Ферментативная активность почв

Ферменты — это катализаторы химических реакций белковой природы, отличающиеся специфичностью действия в отношении катализа определенных химических реакций.

Они являются продуктами биосинтеза всех живых почвенных организмов: древесных и травянистых растений, мхов, лишайников, водорослей, микроорганизмов, простейших, насекомых, беспозвоночных и позвоночных животных, представленных в природной обстановке определенными совокупностями — биоценозами.

Ферментативная активность почв

Биосинтез ферментов

В живых организмах осуществляется благодаря генетическим факторам, ответственным за наследственную передачу типа обмена веществ и его приспособительную изменчивость. Ферменты являются тем рабочим аппаратом, при помощи которого реализуется действие генов.

Они катализируют в организмах тысячи химических реакций, из которых в итоге слагается клеточный обмен. Благодаря им химические реакции в организме осуществляются с большой скоростью.

Ферментативная активность почв

Классы

В настоящее время известно более 900 ферментов. Их подразделяют на шесть главных классов.

  1. Оксиредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
  2. Трансферазы, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных химических групп и остатков.
  3. Гидролазы, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей.
  4. Лиазы, катализирующие реакции присоединения групп по двойным связям и обратные реакции отрыва таких групп.
  5. Изомеразы, катализирующие реакции изомеризации.
  6. Лигазы, катализирующие химические реакции с образованием связей за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

Ранее мы писали про Подзолистые почвы таежно-лесной зоны

При отмирании и перегнивании живых организмов часть их ферментов разрушается, а часть, попадая в почву, сохраняет свою активность и катализирует многие почвенные химические реакции, участвуя в процессах почвообразования и в формировании качественного признака почв — плодородия.

В разных типах почв под определенными биоценозами сформировались свои ферментативные комплексы, отличающиеся активностью биокаталитических реакций.

Ферментативная активность почв

Группы ферментов

В. Ф. Купревич и Т. А. Щербакова (1966) отмечают, что важной чертой ферментативных комплексов почв является упорядоченность действия имеющихся групп ферментов, которая проявляется в том:

  • что обеспечивается одновременное действие ряда ферментов, представляющих различные группы;
  • исключаются образование и накопление соединений, имеющихся в почве в избытке;
  • излишки накопившихся подвижных простых соединений (например, NH3) тем или иным путем временно связываются и направляются в циклы, завершающиеся образованием более или менее сложных соединений.

Ферментативные комплексы являются уравновешенными саморегулирующимися системами. В этом основную роль играют микроорганизмы и растения, постоянно пополняющие почвенные ферменты, так как многие из них являются короткоживущими.

О количестве ферментов косвенно судят по их активности во времени, которая зависит от химической природы реагирующих веществ (субстрата, фермента) и от условий взаимодействия (концентрации компонентов, рН, температуры, состава среды, действия активаторов, ингибиторов и т.д.).

Рекомендуем прочитать: Солоди

В данной главе рассматривается участие в некоторых химических почвенных процессах ферментов из класса гидролаз — активность инвертазы, уреазы, фосфатазы, протеазы и из класса оксиредуктаз — активность каталазы, пероксидазы и полифенолоксидазы.

Имеющих большое значение в превращении азот- и фосфорсодержащих органических веществ, веществ углеводного характера и в процессах образования гумуса. Активность этих ферментов — существенный показатель плодородия почв.

Кроме того, будет охарактеризована активность этих ферментов в лесных и пахотных почвах разной степени окультуренности на примере дерново-подзолистых, серых лесных и дерново-карбонатных почв.

Ферментативная активность почв

Характеристика почвенных ферментов

Инвертаза — катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы, воздействует также на другие углеводы с образованием молекул фруктозы — энергетического продукта для жизнедеятельности микроорганизмов, катализирует фруктозотрансферазные реакции.

Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв.

Читайте также: Сероземы

  1. Уреаза— катализирует реакции гидролитического расщепления мочевины на аммиак и диоксид углерода. В связи с использованием мочевины в агрономической практике необходимо иметь в виду, что активность уреазы выше у более плодородных почв. Она повышается во всех почвах в периоды их наибольшей биологической активности — в июле — августе.
  2. Фосфатаза (щелочная и кислая) — катализирует гидролиз ряда фосфорорганических соединений с образованием ортофосфата. Активность фосфатазы находится в обратной зависимости от обеспеченности растений подвижным фосфором, поэтому она может быть использована как дополнительный показатель при установлении потребности внесения в почвы фосфорных удобрений. Наиболее высокая фосфатазная активность в ризосфере растений.
  3. Протеазы — это группа ферментов, при участии которых белки расщепляются до полипептидов и аминокислот, далее они подвергаются гидролизу до аммиака, диоксида углерода и воды. В связи с этим протеазы имеют важнейшее значение в жизни почвы, так как с ними связаны изменение состава органических компонентов и динамика усвояемых для растений форм азота.
  4. Каталаза — в результате ее активирующего действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов, на воду и свободный кислород. Большое влияние на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность.
  5. Как правило, почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую — от температуры.
  6. Полифенолоксидаза и пероксидаза — им в почвах принадлежит важная роль в процессах гумусообразования. Полифенолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха.
  7. Пероксидаза же катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. При этом ее роль состоит в активировании перекисей, поскольку они обладают слабым окисляющим действием на фенолы.
  8. Далее может происходить конденсация хинонов с аминокислотами и пептидами с образованием первичной молекулы гуминовой кислоты, которая в дальнейшем способна усложняться за счет повторных конденсаций (Кононова, 1963).

