Вентиляція. Водопостачання. Каналізація. Дах. Облаштування. Плани-Проекти. стіни
  • Головна
  • водопостачання
  • Ферменти грунту. Зміна ферментативної активності грунтів при нафтовому забрудненні. Результати досліджень та їх обговорення

Ферменти грунту. Зміна ферментативної активності грунтів при нафтовому забрудненні. Результати досліджень та їх обговорення

Інвертаза - каталізує реакції гідролітичного розщеплення сахарози на еквімолярних кількості глюкози і фруктози, впливає також на інші вуглеводи з утворенням молекул фруктози - енергетичного продукту для життєдіяльності мікроорганізмів, каталізує фруктозотрансферазние реакції. Дослідження багатьох авторів показали, що активність інвертази краще за інших ферментів відображає рівень родючості і біологічної активності грунтів. [...]

Аналізи інвертази після 1 року свідчать про подальше зменшення її у всіх зразках в 2-3 рази в залежності від типу грунтів, що, мабуть, пояснюється виснаженням грунту углеродсодержащими сполуками. [...]

З класу гідролаз вивчена активність інвертази, гідролізується сахарозу на глюкозу і фруктозу, і уреази, що каталізує гідроліз сечовини. Активність цих ферментів в грунті дуже низька, але при внесенні торфу збільшується пропорційно його дозам і мало залежить від кількості мінеральних добрив. Слід зазначити, що внесення найбільшою дози (ИРКЦ, а також СаСОе не має переваг перед меншими дозами добрив в стимулюванні активності як гидролаз, так і оксидоредуктаз. [...]

Для траси аеропорт - сел. Кангаласси зворотна залежність між активністю уреази, інвертази і протеази і вмістом свинцю не виявлено. Це свідчить про відсутність інгібуючого ефекту свинцю в дозі, що не перевищує ГДК. Відзначається паралельне збільшення активності всіх ферментів і свинцю в міру віддалення від джерела забруднення, що в даному випадку пояснюється збільшенням гумусірованності грунтів. Відомо, що грунти з високим вмістом гумусу в більшій мірі накопичують ТМ і характеризуються підвищеною ФА. [...]

З'єднання цієї групи затримують зростання нових пагонів, тимчасово знижують активність інвертази в цукровому буряку і пригнічують біосинтез хлорофілу. І все ж їх первинне дію - це придушення біосинтезу ароматичних амінокислот. З'єднання типу И-фосфонметілгліціна пригнічують цей синтез, діючи на ділянках перетворення дегідрохінной і префеновой кислот. [...]

Мабуть, освіту сахарози відбувається в паренхімних клітинах флоеми, звідки вона надходить в сітовідние трубки, які позбавлені ферментів, що розкладають сахарозу (інвертази), що і визначає збереження цієї сполуки на всьому шляху його транспорту. [...]

Проведена робота дозволяє зробити висновок, що накопичення рухомих форм свинцю і нікелю в дозах, що перевищують ГДК, призводить до зниження активності ферментів в грунтах. Зниження активності протеази, уреази та інвертази в грунтах обумовлює відповідне гальмування процесів гідролізу білків, сечовини і олігосахаридів, що в цілому призводить до зниження біологічної активності грунтів. Зміна ФА -перспектівний метод діагностики екологічного стану грунтів. З розглянутих нами ферментів найбільш високі діагностичні властивості проявляє уреаза. [...]

Стан грунтів оцінювалося двома біоіндікаціонних методами: по ферментативної активності грунтів і мутаційного впливу грунтів на тест-об'єкт. У міських ґрунтах визначалася активність трьох ферментів - інвертази, каталази і уреази (Хазиев, 1990), з яких найбільш варіабільності виявилася активність уреази. З цієї причини для інтегральної оцінки обрані показники саме цього ферменту, активність якого в значній мірі залежала від концентрації в грунті широкого кола поллютантов. [...]

Гистохимические аналізи дозволили встановити спільність окисного режиму пилку і пилкових трубок у різних представників покритонасінних рослин. При цьому встановлено, що найбільш інтенсивно біохімічні процеси протікають в кінчику пилкової трубки. [...]

Інша група евокаціопиих змін пов'язана з активацією енергетичних процесів, необхідних для реалізацій морфогенетичної програми репродуктивного розвитку. [...]

При внесенні високих норм ГХБД і в рідкій, і в гранульованої формі пригнічення розвитку окремих груп мікроорганізмів не проходить і до півтора років, які минули після фумігації. Активність ґрунтових ферментів (каталази і інвертази) до цього часу становить за цими (варіантами досліду 70-80% від активності ферментів в контрольному варіанті. Через 5 місяців після внесення великих норм ГХБД (рідкого і гранульованого) знижується вміст в грунті нітратів, що свідчить про пригніченні процесу нітрифікації. [...]

Агро хімічні властивості грунтів визначали загальноприйнятими методами, pH водної та сольової витяжки - потенціометричним, вміст вуглецю - методом Тюріна, рухомого азоту - по Башкіна і Кудеярова, рухомого фосфору - по Чирикова, ферментативну активність грунтів (инвертазу, уреазу і каталазу) - по Хазіева. [.. .]

У багатьох представників променистих грибків виявлений фермент амілаза, за допомогою якого організми розщеплюють крохмаль з різною інтенсивністю, залежно від виду культури. Одні культури розкладають крохмаль до декстринів, інші - до цукрів. У деяких актиноміцетів виявлений фермент інвертаза, який розщеплює сахарозу на легкозасвоювані цукру - глюкозу і фруктозу. Відзначено, що проактіноміцети можуть засвоювати сахарозу без її розкладання. [...]

Такі рівні забруднення відбилися і на утриманні рухомих, доступних рослинам форм сполук важких металів. Їх кількість також збільшилася в 1,5-2 і навіть в 5 разів. Ці зміни відбилися на грунтової біоті, загальні властивості ґрунтів і грунтовому родючості. Зокрема, різко знизилася активність ґрунтових ферментів: інвертази, фосфатази, уреази, каталази; приблизно в 2 рази знизилося продукування С02. Ферментативна активність - хороший інтегральний показник екологічної обстановки в системі «грунт - рослина». На забруднених грунтах різко знизилася і врожайність різних культур. Так, урожай томатів (ц / га) в середньому знизився від 118,4 до 67,2; огірків - від 68,3 до 34,2; капусти - від 445,7 до 209,0; картоплі - від 151,8 до 101,3; яблук - від 72,4 до 32,6 і персиків - від 123,6 до 60,6. [...]

Серед тундрових грунтів заплави потенціал біохімічної активності зростає від грунтів прируслової заплави до центральної та прітеррасной. У свою чергу, ферментативна активність в органогенних заплавних грунтах вище, ніж в мінеральних. У гумусових горизонтах (0-13 см) вивчених грунтів відзначається досить висока активність уреази, інвертази, фосфатази і дегідрогенази - ферментів, які беруть участь в обмінних процесах азоту, вуглеводів, фосфору і окислювально-відновних. [...]

Активність фосфатази низька, а в більшості випадків фосфатазной активність відсутня, що пов'язано з дуже низьким вмістом рухомого фосфору на тлі відносно високий вміст в перегнійно-торф'янистих горизонтах його валових форм. На відміну від ферментів, які беруть участь в обмінних процесах азоту і фосфору, ферменти вуглеводного обміну (інвертаза) виявляють свою активність до надмерзлотних горизонтів, що визначається гуму-сірованіе профілю. [...]

Зміна ферментативної активності грунтів за чотири роки проведення експерименту показано в табл. 6.8. Як видно з отриманих результатів, активність уреази і фосфатази знизилася, але основні закономірності - більш висока активність в варіантах без застосування ППС при внесенні торфу і мінеральних добрив і відсутність ферментативної активності в контрольних варіантах - зберігаються. У той же час активність інвертази, що грає важливу роль в круговороті вуглецю в біогеоценозах, зростає на четвертий рік майже по всіх варіантах досвіду, в тому числі і при внесенні ППС, що підтверджує також інтенсивність міні-ралізаціонних процесів торфу і універсінов. [... ]

Дуже перспективним методом очищення води від всіляких забруднюючих її речовин, особливо синтетичних, є використання іммобілізованих (закріплених, нерозчинних) ферментів - «ферментів другого покоління». Ідея закріплення ферментів на нерозчинному в воді носії та застосування таких потужних каталізаторів в технологічних процесах і медицині виникла давно. Ще в 1916 р здійснена адсорбція інвертази на активованому вугіллі в свежевиделенних гідроксиду алюмінію. З 1951 р для фракціонування антитіл і виділення антигенів використовують кон'югацію білків з целюлозою. До недавнього часу існував єдиний метод закріплення ферментів - звичайна фізична адсорбція. Однак адсорбційна ємність відомих матеріалів щодо білків явно недостатня, а сили адгезії невеликі, і розрив зв'язку між ферментом і поверхнею адсорбенту може наступати від найменших змін умов процесу. Тому такий метод іммобілізації не знайшов широкого застосування, але, оскільки він простий і може, по-видимому, сприяти з'ясуванню механізму дії ферментів в живих системах, илах і грунті, а в деяких випадках застосовуватися на практиці, деякі дослідники займаються вивченням адсорбції ферментів, пошуком нових, ефективних носіїв і т. д.. [...]

Якщо врахувати виражені і тривалі фізіологічні зміни процесів росту і розвитку, викликані етиленом, буде непереливки дивним, що відбуваються також зміни в синтезі РНК і білка і в активності ферментів. Неодноразово перевірялася можливість прямого впливу етилену на активність різних ферментів, наприклад глюкозидази, а-амілази, інвертази та перок-сідази, але були отримані негативні результати-В той же час синтез цілого ряду ферментів чітко зростає. До числа ферментів, відносно швидко синтезованих після впливу етилену, відноситься пероксі-даза. У плодах цитрусових посилюється синтез феніл-аланін-аміак-ліази, причому С02 і інгібітори транскрипції блокують цей процес. У видільної тканини етилен викликає утворення целюлази. Очевидна зв'язок цього ефекту зі стимуляцією процесу відділення. Правда, прискорене відділення настає ще до підйому синтезу целюлази, але це, ймовірно, пояснюється тим, що етилен викликає також вивільнення целюлази з пов'язаної форми і її секрецію в межклетники. Виділення амілази з алейронових клітин ячменю теж прискорюється під дією етилену. Швидкі »ефекти етилену, наприклад придушення клітинного розтягування, що виявляється вже через 5 хв, пов'язані радше з впливом на мембрани, ніж зі змінами білкового синтезу. [...]

Як відомо, однією з причин токсичності грунтів є їх засолення. Відпрацьовані бурові розчини і буровий шлам містять в своєму складі в ряді випадків значна кількість небезпечних для грунтів мінеральних солей. Тому становить інтерес виявлення впливу зазначеного фактора на біологічну продуктивність грунтів. Результати досліджень свідчать про те, що мінеральні сопи н кількості Ботте 0 8-4,0 кт / м2 ґрунту різко знижують активність інвертази, а в кількості більше 1,5-1,6 кг / м2 грунту починають істотно позначатися і на врожайності вирощуваних на них сільгоспкультур. [...]

Мед - висококалорійний продукт. Натуральним медом називається солодке, в'язке і ароматичну речовину, що виробляється бджолами з нектару рослин, а також з медяної роси або паді. Мед може мати вигляд закристалізованій маси. Цінність меду полягає і в тому, що він має бактерицидні властивості. Тому мед не тільки цінний продукт харчування, а й лікувальний засіб. головними складовими частинами квіткового меду є плодовий і виноградний цукру, яких в ньому міститься близько 75%. Калорійність меду понад 3 тис. Кал. У ньому є ферменти: діастаза (або амілаза), інвертаза, каталаза, ліпаза. [...]

Дослідження проводили в долині нижньої течії р.Сисола (Республіка Комі, підзона середньої тайги). Біохімічні параметри ґрунтів характеризували за рівнем активності оксидоредуктаз (каталаза), гидролаз (інвертаза) і виділенню С02 з поверхні грунту. У всі терміни відбору максимальні значення каталітичної активності відзначені в лісових підстилках грунту АДЛ (4.2-8.6 мл 02 / г грунту), найбільш «сухий» в дослідженому ряду грунтів. Однак за рівнем інвертази в усі терміни відбору лідирувала грунт Ал (11.9-37.8 мг глюкози / г грунту в горизонті АТ). У цьому ж грунті відзначений в липні максимум у виділенні С02 (0.60 ± 0.19) кг / га-годину. При використанні інтегрального показника БАП, що враховує всі параметри біологічної активності, показано, що найбільш активно біологічні процеси в усі терміни відбору протікають в грунті Ал, що займає проміжне положення по гідротермічного режиму між грунтами АДЛ і Алб. [...]

Дестабілізація процесу нітрифікації порушує надходження в біологічний круговорот нітратів, кількість яких зумовлює відповідну реакцію на зміну середовища проживання у комплексу денітрифікатори. Ферментні системи денітрифікатори зменшують швидкість повного відновлення, слабкіше залучаючи закис азоту в кінцевий етап, здійснення якого вимагає значних енергетичних витрат. В результаті цього зміст закису азоту в приґрунтовому атмосфері еродованих екосистем досягало 79 - 83% (Косінова та ін., 1993). Відчуження частини органічних речовин з чорноземів під впливом ерозії відбивається на поповненні азотного фонду в ході фото- і гетеротрофною фіксації азоту: аеробного і анаеробної. На перших етапах ерозії швидкими темпами йде придушення саме анаеробної азотфиксации в силу параметрів лабільною частини органічної речовини (Хазиев, Багаутдинов, 1987). Активність ферментів інвертази і каталази в сільносмитие чорноземах в порівнянні з несмитих зменшилася більш ніж на 50%. У сірих лісових ґрунтах у міру збільшення їх смитості найбільш різко знижується інвертазная активність. Якщо в слабосмитих грунтах відзначається поступове згасання активності з глибиною, то в сільносмитие вже в подпахотном шарі інвертазная активність дуже мала або не виявляється. Останнє пов'язано з виходом на денну поверхню іллювіальних горизонтів з вкрай низькою активністю ферменту. За активністю фосфатази і, особливо, каталази чітко вираженої залежності від ступеня смитості грунтів не спостерігалося (Личко, 1998). [...]

Первинні речовини в лишайниках в загальному ті ж, що і в інших рослинах. Оболонки гіф в лишайникового слань складені в основному вуглеводами, Часто виявляється в гифах хітин (С30 Н60 К4 019). характерною складовою частиною гіф є полісахарид ліхенін (С6Н10О6) п, званий лишайниковим крохмалем. Рідше зустрічається ізомер ліхенін - ізоліхенін - знайдений, крім оболонок гіф, в протопласті. З високомолекулярних полісахаридів в лишайниках, зокрема в оболонках гіф, зустрічаються геміцелюлози, є, очевидно, резервними вуглеводами. У міжклітинних просторах у деяких лишайників виявлені пектинові речовини, які, вбираючи у великій кількості воду, набухають і ослизнюються слань. У лишайниках зустрічаються також багато ферментів - інвертаза, амілаза, каталаза, УРЕ-аза, зимаза, ліхеназа, в тому числі і позаклітинні. З азотовмісних речовин в гифах лишайників виявлені багато амінокислот - аланін, аспарагінова кислота, глютамінова кислота, лізин, валін, тирозин, триптофан і ін. Фікобіонт продукує в лишайниках вітаміни, але майже завжди в малих кількостях. [...]

В ході експериментів встановлено, що напіврідкі і тверді відходи буріння вкрай негативно впливають на біологічну продуктивність грунтів. Відомо, що найбільший негативний вплив мають нафту і нафтопродукти, що містяться у відходах. Зазначені забруднювачі значно знижують активність окіслітельновосстановітельние і гідролітичних ферментів, що призводить до пригнічення мікробіологічної активності грунту. Такий ефект яскраво виражений для відходів, що містять більше 4-5% нафти і нафтопродуктів. При меншому вмісті даного забруднювача ефект зниження біологічної продуктивності розглянутих типів грунтів характерний для періоду від 3 до 6 міс., А потім відзначається посилене розмноження азотфіксуючих, денитрифицирующих і сульфатвосста-наачівающіх бактерій, які використовують нафту та її похідні в якості джерела вуглецю і енергії, в внаслідок чого відбуваються поступове окислення і мінералізація нафти. При цьому закономірно падає врожайність сільгоспкультур і активність інвертази. При утриманні в складі відходів більше 5% нафти і нафтопродуктів видимої активності углеводородокисляющих бактеріальної мікрофлори не відзначається навіть після закінчення 1 року. Зазначений рівень забрудненості відходів є критичним, а тому потрібне застосування спеціальних агротехнічних і агрохімічних прийомів, стимулюючих біологічну продуктивність грунтів (внесення добрив, що містять азот, фосфор і калій; інтенсивна аерація зони нафтового забруднення; посів спеціальних трав, що підсилюють діяльність углеводородусваівающей бактеріальної мікрофлори). [ ...]

Для вивчення механізму і характеру впливу напіврідких (відпрацьовані бурові розчини) і твердих (бурової шлам) відходів буріння, тобто тих видів відходів, які піддаються засипці мінеральним грунтом в шламових коморах при їх ліквідації, на біологічну продуктивність грунтів і розробки на цій основі комплексу агротехнічних заходів по відновленню забруднених земель були проведені вегетаційного-польові та польові дослідження. Експерименти проводили за стандартними методиками. Експериментували з відходами буріння різного ступеня забрудненості по нафті і нафтопродуктах (НП), органічного вуглецю (показник хімічного споживання кисню - ГПК) і мінеральних солей (показник прокаленного залишку - ПО), які додавали в грунту в співвідношенні 1: 1. Діапазон і рівень забруднених відходів наступні: по НГ1 - 1,0-12,0%; по ГПК - 20,0 - 60,0 кг / м3; по ПО (в перерахунку на одиницю площі ґрунту) - 0,4-1,6 кг / м2 ґрунту. У дослідженнях використовували три типи грунту, тобто найбільш поширені типи грунтів, на яких ведеться буріння в зонах активного сельхозпользованія земель. Інтегральними показниками біологічної продуктивності ґрунтів були врожайність стандартного ячменю сорту "Кур'єр" і активність інвертази, яку визначали за відомою методикою. [...]

Однак, незважаючи на тісну залежність, існуючу між лишайниками і субстратом, на якому вони поселяються, до сих пір з достовірністю ще невідомо, використовують лишайники субстрат тільки як місце прикріплення або вони витягують з нього деякі поживні речовини, необхідні для їх життєдіяльності. З одного боку, здатність лишайників рости на субстратах, бідних поживними речовинами, Дає підставу вважати, що вони використовують субстрат лише як місце прикріплення. Однак, з іншого боку, виборча снособность, демонстрована лишайниками при розселенні, сувора приуроченість більшості з них до певного субстрату, залежність видового складу лишайниковой рослинності не тільки від фізичних, а й від хімічних властивостей субстрату мимоволі наводять на думку, що лишайники використовують субстрат і як додаткове джерело живлення. Це підтверджується і біохімічними дослідженнями, проведеними в останні роки. Наприклад, з'ясувалося, що у одного і того ж виду лишайника, що росте на різних деревних породах, склад лишайникових речовин може бути неоднаковим. Ще більш очевидним доказом служить відкриття у лишайників позаклітинних ферментів, які виділяються в зовнішнє середовище. Позаклітинні ферменти, такі, наприклад, як інвертаза, амілаза, цілий-люлаза і багато інших, представлені в лишайниках досить широко і мають досить високу активність. Причому, як виявилося, вони найбільш активні в нижній частині слані, якій лишайник прикріплений до субстрату. Це вказує на можливість активного впливу слані лишайників на субстрат з метою вилучення з нього додаткових поживних речовин.

З численних показників біологічної активності грунту велике значення мають грунтові ферменти. Їх різноманітність і багатство роблять можливим здійснення послідовних біохімічних перетворень, що надходять в грунт органічних залишків.

Назва «фермент» походить від латинського «ферментум» - блукаю, закваска. Явище каталізу і в даний час повністю не розгадано. Сутність дії каталізатора полягає в зниженні енергії активації, необхідної для хімічної реакції, спрямовуючи її обхідним шляхом через проміжні реакції, які вимагають меншої енергії, що йдуть без каталізатора. Завдяки цьому підвищується і швидкість основної реакції. Під дією ферменту послаблюються внутрішньо-молекулярні зв'язки в субстраті внаслідок деякої деформації його молекули, що відбувається при утворенні проміжного комплексу фермент-субстрат.

Таким чином, роль ферментів полягає в тому, що вони значно прискорюють біохімічні реакції і роблять їх можливими при звичайній нормальній температурі.

Ферменти, на відміну від неорганічних каталізаторів, мають вибірковістю дії. Специфічність дії ферментів виражається в тому, що кожен фермент діє лише на певну речовину, або ж на певний тип хімічного зв'язку в молекулі. По своїй біохімічній природі все ферменти - високомолекулярні білкові речовини. На специфічність ферментних білків впливає порядок чергування в них амінокислот. Деякі ферменти крім білка містять більш прості сполуки. Наприклад, в складі різних окисних ферментів містяться органічні сполуки заліза. До складу інших входять мідь, цинк, марганець, ванадій, хром, вітаміни та інші органічні сполуки.

В основу єдиної класифікації ферментів покладено специфічність до типу реакції, і в даний час ферменти поділяють на 6 класів. У грунтах найбільш вивчені оксидоредуктаз (каталізують процеси біологічного окислення) і гідролази (каталізують розщеплення з приєднанням води). З оксидоредуктаз в грунті найбільш поширені катав аза, дегідрогенази, фенолоксідази і ін.

Вони беруть участь в окисно-відновних процесах синтезу гумусових компонентів. З гидролаз найбільш широко в грунтах поширені инвертаза, уреаза, протеази, фосфатази. Ці ферменти беруть участь в реакціях гидролитического розпаду високомолекулярних органічних сполук і тим самим відіграють важливу роль в збагаченні грунту рухливими і доступними рослинам і мікроорганізмам поживними речовинами.

Дослідженням ферментативної активності грунтів займалося велика кількість дослідників. В результаті досліджень доведено, що ферментативна активність - це елементарна грунтова характеристика. Ферментативна активність грунту складається в результаті сукупності процесів надходження, іммобілізації і дії ферментів в грунті. Джерелами ґрунтових ферментів служить все живе речовина грунтів: рослини, мікроорганізми, тварини, гриби, водорості і т. Д. Накопичуючись в грунті, ферменти стають невід'ємним реактивним компонентом екосистеми. Грунт є найбагатшою системою по ферментному різноманітності і ферментативному пулу. Різноманітність і багатство ферментів в грунті дозволяє здійснюватися послідовним біохімічним перетворенням різних надходять органічних залишків.

Значну роль грунтові ферменти відіграють в процесах гумусообразования. Перетворення рослинних і тваринних залишків в гумусові речовини є складним біохімічним процесом за участю різних груп мікроорганізмів, а також іммобілізованих грунтом позаклітинних ферментів. Виявлено прямий зв'язок між інтенсивністю гуміфікації і ферментативної активністю.

Особливо слід відзначити значення ферментів в тих випадках, коли в грунті складаються екстремальні для життєдіяльності мікроорганізмів умови, зокрема при хімічному забрудненні. У цих випадках метаболізм в грунті залишається певною мірою незмінним завдяки дії іммобілізованих грунтом, і тому стійких, ферментів. Максимальна каталітична активність окремих ферментів спостерігається у відносно невеликому інтервалі pH, який є для них оптимальним. Оскільки в природі зустрічаються грунту з широким діапазоном реакції середовища (pH 3,5-11,0), то їх рівень активності дуже різний.

Дослідженнями різних авторів встановлено, що активність ґрунтових ферментів може служити додатковим діагностичним показником ґрунтової родючості і його зміни в результаті антропогенного впливу. Застосуванню ферментативної активності в якості діагностичного показника сприяють низька помилка дослідів і висока стійкість ферментів при зберіганні зразків.

За типом каталізуються реакцій всі відомі ферменти розділені на шість класів:

1. Оксидоредуктази, що каталізують окислювально-відновні реакції.

2. Гідролази, що каталізують реакції гідролітичного розщеплення внутрішньомолекулярних зв'язків у різних з'єднаннях.

3. Трансферази, що каталізують реакції міжмолекулярної або внутримолекулярного перенесення хімічної групи і залишків з одночасним перенесенням енергії, укладеної в хімічних зв'язках.

4. Лігази (синтетази), що каталізують реакції з'єднання двуx молекул, зв'язаних з розщепленням фірофосфатних зв'язків АТФ або іншого аналогічного трифосфата.

5. Ліази, каталізують реакції негідролітіческім відщеплення або приєднання різних хімічних груп органічних сполук по подвійних зв'язках.

6, Ізомерази, що каталізують реакції перетворення органічних сполук в їх ізомери.

У грунті широко поширені і досить докладно вивчені оксидоредуктаз і гідролази, що мають дуже важливе значення в грунтової біодинаміці.

каталаза

(Н 2 О 2: Н 2 О 2 -оксідоредуктаза)

Каталаза каталізує реакцію розкладання перекису водню з утворенням води і молекулярного кисню:

Н 2 О 2 + Н 2 О 2 О 2 + Н 2 О.

Перекис водню утворюється в процесі дихання живих організмів і в результаті різних біохімічних реакцій окислення органічних речовин. Токсичність перекису водню визначається його високою реакційною здатністю, яку проявляє синглетний кисень, * О 2. Його висока реакційна здатність призводить до неконтрольованих реакцій окислення. Роль каталази полягає в тому, що вона руйнує отруйну для організмів перекис водню.

Каталаза широко поширена в клітинах живих організмів, в тому числі мікроорганізмів і рослин. Високу каталазну активність проявляють також грунту.

Методи визначення каталазной активності грунту засновані на вимірюванні швидкості розпаду перекису водню при взаємодії її з грунтом за обсягом виділяється кисню (Газометріческіе методи) або за кількістю неразложенном перекису, яке визначають перманганатометріческім титруванням або колориметричним методом з утворенням забарвлених комплексів.



Дослідженнями Є.В. Даденков і К.Ш. Казеева встановлено, що при зберіганні зразків активність каталази з усіх ферментів знижується в найбільшою мірою, тому її визначення необхідно проводити в перший тиждень після відбору зразків.

Метод А.Ш. Галстян

Хід аналізу. Для визначення активності каталази використовують прилад з двох з'єднаних гумовим шлангом бюреток, які заповнюють водою і врівноважують її рівень. Підтримування певного рівня води в Бюретка свідчить про досягнення температурного рівноваги в приладі. Наважку (1 г) грунту вносять в одне з відділень здвоєною колби. В інше відділення колби додають 5 мл 3-процентного розчину перекису водню. Колбу щільно закривають каучукової пробкою зі скляною трубкою, Яка з'єднана з вимірювальної бюреткою за допомогою гумового шланга.

Дослід проводять при температурі 20 ° С, так як при іншій температурі швидкість реакції буде відрізнятися, що спотворить результати. В принципі важлива температура не повітря, а перекису, саме вона повинна бути 20 0 С. Якщо температура повітря значно вище 20 0 С (влітку), рекомендується проводити аналіз в підвалі або в іншому прохолодному приміщенні. Рекомендоване в таких випадках застосування водяної бані з температурою 20 ° С навряд чи ефективно.

Початок досвіду відзначають за секундоміром або пісочним годинником в той момент, коли перекис змішується з грунтом, і вміст посудини струшують. Збовтування суміші виробляють протягом всього досвіду, намагаючись не торкатися колби руками, тримаючи її за пробку. Вирізняється кисень витісняє з бюретки воду, рівень якої відзначають через 1 і 2 хв. Рекомендація визначати кількість кисню через кожну хвилину протягом 3 хв через прямолінійності реакції розкладання перекису лише збільшує витрати часу на аналіз.

Дана методика дозволяє одному досліднику за день проаналізувати активність каталази більш ніж 100 зразків. Зручно проводити аналіз удвох, використовуючи 5-6 судин. При цьому одна людина безпосередньо займається аналізом і стежить за рівнем бюретки, а другий стежить за часом, записує дані і миє посуд.

Контролем служить стерилізована сухим жаром (180 ° С) грунт. Деякі грунту, з'єднання і мінерали мають високу активність неорганічного каталізу розкладання перекису навіть після стерилізації - до 30-50% від загальної активності.

Активність каталази виражають у мілілітрах О2, що виділяється за 1 хв з 1 г грунту.

Реактиви: 3-відсотковий розчин Н 2 О 2. Концентрацію пергидроля обов'язково періодично перевіряють, робочий розчин готують безпосередньо перед аналізом. Для встановлення концентрації пергідролю на аналітичних вагах в мірній колбі ємністю 100 мл зважують 1 г Н 2 О 2, об'єм доводять до мітки і збовтують. Поміщають 20 мл отриманого розчину в конічні колби на 250 мл (3 повторності), додають 50 мл дистильованої води і 2 мл 20-відсоткової Н 2 SO 4. Потім титрують 0,1 н. розчином КМnО 4. 1 мл розчину КМnО 4 відповідає 0,0017008 г Н 2 О 2. Після встановлення концентрації пергідролю готують 3-відсотковий розчин розведенням дистильованою водою. Тітровальний розчин КМnО 4 готують з фіксанала і витримують кілька днів для встановлення титру.

дегідрогенази

(Субстрат: НАД (Ф) -оксідоредуктази).

Дегідрогенази каталізують окислювально-відновні реакції шляхом дегідрування органічних речовин. Вони проходять за наступною схемою:

АН 2 + В А + ВН 2

У грунті субстратом дегідрірованія можуть бути неспецифічні органічні сполуки (вуглеводи, амінокислоти, спирти, жири, феноли і т.д.) і специфічні (гумусові речовини). Дегідрогенази в окисно-відновних реакціях функціонують як переносники водню і поділяються на дві групи: 1) аеробні, передають мобілізований водень кисню повітря; 2) анаеробні, які передають водень іншим акцепторам, ферментам.

Основним методом виявлення дії дегидрогеназ є відновлення індикаторів з низьким редокс-потенціалом типу метиленової сині.

Для визначення активності дегідрогеназ грунту в якості водню застосовують безбарвні солі тетразолия (2,3,5-тріфенілтетразолій хлористий - ТТХ), які відновлюються в червоні з'єднання формазанов (тріфенілформазан - ТФФ).

Хід аналізу. Наважку (1 г) підготовленого грунту акуратно через лійку поміщають на дно пробірки ємністю 12-20 мл і ретельно перемішують. Додають 1 мл 0,1 М розчину субстрату дегідрірованія (глюкоза) і 1 мл свіжоприготованого 1-процентного розчину ТТХ. Пробірки поміщають в анаеростатах або вакуумний ексикатор. Визначення проводять в анаеробних умовах, для чого повітря евакуюють при розрідженні 10-12 мм рт. ст. протягом 2-3 хв і ставлять в термостат на 24 год при 30 ° С. При інкубування грунту з субстратами толуол як антисептик не додають, так як; він сильно пригнічує дію дегидрогеназ. Контролем служать стерилізована грунт (при 180 ° С протягом 3 год) і субстрати без ґрунту. Після інкубації в колби додають 10 мл етилового спирту або ацетону, струшують 5 хв. Отриманий забарвлений розчин ТФФ фільтрують і колориметрируют. При дуже інтенсивної забарвленням розчин розбавляють спиртом (ацетоном) в 2-3 рази. Використовують 10-мм кювети і світлофільтр з довжиною хвилі 500-600 ім. Кількість формазану в мг розраховують за стандартною кривою (0,1 мг в 1 мл). Активність дегідрогеназ висловлюють в мг ТТФ на 10 г грунту за 24 год. Помилка визначення до 8%.

реактиви:

1) 1-процентний розчин 2,3,5-тріфенілтетразолій хлористого;

2) 0,1 М розчин глюкози (18 г глюкози розчиняють в 1000 мл дистильованої води);

3) етиловий спирт або ацетон;

4) тріфенілформазан для стандартної шкали. Для складання калібрувальної кривої готують ряд розчинів в етиловому спирті, ацетоні або толуолі з концентрацією формазану (від 0,01 до 0,1 мг формазану в 1 мл) і фотоколоріметріруют, як описано вище.

При відсутності формазану його отримують відновленням ТТХ гідросульфітом натрію (сульфитом амонію, порошком цинку в присутності глюкози). Вихідна концентрація розчину ТТХ 1 мг / мл. До 2 мл вихідного розчину ТТХ додають на кінчику ланцета кристалічний гідросульфіт натрію. Випав осад формазану витягають 10 мл толуолу. У такому обсязі толуолу міститься 2 мг формазану (0,2 мг / мл). Подальшим розведенням готують робочі розчини для шкали.

інвертаза

(Β-фруктофуранозидази, сахараза)

Інвертаза є карбогідраз, вона діє на β-фруктофуранозідазную зв'язок в сахарозі, раффинозу, генціанозе і ін. Найбільш активно цей фермент гідролізує сахарозу з утворенням редукуючих цукрів - глюкози і фруктози:

инвертаза

З 12 Н 22 Про 11 + Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + З 6 Н 12 О 6

сахароза глюкоза фруктоза

Інвертаза широко поширена в природі і зустрічається майже у всіх типах грунтів. Дуже висока активність інвертази виявлена \u200b\u200bв гірничо-лугових грунтах. Активність інвертази чітко корелює з вмістом гумусу і грунтовим родючістю. Рекомендується при вивченні впливу добрив для оцінки їх ефективності. Методи визначення активності інвертази грунтів засновані на кількісному обліку відновлюють цукрів по Бертрану і по зміні оптичних властивостей розчину сахарози до і після впливу ферменту. Перший спосіб може бути застосований при вивченні ферменту з дуже широкою амплітудою активності і концентрації субстрату. Поляриметричними і фотоколориметричний способи більш вимогливі до концентрації цукрів і неприйнятні для грунтів з високим вмістом органічної речовини, де виходять, забарвлені розчини; тому ці методи обмежено застосовуються в ґрунтових дослідженнях.

З численних показників біологічної активності грунту велике значення мають грунтові ферменти. Їх різноманітність і багатство роблять можливим здійснення послідовних біохімічних перетворень, що надходять в грунт органічних залишків.

Назва «фермент» походить від латинського «ферментум» - блукаю, закваска. Явище каталізу і в даний час повністю не розгадано. Сутність дії каталізатора полягає в зниженні енергії активації, необхідної для хімічної реакції, спрямовуючи її обхідним шляхом через проміжні реакції, які вимагають меншої енергії, що йдуть без каталізатора. Завдяки цьому підвищується і швидкість основної реакції.

Під дією ферменту послаблюються внутрішньо-молекулярні зв'язки в субстраті внаслідок деякої деформації його молекули, що відбувається при утворенні проміжного комплексу фермент-субстрат.

Ферментативну реакцію можна виразити загальним рівнянням:

E + S -\u003e ES -\u003e Е + Р,

т. е. субстрат (S) можна зупинити реагує з ферментом (Е) з утворенням фермент-субстратного комплексу (ES). Загальна прискорення реакції під дією ферменту зазвичай становить 10 10 -10 15.

Таким чином, роль ферментів полягає в тому, що вони значно прискорюють біохімічні реакції і роблять їх можливими при звичайній нормальній температурі.

Ферменти, на відміну від неорганічних каталізаторів, мають вибірковістю дії. Специфічність дії ферментів виражається в тому, що кожен фермент діє лише на певну речовину, або ж на певний тип хімічного зв'язку в молекулі. По своїй біохімічній природі все ферменти - високомолекулярні білкові речовини. На специфічність ферментних Силков впливає порядок чергування в них амінокислот. Деякі ферменти крім білка містять більш прості сполуки. Наприклад, в складі різних окисних ферментів містяться органічні сполуки заліза. До складу інших входять мідь, цинк, марганець, ванадій, хром, вітаміни та інші органічні сполуки.

В основу єдиної класифікації ферментів покладено специфічність до типу реакції, і в даний час ферменти поділяють на 6 класів. У грунтах найбільш вивчені оксидоредуктаз (каталізують процеси біологічного окислення) і гідролази (каталізують розщеплення з приєднанням води). З оксидоредуктаз в грунті найбільш поширені каталаза, дегідрогенази, фенолоксідази і ін. Вони беруть участь в окисно-відновних процесах синтезу гумусових компонентів. З гидролаз найбільш широко в грунтах поширені инвертаза, уреаза, протеази, фосфату-Mi. Ці ферменти беруть участь в реакціях гидролитического розпаду високомолекулярних органічних сполук і тим самим відіграють важливу роль в збагаченні грунту рухливими і доступними рослинам і мікроорганізмам поживними речовинами.

Дослідженням ферментативної активності грунтів займалося велика кількість дослідників. В результаті досліджень доведено, що ферментативна активність - це елементарна грунтова характеристика. Ферментативна активність грунту складається в результаті сукупності процесів надходження, іммобілізації і дії ферментів в грунті. Джерелами ґрунтових ферментів служить все живе речовина грунтів: рослини, мікроорганізми, тварини, гриби, водорості і т. Д. Накопичуючись в грунті, ферменти стають невід'ємним реактивним компонентом екосистеми. Грунт є найбагатшою системою по ферментному різноманітності і ферментативному пулу. Різноманітність і багатство ферментів в грунті дозволяє здійснюватися послідовним біохімічним перетворенням різних надходять органічних залишків.

Значну роль грунтові ферменти відіграють в процесах гумусообразования. Перетворення рослинних і тваринних залишків в гумусові речовини є складним біохімічним процесом за участю різних груп мікроорганізмів, а також іммобілізованих грунтом позаклітинних ферментів. Виявлено прямий зв'язок між інтенсивністю гуміфікації і ферментативної активністю.

Особливо слід відзначити значення ферментів в тих випадках, коли в грунті складаються екстремальні для життєдіяльності мікроорганізмів умови, зокрема при хімічному забрудненні. У цих випадках метаболізм в грунті залишається певною мірою незмінним завдяки дії іммобілізованих грунтом, і тому стійких, ферментів.

Максимальна каталітична активність окремих ферментів спостерігається у відносно невеликому інтервалі рН, який є для них оптимальним. Оскільки в природі зустрічаються грунту з широким діапазоном реакції середовища (рН 3,5-11,0), то їх рівень активності дуже різний.

Дослідженнями різних авторів встановлено, що активність ґрунтових ферментів може служити додатковим діагностичним показником ґрунтової родючості і його зміни в результаті антропогенного впливу. Застосуванню ферментативної активності в якості діагностичного показника сприяють низька помилка дослідів і висока стійкість ферментів при зберіганні зразків.

1.8.4. Біологічна активність грунту

При проведенні біомоніторингу і біодіагностики грунтів провідними є показники біологічної активності. під биологичеської активністюслід розуміти напруженість (інтенсивність) всіх біологічних процесів в грунті. Її слід відрізняти від біогенності грунту- заселеності грунту різними організмами. Біологічна активність і біогенного грунту часто не збігаються один з одним.

Біологічна активність грунту обумовлена \u200b\u200bсумарним вмістом в грунті певного запасу ферментів, як виділених в процесі життєдіяльності рослин і мікроорганізмів, так і акумульованих грунтом після руйнування відмерлих клітин. Біологічна активність грунтів характеризує розміри і напрямок процесів перетворення речовин і енергії в екосистемах суші, інтенсивність переробки органічних речовин і руйнування мінералів.

Як показники біологічної активності грунтів використовуються: чисельність і біомаса різних груп грунтової біоти, їх продуктивність, ферментативна активність грунтів, активність основних процесів, пов'язаних з кругообігом елементів, деякі енергетичні дані, кількість і швидкість накопичення продуктів життєдіяльності грунтових організмів.

Через те, що важливі і загальні процеси, що здійснюються в грунті усіма або більшістю організмів (наприклад, термогенез, кількість АТФ), практично неможливо досліджувати, визначають інтенсивність більш приватних процесів, таких як виділення СО 2, накопичення амінокислот і ін.

Показники біологічної активності визначають, використовуючи різні методи: мікробіологічні, біохімічні, фізіологічні і хімічні.

Біологічна активність грунтів (і відповідно методів її визначення) підрозділяється на актуальну і потенційну. Потенційна біологічна активність вимірюється в штучних умовах, оптимальних для протікання конкретного біологічного процесу. Актуальна (дійсна, природна, польова) біологічна активність характеризує реальну активність грунту в природних (польових) умовах. Виміряти її можна тільки безпосередньо в полі.

Методи визначення потенційної біологічної активності грунтів можуть служити хорошими діагностичними показниками потенційної родючості грунтів, ступеня удобреіності, окультуреності, еродованих, а також забруднення будь-якими хімічними речовинами. Однак при характеристиці інтенсивності біологічних процесів, що протікають в природних умовах, слід користуватися методами для визначення актуальної біологічної активності, так як в реальній обстановці лімітуючі фактори (рН середовища, температура, вологість і т. Д.) Можуть різко обмежувати інтенсивність процесу і, незважаючи на великі потенційні можливості, процес може йти дуже повільно.

Важливою особливістю показників біологічної активності грунтів є їх значне просторове і тимчасове варіювання, що вимагає при їх визначенні великого числа повторних спостережень і ретельної вариационно-статистичної обробки.

З біологічною активністю грунту тісно взаємопов'язані її фізичні і хімічні властивості, такі як гумусовий стан, структура, лужно-кислотні умови, окислювально-відновний потенціал і інші. Слід зазначити, що фізичні і хімічні властивості характеризують щодо консервативні накопичилися ознаки і властивості ґрунтів, біологія грунтів має показниками динамічних властивостей, які є індикаторами сучасного режиму життя грунтів.

Для виявлення негативних наслідків антропогенного впливу використовують моніторинг грунтового покриву. Деградаційні явища перш за все зачіпають біологічні об'єкти, знижуючи біологічну активність і, в кінцевому рахунку, родючість. Тому використання методів біологічної діагностики, дозволяє визначити негативні наслідки антропогенного впливу на ранніх стадіях. Особливо це стосується діагностики різних забруднень.

Біологічні індикатори мають ряд переваг в порівнянні з іншими. По-перше, це висока чутливість і чуйність на зовнішні впливи, по-друге, вони дозволяють простежити за негативними процесами на ранніх стадіях процесу, по-третє, тільки по ним можна судити про впливах, що не піддають істотної зміни речовий склад грунтів

(Радіоактивне і біоцидний забруднення). До істотних недоліків можна віднести велику просторову і тимчасову варіабельність.

В даний час розроблений великий набір біологічних показників, що визначають здатність грунту забезпечувати рослини факторами життя, т. Е. Визначають потенційну родючість грунтів, і корелюють з урожайністю.

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Вступ

1. Огляд літератури

1.1 Загальне уявлення про грунтових ферментах

1.2 Ферментативна активність грунтів

1.3 Методологічні підходи до визначення ферментативної активності грунтів

1.3.1 Виділення експериментальної площі

1.3.2 Особливості відбору та підготовки зразків грунтів до аналізу

1.4 Вплив різних факторів (температура, водний режим, сезон відбору) на ферментативну активність грунтів

1.5 Зміна співтовариств мікроорганізмів в грунтах

1.6 Методи дослідження активності ґрунтових ферментів

висновок

Список використаних джерел

Вступ

В умовах зростаючої антропогенного навантаження на біосферу планети, грунт, будучи елементом природної системи і перебуваючи в динамічній рівновазі з усіма іншими компонентами, піддається деградаційних процесів. Потоки речовин, потрапляючи в грунт в результаті антропогенної діяльності, включаються в природні цикли, порушуючи нормальне функціонування грунтової біоти, і як наслідок, всієї грунтової системи. Серед різних біологічних критеріїв оцінки антропогенного впливу на грунти найбільш оперативними і перспективними є біохімічні показники, що дають відомості про динаміку найважливіших ферментативних процесів в грунті: синтезі і розкладанні органічної речовини, нітрифікації і інших процесах.

Наявні відомості про ферментативної активності різних типів грунтів в даний час поки недостатні і вимагають подальшого вивчення. Це робить вельми актуальним в теоретичному і практичному відношеннях вивчення питань, що містяться в даній роботі.

Об'єкт дослідження: активність ґрунтових ферментів.

мета курсової роботи: Вивчення ґрунтових ферментів і ферментативної активності грунтів.

Відповідно до мети дослідження були поставлені наступні завдання:

1. Дати загальні уявлення про грунтових ферментах і ферментативної активності грунтів.

2. Розглянути методологічні підходи до визначення ферментативної активності грунтів.

3. Визначити вплив різних природних факторів на ферментативну активність грунтів

4. Вивчити питання про наявність і зміни співтовариств мікроорганізмів в грунтах

5. Перерахувати і охарактеризувати методи дослідження активності ґрунтових ферментів.

1 . Огляд літератури

1.1 Загальне уявлення про грунтових ферментах

Важко уявити, щоб ферменти, високоорганізовані білкові молекули, могли утворюватися в грунті поза живим організмом. Відомо, що грунт має відомої ферментативної активністю.

Ферменти - це каталізатори хімічних реакцій білкової природи, що відрізняються специфічністю дії відносно каталізу певних хімічних реакцій.

Ферменти є продуктами біосинтезу живих грунтових організмів: деревних і трав'янистих рослин, мохів, лишайників, водоростей, грибів, мікроорганізмів, найпростіших, комах, безхребетних і хребетних тварин, які представлені в природі певними сумами - биоценозами.

Біосинтез ферментів в живих організмах здійснюється завдяки генетичним факторам, відповідальним за спадкову передачу типу обміну речовин і його приспособительную мінливість. Ферменти є тим робочим апаратом, за допомогою якого реалізується дію генів. Вони каталізують в організмах тисячі хімічних реакцій, з яких, в результаті, складається клітинний обмін. Завдяки ферментам хімічні реакції в організмі здійснюються з великою швидкістю.

До теперішнього часу з двох тисяч відомих ферментів більше 150 отримано в кристалічному вигляді. Ферменти поділяють на шість класів:

1. Оксіредуктази - каталізують окислювально-відновні реакції.

2. Трансферази - каталізують реакції міжмолекулярної перенесення різних хімічних груп і залишків.

3. Гідролази - каталізують реакції гідролітичного розщеплення внутрішньомолекулярних зв'язків.

4. Ліази - каталізують реакції приєднання груп по подвійних зв'язках і зворотні реакції відриву таких груп.

5. Ізомерази - каталізують реакції ізомеризації.

6. Лігази - каталізують хімічні реакції з утворенням зв'язків за рахунок АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти).

При відмирання і перегнивання живих організмів частина їх ферментів руйнується, а частина, потрапляючи в грунт, зберігає свою активність і каталізує багато грунтові хімічні реакції, беручи участь в процесах ґрунтоутворення і в формуванні якісної ознаки грунтів - родючості.

В різних типах грунтів під певними биоценозами сформувалися свої ферментативні комплекси, що відрізняються активністю биокаталитических реакцій.

Важливою рисою ферментативних комплексів грунтів є упорядкованість дії наявних груп ферментів. Вона проявляється в тому, що забезпечується одночасна дія ряду ферментів, що представляють різні групи. Ферменти виключають накопичення надлишку будь-яких з'єднань в грунті. Надлишки накопичилися рухомих простих з'єднань (наприклад, NH 3) тим чи іншим шляхом вони тимчасово пов'язують і направляють в цикли, що завершуються утворенням більш складних з'єднань. Ферментативні комплекси можна уявити, у вигляді якихось саморегулюючих систем. У цьому основну роль відіграють мікроорганізми і рослини, постійно поповнюють грунтові ферменти, так як багато хто з них є короткоживущими.

Про кількість ферментів побічно судять по їх активності в часі, яка залежить від хімічної природи реагуючих речовин (субстрату, ферменту) і від умов взаємодії (концентрація компонентів, рН, температура, склад середовища, дія активаторів, інгібіторів і ін.).

Ферменти, що відносяться до класів гідролаз і оксидоредуктаз, беруть участь в основних процесах гуміфікації грунтів, тому їх активність - це суттєвий показник родючості грунтів. Тому коротко зупинимося на характеристиці ферментів, що відносяться до даних класах.

До гідролаз відносять инвертазу, уреазу, фосфатазу, протеазу і ін.

Інвертаза - каталізує реакції гідролітичного розщеплення сахарози на еквімолярних кількості глюкози і фруктози, впливає також на інші вуглеводи (галактози, глюкози, рамнози) з утворенням молекул фруктози - енергетичного продукту для життя мікроорганізмів, каталізує фруктозотрансферазние реакції. Дослідження багатьох авторів показали, що активність інвертази краще за інших ферментів відображає рівень родючості і біологічної активності грунтів 3, с. 27.

Уреаза - каталізує реакції гідролітичного розщеплення сечовини на аміак і діоксид вуглецю. У зв'язку з використанням сечовини в агрономічної практиці необхідно мати на увазі, що активність уреази вище у більш родючих грунтів. Вона підвищується у всіх грунтах в періоди їх найбільшої біологічної активності - в липні-серпні.

Фосфатаза (лужна і кисла) - каталізує гідроліз ряду фосфорорганічних сполук з утворенням ортофосфата. Активність фосфатази тим вище, чим менше в грунті рухомих форм фосфору, тому вона може бути використана як додатковий показник при встановленні потреби внесення в грунти фосфорних добрив. Найбільш висока фосфатазной активність в ризосфері рослин.

Протеази - це група ферментів, що розщеплюють білки до поліпептидів і амінокислот, які в подальшому гідролізуються до аміаку, діоксиду вуглецю і води. У зв'язку з цим протеази мають найважливіше значення в житті грунту, так як з ними пов'язані зміна складу органічних компонентів і динаміка форм азоту, які легко засвоюються рослинами.

До класу оксидоредуктаз відносять каталазу, пероксидазу і поліфенолоксідазу і ін.

Каталаза - в результаті її дії відбувається розщеплення перекису водню, токсичною для живих організмів:

Н2О2\u003e Н2О + О2

Великий вплив на каталазну активність мінеральних грунтів надає рослинність. Грунти, що знаходяться під рослинами з потужною яка глибоко проникла кореневою системою, характеризуються високою каталазной активністю. Особливість активності каталази полягає в тому, що вниз за профілем вона мало змінюється, має зворотну залежність від вологості ґрунтів і пряму - від температури.

Поліфенолоксидаза і пероксидази в грунтах належить основна роль в процесах гумусообразования.

Поліфенолоксидаза каталізує окислення поліфенолів в хінони в присутності вільного кисню повітря. Пероксидаза каталізує окислення поліфенолів в присутності перекису водню або органічних перекисів. При цьому її роль полягає в активації перекисів, оскільки вони володіють слабким окислюючими дією на феноли. Далі може відбуватися конденсація хинонов з амінокислотами і пептидами з утворенням первинної молекули гуминовой кислоти, яка в подальшому здатна ускладнюватися за рахунок повторних конденсацій.

Ставлення активності поліфенолоксідази (S) до активності пероксидази (D), виражене у відсотках має зв'язок з накопиченням в грунтах гумусу, тому ця величина отримала назву умовний коефіцієнт накопичення гумусу (К):

Розглянемо різновиди ґрунтових ферментів.

До класу оксидоредуктаз належать каталізують окислювально-відновні реакції.

У переважній більшості біологічних окислення відбувається не приєднання кисню до окислюється молекулі, а відщеплення водню від окислюваних субстратів. Цей процес отримав назву дегідрірованія і каталізується ферментами дегідрогеназ.

Розрізняють аеробні дегідрогенази, або оксидази, і анаеробні дегідрогенази, або редуктази. Оксидази переносять атоми водню або електрони від окисляемого речовини на кисень повітря. Анаеробні дегідрогенази передають атоми водню і електрони іншим акцепторам, ферментам або переносників водню, без передачі їх на кисневі атоми. Окисленню піддаються численні органічні сполуки, що потрапляють в грунт з рослинами і тваринами: білки, жири, вуглеводи, клітковина, органічні кислоти, амінокислоти, пурини, феноли, хінони, специфічні органічні речовини типу гумінових і фульвокислот і ін.

В окисно-відновних процесах в клітинах тварин, рослин, мікроорганізмів беруть участь, як правило, анаеробні дегідрогенази, які передають отщепляют від субстрату водень проміжним переносникам. У грунтовій середовищі беруть участь в окисно-відновних процесах в основному аеробні дегідрогенази, за допомогою яких водень субстрату переноситься безпосередньо на кисень повітря, тобто акцептором водню є кисень. Найпростіша окислювально-відновна система в грунтах складається з окисляемого субстрату, оксидаз і кисню.

Особливість оксидоредуктаз полягає в тому, що, незважаючи на обмежений набір активних груп (коферментів), вони здатні прискорювати велику кількість найрізноманітніших окисно-відновних реакцій. Це досягається за рахунок здатності одного коферменту з'єднуватися з багатьма апоферментами і утворювати кожен раз Оксидоредуктази, специфічну по відношенню до того чи іншого субстрату.

Іншою важливою особливістю оксидоредуктаз є те, що вони прискорюють хімічні реакції, пов'язані з вивільненням енергії, яка необхідна для синтетичних процесів. Окислювально-відновні процеси в грунті катализируются як аеробними, так і анаеробними дегідрогеназ. За хімічною природою це двокомпонентним ферменти, що складаються з білка і активної групи, або кофермент.

В якості активного групи можуть виступати:

НАД + (никотинамидадениндинуклеотид),

НАДФ + (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат);

ФМН (флавинмононуклеотид);

ФАД (флавінаденіндінуклеотід), цитохроми.

Виявлено близько п'ятисот різних оксидоредуктаз. Однак найбільш розповсюдженний Оксидоредуктази є такі, які містять в якості активної групи НАД +.

З'єднуючись з білком і утворюючи двокомпонентним фермент (пірідінпротеін), НАД + підсилює свою здатність відновлюватися. В результаті пірідінпротеіни стають здатні віднімати від субстратів, в якості яких можуть бути вуглеводи, дикарбонові і кетокислот, амінокислоти, аміни, спирти, альдегіди, специфічні ґрунтові органічні сполуки (гумінові та фульвокислоти) та ін., Атоми водню у вигляді протонів (Н +) . В результаті активна група ферменту (НАД +) відновлюється, а субстрат переходить в окислене стан.

Механізм зв'язування двох атомів водню, тобто двох протонів і двох електронів, полягає в наступному. Активний групою дегидрогеназ, яка приймає протони й електрони, є піридинове кільце. При відновленні НАД + до одного з вуглецевих атомів пиридинового кільця приєднуються один протон і один електрон, тобто один атом водню. Другий електрон приєднується до позитивно зарядженого атома азоту, а залишився протон переходить в навколишнє середовище.

Все пірідінпротеіни є анаеробними дегідрогеназ. Вони залишають поза передачею зняті з субстрату атоми водню на кисень, а посилають їх на інший фермент.

Крім НАД + пірідінферменти можуть містити в якості коферменту нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат (НАДФ +). Цей кофермент є похідним НАД +, у якого водень ОН - групи другого вуглецевого атома рибози аденозину заміщений на залишок фосфорної кислоти. Механізм окисленнясубстратів за участю НАДФ * в якості коферменту аналогічний НАД +.

Після приєднання водню НАДН і НАДФН володіють значним відновним потенціалом. Вони можуть передавати свій водень інших сполук і відновлювати їх, а самі перетворюються при цьому в окислених форму. Однак водень, приєднаний до анаеробної дегідрогенази, не може передаватися на кисень повітря, а тільки преносчікам водню. Такими проміжними переносниками є флавіновие ферменти (флавопротеїни). Вони являють собою двокомпонентні ферменти, як активної групи в яких може перебувати фосфорілірованний вітамін В2 (рибофлавін). Кожна молекула такого ферменту має молекулу рібофлавінфосфата (або флавінмононуклеотіда, ФМН). Таким чином, ФМН є з'єднанням азотистої основи діметілізоаллоксазіна із залишками пятиуглеродного спирту рібіта і фосфорної кислоти. ФМН здатний приймати і віддавати два атома водрод (Н) по атомам азоту (N) ізоаллоксазінового кільця.

Трансферази називають ферментами перенесення. Вони каталізують перенесення окремих радикалів, частин молекул і цілих молекул з одних з'єднань на інші. Реакції перенесення зазвичай йдуть в дві фази. На першій фазі фермент відщеплює атомну угруповання від бере участь в реакції речовини і утворює з нею комплексне з'єднання. На другій фазі фермент каталізує приєднання угруповання до іншої речовини, що бере участь в реакції, а сам звільняється в незмінному стані. Клас трансфераз налічує близько 500 індивідуальних ферментів. Залежно від того, які угруповання або радикали переносять трансферази, розрізняють фосфотрансферази, амінотрансферази, глікозілтрансферази, ацілтрансферази, метилтрансферази і ін.

Фосфотрансферази (кінази) - ферменти, що каталізують перенесення залишків фосфорної кислоти (Н2Р03). Донором фосфатних залишків, як правило, є АТФ. Перенесення фосфатних груп проводиться на спиртові, карбоксильні, азотсодержащие, містять фосфор і інші групи органічних сполук. До фосфотрансферази відноситься повсюдно поширена гексокіназа - фермент, що прискорює перенесення залишку фосфорної кислоти від молекули АТФ до глюкози. З цієї реакції починається перетворення глюкози в інші сполуки.

Глікозілтрансферази прискорюють реакції перенесення глікозільних залишків до молекул моносахаридів, полісахаридів або інших речовин. Це ферменти, що забезпечують реакції синтезу нових молекул вуглеводів, коферментами глікозилтрансфераз є нуклеозіддіфосфатсахара (ПДФ-цукру). З них в процесі синтезу олігосахаридів глікозільних залишок переноситься на моносахарид. В даний час відомо близько п'ятдесяти ПДФ-цукрів. Вони широко поширені в природі, синтезуються з фосфорних ефірів моносахаридів і відповідних нуклеозидтрифосфатів.

Ацілтрансферази переносять залишки оцтової кислоти СН3СО -, а також залишки інших жирних кислот на амінокислоти, аміни, спирти та інші сполуки. Це двокомпонентні ферменти, до складу яких входить кофермент А. Джерелом ацильних груп є ацілкоензім А, який можна розглядати як активну групу ацілтрансферази. При перенесенні залишків оцтової кислоти в реакції бере участь ацетил коензим А.

До класу гідролаз відносяться ферменти, що каталізують гідроліз, а іноді і синтез складних органічних сполук за участю води.

Підклас естераз включає ферменти, що прискорюють реакції гідролізу складних ефірів, спиртів з органічними і неорганічними кислотами.

Найважливішими подподкласса естераз є гідролази ефірів карбонових кислот і фосфатази. Реакції гідролізу жирів (тригліцеридів), в результаті яких звільняються гліцірін і вищі жирні кислоти, прискорюються гідролазою ефірів гліцерину липазой. Розрізняють прості ліпази, які каталізують звільнення вищих жирних кислот з вільних тригліцеридів, і ліпопротеінліпази, які здійснюють гідроліз пов'язаних з білками ліпідів. Ліпази - однокомпонентні білки з молекулярною вагою від 48 тис. До 60 тис. Добре вивчена ліпаза дріжджів. Її поліпептидний ланцюг складається з 430 амінокислотних залишків і складена в глобулу, в центрі якої знаходиться активний центр. Провідну роль в активному центрі ліпази грають радикали гістидину, серину, дикарбонових кислот і ізолейцину.

Активність ліпаз регулюється шляхом їх фосфорілірованія- дефосфорилирования. Активні ліпази фосфорильованій, що не активні дефосфорілірованном.

Фосфатази каталізують гідроліз фосфорних ефірів. Широко поширені фосфатази, що діють на складні ефіри фосфорної кислоти і вуглеводів. До таких сполук відносяться, наприклад, глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфатаза, фруктозо-1,6-дифосфат і ін. Відповідні ферменти носять назви глюкозо-6-фосфатаза, глюкозо-1-фосфатаза і т. Д. Вони каталізують відщеплення залишку фосфорної кислоти від фосфорних ефірів:

Фосфатази фосфодіефіров - дезоксирибонуклеаза і рибонуклеаза каталізують розщеплення ДНК і РНК до вільних нуклеотидів.

До підкласу гидролаз відносяться глікозідази прискорюють реакції гідролізу глікозидів. Крім глікозидів, що містять в якості агликонов залишки одноатомних спиртів, субстратами, на які діють глікозідази, є оліго- і полісахариди. З діючих на олігосахариди гликозидаз найважливішими є мальтоза і сахароза. Вони здійснюють гідроліз мальтози і сахарози.

З гликозидаз, що діють на полісахариди, найбільше значення мають амілази. Характерна особливість амілаз - відсутність абсолютної специфічності дії. Все амілази - металопротеїни, містять Zn 2+ і Са 2+. Активні центри амілаз утворені радикалами гистидина, аспарагінової і глутамінової кислот, а також тирозину. Останній виконує функцію зв'язування субстрату, а перші трікаталітіческую. Амілази прискорюють реакції гідролізу глікозільних зв'язків в молекулі крохмалю з утворенням глюкози, мальтози або олігосахаридів.

Важливе значення має целлюлаза, що каталізує розщеплення целюлози, інулаза, що розщеплює полісахарид інулін, аглюкозідаза, що перетворює дисахарид мальтозу в дві молекули глюкози. Деякі глікозідази можуть каталізувати реакції перенесення глікозільних залишків, в цьому випадку їх називають трансглікозідазамі.

Протеази (Пептідгідролази) каталізують гідролітичні розщеплення пептидних CO-NH-зв'язків в білках або пептидах з утворенням пептидів меншою молекулярної маси або вільних амінокислот. Серед пептідгідролаз розрізняють ендопептідази (протеїнази), каталізують гідроліз внутрішніх зв'язків в білкової молекулі, і екзопептідази (пептідази), що забезпечують відщеплення від пептидного ланцюга вільних амінокислот.

Протеїнази ділять на чотири підкласу.

1. серинові протеїнази, до складу актівнового центру цих ферментів входить залишок серину. Послідовність амінокислотних залишків на ділянці поліпептидного ланцюга у серинових протеїназ однакова: аспарагінова кислота-серії-гліцин. Гідроксильна група серину характеризується високою процесах. Другий активної функціональною групою є імідазол залишку гістидину, що активізує гідроксил серина в результаті утворення водневого зв'язку.

2. тіолове (цистеїнові) протеїнази, мають в активному центрі залишок цистеїну, ензиматичною активністю володіють сульфгідрильні групи і іонізована карбоксильная група.

3. Кислі (карбоксильні) протеїнази, оптимум рН<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Металлпротеінази, каталітична дія їх обумовлено присутністю в активному центрі Mg 2+, Mn 2+, Со 2, Zn 2+, Fe 2+. Міцність зв'язку металу з білкової частиною ферменту може бути різною. Що входять до складу активного центру іони металів беруть участь в утворенні фермент-субстратні комплексів і полегшують активацію субстратів.

Важливою особливістю протеїназ є селективний характер їх дії на пептидні зв'язки в білковій молекулі. В результаті індивідуальний білок під впливом певної протеїнази розщеплюється завжди на строго обмежена кількість пептидів.

5. Пептідгідролази, отщепляющие амінокислоти від пептиду, починаючи з амінокислоти, яка має вільної NН2-групою, називаються амінопептидази, що мають вільну СООН групу - Карбоксипептидаза. Завершують гідроліз білка діпептідази, розщеплюючи дипептиди на амінокислоти.

6. амидаз каталізують гідролітичні розщеплення зв'язку між вуглецем і азотом: дезаминирование амінів. До цієї групи ферментів відноситься уреаза, яка здійснює гідролітичні розщеплення сечовини. окислювальний фермент

7. Уреаза - однокомпонентний фермент (М \u003d 480 тис.). Молекула являє собою глобулу і складається з восьми рівних субодиниць. Володіє абсолютною субстратной специфічністю, діє тільки на сечовину.

Слід зазначити, що щоб виявити в грунті вільні ферменти, потрібно перш за все звільнити її від живих організмів, т. Е. Провести повну або часткову стерилізацію. Ідеальний фактор, що стерилізує грунт для потреб ензимології, повинен вбивати живі клітини, не порушуючи їх клітинної структури, і в той же час, не впливати на самі ферменти. Важко сказати, чи всі застосовувані в даний час методи стерилізації відповідають цим вимогам. Найчастіше грунт для потреб ензимології стерилізують, додаючи в якості антисептика толуол, шляхом обробки грунту окисом етилену або, що тепер практикується все частіше, вбиваючи мікроорганізми різного роду іонізуючим випромінюванням. Подальша техніка визначення каталітичних властивостей грунту не відрізняється від методів визначення активності ферментів рослинного або тваринного походження. До грунту додають певну концентрацію субстрату для ферменту і після інкубації вивчають продукти реакції. Аналізи багатьох грунтів, проведені цим способом, показали, що в них містяться вільні ферменти, що володіють каталітичною активністю.

1.2 Ферментативна активність грунтів

Ферментативна активність грунтів [від лат. Fermentum - закваска]-здатність грунту проявляти каталітична дія на процеси перетворення екзогенних і власних органічних і мінеральних сполук завдяки наявним в ній ферментам. Характеризуючи ферментативну активність грунтів, мають на увазі сумарний показник активності. Ферментативна активність різних грунтів неоднакова і пов'язана з їх генетичними особливостями і комплексом взаємодіючих екологічних факторів. Рівень ферментативної активності грунтів визначається активністю різних ферментів (інвертази, протеаз, уреази, дегидрогеназ, каталази, фосфатаз), яка виражається кількістю розкладеного субстрату за одиницю часу на 1 г грунту.

Биокаталитических активність грунтів залежить від ступеня обогащенности їх мікроорганізмами і від типу грунтів. Активність ферментів змінюється по генетичним обріїв, які відрізняються за змістом гумусу, типам реакцій, окисно-відновним потенціалом та іншими показниками за профілем.

У цілинних лісових ґрунтах інтенсивність ферментативних реакцій в основному визначають горизонти лісової підстилки, а в орних - орні шари. Всі біологічно менш активні генетичні горизонти, що знаходяться під горизонтами А чи Ап, мають низьку активність ферментів. Активність їх незначно зростає при окультурення грунтів. Після освоєння лісових грунтів під ріллю ферментативна активність утвореного орного горизонту в порівнянні з лісовою підстилкою різко знижується, але в міру його окультурення підвищується і в сильно окультурених грунтах наближається або перевищує показники лісової підстилки.

Ферментативна активність відображає стан родючості грунтів і внутрішні зміни, що відбуваються при сільськогосподарському використанні і підвищенні рівня культури землеробства. Ці зміни виявляються як при залученні цілинних і лісових грунтів в культуру, так і при різних прийомах їх використання.

По всій Білорусі в орних грунтах щорічно втрачається до 0,9 т / га гумусу. В результаті ерозії щорічно безповоротно несеться з полів 0,57 т / га гумусу. Причинами дегумификации грунтів є посилення мінералізації ґрунтового органічної речовини, відставання процесів новоутворення гумусу від мінералізації в зв'язку з недостатнім надходженням в грунт органічних добрив і зниження ферментативної активності ґрунту.

Біохімічні перетворення органічної речовини грунту відбуваються в результаті мікробіологічної діяльності під впливом ферментів. ферментативний активність грунт мікроорганізм

Особливу роль відіграють ферменти в життєдіяльності тварин, рослин і мікроорганізмів. Грунтові ферменти беруть участь при розпаді рослинних, тварин і мікробних залишків, а також синтезі гумусу. В результаті живильні речовини з важко засвоюваних сполук переходять в легко доступні форми для рослин і мікроорганізмів. Ферменти відрізняються високою активністю, суворої специфічністю дії і великою залежністю від різних умов зовнішнього середовища. Завдяки каталітичної функції вони забезпечують швидке протікання в організмі або поза його величезного числа хімічних реакцій.

Спільно з іншими критеріями ферментативна активність грунтів може служити надійним діагностичним показником для з'ясування ступеня окультуреності грунтів. В результаті досліджень 4, с. 91 встановлено залежність між активністю мікробіологічних і ферментативних процесів і проведенням заходів, що підвищують родючість грунтів. Обробка грунтів, внесення добрив істотно змінюють екологічну обстановку розвитку мікроорганізмів.

В даний час в біологічних об'єктах виявлено кілька тисяч індивідуальних ферментів, а кілька сотень з них виділено і вивчено. Відомо, що жива клітина може містити до 1000 різних ферментів, кожен з яких прискорює ту чи іншу хімічну реакцію.

Інтерес до застосування ферментів викликаний ще й тим, що постійно зростають вимоги щодо збільшення безпеки технологічних процесів. Присутня в усіх біологічних системах, будучи одночасно продуктами і інструментами цих систем, ферменти синтезуються і функціонують при фізіологічних умовах (pH, температура, тиск, присутність неорганічних іонів), після чого легко виводяться, піддаючись руйнування до амінокислот. Як продукти, так і відходи більшості процесів, що протікають за участю ферментів, є нетоксичними і легко руйнують. Крім того, у багатьох випадках, ферменти, які використовуються в промисловості, отримують екологічно безпечним шляхом. Від небіологічних каталізаторів ферменти відрізняють не тільки безпеку і підвищена здатність до біодеградації, а й специфічність дії, м'які умови протікання реакцій і висока ефективність. Ефективність і специфічність дії ферментів дозволяє отримувати цільові продукти з високим виходом, що робить використання ферментів в промисловості економічно вигідним. Застосування ферментів сприяє скороченню витрати води та енергії в технологічних процесах, зменшує викиди в атмосферу CO2, знижує ризик забруднення навколишнього середовища побічними продуктами технологічних циклів.

Застосуванням передової агротехніки можна змінювати в сприятливу сторону мікробіологічні процеси не тільки орного, а й підорного шарів грунту.

За безпосередньої участі позаклітинних ферментів відбувається розкладання органічних сполук у грунті. Так, протеолітичні ферменти розщеплюють білкові речовини і до амінокислот.

Уреаза розкладає сечовину до СО2 і NH3. Утворений аміак і амонійні солі служать джерелом азотного живлення рослин і мікроорганізмів.

Інвертаза і амілаза беруть участь в розщепленні вуглеводів. Ферменти групи фосфатів розкладають фосфорорганічні сполуки грунту і грають важливу роль в фосфатному режимі останньої.

Для характеристики загальної ферментативної активності ґрунту зазвичай використовують найбільш поширені ферменти, властиві переважній більшості грунтової мікрофлори - инвертазу, каталазу, протеазу та інші.

В умовах нашої республіки проводилося чимало досліджень 16, с. 115 з вивчення зміни рівня родючості і ферментативної активності грунтів при антропогенному впливі, проте отримані дані не дають вичерпної відповіді на характер змін через складність зіставлення результатів на увазі відмінності умов проведення дослідів і методик досліджень.

У зв'язку з цим пошук оптимального вирішення проблеми поліпшення гумусного стану ґрунту і її ферментативної активності в конкретних грунтово-кліматичних умовах на основі розробки ресурсозберігаючих прийомів основного обробітку почвиё застосування грунтозахисних сівозмін, що сприяють збереженню структури, запобігання переущільнення грунту і поліпшення їх якісного стану та відновлення родючості грунтів при мінімальних витратах, саме на часі.

1.3 Методологічні підходи до визначення ферментативноїактивності грунтів

1.3.1 Виділення експериментальногоділянкиі картографування

Пробна майданчик - частина досліджуваної території, що характеризується подібними умовами (рельєфом, однорідністю структури грунту і рослинного покриву, характером господарського використання).

Пробна майданчик повинен розташовуватися на типовому для досліджуваної території місці. На площі 100 кв. м закладається одна пробна майданчик розміром 25 м. При неоднорідності рельєфу площадки вибирають за елементами рельєфу.

Намічають попередній план закладки основних розрізів і полуразрезов з таким розрахунком, щоб вони характеризували грунту всіх зустрічаються форм рельєфу місцевості і різниць грунтового покриву.

Спосіб петель застосовують на територіях зі складним рельєфом і густий географічної мережею. При цьому способі досліджувану ділянку розчленовують на окремі елементарні сектори з урахуванням особливостей зміни рельєфу або гідрографічної мережі. Сектор обстежують з одного центру за допомогою здійснення петлеподібних маршрутів в радіальному напрямку.

З урахуванням особливостей рельєфу і гідрографічної мережі на одному конкретному ділянці маршрути обстеження можна планувати комбінованим способом, тобто частина ділянки обстежують способом паралельних перетинів території, а частина способом петель.

По маршрутах намічають точки закладення розрізів з таким розрахунком, щоб були охоплені всі основні різниці рельєфу і рослинності, тобто відстані між розрізами не лімітуються, тому в одних, як правило, складних по рельєфу місцях можливо згущення розрізів, а на інших, щодо однорідних, ділянках розташування розрізів може бути рідкісним.

Далі йде проведення робіт, пов'язаних з грунтовим картографування і детальним вивченням грунтів, починають з рекогносцировочного обстеження ділянки (кварталу). Під час рекогносцировочного обстеження знайомляться з межами ділянки і в цілому з об'єктом досліджень, який обходять по просіках, Візир, дорогах. У найбільш характерних місцях закладають розрізи, місце закладення яких завдають на план. За результатами рекогносцирувальна обстежень остаточно коректують маршрути і місця закладки ґрунтових розрізів.

Після рекогносцировочного обстеження приступають до власне зйомці, при виконанні якої необхідно мати план закладення ґрунтових розрізів і чисту копію абрису таксаційної опису. Загальне уявлення про грунтових різницях і початкові зарубки кордонів грунтових контурів отримують на основі вивчення основних і контрольних розрізів. Уточнення меж поширення ґрунтового контуру виробляють за допомогою прікопок. При цьому в польовому щоденнику для кожного розрізу заповнюють бланк опису грунтового розрізу. Польове вивчення поширення грунтів проводять після закладки і прив'язки розрізів для встановлення класифікаційної приналежності даної грунту. За результатами польової оцінки ґрунтового покриву і всіх інших елементів ландшафту в якості грунтового контуру виділяють окремий, відносно однорідний або одноманітно-строкатий ділянку.

Основою для виділення меж між контурами різних грунтів є виявлення закономірностей між грунтами, рельєфом і рослинністю. Зміни в факторах грунтоутворення призводять до зміни ґрунтового покриву. При ясному зміні рельєфу, рослинних формацій і почвообразующих порід кордону грунтових різниць збігаються з межами на місцевості. У свою чергу, легкість фіксації кордонів на карті і точність виділення ґрунтових контурів залежать від точності топографічної основи. Однак в природі найчастіше доводиться стикатися з неясними межами, поступовим переходом. В даному випадку для встановлення меж ґрунтових контурів потрібно закладення великого числа прікопок, а також багатий практичний досвід і гарна спостережливість. При виконанні власне зйомки в польових умовах, на основі скопійованого з таксаційної планшета плану, складають абрис грунтів досліджуваного ділянки.

Слід пам'ятати, що строгих кордонів між грунтовими дивовижними речами в природі не існує, так як зміна однієї грунтової різниці інший відбувається поступово шляхом накопичення одних ознак і втрати інших. Тому грунтова зйомка дозволяє лише в більшій чи меншій мірі передати схематичні обриси поширення ґрунтових контурів, а точність виділення їх кордонів залежить від масштабу зйомки, типу грунту та інших умов. Мінімальні розміри ґрунтових контурів, що підлягають обов'язковому виділенню на грунтової карті, визначені технічними нормативами.

1.3.2 Особливості відбору та підготовки зразків грунтів до аналізу

Щоб правильно визначити зміст того чи іншого речовини в грунті, все агрохімічні аналізи повинні виконуватися бездоганно точно і акуратно. Однак навіть дуже ретельний аналіз дасть ненадійні результати при неправильному доборі проб грунту.

Оскільки навішення для аналізу беруть дуже маленьку, а результати визначення повинні дати об'єктивну характеристику великих кількостей матеріалу, звертають увагу на усунення неоднорідності при відборі проб грунту. Усереднення грунтового зразка досягається поетапним відбором вихідної, лабораторної та аналітичної проб.

Змішана вихідна проба повинна бути складена з окремих зразків (первинних проб), відібраних в межах однієї грунтової різниці. Якщо ділянка має комплексний грунтовий покрив, то єдиної середньої проби взяти не можна. Їх має бути стільки, скільки є грунтових різниць.

Залежно від конфігурації ділянки розташування точок для відбору первинних проб на ньому буває різним. На вузькому, витягнутому в довжину ділянці їх можна розмістити уздовж (по середині) нього. На широкому, близькому до квадрату, ділянці краще шахове розташування місць взяття проб. На великих площах застосовується відбір грунтових проб уздовж довжини ділянки по його середині, в кількості до 20 шт.

Взяту вихідну пробу грунту ретельно перемішати на шматку брезенту, послідовно усредняют і зменшують до потрібного обсягу, потім висипають в чистий мішечок, або коробку. Це лабораторна проба, її маса становить близько 400 г.

В коробку з лабораторної пробій зверху кладуть фанерну або картонну етикетку, написану простим олівцем, із зазначенням:

1. Найменування об'єкта.

2. Назви ділянки.

3. Номери ділянки.

4. Глибини відбору.

5. Номери зразка.

6. Прізвища який керував роботою або брало зразок.

7. Дати проведення роботи.

Таку ж запис одночасно роблять і в журналі.

Доставлений з ділянки зразок грунту в лабораторії висипають на щільний папір або аркуш чистого фанери і розминають руками все злежалі грудки. Потім вибирають пінцетом сторонні включення, добре перемішують грунт, злегка подрібнюють її. Після такої підготовки лабораторної проби її знову розсипають для доведення до повітряно - сухого стану, потім подрібнюють і пропускають через сито з отворами 2 мм.

Приміщення для сушіння грунту повинно бути сухим і захищеним від доступу аміаку, парів кислот і інших газів.

Для визначення ферментативної активності зазвичай беруть грунт, підсушену на відкритому повітрі; вологі зразки слід підсушувати в лабораторії при кімнатній температурі. Необхідно стежити за тим, щоб зразок не містив неразложившихся рослинних залишків. Грудки ґрунту подрібнюють і просівають через сито з осередками розміром 1 мм. При вивченні ферментативної активності свіжого (вологого) зразка повного видалення рослинних залишків слід приділяти ще більше уваги. Одночасно з вивченням активності визначають і вологість грунту, отриманий результат перераховують на 1 г абсолютно сухого ґрунту.

1.4 Вплив різних факторівна ферментативну активність грунтів

Важливим фактором, від якого залежить швидкість ферментативної реакції (так само каталітична активність ферменту) є температура, вплив якої показано на малюнку 1. З малюнка видно, що з підвищенням температури до певної величини швидкість реакції збільшується. Це можна пояснити тим, що з підвищенням температури рух молекул прискорюється і у молекул реагуючих речовин виявляється більше можливості зіткнутися один з одним. Це збільшує ймовірність того, що реакція між ними відбудеться. Температура, що забезпечує найбільшу швидкість реакції, називається оптимальною температурою.

Кожен фермент має свою оптимальну температуру. Загалом для ферментів тваринного походження вона лежить між 37 і 40 ° С, а рослинного - між 40 і 50 ° С. Однак є й винятки: б-амілаза з пророслого зерна має оптимальну температуру при 60С, а каталаза - в межах 0-10С. При підвищенні температури понад оптимальної швидкість ферментативної реакції знижується, хоча частота зіткнень молекул збільшується. Відбувається це внаслідок денатурації, тобто втрати ферментом нативного стану. При температурі вище 80С більшість ферментів повністю втрачають свою каталітичну активність.

Зниження швидкості ферментативної реакції при температурах, що перевищують оптимальну, залежить від денатурації ферменту. Тому важливим показником, що характеризує відношення ферменту до температури, є його термолабильность, тобто швидкість інактивації самого ферменту при підвищенні температури.

Малюнок 1 - Вплив температури на швидкість гідролізу крохмалю амілазою

При низьких температурах (0С і нижче) каталітична активність ферментів падає майже до нуля, але денатурація при цьому не відбувається. З підвищенням температури їх каталітична активність знову відновлюється.

Також на ферментативну активність грунтів впливають вологість, вміст мікроорганізмів, екологічний стан ґрунтів.

1.5 Зміна співтовариств мікроорганізмів в грунтах

Мікроорганізми грунту дуже численні і різноманітні. Серед них є бактерії, актиноміцети, мікроскопічні гриби і водорості, протозоа і близькі до цих груп живі істоти.

Біологічний круговорот в грунті здійснюється за участю різних груп мікроорганізмів. Залежно від типу грунту вміст мікроорганізмів коливається. У садових, городніх, орних грунтах їх налічується від одного мільйона до кількох мільярдів мікроорганізмів в 1 г грунту. У грунті кожного садового ділянки присутні свої мікроорганізми. Вони беруть участь своєю біомасою в накопиченні органічної речовини грунту. Вони виконують величезну роль в утворенні доступних форм мінерального живлення рослин. Винятково велике значення мікроорганізмів у накопиченні біологічно активних речовин в грунті, таких як ауксини, гібереліни, вітаміни, амінокислоти, що стимулюють ріст і розвиток рослин. Мікроорганізми, утворюють слизу полисахаридной природи, а також велика кількість ниток грибів, беруть активну участь у формуванні структури грунту, склеюванні пилуватих ґрунтових частинок в агрегати, ніж поліпшують водно-повітряний режим грунту.

Біологічна активність грунту, чисельність і активність грунтових мікроорганізмів тісно пов'язані зі змістом і складом органічної речовини. У той же час з діяльністю мікроорганізмів тісно пов'язані такі найважливіші процеси формування родючості грунтів, як мінералізація рослинних залишків, гуміфікація, динаміка елементів мінерального живлення, реакція ґрунтового розчину, перетворення різних забруднюючих речовин в грунті, ступінь накопичення отрутохімікатів в рослинах, накопичення токсичних речовин в грунті і явище ґрунтовтоми. Велика санітарно-гігієнічна роль мікроорганізмів і в трансформації і знешкодженні сполук важких металів.

Перспективним напрямком відновлення і підтримання родючості і біологічної інтенсифікації землеробства вважається застосування продуктів переробки органічних відходів за участю вермикомпосту дощових черв'яків, які перебувають в симбіозі з мікроорганізмами. У природних грунтах розкладання осаду здійснюють дощові черв'яки, копрофаги і інші організми. Але в цьому процесі беруть участь і мікроорганізми. У кишечнику черв'яків для них створюються більш сприятливі умови для виконання будь-яких функцій, ніж в грунті. Дощові черв'яки в союзі з мікроорганізмами перетворюють різні органічні відходи в високоефективні біологічні добрива з хорошою структурою, збагачені макро- і мікроелементами, ферментами, активної мікрофлорою, що забезпечує пролонговану (тривале, поступове) дію на рослини.

Отже, забезпечуючи розвиток мікроорганізмів у грунті, підвищується врожай і покращуєте його якість. Адже мікроорганізми розвиваються, тобто діляться кожні 20-30 хв і при наявності достатнього харчування утворюють велику біомасу. Якщо бик вагою 500 кг за добу утворює 0,5 кг - 1 кг, то 500 кг мікроорганізмів за добу-біомаси, а 500 кг рослин створюють 5т біомаси. Чому ж цього не спостерігається в грунті? А тому що для цього мікроорганізмам необхідно харчування, а з іншого боку лімітують різні чинники, зокрема отрутохімікати. На площі 1 га в результаті життєдіяльності грунтових мікробів протягом року виділяється 7500м3 вуглекислоти. А вуглекислота необхідна і як джерело вуглецевого живлення рослин і для розчинення важкодоступних солей фосфорної кислоти і перетворення фосфору в форму доступну для живлення рослин. Тобто там, де добре працюють мікроорганізми, немає необхідності у внесенні фосфорних добрив. Але самі мікроорганізми потребують органічній речовині.

У балансі органічної речовини грунту велика роль культурних рослин. Накопиченню гумусу в грунтах сприяє багаторічні трави, особливо бобові. Після їх збирання в грунті залишається фитомасса, яка збагачена азотом за рахунок фіксації його бульбочкових бактерій з повітря. Просапні і овочеві культури (картопля, капуста та ін.) Зменшують вміст гумусу в грунті, тому що залишають в грунті невелику кількість рослинних залишків, а застосовувана система глибокої обробки грунту забезпечує інтенсивне надходження в орний шар кисню і, як наслідок, забезпечує сильну мінералізацію органічної речовини, тобто його втрату.

При аналізі грунтів нерідко враховується кількість окремих фізіологічних груп мікроорганізмів. Це робиться так званим методом титру, при якому рідкі виборчі (елективні) поживні середовища для певних груп мікроорганізмів заражають різними розведеннями грунтової суспензії. Встановлюючи після витримки в термостаті ступінь розведення, який показав наявність шуканої групи мікроорганізмів, можна потім простим перерахуванням визначити чисельність її представників в грунті. Таким шляхом дізнаються, наскільки грунт багата нитрификаторов, денітріфікатори, целлюлозоразлагающіе і іншими мікроорганізмами.

Для характеристики типу грунту і її стану важливі не тільки показники чисельності різних груп мікроорганізмів, але і аналіз стану в грунті окремих їх видів. За рідкісними винятками, навіть фізіологічні групи мікроорганізмів дуже широкі. Зовнішня обстановка може різко змінювати видовий склад ґрунтових мікроорганізмів, але мало або зовсім не відбивається на кількості їх фізіологічних груп. Тому при аналізі грунту важливо прагнути встановити стан окремих видів мікроорганізмів.

Серед ґрунтових мікроорганізмів зустрічаються представники різних систематичних одиниць, здатні асимілювати не тільки легкозасвоювані органічні сполуки, але і більш складні речовини ароматичної природи, до яких відносяться такі характерні для грунту з'єднання, як перегнійним речовини.

Все грунту на Землі утворилися з виходять на денну поверхню досить різноманітних гірських порід, які зазвичай називають материнськими. У якпочвообразующіх виступають, головним чином, пухкі осадові породи, так як виверження вулканів і метаморфічні породи виходять на поверхню порівняно рідко.

Основоположник наукового грунтознавства В. В. Докучаєв розглядав грунт як особливе тіло природи, настільки ж самобутнє, як рослина, тварина або мінерал. Він вказав, що в різних умовах утворюються різні грунту, і що вони змінюються в часі. За визначенням В. В. Докучаєва, грунтом слід називати «денні», або поверхневі горизонти гірських порід, природно змінені впливом ряду факторів. Тип грунту складається в залежності від: а) материнської породи, б) клімату, в) рослинності, г) рельєфу країни і д) віку грунтоутворювального процесу.

Розробляючи наукові основи ґрунтознавства, В. В. Докучаєв зазначав величезну роль живих організмів, і, зокрема, мікроорганізмів, у формуванні ґрунту.

Період творчості В. В. Докучаєва збігся з часом великих відкриттів Л. Пастера, що показали величезне значення мікроорганізмів у перетворенні різноманітних речовин і в інфекційному процесі. В кінці минулого і на початку поточного століття був зроблений ряд важливих відкриттів в галузі мікробіології, мали принципове значення для ґрунтознавства та землеробства. Було встановлено, зокрема, що в грунті міститься величезна кількість різних мікроорганізмів. Це давало привід думати про істотну роль мікробіологічного фактора у формуванні і життя грунту.

Одночасно з В. В. Докучаєвим працював інший видатний вчений-грунтознавець П. А. Костичев 24, с. 72. У монографії «Ґрунти чорноземної області Росії, їх походження, склад і властивості» (1886) він писав, що геологія має другорядне значення в питанні про чорноземі, тому що накопичення органічної речовини відбувається в верхніх шарах землі, геологічно різноманітних, і чорнозем є питанням географії вищих рослин і питанням фізіології нижчих рослин, що розкладають органічну речовину. П. А. Костичев провів ряд дослідів по з'ясуванню ролі окремих груп мікроорганізмів у створенні перегною грунту.

Великий внесок в уявлення про роль біологічного фактора в перетворенні Землі і в процесі грунтоутворення зробив учень В. В. Докучаєва академік В. І. Вернадський. Він вважав, що головним фактором в міграції хімічних елементів у верхній частині земної кори є організми. Їх діяльність зачіпає не тільки органічні, але і мінеральні речовини ґрунтового та підгрунтового шарів.

Вже з початкових етапів перетворення гірських порід в грунт роль мікроорганізмів в процесах вивітрювання мінералів вимальовується досить наочно. Видатні вчені В. І. Вернадський і Б. Б. Полин розглядали вивітрювання гірських порід як результат діяльності рослинних, переважно нижчих організмів. До теперішнього часу ця, точка зору підтверджена великим експериментальним матеріалом.

Зазвичай першими поселенцями гірських порід є накипні лишайники, що утворюють лістообразние пластини, під якими накопичується невелика кількість мелкозема. Лишайники, як правило, знаходяться в симбіозі з неспороутворюючими сапрофітними бактеріями.

Відносно ряду елементів лишайники виступають як їх акумулятори. У мілкоземі під літофільнимі рослинністю різко збільшується кількість органічної речовини, фосфору, окису заліза, кальцію і магнію.

З інших рослинних організмів, що поселяються на материнських породах, слід зазначити мікроскопічні водорості, зокрема синьо-зелених і діатомових. Вони прискорюють вивітрювання алюмосилікатів і також зазвичай живуть в асоціації з неспороутворюючими бактеріями.

Водорості, очевидно, грають істотну роль як автотрофні накопичувачі органічних речовин, без яких не може протікати енергійна діяльність сапрофітних мікроорганізмів. Останні продукують різні сполуки, що викликають вивітрювання мінералів. Багато синьо-зелені водорості є фіксаторами азоту і збагачують руйнується гірську породу цим елементом.

Основну роль в процесі вивітрювання, ймовірно, грають вуглекислота, мінеральні та органічні кислоти, що виробляються різними мікроорганізмами. Є вказівки, що сильним розчинюючим дією володіють деякі кетокислот. Не виключається можливість участі в вивітрюванні перегнійних з'єднань.

Слід зазначити, що багато бактерії утворюють слизу, що полегшують тісний контакт мікроорганізмів з гірською породою. Руйнування останньої відбувається як під впливом продуктів життєдіяльності мікроорганізмів, так і в результаті утворення комплексних з'єднань між речовиною слизу і хімічними елементами, що входять до складу кристалічних решіток мінералів. Вивітрювання гірських порід в природі має розглядатися як єдність двох протилежних процесів - розпаду первинних мінералів і виникнення вторинних мінералів. Нові мінерали можуть виникати при взаємодії мікробні метаболітів один з одним.

...

подібні документи

    Вивчення екологічних умов, зональних і інтразональні факторів грунтоутворення. Характеристика будови ґрунтових профілів, гранулометричного складу, фізико-хімічних і водно-фізичних властивостей ґрунтів, формування агроекологічних типів грунтів.

    курсова робота, доданий 14.09.2011

    Характеристика морфологічних елементів і ознак ґрунту. Типи будови ґрунтового профілю. Система символів для позначення генетичних горизонтів грунтів. Вплив хімічного складу на забарвлення грунтів. Класифікація ґрунтових новоутворень і включень.

    реферат, доданий 22.12.2013

    Природні умови та фактори грунтоутворення. Систематичний список основних типів грунтів та їх морфологічна характеристика. Водно-фізичні властивості ґрунтів, їх гранулометричний, агрегатний і хімічний склад, об'ємна маса. Методи захисту грунтів.

    курсова робота, доданий 07.02.2010

    Фізіологічний стан азотофіксаторів в типах грунтів, оцінка їх адаптаційних можливостей. Аналіз ґрунтових зразків, відібраних в регіонах Нижегородської області. Ідентифікація штамів роду Azotobacter по культуральним і фізіологічних ознак.

    дипломна робота, доданий 15.02.2014

    Фактори і процеси грунтоутворення, структура ґрунтового покриву об'єкта досліджень, основні типи ґрунтів. Детальна характеристика ґрунтових контурів, їх співвідношення на досліджуваній території. Оцінка родючості грунтів і його лісівницькими значення.

    курсова робота, доданий 12.11.2010

    Заселення гіф Ophiobolus еубактеріямі, актиноміцетами і грибами в природних грунтах. Антибіотична активність деяких особливо продуктивних грибів по відношенню до інших грибів. Зараження мешкають на грунті комах, склад бактерій в грунтах.

    реферат, доданий 03.07.2011

    Природні умови ґрунтоутворення: клімат, рельєф, почвообразующие породи, рослинність, гідрологія та гідрографія. Заходи щодо підвищення родючості грунтів, рекомендації по їх використанню. Агропроизводственная угруповання і бонітування ґрунтів.

    курсова робота, доданий 22.06.2013

    Вплив порід, клімату, рельєфу, рослинності на грунтоутворення. Гранулометричний склад, фізичні властивості, водний режим орних грунтів. Визначення грунтово-екологічного індексу. Основні заходи для підвищення родючості грунтів в агрогрупп.

    курсова робота, доданий 25.05.2012

    Властивості засолених грунтів, їх формування. Умови акумуляції солей в грунтах. Інтенсивність рослинного покриву. Джерела легкорозчинних солей. Поширення засолених грунтів. Вираз засолених грунтів в систематики, діагностичні горизонти.

    реферат, доданий 30.03.2014

    Вивчення впливу сільськогосподарських культур на склад і динамічність ґрунтових розчинів. Поширення сірих лісових грунтів, особливості генезису, діагностика, властивості, класифікація, використання. Зміст і склад органічної речовини грунту.

Кращі статті по темі