agrokeemilise taustaga sama sisaldusega palju vähem HM-i (Solov'eva, 2002). Barjäärifunktsioonide tugevnemisega kaasneb taimede toitumise optimeerimine ja selle tulemusena mulla bioloogilise olukorra paranemine.

Sellel ökoloogilisel funktsioonil, nimelt HM-idega saastunud pinnase mikroobse tsenoosi bioloogilise aktiivsuse ja struktuuri parandamisel agrokeemiliste mõjurite toimel, ei ole veel piisavalt eksperimentaalset põhjendust.

Teatavasti muutuvad mõned bioloogilise aktiivsuse näitajad pinnase stressiolukorra korral varem kui

muud mullaomadused, näiteks agrokeemilised (Zvjagintsev, 1989, Lebedeva, 1984). Mulla ensümaatiline aktiivsus on üks selline näitaja. Paljud uuringud on kindlaks teinud raskmetallide negatiivse mõju ensüümide aktiivsusele. Samas on teada, et agrokeemilistel ainetel on mulla ensümaatilist aktiivsust kaitsev toime. Püüdsime käsitleda seda probleemi kompleksina ja teha kindlaks, kas agrokeemiliste ainete keskkonnakaitselised omadused avalduvad seoses mulla ensümaatilise aktiivsusega, kui see on saastunud biogeensete ja abiogeensete metallidega. Seda agrokeemiliste vahendite poolt saab tuvastada ainult siis, kui katse erinevates variantides on sama kogus HM-e ja see on võimalik ainult samade mulla happesuse näitajate korral. Selliseid eksperimentaalseid andmeid meil kirjandusest leida pole õnnestunud.

1. KIRJANDUSE ÜLEVAADE

1.1. Muldade ensümaatilise aktiivsuse mõiste.

Kõik bioloogilised protsessid, mis on seotud ainete ja energia muundumisega pinnases, viiakse läbi ensüümide abil, millel on oluline roll taimetoitainete mobiliseerimisel, samuti kõige olulisemate biokeemiliste protsesside intensiivsuse ja suuna määramisel. huumuse süntees ja lagunemine, orgaaniliste ühendite hüdrolüüs ja mulla redoksrežiim (, 1976; 1979 jt).

Mulla ensümaatilise aktiivsuse teke ja toimimine on keeruline ja mitmefaktoriline protsess. Süsteemiökoloogilise kontseptsiooni kohaselt on see ökoloogiliselt määratud pinnasesse sisenemise, stabiliseerumise ja ensüümi aktiivsuse avaldumise protsesside ühtsus (Khaziev, 1991). Need kolm seost on määratletud kui ensüümide tootmise, immobiliseerimise ja toime blokaadid (Khaziev, 1962).

Ensüümid mullas on mulla biotsenoosi ainevahetusproduktid, kuid arvamused erinevate komponentide panuse kohta nende kogunemisse on vastuolulised. Mitmed uurijad (Kozlov, 1964, 1966, 1967; Krasilnikov, 1958; jt) on seisukohal, et mulla ensüümidega rikastamisel on põhiroll taimede juurerekreedil, teised (Katsnelson, Ershov, 1958 jt .) - mullaloomad, enamus (Galstyan, 1963; Peive, 1961; Zvjagintsev, 1979; Kozlov, 1966; Drobnik, 1955; Hofmann ja Seegerer, 1951; Seegerer, 1953; Hofmann ja Hoffmann, 1 jt 965;5,1 Kiss 1965; ., 1958, 1964, 197 1; Sequi, 1974; jt) on arvamusel, et mulla ensümaatiline kogum koosneb rakusisestest ja rakuvälistest ensüümidest, mis on peamiselt mikroobse päritoluga.

Mullaensüümid osalevad taimede, loomsete ja mikroobide jääkainete lagundamisel, samuti huumuse sünteesil. Ensümaatiliste protsesside tulemusena eemaldatakse toitained raskesti seeditavatest

ühendid muudetakse taimedele ja mikroorganismidele kergesti ligipääsetavateks vormideks. Ensüüme eristab erakordselt kõrge aktiivsus, range toime spetsiifilisus ja suur sõltuvus erinevatest keskkonnatingimustest. Viimasel omadusel on suur tähtsus nende aktiivsuse reguleerimisel pinnases (Khaziev, 1982 ja

Muldade ensümaatiline aktiivsus vastavalt (1979)

koosneb:

a) rakuvälised immobiliseeritud ensüümid;

b) rakuvälised vabad ensüümid;

c) surnud rakkude intratsellulaarsed ensüümid;

d) rakusisesed ja ekstratsellulaarsed ensüümid, mis on moodustunud katse tehistingimustes ja ei ole sellele pinnasele iseloomulikud.

On kindlaks tehtud, et iga ensüüm toimib ainult täpselt määratletud ainele või sarnasele ainerühmale ja täpselt määratletud keemilise sideme tüübile. See on tingitud nende rangest spetsiifilisusest.

Oma biokeemiliselt on kõik ensüümid suure molekulmassiga valkained. Valkude polüpeptiidahel – ensüümid paikneb ruumis ülimalt kompleksselt, iga ensüümi jaoks unikaalselt. Aminohapete funktsionaalrühmade teatud ruumilise paigutusega molekulides6).

Ensümaatiline katalüüs algab aktiivse vaheühendi, ensüümi-substraadi kompleksi moodustumisega. Kompleks on substraadi molekuli kinnitumise tulemus ensüümi katalüütiliselt aktiivse saidiga. Sel juhul on substraadi molekulide ruumilised konfiguratsioonid mõnevõrra muudetud. uuele orienteeritud

reageerivate molekulide paigutamine ensüümile tagab aktivatsioonienergiat vähendavate ensümaatiliste reaktsioonide kõrge efektiivsuse (Khaziev, 1962).

Ensüümi katalüütilise aktiivsuse eest ei vastuta mitte ainult ensüümi aktiivne keskus, vaid ka kogu molekuli struktuur tervikuna. Ensümaatilise reaktsiooni kiirust reguleerivad paljud tegurid: temperatuur, pH, ensüümi ja substraadi kontsentratsioonid ning aktivaatorite ja inhibiitorite olemasolu. Aktivaatoritena võivad toimida orgaanilised ühendid, sagedamini aga mitmesugused mikroelemendid (Kuprevich, Shcherbakova, 1966).

Muld on võimeline reguleerima selles toimuvaid ensümaatilisi protsesse seoses sisemiste ja väliste tegurite muutumisega faktori- või allosteerilise regulatsiooni kaudu (Galstyan 1974, 1975). Pinnasesse viidud keemiliste ühendite, sealhulgas väetiste mõjul toimub allosteeriline regulatsioon. Faktorite reguleerimine on tingitud keskkonna happesusest (pH), keemilisest ja füüsikalisest koostisest, temperatuurist, niiskusest, vee-õhu režiimist jne. Mulla iseärasuste, huumusesisalduse ja biomassi ning muude tegurite mõju ensüümide aktiivsusele. Muldade bioloogilise aktiivsuse iseloomustamine on mitmetähenduslik (Galstyan 1974; Kiss 1971; Dalai 1975; McBride 1989; Tiler 1978).

Mulla ensümaatilist aktiivsust saab kasutada erinevate muldade viljakuse diagnostilise indikaatorina, sest ensüümide aktiivsus ei peegelda mitte ainult mulla bioloogilisi omadusi, vaid ka nende muutusi agroökoloogiliste tegurite mõjul (Galstyan, 1967; Chunderova, 1976; Chugunova, 1990 jne).

Ensüümide pinnasesse sisenemise peamised teed on mikroorganismide ja taimejuurte rakuvälised ensüümid, mis erituvad nende eluea jooksul ning rakusisesed ensüümid, mis satuvad mulda pärast mullaorganismide ja taimede surma.

Ensüümide eraldumine pinnasesse mikroorganismide ja taimejuurte poolt on tavaliselt kohanemisvõimeline, reageerides ensüümi või reaktsiooniprodukti toime substraadi olemasolule või puudumisele, mis on eriti väljendunud fosfataaside puhul. Liikuva fosfori puudumisel söötmes suurendavad mikroorganismid ja taimed järsult ensüümide vabanemist. Sellel seosel põhineb mulla fosfataasi aktiivsuse kasutamine taimede varustamise diagnostilise indikaatorina olemasoleva fosforiga (Naumova, 1954, Kotelev, 1964).