Вам понравится: Болотные почвы

Замечено (Чундерова, 1970), что отношение активности полифенолоксидазы (S) к активности пероксидазы (D), выраженное в процентах ( ), имеет связь с накоплением в почвах гумуса, поэтому эта величина получила название условный коэффициент накопления гумуса (К).

У пахотных слабоокультуренных почв Удмуртии за период с мая по сентябрь он составил: у дерново-подзолистой — 24 %, у серой лесной оподзоленной — 26 и у дерново-карбонатной почвы — 29 %.

Ферментативная активность почв

Ферментативные процессы в почвах

Биокаталитическая активность почв находится в значительном соответствии со степенью обогащенности их микроорганизмами (табл. 11), зависит от типа почв и изменяется по генетическим горизонтам, что связано с особенностями изменения содержания гумуса, реакции, Red-Ox-потенциала и других показателей по профилю.

В целинных лесных почвах интенсивность ферментативных реакций в основном определяют горизонты лесной подстилки, а в пахотных — пахотные слои.

Читайте также: Дерновые почвы

Как в одних, так и в других почвах все биологически менее активные генетические горизонты, находящиеся под горизонтами А или Ап, имеют низкую активность ферментов, незначительно изменяющуюся в положительную сторону при окультуривании почв.

После освоения лесных почв под пашню ферментативная активность образованного пахотного горизонта по сравнению с лесной подстилкой оказывается резко сниженной, но по мере его окультуривания повышается и в сильно окультуренных видах приближается или превышает показатели лесной подстилки.

11. Сопоставление биогенносга и ферментативной активности почв Среднего Предуралья (Пухидская, Ковриго, 1974)

№ разреза, название почвы

Горизонт, глубина взятия образца, см

Гумус, %

Общее количество микроорганизмов, тыс. на 1 г абс.

сух. почвы (в среднем за 1962,

1964-1965 гг.)

Показатели активности ферментов (в среднем за 1969—1971 гг.)

Инвертаза, мг глюкозы на 1 г почвы за I сут

Фосфатаза, мг фенолфталеина на 100 г почвы за 1 ч

Уреаза, мг NH, нa 1 г почвы за 1 сут

Каталаза, мл 02 на 1 г почвы за 1 мин

Полифенолоксидаза

Пероксидаза

мг пурпурогаллина на 100 г почвы

за 1,5 ч

3. Дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая (под лесом)

Ао1-6

5431

9,18

0,23

0,27

2,96

2,21

8,75

А1 9-19

2,57

1339

2,67

0,07

0,10

1,65

0,81

2,56

А2 24-34

0,79

623

1,11

0,03

0,02

1,24

0,28

0,71

В2 57-67

0,36

102

0,50

Не определяли

0,03

1,12

Следы

0,12

1.Дерново-средне-подзолистая средне-суглинистая слабоокультуренная

Ап 0-22

2,51

4018

4,98

0,11

0,18

1,97

1,43

4,72

А2 22-30

0,75

742

1,66

0,06

0,04

1,31

0,56

1,49

В1 32-42

0,48

353

0,63

0,03

0,02

1,35

0,24

0,50

10.Сераялесная оподзоленная тяжел осуглинистая слабоокультуренная

Ап 0-22

6,29

4894

8,32

0,20

0,18

1,91

1,70

6,02

А/В1 24-34

2,46

1900

2,51

0,07

0,07

1,38

0,62

1,63

В1 42-52

0,92

1196

1,17

0,03

0,03

1,33

0,26

0,57

2. Дерново-карбонатная слабовыщело-ченная л егкосуглинистая слабоокультуренная

Ап 0-20

4,20

6203

10,48

0,24

0,23

2,20

2,35

7,84

В1 22-32

1,27

688

2,91

0,08

0,09

1,38

0,81

2,22

В2 38-48

0,93

446

0,94

0,03

0,03

1,24

0,35

0,65

 

Активность биокаталитических реакций почв изменяется. Наименьшая она весной и осенью, а наиболее высокая обычно в июле-августе, что соответствует динамике общего хода биологических процессов в почвах. Однако в зависимости от типа почв и их географического положения динамика ферментативных процессов весьма различна.

Контрольные вопросы и задания

  1. Какие соединения называют ферментами?
  2. Каковы их продуцирование и значение для живых организмов?
  3. Назовите источники почвенных ферментов. Какую роль играют отдельные ферменты в почвенных химических процессах?
  4. Дайте понятие о ферментативном комплексе почв и его функционировании.
  5. Дайте общую характеристику течения ферментативных процессов в целинных и пахотных почвах.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: