Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ"



ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

ПАБЛЮЧУК Збигнев

ВЛИЯНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА* 1982

Работа выполнена не кафедре биологии почв Факультета почвоведения Московского государственного университета имени Ы.В Ломоносове .

Научные руководители: доктор биологических наук,

старший научный сотрудник И.И.СУДНИЦЫН,

кандидат биологических иэук доцент И•В.АСЕЕВА

Официальные оппоненты; доктор биологических наук

профессор Б.Т.ЕЩЕВ

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Л ЛІ.ВЕЛИКАНОВ

Ведущее учреждение - Почленный институт иы.В.В.Донучэевэ.

Автореферат разослан " " 1932 г.

Заиита состоится » 1982 г. в 15 час.

30 шш. на заседании спадиэляаировэнного совета по почвоведе-ни» в МГУ им.Ы.В Ломоносова в аудитории М-2.

С диссертацией повно ознакопиться в библиотеке факультета.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Ученого Совете, 6 гэквы на автореферат в 2-х экэеипвярэх просин направлять ідресу: ІІ7234, Москва . Ленинские горы, МГУ, факультет поч'1 / і.

Ученый севр г до-

П.БаОьева

АкТУЭЛЬНОСТЬ|проблему. Активность почвенных ферментов является одни» из важнейших показателей биологической активности почвы, характеризующей уровень почвенного пиодородия. В последнее время значительное число работ было посвящено изучению влияния ряда специфических для почвы физических и химических факторов (пинералогический состав, кислотность, природа обменных,катионов, температура и влажность) на скорость реакция катализируемых почвенными ферментами (Д.Г.Звягинцев* 5.Л.Великанов,1968; Р.А.Алиев, А.Ш.Галсгян, 1977, 1981, ¿.Воробьева, 1978; E.H.Тульская, 1980). Показано, что важнейшими из них являются увлажненность и температура почвы.

Ведущее значение увлажненности почвы в энзиматических процессах связано о тем, что, во-первых, влага определяет физиологическое состояние микроорганизмов и растений и тем самым поступление ферментов в почву; во-вторых, свободная вода необходима для поддержания в каталитически активной состоянии самих ферментов в почве и для транспорте субстратов. Поэтому всестороннее тщательное изучение и выявление в количественной форме зависимостей между уровнем увлажненности почвы (и, вообще, любой среды обитания) и интенсивность» жизнедеятельности микроорганизмов является одной из важнейших проблем почвенной микробиологии.

На пути решения этой проблемы стоит ряд методических трудностей* Одна иэ них связана с тем, что влага в почве не является "свободной" и гомогенной. Она удерживается с некоторой силой, которая может быть выражена в виде давления (потенциала, активности) почвенной влаги. До сих пор еще строго количественно не установлено, каким образом давление почвенной влаги влияет на активность почвенных ферментов. Это связано с отсутствием надежной методики, позволяющей с достаточной точность» установить зависимость между такими показателями, как потенциал почвенной влаги и ферментативная активность почв. Исследование этой проблемы требует решения важной методической задачи - отработки методов создания и поддержания в почвах и питательных средах требующегося уровня давления влаги.

Другая существенная методическая трудность заключается в том, что ферменты находятся как внутри клеток микроорганизмов, так и вне их, и требуется разработке специальной методики для раздень-ной оценки их активности.

Цель рабрты: Целью настоящей реботы явилось исследование зависимости реакций, катализируемых внутриклеточными и внеклеточ-ht5/9 .

йш;. сд. (-¡ua с ,.isci. ■ ■ а ад. La. К.Ь. V

нами ферментами, от энергетического состояния влаги в почве.

Основные задачи исследовакий: -

1. Разработка метода создания и поддержания заданного уровняг увлажненности почвы (давления и потенциале почвенной влаги).

2. Измерение активности дегидрогенаэы, уреазы, фосфатазы иврялсульфатазы в *-х типах.почвы (чернозем, дервово-подзолистая» желтозем, пойменно-алюйиальная) при разном давлении почвенной влаги.

3. Проведение термической обработки почвы для разграничения действия внутриклеточных и внеклеточных ферментов в почве , и изучение влияния увлажненности почвы на их активность.

Оценка взаимосвязи численности микроорганизмов с уровнем ферментативной активности в процессе термической обработки почвы.

Научная новизна. Была решена важная методическая задача -отработан метод создания и поддержания в почвах требующегося уровня давления влаги и установлена зависимость между влажностью почвы и давяением почвенной влага. На основании разработанного метода были получены зависимости влажности почв от давления почвенной влаги, позволяющие определить давление почвенной влаги при известной влажности почвы. Использование давления почвенной влаги придает полученным зависимостям универсальный ха-. рактер, позволяющий распространять их на многие другие типы почв. Впервые даны оценки и установлены универсальные зависимости между уровнем увлажненности почвы, охарактеризованным энергетическим показателем (давлением почвенной влаги), и активностью ферментов, справедливые для всех наученных почв.