Erinevatest allikatest pinnasesse sattuvad ensüümid ei hävine, vaid jäävad aktiivseks olekuks. Tuleb eeldada, et ensüümid, olles mulla kõige aktiivsemad komponendid, koonduvad sinna, kus mikroorganismide elutegevus on kõige intensiivsem, st pinnase kolloidide ja mullalahuse vahelisele piirile. Eksperimentaalselt on tõestatud, et ensüümid mullas on peamiselt tahkes faasis (Zvjagintsev, 1979).

Arvukad katsed, mis viidi läbi ensüümide sünteesi inhibeerimise tingimustes mikroobirakkudes, kasutades tolueeni (Drobnik, 1961; Beck ja Poshenrieder, 1963), antibiootikume (Kuprevich, 1961; Kiss, 1971) või kiiritamist (McLaren et al., 1957). et pinnas sisaldab suures koguses "akumuleerunud ensüüme", millest piisab substraadi muundamiseks mõnda aega. Nende ensüümide hulgast võib nimetada invertaas, ureaas, fosfataas, amülaas jt.Teised ensüümid on antiseptikumi puudumisel palju aktiivsemad, mis tähendab, et nad kogunevad vähesel määral pinnasesse (a - ja P-galaktosidaas, dekstranaas, levanaas, malatesteraas jne). Kolmas rühm ensüüme ei kogune pinnasesse, nende aktiivsus avaldub alles mikroobse aktiivsuse puhangu ajal ja on indutseeritud substraadi poolt. Tänaseks kätte saadud

katseandmed näitavad erinevat tüüpi muldade ensümaatilise aktiivsuse erinevust (Konovalova, 1975; Zvyagintsev, 1976; Khaziev, 1976; Galstyan, 1974, 1977, 1978; jt).

Enim uuritud mullaensüümid on hüdrolaasid, mis esindavad ulatuslikku ensüümide klassi, mis viivad läbi erinevate keeruliste orgaaniliste ühendite hüdrolüüsireaktsioone, toimides erinevatele sidemetele: ester-, glükosiid-, amiid-, peptiid- jne. Hüdrolaasid on laialt levinud muldades ja mängivad olulist rolli nende rikastamisel.liikuvad ja piisavad toitained taimedele ja mikroorganismidele, hävitades kõrgmolekulaarseid orgaanilisi ühendeid. Sellesse klassi kuuluvad ensüümid ureaas (amidaas), invertaas (karbohüdraas), fosfataas (fosfohüdrolaas) jne, mille aktiivsus on mulla bioloogilise aktiivsuse kõige olulisem näitaja (Zvjagintsev, 1980).

Ureaas on ensüüm, mis osaleb lämmastiku metabolismi reguleerimises mullas. See ensüüm katalüüsib uurea hüdrolüüsi ammoniaagiks ja süsinikdioksiidiks, põhjustades orgaanilistes molekulides lämmastiku ja süsiniku vahelise sideme hüdrolüütilist lõhustumist.

Lämmastiku metabolismi ensüümidest on teistest paremini uuritud ureaasi. Seda leidub kõigis muldades. Selle aktiivsus korreleerub kõigi peamiste lämmastiku metabolismi ensüümide aktiivsusega (Galstyan, 1980).

Pinnas leidub ureaasi kahes peamises vormis: rakusisene ja rakuväline. Vaba ureaasi olemasolu pinnases võimaldas Briggsil ja Segalil (Briggs et al., 1963) isoleerida ensüümi kristalsel kujul.

Osa ekstratsellulaarsest ureaasist adsorbeeritakse mullakolloididega, millel on kõrge afiinsus ureaasi suhtes. Suhtlemine mullakolloididega kaitseb ensüümi mikroorganismide poolt lagunemise eest ja soodustab selle kuhjumist pinnasesse. Igal mullal on oma stabiilne ureaasi aktiivsuse tase, mille määrab mulla kolloidide võime,

peamiselt orgaanilised, omavad kaitsvaid omadusi (Zvjagintsev, 1989).

Mullaprofiilis näitab huumushorisont ensüümi suurimat aktiivsust, edasine jaotumine mööda profiili sõltub mulla geneetilistest omadustest.

Karbamiidi laialdase kasutamise tõttu lämmastikväetisena on selle muundumisega seotud probleemid ureaasi toimel praktiliselt olulised. Enamiku muldade kõrge ureaasi aktiivsus takistab karbamiidi kasutamist universaalse lämmastikutoiteallikana, kuna uurea kõrge hüdrolüüsi kiirus mulla ureaasi poolt põhjustab ammooniumiioonide lokaalset akumuleerumist, keskkonna reaktsiooni suurenemist leeliseliste väärtustega, ja selle tulemusena lämmastiku kadu mullast ammoniaagi kujul (Tarafdar J. C, 1997). Karbamiidi lagundamisel takistab ureaas selle isomeriseerumist fototoksiliseks ammooniumtsüanaadiks. Kuigi taimed kasutavad karbamiidi ennast osaliselt, ei saa seda ureaasi aktiivse toime tulemusena mullas pikka aega säilitada. Mitmete teadlaste uuringutes täheldati uurea lämmastiku lendumist ammoniaagi kujul pinnasest kõrge ureaasi aktiivsuse juures ning erinevate ureaasi inhibiitorite viimisel pinnasesse uurea hüdrolüüs aeglustus ja kaod suurenesid. vähem (Tool P. O., Morgan M. A., 1994). Karbamiidi hüdrolüüsi kiirust pinnases mõjutavad temperatuur (Ivanov ja Baranova, 1972; Galstyan, 1974; Cortez et al., 1972 jne), mulla happesus (Galstyan, 1974; Moiseeva, 1974 jne). Mulla küllastumine karbonaatidega avaldab negatiivset mõju (Galstyan, 1974), arseeni, tsingi, elavhõbeda, sulfaadioonide, vase- ja booriühendite olemasolu märkimisväärses koguses, orgaanilistest ühenditest alifaatsed amiinid, dehüdrofenoolid ja kinoonid inhibeerivad oluliselt ureaasi (Paulson, 1970). , Briggsatel., 1951).

Invertaasi aktiivsus on üks stabiilsemaid näitajaid, mis näitab kõige selgemaid seoseid mõjuteguritega. Uuringud (1966, 1974) tuvastasid korrelatsiooni invertaasi ja teiste mulla karbohüdraaside aktiivsuse vahel.

Invertaasi aktiivsust on uuritud paljudes muldades ja seda on käsitletud mitmetes ülevaatedokumentides (Aleksandrova ja Shmurova, 1975; Kuprevitš ja Štšerbakova, 1971; Kiss et al., 1971 jne). Invertaasi aktiivsus mullas väheneb piki profiili ja korreleerub huumusesisaldusega (Pukhitskaya ja Kovrigo, 1974; Galstyan, 1974; Kalatozova, 1975; Kulakovskaya ja Stefankina, 1975; Simonyan, 1976; Toth, 1987 jne). Korrelatsioon huumusega võib puududa, kuna mullas on märkimisväärne alumiiniumi, raua ja naatriumi sisaldus. Invertaasi aktiivsuse tihe seos mulla mikroorganismide arvu ja nende metaboolse aktiivsusega (Mashtakov et al., 1954; Katsnelson ja Ershov, 1958; Kozlov, 1964; Chunderova, 1970; Kiss, 1958; Hofinann, 1955 jne) näitab. eelis mulla mikroobse päritoluga invertaasides. Kuid see sõltuvus ei leia alati kinnitust (Nizova, 1970), invertaasi aktiivsus on palju stabiilsem näitaja ja ei pruugi olla otseselt seotud mikroorganismide arvu kõikumisega (Ross, 1976).

Aruande (1974) kohaselt on raske granulomeetrilise koostisega muldadel suurem ensümaatiline aktiivsus. Siiski on teateid, et invertaas inaktiveerub märgatavalt savimineraalide adsorptsioonil (Hofmann et al., 1961; Skujins, 1976; Rawald, 1970) ja kõrge montmorilloniidi sisaldusega muldadel on madal invertaasi aktiivsus. Invertaasi aktiivsuse sõltuvust mulla niiskusest ja temperatuurist ei ole piisavalt uuritud, kuigi paljud autorid seostavad hooajalisi aktiivsuse muutusi hüdrotermiliste tingimustega.

Temperatuuri mõju invertaasi potentsiaalsele aktiivsusele uuriti üksikasjalikult (1975), määrates optimaalseks temperatuuril umbes 60 °C, ensüümi inaktivatsiooniläve pärast pinnase kuumutamist 70 °C juures ja täielikku inaktiveerimist pärast kolme tunni möödumist. kuumutamine 180°C juures.

Paljud autorid on arvestanud muldade invertaasi aktiivsust sõltuvalt kasvavatest taimedest (Samtsevich ja Borisova, 1972; Galstyan, 1974; Ross 1976; Cortez et al., 1972 jne). Niiduprotsessi areng, kõrrelise katte all oleva paksu mätastiku tekkimine aitab kaasa invertaasi aktiivsuse suurenemisele (Galstyan, 1959). Siiski on töid, milles taimede mõju invertaasi aktiivsusele ei ole kindlaks tehtud (Konovalova, 1975).

Muldades on suur hulk fosforit orgaaniliste ühendite kujul, mis tuleb koos taimede, loomade ja mikroorganismide surevate jäänustega. Fosforhapet vabastab nendest ühenditest suhteliselt kitsas rühm mikroorganisme, millel on spetsiifilised fosfataasi ensüümid (Chimitdorzhieva et al., 2001).

Fosfori metabolismi ensüümidest on kõige põhjalikumalt uuritud ortofosformonofosfoesteraaside aktiivsust (Aleksandrova, Shmurova, 1974; Skujins J. J., 1976; Kotelev et al., 1964). Fosfataasi tootjad on peamiselt mulla mikroorganismide rakud (Krasilnikov ja Kotelev, 1957, 1959; Kotelev et al., 1964).

Pinnase fosfataasi aktiivsuse määravad kindlaks selle geneetilised omadused, füüsikalis-keemilised omadused ja põllumajanduskultuuri tase. Pinnase füüsikalistest ja keemilistest omadustest on fosfataasi aktiivsuse seisukohalt eriti oluline happesus. Happelise reaktsiooniga mätas-podsoolsed ja hallid metsamullad sisaldavad peamiselt happelisi fosfataase, nõrgalt aluselise reaktsiooniga muldades on ülekaalus aluselised fosfataasid. Tuleb märkida, et optimaalne aktiivsus happeline

fosfataas paikneb nõrgalt happelises tsoonis, isegi kui pinnas on tugevalt happeline (Khaziev, 1979; Shcherbakov et al., 1983, 1988). See asjaolu kinnitab happeliste muldade lupjamise tähtsust komplekssete orgaaniliste fosfaatide hüdrolüüsi kiirendamisel ja mulla rikastamisel olemasoleva fosforiga.

Täheldatud iseloomulik fosfataaside jaotus muldades sõltuvalt nende happesusest on tingitud mikrofloora koostisest. Pinnas toimivad teatud keskkonnatingimustega kohanenud mikroobikooslused, mis eritavad nendes tingimustes aktiivseid ensüüme.

Mulla kogufosfataasi aktiivsus sõltub huumuse ja orgaanilise fosfori sisaldusest, mis on ensüümi substraadiks.

Tšernozeme iseloomustab kõrgeim fosfataasi aktiivsus. Mätas-podsoolsetes ja hallides metsamuldades on fosfataasi aktiivsus madal. Nende happeliste muldade madal aktiivsus on tingitud fosfataaside tugevamast adsorptsioonist mulla mineraalide poolt. Selliste muldade vähese orgaanilise aine sisalduse tõttu on mineraalide adsorbeeriv pind rohkem paljastatud kui huumusrikkas tšernozemis, kus savimineraalid on kaetud humifitseeritud orgaanilise ainega.

Fosfataasi aktiivsus on kasvuperioodil dünaamiline. Taimede kasvu aktiivsetes faasides kõrge mullatemperatuuri ja piisava niiskuse korral suvekuudel on muldade fosfataasi aktiivsus maksimaalne (Evdokimova, 1989).

Mõnes pinnases täheldati seost fosfataasi aktiivsuse ja mikroorganismide koguarvu vahel (Kotelev et al., 1964; Aliev ja Gadžijev, 1978, 1979; Arutyunyan, 1975, 1977; jt) ning orgaanilisi aineid mineraliseerivate mikroorganismide arvu vahel. fosforiühendid (Ponomareva et al., 1972), teistes - fosfataasi aktiivsuse seos arvuga

mikroorganismid ei ole kindlaks tehtud (Ramirez-Martinez, 1989). Huumuse mõju avaldub ensüümi aktiivsuse muutumise olemuses piki profiili, kui võrrelda erineva huumusesisaldusega muldi ja võtta meetmeid mulla kultiveerimiseks (Aleksandrova ja Shmurova, 1975; Arutyunyan, 1977) . Paljude autorite uuringud näitavad muldade fosfataasi aktiivsuse otsest sõltuvust orgaanilise fosfori sisaldusest mullas (Gavrilova et al., 1973; Arutyunyan, Galstyan, 1975; Arutyunyan, 1977; jt).

Vaatleme üksikasjalikumalt muldade fosfataasikogumi tekkimise üldisi seaduspärasusi.

Märkimisväärse osa pinnase üldfosforist moodustavad fosfororgaanilised ühendid: nukleiinhapped, nukleotiidid, fütiin, letsitiin jne. Enamik mullas leiduvatest orgaanilistest fosfaatidest ei omasta taimede poolt otseselt. Nende imendumisele eelneb ensümaatiline hüdrolüüs fosfohüdrolaaside poolt. Pinnase fosfataaside substraadid on spetsiifilised humiinained, sealhulgas humiinhapete fosfor, aga ka mittespetsiifilised üksikühendid, mida esindavad nukleiinhapped, fosfolipiidid ja fosfoproteiinid, samuti metaboolsed fosfaadid. Esimesed kogunevad mulda humiinsete ainete biogeneesi tulemusena, teised reeglina sisenevad mulda koos taimejääkidega ja akumuleeruvad seal vahepealsete ainevahetusreaktsioonide produktidena.

Kõrgemate taimede roll põllumajanduses kasutatavate muldade fosfataasikogumi moodustamisel on väiksem kui mikroorganismidel ning on peamiselt seotud põllukultuuride jääkide ja juurte eritumise sattumisega mulda, mida kinnitavad ja (1994) andmed. ), kes uuris erinevate põllukultuuride mõju hüdrolüütilisele aktiivsusele

ja redoksensüümid; fosfataasid, invertaasid, proteaasid, ureaasid, katalaas õhukesel turbamullal. Fosfataasi aktiivsus oli ligikaudu ühesugune kõikidel kultuuridel: odral, kartulil ja mustal kesal ning vaid veidi rohkem püsikõrrelistel, samas kui teiste ensüümide aktiivsus varieerus oluliselt sõltuvalt mullakasutuse iseloomust.

, (1972) märkisid fosfataasi aktiivsuse suurenemist nisu ja kaunviljade risosfääris, mis võib olla seotud nii mikroorganismide arvu suurenemisega risosfääris kui ka juurte rakuvälise fosfataasi aktiivsusega. Agrokeemilisest seisukohast on oluline lõpptulemus - muldade ensümaatilise kogumi kasv koos taimejuuresüsteemide võimsuse suurenemisega.

Agrotsenooside ammendumine taimedes viib risosfääriefekti vähenemiseni ja selle tulemusena mulla fosfataasi aktiivsuse vähenemiseni. Monokultuuri kasvatamisel täheldati muldade fosfataasi aktiivsuse olulist vähenemist. Muldade kaasamine külvikorda loob tingimused hüdrolüütiliste protsesside parandamiseks, mis toob kaasa fosforiühendite metabolismi kiirenemise. (Evdokimova, 1992)

(1994) uurisid erineva koostisega loodusliku (metsa)taimestiku all tekkinud mätas-podsoolseid muldi ning määrasid kindlaks fosfataasi aktiivsuse jaotus mullaprofiilis, ensüümide labiilsete ja stabiilsete vormide vahekord ning nende ruumiline ja ajaline varieeruvus. On kindlaks tehtud, et loodusliku metsataimestiku alla tekkinud muldades erinevad geneetilised horisondid fosfataasi aktiivsuse poolest, mille jaotus profiilis on tihedas korrelatsioonis huumusesisaldusega. Kõrgeim fosfataasi aktiivsus oli andmetel täheldatud allapanukihis, seejärel langes see mitu korda huumusakumulatiivses kihis ja langes järsult mullakihis.

alla 20 cm kuusemetsa all olevas pinnases (metsataimestik). Niidutaimestiku all on veidi erinev jaotus: mätashorisondis on maksimaalne aktiivsus 1,5–2 korda madalam huumuskuhjumise horisondis ning edasine oluline langus on täheldatav alles 40–60 cm järel. , võime järeldada, et maksimaalne panus moodustumisse Loodusliku taimestiku all oleva fosfataasi kogumi varustavad substraadina mikroorganismid ja taimejäägid, samas kui juurerekreedil ja surmajärgsetel intratsellulaarsetel ensüümidel on mõnevõrra väiksem roll.

Biokeemiliste protsesside intensiivsus mullas ja selle viljakuse tase sõltub nii mulda ensüümidega varustavate elusorganismide olemasolu tingimustest kui ka teguritest, mis aitavad kaasa ensüümide fikseerimisele pinnases ja reguleerivad nende tegelikku toimet. tegevust.

1.2. Raskmetallide ja mikroelementide mõju muldade ensümaatilisele aktiivsusele.

Üks paljutõotav suund ensümaatilise aktiivsuse kasutamiseks muldade bioloogiliste omaduste diagnoosimisel on mulla HM-idega saastatuse taseme tuvastamine.

Raskmetallid, mis satuvad pinnasesse erinevate keemiliste ühendite kujul, võivad sellesse koguneda kõrgel tasemel, mis kujutab endast olulist ohtu mullaelustiku normaalsele talitlusele. Kirjandusse on kogunenud suur hulk andmeid, mis viitavad HM-idega mullareostuse negatiivsele mõjule mullaelustikule. Kui keemiline tasakaal mullas on häiritud, tekib stressirohke olukord. On tõendeid selle kohta, et bioloogilised näitajad reageerivad varem kui agrokeemilised muutuvatele tingimustele, mis mõjutavad mulla erinevaid omadusi (Lebedeva,

Bibliograafia

Katalüüsitud reaktsioonide tüübi järgi jagunevad kõik teadaolevad ensüümid kuue klassi:

1. Redoksreaktsioone katalüüsivad oksüdoreduktaasid.

2. Hüdrolaasid, mis katalüüsivad erinevate ühendite molekulisiseste sidemete hüdrolüütilise lõhustamise reaktsioone.

3. Transferaasid, mis katalüüsivad keemilise rühma ja jääkide molekulidevahelise või intramolekulaarse ülekande reaktsioone keemilistes sidemetes sisalduva energia samaaegse ülekandega.

4. Ligaasid (süntetaasid), mis katalüüsivad kahe molekuli ühendusreaktsioone koos ATP või mõne muu sarnase trifosfaadi firofosfaatsidemete lõhenemisega.

5. Lüaasid, mis katalüüsivad mittehüdrolüütilise lõhustamise või orgaaniliste ühendite erinevate keemiliste rühmade kaksiksidemetele lisamise reaktsioone.

6, Isomeraasid, mis katalüüsivad orgaaniliste ühendite isomeerideks muutumise reaktsioone.

Mulla biodünaamikas väga olulised oksüdoreduktaasid ja hüdrolaasid on pinnases laialdaselt levinud ja neid uuritakse põhjalikult.

katalaas

(H2O2: H2O2-oksidoreduktaas)

Katalaas katalüüsib vesinikperoksiidi lagunemist vee ja molekulaarse hapniku moodustumisega:

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

Vesinikperoksiid moodustub elusorganismide hingamise käigus ja orgaaniliste ainete oksüdatsiooni erinevate biokeemiliste reaktsioonide tulemusena. Vesinikperoksiidi toksilisuse määrab selle kõrge reaktsioonivõime, mida väljendab singletthapnik *O 2 . Selle kõrge reaktsioonivõime põhjustab kontrollimatuid oksüdatsioonireaktsioone. Katalaasi roll on see, et see hävitab organismidele mürgise vesinikperoksiidi.

Katalaas on laialt levinud elusorganismide, sealhulgas mikroorganismide ja taimede rakkudes. Muldadel on ka kõrge katalaasi aktiivsus.

Mulla katalaasi aktiivsuse määramise meetodid põhinevad vesinikperoksiidi lagunemiskiiruse mõõtmisel selle interaktsioonil pinnasega eraldunud hapniku mahu järgi (gasomeetrilised meetodid) või lagunemata peroksiidi koguse järgi, mis määratakse permanganomeetrilise tiitrimise või kolorimeetrilise meetodiga. värviliste komplekside moodustumine.

E.V. Dadenko ja K.Sh. Kazejevi sõnul leiti, et kõigi ensüümide katalaasi aktiivsus väheneb suurimal määral proovide säilitamise ajal, mistõttu tuleb selle määramine läbi viia esimesel nädalal pärast proovide võtmist.

Meetod A.Sh. Galstjan

Analüüsi edenemine. Katalaasi aktiivsuse määramiseks kasutatakse seadet kahest kummivoolikuga ühendatud büretist, mis täidetakse veega ja tasakaalustavad selle taset. Teatud veetaseme hoidmine bürettides näitab temperatuuri tasakaalu saavutamist seadmes. Mullaproov (1 g) viiakse topeltkolvi ühte kambrisse. Kolvi teise kambrisse valatakse 5 ml 3% vesinikperoksiidi lahust. Kolb suletakse tihedalt klaastoruga kummikorgiga, mis ühendatakse kummivoolikuga mõõtebüretiga.

Katse viiakse läbi temperatuuril 20 ° C, kuna erineval temperatuuril on reaktsioonikiirus erinev, mis moonutab tulemusi. Põhimõtteliselt pole oluline mitte õhu, vaid peroksiidi temperatuur, see peaks olema 20 0 C. Kui õhutemperatuur on palju kõrgem kui 20 0 C (suvel), on soovitatav kaasas kanda. analüüs keldris või muus jahedas ruumis. Sellistel juhtudel on soovitatav kasutada veevanni, mille temperatuur on 20 ° C, vaevalt tõhus.

Katse algust märgib stopper või liivakell hetkel, mil peroksiid segatakse mullaga ja anuma sisu loksutatakse. Segu loksutatakse kogu katse ajal, püüdes mitte puudutada kolbi kätega, hoides seda korgist. Vabanenud hapnik tõrjub büretist välja vee, mille tase märgitakse 1 ja 2 minuti pärast. Soovitus määrata hapniku kogus iga minuti järel 3 minuti jooksul, mis on tingitud peroksiidi lagunemisreaktsiooni sirgjoonelisusest, suurendab ainult analüüsile kuluvat aega.

See meetod võimaldab ühel teadlasel analüüsida enam kui 100 proovi katalaasi aktiivsust päevas. Analüüsi on mugav teha koos, kasutades 5-6 anumat. Samal ajal on üks inimene otseselt seotud analüüsiga ja jälgib büreti taset ning teine ​​kellaaega, salvestab andmeid ja peseb anumaid.

Kontrollina kasutati kuiva kuumusega steriliseeritud (180 °C) mulda. Mõnedel muldadel, ühenditel ja mineraalidel on ka pärast steriliseerimist kõrge anorgaanilise peroksiidi lagunemise katalüüsi aktiivsus – kuni 30-50% koguaktiivsusest.

Katalaasi aktiivsust väljendatakse milliliitrites O 2 , mis vabaneb 1 minuti jooksul 1 g pinnasest.

Reaktiivid: 3% H 2 O 2 lahus. Perhüdrooli kontsentratsiooni tuleb perioodiliselt kontrollida, töölahus valmistatakse vahetult enne analüüsi. Perhüdrooli kontsentratsiooni määramiseks analüütilisel kaalul kaalutakse 1 g H 2 O 2 100 ml mahuga mõõtekolbi, maht reguleeritakse märgini ja loksutatakse. Viige 20 ml saadud lahust 250 ml koonilisse kolbi (3 kordust), lisage 50 ml destilleeritud vett ja 2 ml 20% H 2 SO 4 . Seejärel tiitriti 0,1 N-ga. KMnO 4 lahus. 1 ml KMnO 4 lahust vastab 0,0017008 g H 2 O 2 -le. Pärast perhüdrooli kontsentratsiooni määramist valmistatakse 3% lahus, lahjendades seda destilleeritud veega. KMnO 4 tiitrimislahus valmistatakse fiksanaalist ja hoitakse tiitri määramiseks mitu päeva.

Dehüdrogenaasid

(substraat: NAD(P)-oksidoreduktaas).

Dehüdrogenaasid katalüüsivad redoksreaktsioone, dehüdrogeenides orgaanilisi aineid. Need käivad vastavalt järgmisele skeemile:

AN 2 + V A + VN 2

Pinnases võib dehüdrogeenimise substraadiks olla mittespetsiifilised orgaanilised ühendid (süsivesikud, aminohapped, alkoholid, rasvad, fenoolid jne) ja spetsiifilised (huumusained). Redoksreaktsioonides esinevad dehüdrogenaasid toimivad vesiniku kandjatena ja jagunevad kahte rühma: 1) aeroobsed, mis kannavad mobiliseeritud vesinikku õhuhapnikku; 2) anaeroobsed, mis kannavad vesinikku teistele aktseptoritele, ensüümidele.

Peamine meetod dehüdrogenaaside toime tuvastamiseks on madala redokspotentsiaaliga indikaatorite, näiteks metüleensinise redutseerimine.

Mulla dehüdrogenaaside aktiivsuse määramiseks kasutatakse vesinikuna värvituid tetrasooliumsoolasid (2,3,5-trifenüültetrasooliumkloriid - TTX), mis redutseeritakse punasteks formasaaniühenditeks (trifenüülformasaan - TFF).

Analüüsi edenemine. Portsjon (1 g) ettevalmistatud mulda asetatakse ettevaatlikult läbi lehtri 12–20 ml katseklaasi põhja ja segatakse hoolikalt. Lisage 1 ml 0,1 M dehüdrogeenimissubstraadi lahust (glükoosi) ja 1 ml värskelt valmistatud 1% TTX lahust. Katseklaasid asetatakse anaerostaati või vaakummeksikaatorisse. Määramine viiakse läbi anaeroobsetes tingimustes, mille jaoks õhk eemaldatakse 10–12 mm Hg hõrenemisega. Art. 2-3 minutiks ja asetage termostaadi 24 tunniks temperatuurile 30 °C. Pinnase inkubeerimisel substraatidega ei lisata tolueeni antiseptikuna, kuna; see pärsib tugevalt dehüdrogenaaside toimet. Kontrollina kasutati steriliseeritud mulda (temperatuuril 180 °C 3 tundi) ja ilma mullata substraadid. Pärast inkubeerimist lisatakse kolbidele 10 ml etüülalkoholi või atsetooni, loksutatakse 5 minutit. Saadud värviline TPP lahus filtreeritakse ja kolorimeetriliselt. Väga intensiivse värvusega lahust lahjendatakse alkoholiga (atsetooniga) 2-3 korda. Kasutage 10 mm küvette ja valgusfiltrit lainepikkusega 500-600 nm. Formasaani kogus mg-des arvutatakse standardkõvera põhjal (0,1 mg 1 ml-s). Dehüdrogenaaside aktiivsust väljendatakse mg TTP-s 10 g pinnase kohta 24 tunni jooksul.Määramise viga on kuni 8%.

Reaktiivid:

1) 2,3,5-trifenüültetrasooliumkloriidi 1% lahus;

2) 0,1 M glükoosilahus (18 g glükoosi lahustatakse 1000 ml destilleeritud vees);

3) etüülalkohol või atsetoon;

4) trifenüülformasaan standardskaala jaoks. Kalibreerimiskõvera koostamiseks valmistage ette rida lahuseid etüülalkoholis, atsetoonis või tolueenis formasaani kontsentratsiooniga (0,01 kuni 0,1 mg formatsaani 1 ml-s) ja fotokolorimeetrilist, nagu ülalpool kirjeldatud.

Formasaani puudumisel saadakse see TTX redutseerimisel naatriumvesiniksulfitiga (ammooniumsulfit, tsingipulber glükoosi juuresolekul). TTX lahuse algkontsentratsioon on 1 mg/ml. Kristalliline naatriumvesiniksulfit lisatakse 2 ml TTX alglahusele lantseti otsas. Sadestunud formazaan lahustatakse 10 ml tolueenis. See kogus tolueeni sisaldab 2 mg formasaani (0,2 mg/ml). Edasine lahjendamine valmistab skaala jaoks ette töölahused.

Invertaas

(β-fruktofuranosidaas, sahharaas)

Invertaas on karbohüdraas, see toimib β-fruktofuranosidaasi sidemele sahharoosis, rafinoosis, gentianoosis jne. See ensüüm hüdrolüüsib kõige aktiivsemalt sahharoosi, moodustades redutseerivad suhkrud - glükoos ja fruktoos:

invertaas

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

sahharoos glükoos fruktoos

Invertaas on looduses laialt levinud ja seda leidub peaaegu igat tüüpi muldades. Väga kõrge invertaasi aktiivsus leiti mägisel niidumuldadel. Invertaasi aktiivsus on selgelt korrelatsioonis huumusesisalduse ja mulla viljakusega. Väetiste mõju uurimisel on soovitatav hinnata nende tõhusust. Mulla invertaasi aktiivsuse määramise meetodid põhinevad Bertrandi järgi redutseerivate suhkrute kvantitatiivsel arvestusel ning sahharoosilahuse optiliste omaduste muutustel enne ja pärast kokkupuudet ensüümiga. Esimest meetodit saab kasutada väga laia aktiivsuse amplituudi ja substraadi kontsentratsiooniga ensüümi uurimiseks. Polarimeetrilised ja fotokolorimeetrilised meetodid on suhkrute kontsentratsiooni suhtes nõudlikumad ja on vastuvõetamatud kõrge orgaanilise aine sisaldusega muldade puhul, kus saadakse värvilisi lahuseid; seetõttu on need meetodid mullauuringutes piiratud kasutusega.

1

Nende ökoloogilise seisundi hindamiseks viidi läbi Ülem-Volga piirkonna agrosüsteemide mulla ensümaatilise aktiivsuse uuring, mis tekkis pikaajalistes statsionaarsetes katsetes mätas-podsoolsetel ja hallidel metsamuldadel. Metsaökosüsteemide mätas-podsoolses mullas on invertaasi aktiivsuse keskmine tase 21,1 mg glükoosi/1 g mulla kohta, agrosüsteemide mullas aga 8,6 mg glükoosi/1 g mulla kohta. Põllumajanduslik kasutamine vähendas invertaasi aktiivsust keskmiselt 2,5 korda. Eriti tugevat invertaasi langust on näha nulltaustadel, kus põllukultuuride kasvatamiseks võetakse igal aastal agrotehnilisi meetmeid ilma väetist kasutamata. Agroökosüsteemide mullas oli ureaasi keskmine aktiivsus 0,10 mg N-NH4/1g mulla kohta, metsaökosüsteemide mullas oli see veidi kõrgem - 0,13 mg N-NH4/1g, mis tuleneb eelkõige mätaste geneetilistest omadustest. -podsoolsed mullad ja nende viljakuse tase. Hallil metsamullal uuritud agrogeense koormuse tase mullaensüümide aktiivsusele negatiivset mõju ei avaldanud, vaid vastupidi, põllumaal on tendents nende aktiivsuse suurenemisele, millega kaasneb ka ensüümide mobiliseerimine. bioloogiliste protsesside üldine aktiivsus mullas võrreldes kesaga. Mõju intensiivsus muldkattele erinevate tehnoloogiliste meetodite abil avaldus ensümaatilise aktiivsuse näitajate vähenemises ainult mädane-podsoolsetel muldadel. Ökoloogilises plaanis võib neid tulemusi pidada märgiks muldkatte reageerimisest välisele inimtegevusele.

põllumajandusmaastikud

invertaas

katataas

mätas-podzolic

hallid metsamullad

ensümaatiline aktiivsus

1. Witter A.F. Mullaharimine kui mullaviljakust reguleeriv tegur /A.F. Witter, V.I. Turusov, V.M. Garmašov, S.A. Gavrilov. - M.: Infra-M, 2014. - 174 lk.

2. Dzhanaev Z.G. Venemaa lõunaosa muldade agrokeemia ja bioloogia / Z.G. Džanajev. - M.: Moskva Riikliku Ülikooli kirjastus, 2008. - 528 lk.

3. Zvjagintsev DG. Mullabioloogia / DG. Zvjagintsev, N.A. Babieva. - M., 2005. - 520 lk.

4. Zinchenko M.K. Vladimir opoli halli metsamulla agromaastike ensümaatiline potentsiaal / M.K. Zinchenko, S.I. Zinchenko // Kaasaegse loodusteaduse õnnestumised. - 2015. - nr 1. - S. 1319-1323.

5. Zinchenko M.K. Halli metsamulla mulla mikrofloora reaktsioon erineva intensiivsusastmega väetisesüsteemide pikaajalisele kasutamisele / M.K. Zinchenko, L.G. Stoyanova // Agrotööstuskompleksi teaduse ja tehnoloogia saavutused. - 2016. - nr 2. - T. 30. - Lk 21-24.

6. Emtsev V.T. Mikrobioloogia: õpik ülikoolidele / V.T. Yemtsev. – M.: Bustard, 2005. – 445 lk.

7. Enkina O.V. Kubani tšernozemide viljakuse säilitamise mikrobioloogilised aspektid / O.V. Enkina, N.F. Korobsky. - Krasnodar, 1999. - 140 lk.

8. Mulla mikrobioloogia ja biokeemia meetodid; [toim. DG Zvjagintsev]. - M.: Moskva Riikliku Ülikooli kirjastus, 1991. - 292 lk.

9. Khaziev F.Kh. Agrotsenooside muldade ensümaatiline aktiivsus ja selle uurimise väljavaated / F.Kh. Khaziev, A.E. Gulko // Mullateadus. - 1991. - nr 8. - S. 88-103.

10. Khaziev F.Kh. Mulla ensümoloogia meetodid / F.Kh. Khaziev. – M.: Nauka, 2005. – 254 lk.

Muldade agroökoloogilisi funktsioone väljendavad teatud kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed parameetrilised tunnused, millest olulisemad on bioloogilised näitajad. Taimejääkide lagunemisprotsessid, huumuse süntees ja mineraliseerumine, toitainete raskesti ligipääsetavate vormide muutumine taimedele seeditavateks vormideks, ammonifikatsiooni kulg, nitrifikatsioon ja vaba lämmastiku fikseerimine õhus on tingitud mulla mikroorganismide aktiivsus.

Ensüümide osalusel toimuvad ainevahetuse ja energia protsessid orgaaniliste ühendite lagunemisel ja sünteesil, raskesti seeditavate toitainete üleminekul taimedele ja mikroorganismidele kergesti ligipääsetavatesse vormidesse. Seetõttu on mulla ensümaatiline aktiivsus kõige olulisem diagnostiline näitaja inimtekkelise koormuse mõju kohta mullasüsteemidele. See kehtib eriti agroökosüsteemide kohta, millel on iga-aastane agrotehniline mõju mullale. Mullaensüümide aktiivsuse määramine on väga oluline agrotehniliste meetmete ja agrokeemiliste ainete mõju määra määramiseks bioloogiliste protsesside aktiivsusele, et hinnata peamiste organogeensete elementide mobilisatsiooni kiirust.

Uurimise eesmärk eesmärk oli hinnata Ülem-Volga piirkonna agrosüsteemide muldade ökoloogilist seisundit ensümaatilise aktiivsuse seisukohalt. Uuritavateks objektideks olid erineva podsoolistumise astmega mädane-podsoolsed mullad ja hallid metsamullad külgnevatel põlis- ja kultuurmaastikel.

Uurimistöö materjalid ja meetodid

Kuna pikaajaliste statsionaarsete katsetega on võimalik saada objektiivseid andmeid mulla viljakuse ja selle bioloogilise aktiivsuse kohta, võeti uuringu jaoks mullaproove pikaajaliste statsionaarsete katsete variantides, mis paiknesid Kostroma Põllumajanduse Uurimisinstituudi, Ivanovo Põllumajanduse Instituudi baasil. Akadeemia ja Vladimiri Põllumajanduse Teadusinstituut. Selle tulemusena analüüsiti ensüümi aktiivsust mätases podsoolse kerges savipinnas (katse 1, Kostroma), mätases keskmise podsoolse kerges savipinnas (katse 2, Ivanovo); väävelmets keskmiselt savine muld (katse 3, Suzdal).

Et oleks võimalik kindlaks teha erinevat tüüpi inimtekkelise koormuse mõju agroökosüsteemide muldadele, uurisime katselappidega külgnevate häirimatute ökosüsteemide võrdlusmullaproove. Mädane-podsoolse muldade esmased variandid olid männimetsaalused alad, kus oli lehtpuidu segu. Pikaajalise kesa hallid metsamullad moodustuvad laialehiste metsade all, mille pinnases on rohkesti põõsaid.

Vladimiri opolye halli metsamulda iseloomustab keskmine orgaanilise aine kogunemine. Huumuse sisaldus horisondis A1 (A p) on 1,9 - 4%; huumushorisont on õhuke (17-37 cm). Nendele muldadele iseloomulik happesuse väärtus on väiksem kui mädane-podsoolmuldadel, domineerivad nõrgalt happelised mullad (рН=5,2-6,0). Seetõttu iseloomustavad Vladimiri oblasti halle metsamuldasid soodsamad agrokeemilised näitajad võrreldes mätas-podsoolsete muldadega. Kohanevate maastikupõllumajandussüsteemide (ALAS) efektiivsuse uurimiseks loodi 1997. aastal statsionaarne välikatse hallil metsamullal. Uuritud variantidel on 6-põllulise külvikorra vahelduseks sisse toodud: null taustal - sõnnik 40t/ha (korraga); keskmiselt - N 240 R 150 K 150; kõrge intensiivsusega mineraal - N 510 R 480 K 480; kõrge intensiivsusega organomineraal - sõnnik 80t / ha (korraga) + N 495 R 300 K 300.

Ivanovo Põllumajandusakadeemia katselapi mulla huumusesisaldus on 1,92%; pH xl - 4,6-6,4; P 2 O 5 - 170-180 mg / kg mulla kohta, K 2 O - 110-170 mg / kg mulla kohta. Põllukihi paksus on 21-23 cm.Katsega alustati 1987. aastal. Mullaproovid võeti nelja põllu külvikorras normaalsel taustal (N 30 P 60 K 60) kahe mullaharimismeetodi järgi - laudkünd 20-22 cm sügavusele (S) ja vormita lamelõikamine 20-ni. -22 cm (PO).

Kostroma Põllumajanduse Uurimise Instituudi pikaajalise statsionaarse katse soos-podsoolse mulla viljakust proovivõtuperioodil iseloomustasid järgmised keskmised näitajad: huumusesisaldus 1,39-1,54%; pH xl - 4,6-6,4; P2O5 - 105-126 mg/kg; K 2 O - 104-156 mg / kg. Pikaajaline statsionaarne põldkatse, mille eesmärk oli uurida lubja mõju mulla omadustele ja põllukultuuride saagikusele, loodi 1978. aastal. Uuringud viidi läbi seitsme põllu külvikorras. Selle töö jaoks valiti mullaproovid variantides N 45 P 45 K 45 - nullfoon; - normaalne ja Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135) - intensiivne. Katse meliorandiks oli dolomiidijahu, mida lisati üks kord katse munemisel doosiga 25 t/ha, Ca 2,5 (NPK) 3 variandi puhul. Variandis Ca 0,5 + Ca 0,5 (NPK) 1 kasutati melioranti fraktsionaalselt, esimest korda - katse alguses doosis 5 t/ha, hüdrolüütiline happesus 0,5; taas - 2007. aasta neljanda külvikorra lõpus sügisel, künni all, doosis 3,2 t/ha, 0,5 hüdrolüütilise happesuse nõudest.

Mullaproovides määrati: katalaasi aktiivsus gaasimeetrilise meetodiga vastavalt Galstyani meetodile, invertaasi aktiivsus I.N. meetodil. Romeiko, S.M. Malinovskaya ja ureaasi aktiivsus T.A. meetodil. Štšerbakova. Nende mullaensüümide aktiivsus on otseselt seotud süsiniku, lämmastiku ja redoksprotsesside muundamisega ning iseloomustab seetõttu mulla mikroorganismide funktsionaalset seisundit. Nende parameetrite põhjalik määramine võimaldab täpsemalt määrata mullasortide ensümaatilise kogumi aktiivsuse muutuste suunda.

Ensüümide aktiivsuse biokeemilised uuringud viidi läbi perioodil 2011-2013. mullakihis 0-20 cm, kuna peamine bioloogiline aktiivsus ja kõrgeim biogeensus on omane mullaprofiili ülemistele kihtidele, mis on maksimaalselt rikastatud orgaanilise ainega, kus on mikrofloorale kõige soodsam hüdrotermiline ja õhurežiim.

Uurimistulemused ja arutelu

Looduses toimuva süsinikuringe kõige olulisem lüli on süsivesikute ensümaatilise muundamise staadium mullakeskkonnas. See tagab pinnasesse suurtes kogustes siseneva orgaanilise materjali liikumise ja sinna kogunenud energia, samuti selle akumuleerumise mulda huumuse kujul, kuna sel juhul tekivad huumuseeelsed komponendid.