Разработаны приемы термической обработки почвы, позволившие более достоверно разграничить внутриклеточную и внеклеточную ферментативную активность иссжедуемых почв и установить заново- Л мерности между давлением почвенной влаги и поведением этих форм ферментов в почве.

Практическая цепкость. Полученные данные по влиянию давления почвеаной влаги на активность почвенных ферментов могут быть использованы для оценки биологической активности почв и состоя- . ния ферментов в почве, а также для разработки биологических тестов при поиске оптимального водного режима почвы в условиях -орошаемого земледелия. Характер поведения ферментов под влня- > нием высоких температур и девавшей почвенной влегв предлагается использовать для установления локализации ферментов в'почве.

Апробация работы. Основные пововевня диссертации доложены на конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ (Москва , І98Ї).

Публикации. По sene диссертация опубликовано 4 статьи.

0$ъеи рвботы. Диссертация состоят иа введения, 7 глав, заключения и выводов* содержит Jha страниц печатного тексте« <•£? таблиц, рисунков я список литературы из названий (яг цих лз зарубежные). \

* ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили на образцах следующих типов почв: уерноэ,9,и типичная мощный тяхелосугливястнй из лессовидном суглинке (Стрелецкая степь* Курский государственник заповедник); желтрэем горный глинистый иа алюво-деяювии жеятобурых сланцев (Хешсораясвая область* Астаринскнй район, Гирванский заповедник Да.ССР)і дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва под многолетними травами (стационар факультета почвоведения Ко схов-свого университета); поименно-аллювиальная тяжелосуглинистая* ень тяжело огяеека (дельта реки Вислы ПНР).

Все почвенные образцы отбирали из горизонта Ар просеивали через сито с отверстиями І іш и хранили в воздумно-сухом состоянии.

Для изучения зависимости давления (потенциале, активности; почвенной влаги от влажности почвы применяли модифицированный автивный гигроскопический метод* предложенный И.И.Судницыным (197?). Для атого была построена специальная камера, поаволяп-В8я удерживать постоянную температуру (+ 0*001°С) внутри камеры. Состояние почвенной влаги характеризовали давлением и виражали в атмосферах (I атмосфера равна ТО5 Паскаль) яяи активностью и выражали в единицах относительной влажности воздуха. Влажность почвы определяли методом сушки при Ю5°С и вцражаяи в процентах от полевой вяагоешсости,

Активность дегидрогенааы определяли по методу Гаястяна (197*) и выражали в кг ТФФ на 10 г почвы за 24 часа.

, Активность уреазы определяли по методу Хофмана и Течера ( Hoffmann * Tecbelra * 1961)* который основан на колориметрической определении вммония* освобождающегося после анаиматиче-ского гидролиза мочевины при 37°С* и выражали в мг NHj на 10 г почвы аа 3 часа.

Активность фосфатазц определяли по методу Бреннера и Таба-ТвбаИ (Вгетпет , ТаЬа1аЬа1 «1969), КОТОРЫЙ ООНОВЭН НЭ КОПО-рииетрировании образующегося после инкубации п-нитрофенола в щелочной среде, и выражали в мг п-нитрофеноле не I Г ПОЧВЫ 38 I час.

Активность арилсульфатазы определяли ко методу Табатабаи и Бремнерэ ( TaЪataЪai ,Вгегщ1вг ,1970). МвТОД СОСТОИТ В КОЛОрИметрическом определении п-нитрофенопа, освобождаемого арилсулъ-фатазой при инкубации почвн с буферным раствором п-широфенол-сульфата и выражали в мг п-нитрофеиола на I г почвн за I час. *

Во всех случаях субстрат в почву вносили в 2-3 раза более коидеятрированном виде (в сравнении с методическим указанием) и после перемеиивания почвенную суспензию быстро (в течение 1-10 мин) высувивали под феном при температуре инкубации (30°С или 37°С) до разных заданных значений давления влаги.

Учет численности микроорганизмов проводили методом посева на твердые питательные среды; мя со-п елгонныЯ агар (1Ж), крахмал-аммиачная среда(КАА) и среда Чапеяа с глюкозой. Чашки инкубировали при разных температурах: 18°С, 28°С, 56°С.

Термическая обработка для разгрничения действия внутриклеточные и внеклеточных ферментов в почве и изучение влияния увлажненности почвы на их активность состояла из ряда циклов: прогрев воэдухно-сухой почвы при Ю0°С в течение 3-х часов - последующее односуточное увлажнение до полной влагоемкостк, высушивание на воздухе при 30°С до гигроскопической влажности и снова прогрев почвы как описано выше. Активность ферментов определяли после каждой из этих процедур. Таким образом во время опыта почвы были 4 раза прогреты и В раза увлажнены, причем при 3-ем цикле почвы выдерживали в увлажненном состоянии двое суток.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ '

Потенциальная активность почвенных ферментов является одним из важнейших показателей биологической активности почвы, как одного из критериев уровня почвенного плодородия, функционирование ферментативного пула в почве основано на динамическом соотношении внеклеточных к внутриклеточных ферментов.