Mulda sattuvad taimejäägid on 60% süsivesikud. Mullast leiti mono-, di- ja polüsahhariide (tselluloosid, hemitselluloosid, tärklis jt). On ilmne, et agroökoloogilised mõjud, mis põhjustavad muutusi muldade füüsikalis-keemilises ja bioloogilises seisundis, mõjutavad süsivesikute ainevahetuse ensüümide aktiivsust. Andmed mulla invertaasi aktiivsuse kohta on toodud tabelis 1.

Tabel 1

Invertaasi aktiivsus agroökosüsteemide muldades

	Proovivõtu koht	Agroökosüsteemid	Invertaasi aktiivsus, mg glükoosi/1g mulda 40 tunni jooksul
Sod-podzolic kerge savine muld	Kostroma	Mets (kontroll)
		Null taust N 45 R 45 K 45
		Tavaline Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensiivne Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Mätas-keskmine podzolic kerge savine		Mets (kontroll)
		Tavaline N 30 R 60 K 60
		Tavaline N 30 R 60 K 60
		Deposiit (kontroll)
		* Null taust
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		kõrge intensiivsusega mineraalne N 120 R 120 K 120
		N 120 R 120 K 120; Sõnnik 80t/ha + N 90

Märkus: Tabelis on toodud väetiste doosid hallil metsamullal uuringuperioodil.

Selgus, et metsaökosüsteemide mätas-podsoolses mullas on invertaasi aktiivsuse keskmine tase 21,1 mg glükoosi 1 g mulla kohta ja agrosüsteemide mullas - 8,6 mg glükoosi 1 g mulla kohta. See tähendab, et põllumaa põllumajanduslik kasutamine mõjutas oluliselt invertaasi aktiivsust, vähendades seda keskmiselt 2,5 korda.

Eriti tugevat invertaasi langust on näha nulltaustadel, kus põllukultuuride kasvatamiseks võetakse igal aastal agrotehnilisi meetmeid ilma väetist kasutamata. Selle põhjuseks võib olla väike morni sissevool juurviljajääkide näol, aga ka füüsikalis-keemiliste omaduste muutus mullaharimise tagajärjel.

Halli metsamulla agrotehniline kasutamine ei vähenda oluliselt süsivesikute ainevahetuse aktiivsust võrreldes kesapinnasega. Pikaajalise kesa aladel on keskmine invertaasi aktiivsus 50,0 mg glükoosi 1 g mulla kohta 40 tunni jooksul, mis on 9% kõrgem kui haritava maa keskmine. Ensüümide väärtuste kõikumine agrosüsteemide hallis metsamullas 2-aastase uurimistöö (2012-2013) jooksul oli V = 7,6%, keskmiselt XS = 45,8 mg glükoosi / 1 g mulda 40 tunni jooksul. Väetisesüsteemide mõju invertaasi aktiivsusele on keskmisel taustal kõige tugevam. Selles variandis olid ensüümi aktiivsuse näitajad oluliselt kõrgemad (НСР 05 = 2,9) kui teistel intensiivistumise taustadel. Seetõttu luuakse keskmiste väetiste annuste kasutamisel soodsad tingimused aromaatsete seeriate orgaaniliste ühendite muutmiseks huumuskomponentideks. Seda kinnitavad andmed orgaanilise süsiniku sisalduse kohta, kuna huumuse maksimaalsed varud on kogunenud keskmiselt 3,62% taustal.

Üks mulla ensümaatilise aktiivsuse informatiivseid näitajaid on ureaasi aktiivsus. Paljud teadlased peavad ureaasi aktiivsust orgaaniliste ksenobiootikumidega saastunud pinnase isepuhastumisvõime näitajaks. Ureaasi toime on seotud lämmastiku ja süsiniku vahelise sideme (CO-NH) hüdrolüütilise lõhustumisega lämmastikku sisaldavate orgaaniliste ühendite molekulides. Agroökosüsteemides näitab ureaasi aktiivsuse kiire tõus ka võimet akumuleerida mullas ammoniaaklämmastikku. Seetõttu märgivad paljud teadlased positiivset korrelatsiooni ureaasi aktiivsuse ning muldade lämmastiku- ja huumusesisalduse vahel.

Asjaolu, et kirjeldatud mätased podsoolsed mullad on esialgse orgaanilise substraadiga halvasti varustatud, näitab selle ensüümi madal aktiivsus (tabel 2). Meie uuringutes oli ureaasi keskmine aktiivsus agroökosüsteemide mullas 0,10 mg N-NH 4 /1g mullas, metsaökosüsteemide mullas on see veidi kõrgem - 0,13 mg N-NH 4 /1g, mis on eelkõige tingitud mätas-podsoolsete muldade geneetilistele omadustele ja nende viljakuse tasemele.

tabel 2

Ureaasi aktiivsus agrosüsteemide muldades

	Proovivõtu koht	Agroökosüsteemid	Ureaasi aktiivsus, mg N-NH 4 /1g mulda 4 tunni jooksul
Sod-podzolic kerge savine muld	Kostroma	Mets (kontroll)
		Null taust N 45 R 45 K 45
		Tavaline Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensiivne Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Mätas-keskmine podzolic kerge savine		Mets (kontroll)
		Tavaline N 30 R 60 K 60
Hall metsa keskmine savikas muld		Deposiit (kontroll)
		Null taust
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		kõrge intensiivsusega mineraalne N 120 R 120 K 120
		Kõrge intensiivsusega organomineraal N 120 R 120 K 120; Sõnnik 80t/ha + N 90

Looduslike biotoopide tasemel säilib ureaasi aktiivsus katses 1, kus agrotehniliste meetmetena oli lisaks mineraalväetiste kasutamisele ka mulla lupjamine. Vesiniku ja alumiiniumiioonide sisalduse vähenemise taustal pinnases - absorbeeriva kompleksi korral täheldatakse ensüümi aktiivsuse stabiliseerumist.

Mätas-podsoolsete muldade kultiveerimine ilma lubjamaterjalide süstemaatilise lisamiseta, isegi kui kasutatakse mineraalväetisi keskmisi doose, laudkündmise ja tasapinnalise kobestamise teel (katse 2) viib ureaasi aktiivsuse vähenemiseni võrreldes nende looduslike kolleegidega.

Hallil metsamuldadel tehtud uuringud näitavad, et nendes muldades on ureaasi aktiivsuse tase keskmiselt 2,5 korda kõrgem kui mädane-podsoolmuldadel, mis on tingitud mullatekke geneesist ja nende viljakuse tasemest. Sellest annavad tunnistust nii maardla looduslike biotoopide kui ka agroökosüsteemide muldade andmed. Paljud teadlased on leidnud, et ureaasi aktiivsus on otseselt võrdeline orgaanilise süsiniku kogusega pinnases.

Looduslike biotoopide tasandil märgiti ureaasi aktiivsuse näitajat väga intensiivse organomineraalse tausta taustal - 0,34 mg N-NH 4 /1g mulda (katse 3). Väga intensiivse organomineraalse tausta taustal tõusis ureaasi aktiivsus võrreldes teiste agroökosüsteemide ja kesadega. Selle põhjuseks on eelkõige asjaolu, et selle variandi uurimise perioodil võeti kasutusele 80 t/ha sõnnikut, mis rikastas mulda värske orgaanilise aine, karbamiidiga ja stimuleeris urobakterite kompleksi arengut. Nagu pikaajalise kesa pinnases, tekib orgaaniliste mineraalväetiste pikaajalisel kasutamisel orgaaniline aine kõige laiema süsiniku ja lämmastiku suhtega (C:N). Seda tüüpi orgaaniline aine vastab ureaasi kõrgeimale aktiivsusele. Täheldatud suundumus näitab nende ökosüsteemide pinnase võimet intensiivselt akumuleerida ammoniaaklämmastikku. Oluliselt madalam (HSR 05 juures = 0,04) ensüümi aktiivsus teiste agroökosüsteemide mullas. Madalaim näitaja (0,21 mgN-NH 4 /1g) märgiti kõrge intensiivsusega mineraalse tausta taustal, kus 18 aastat anti ainult suurtes doosides mineraalväetisi. Võib eeldada, et ainult mineraalväetiste kasutamisel väheneb spetsiifilise energeetilise substraadi puudumise tõttu mulla mikroobide kogumis ureaasi tootvate bakterite ökoloogiline ja troofiline rühm.

Arvestades muldade ensümaatilist aktiivsust, tuleks tähelepanu pöörata orgaaniliste ühendite hüdrolüüsiproduktide oksüdeerumisele koos eelhuumusainete tekkega. Need reaktsioonid toimuvad oksidoreduktaaside osalusel, mille oluliseks esindajaks on katalaas. Katalaasi aktiivsus iseloomustab humiinainete biogeneesi protsesse. Katalaasi aktiivsuse näitajate väärtused mätas-podsoolsetes muldades näitavad ruumilist ja ajalist varieeruvust, kuid üldiselt kõikuvad need vahemikus 0,9-2,8 ml O 2 / 1 g mulla kohta minutis. (Tabel 3). Ivanovo ja Kostroma piirkondades moodustunud mätas-podsoolsete muldade agroökosüsteemides on katalaasi aktiivsuse näitajad nende looduslike vastete (metsamuldade) tasemel. See tähendab, et inimtekkelise koormuse määr ei avaldanud olulist mõju humiinainete biogeneesi protsessidele. Need kulgevad ühesuguse intensiivsusega nii nende agrosüsteemide muldades kui ka looduslike biotoopide pinnases. See on positiivne suundumus, kuna agroökosüsteemide teke kerge granulomeetrilise koostisega mätas-podsoolmuldadel ilma orgaanilisi väetisi kasutamata võib põhjustada katalaasi aktiivsuse suurenemist. Ensüümide aktiivsuse tõus iseloomustab mullas olevate humiinainete intensiivset muundumist nende mineraliseerumise suunas, et varustada kultiveeritud põllukultuure toitainetega. Nende protsesside aktiveerumine võib kaasa tuua mulla huumusesisalduse vähenemise ja mulla potentsiaalse viljakuse vähenemise.

Tabel 3

Katalaasi aktiivsus põllumajandussüsteemide muldades

	Proovivõtu koht	Agroökosüsteemid	Katalaasi aktiivsus, ml O 2 / 1 g mulda minutis
Sod-podzolic kerge savine muld	Kostroma	Mets (kontroll)
		Null taust N 45 R 45 K 45
		Tavaline Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensiivne Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Mätas-keskmine podzolic kerge savine		Mets (kontroll)
		Tavaline N 30 R 60 K 60 (OV)
		Tavaline N 30 R 60 K 60
Hall metsa keskmine savikas muld		Deposiit (kontroll)
		Null taust
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		kõrge intensiivsusega mineraalne N 120 R 120 K 120
		Kõrge intensiivsusega organomineraal N 120 R 120 K 120; Sõnnik 80t/ha + N 90

Katalaasi aktiivsuse väärtuste variatsioonikoefitsient agroökosüsteemide hallis metsamullas on V = 18,6%. Üldjuhul leidub kõikumisi vahemikus 1,8-2,9 ml O 2 /1 g mulla kohta. Praeguse põllumaa inimtekkelise koormuse juures on kalduvus aktiveerida redoksprotsesse võrreldes kesapinnasega. Nende protsesside suurimat aktiivsust täheldatakse keskmiste väetiste annuste kasutamisel, mida iseloomustab katalaasi aktiivsuse märkimisväärne suurenemine (HSR 05 = 0,4) keskmisel intensiivistumise taustal. Selle põhjuseks on mulla piisav rikastamine orgaanilise ainega ja selle transformatsioonirežiimi paranemine põllumaa mikroobikogumi arvukuse ja mobilisatsiooniaktiivsuse suurenemise tõttu.

Agrogeense mõju määramiseks erinevate ensüümide aktiivsusele ja iga agroökosüsteemi kogu ensümaatilise aktiivsuse määramiseks võrreldavates ühikutes kasutasime meetodit O.V. Enkina. Üksikute põllumajanduslike taustade ensümaatilise aktiivsuse taset on võimalik täpsemalt hinnata ulatuslikku katsematerjali tõlgendades, kui võrrelda nende aktiivsust kontrollrühmaga (meie puhul looduslike ökosüsteemide mullaga), võttes nende ensümaatilise aktiivsuse näitajad 100% . See tähendab, et inimtekkelise koormuse mõju erinevatele ensüümide rühmadele kajastub nende aktiivsusnäitajate suhe agrosüsteemides ja looduslikud analoogid (tabel 4).

Uurimistöö tulemusena selgus, et enamikus piirkonna mätas-podsoolsetes muldades on agromaastike ensümaatilise aktiivsuse tase madalam kui nende looduslikel kolleegidel. Mätas-podsoolse mulla ensümaatiline potentsiaal katses 1 (Kostroma) vähenes 31% võrreldes kontrolliga ja katses 3 (Ivanovo) - 24%. Nendes katsetes uuritud taustal kasutati mineraalväetisi keskmisi ja suuri doose. Mineraalväetiste, eriti lämmastikväetiste pikaajaline kasutamine rikub sageli madala potentsiaalse viljakusega muldadel kasulike mikroorganismide paljunemise ökoloogilist tausta. See on reeglina tingitud mulla lahuse hapestumisest, alumiiniumi ja raua ioonide olemasolust mulda imavas kompleksis, taimede juure sekretsioonidest, mis põhjustab mikroskoopiliste seente aktiivset paljunemist, aidates kaasa bioloogilise pinnase mürgisus. Sel juhul ei kaasne negatiivsete muutustega mitte ainult mikrobiotsenoosi struktuuri ümberkorraldamine, vaid ka mulla ensümaatilise aktiivsuse vähenemine ning potentsiaalse ja efektiivse viljakuse vähenemine.

Tabel 4

Agrosüsteemide muldade ensümaatilise aktiivsuse tase (% looduslike ökosüsteemide pinnasest)

Proovivõtu koht	Agroökosüsteemid	katalaas		Invertaas	Keskmine ensüümi aktiivsus
Kostroma	Mets (kontroll)
	Null taust
	Tavaline
	Intensiivne
	Keskmine kogemuse järgi,%
	Mets (kontroll)
	Tavaline
	Tavaline
	Keskmine kogemuse järgi,%
	Kõrge intensiivsusega mineraal
	Kõrge intensiivsusega organomineraal
	Keskmine kogemuse järgi,%

Seega on mätas-podsoolsete muldade ensümaatilise aktiivsuse peamised näitajad, mis on seotud nende efektiivse viljakusega, looduslikes ökosüsteemides kõrgemad kui põllumuldadel.

Suurenenud mullaviljakuse tasemega on agrogeensete tegurite mõju mulla ensümaatilisele potentsiaalile mõnevõrra tasandatud. Seda me täheldame halli metsamulla agrosüsteemides. Selgus, et 3-aastase uurimistöö jooksul kujunes kõrgeim ensümaatiline potentsiaal keskmiselt 108% taustal. Mineraal- ja orgaaniliste väetiste keskmised doosid (40 t/ha sõnnikut kord 6 aasta jooksul) tõid kaasa mulla katalaasi ja invertaasi aktiivsuse tõusu, mis iseloomustab humiinainete sünteesi aktiveerumist.

Järeldus

On kindlaks tehtud, et uuritud agrogeense koormuse tase hallil metsamuldadel ei avaldanud negatiivset mõju mullaensüümide aktiivsusele, vaid vastupidi, on tendents nende aktiivsuse suurenemisele põllumaal, millega kaasneb mulla bioloogiliste protsesside üldise aktiivsuse intensiivistumine võrreldes kesaga. Mõju intensiivsus muldkattele erinevate tehnoloogiliste meetoditega avaldus mätas-podsoolsete muldade ensümaatilise aktiivsuse näitajate languses. Ökoloogilises plaanis võib neid tulemusi pidada märgiks muldkatte reageerimisest välisele inimtegevusele.

Mullaviljakuse ratsionaalseks kasutamiseks ja kaitsmiseks tuleks muldade bioseires ja biodiagnostikas kasutada ensümaatilise aktiivsuse näitajaid. See on eriti oluline põllumajanduses tootmisülesannete täitmisel.

Bibliograafiline link

Zinchenko M.K., Zinchenko S.I., Borin A.A., Kamneva O.P. ÜLEM-VOLGA PIIRKONNA PÕLLUMULLA ENSÜMATIIVNE TEGEVUS // Teaduse ja hariduse kaasaegsed probleemid. - 2017. - nr 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26458 (juurdepääsu kuupäev: 01.02.2020). Juhime teie tähelepanu kirjastuse "Looduslooakadeemia" väljaantavatele ajakirjadele