Интенсивность ферментативных реакций в большой степени зависит от факторов окружающей среды. Особенно велико значение поч-

венной влаги в температуры, так нек они являются определяющими факторами для многих биохимических процессов (И.И .Хабаров, Ага-фарова, 1978; Ф.Х.Хеаиев, 1981). ,

ЗАВИСИМОСТЬ МИДУ ДАВЛЕНИЕ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ И ВЛАХЮСШ} РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОЧВ

. Во всех изучавшихся в данной работе типов почв, зависимость между влажностью почвы и Полным давлением почвенной влаги ацрв-хается логарифмической зависимостью в интервале давления от -4,6 атм, соответствуюдего.приблизительно долевой влагоемкосга, до -68, эти, т.е. до влажности близкой к максимальной гигроскопичности, что соответствует интервалу активности .воды от 0,997 до 0,950. Эти величины давления (активности) соответствует разным влажности* почвы, в % от веса абсолютно сухой почвы: в черноземе при давлении -4,6 атм влажное» равна 46%, а при давлении -68 атм - в дерново-нодзо ли с то й почве соответственно 26,6 и 10%;'в жевюэеме 31,5 и 16%; в по ¡Швнно-а л дюви а явной 26,6 и 8,4%. Таким образом, снижение давления влаги от -4,6 до -68 атм приводило к снижению влажности почвы в черноземе более чем на 30%, s дерново-подзолистой почве - на 16%, в желтоземе - на 15% и пойменво-аллювналъной на 18%. Высокое содержание влаги в желтоземе при давлении выше -50 атм вызвано по всей вероятности высоким содержанием илистых гидрофильных почвенных частиц.

Не основания полученных данных был построен график (рис,!), отражающий зависимость между логарифмом давления почвенной влаги (Р, атм) и влажностью почвы (W )• Как видно из графика, в пределах давления от -4,6 до -68 атм (Ц |Р), атм от 1,52 до 4,22) зависимость ©та степенная, что позволяет определить давление почвенной влаги для любой влажности почвы. Полученные данные использованы при изучении поведения ферментов в исследуемых типах почв в зависимости от давления почвенной влаги.

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ НА АНЗИ^ЙОСТЬ ФЕРМЕНТОВ В РАЗНЫХ ЯШАХ ПОЧВ

Активность дегидрогеназц. Самая высокая активность (А) дегид-рогеНазы во всех наблюдаемых типах почв обнаруживается при полном давлении почвенной влаги -4*6 атм.

S-/3/9

1 I 1 I I ж " .

10 20 „ АО 50 у/^

Рис. I Зависимость между давлением почвенной влаги ( Р.атм ) и влажностью (V/) разных типов почв

V/ - влажность в % от веса абсолютно сухой почш

Понижение давления почвенной влаги в трех почвах (черноземе) желтоземе я пойменно-аллювиальной) ог -4,6 до 68 атк приводимо к снижении активности дегидрогеназы почти нэ3055, а з дерново-подаолистой на 62%. Ниже -68 атм активность двгид-рогенагы не обнаруживается.

Как видно из графика (рис.2) для трех почв: черноземе, дерново-подзояистой почвы и желтозема - в пределах давления от -4,6 до -66 атм снижена« активности ферменга подчиняется степенное зависимостью между i>Fi может быть выражено уравнением типа In A aalnlPf + А> , где а и -постоянные коэффициенты. Из величин коэффициентов следует* что повеление дегидрогеназ'ы в данном интервале давления почвенной влаги в трех наученных почвах практически одинаково: для чернозема а ш - 0,51 я А> * 2,43, для дерново-подзолистой а. « -- 0,93 «Л, 2,28, а длй желтозема а » - 0,60 н А . 2,93.

Поведение дегидрогеназы при снижении давления почвенной вваги в пойменно-аллювиальной почве значительно отличается от трех других почв. Прн умеаьвении давления почвенной влаги от -4,6 до -27,0 атм, наблкщзется более резкое снижение активности фермента. Соответствующая линейная зависимость между (InA xlnlFl описывается коэффициентами а - - 1,46 и А» » 8,99. Изменение активности фермента в интервале давлений от —27,0 до -68,0 атм характеризуется коэффициентами а « - 0,04 и А> ш 0,28. Возможно, это вызвано более тяжелым гранулометрическим составом данной почвы, и следовательно, большей удевьной поверхностью, обусловливающей интенсивную адсорбцию ферментов и микроорганизмов на поверхности почвенных частиц, что в значительной степени может снижать их активность. Сильное уплотнение глинистой почвы прн высушивании также затрудняет их жизнедеятельность.

Активность ФосФатазы. Для активности фосфагазы при разных давлениях почвенной влаги отмечается аналогичная зависимость, т.е. при снижении давления почвенной влаги активность фермента снижается (рис.В). Б отличие от дегидрогеназы активность фосфа-таэы не обнаруживается уже при давлении почвенной влаги ниже -—27,0 атм, за исключением желтозема, где ока прояваяетсн еще при давлении -68,0 атм.

Так же как и у дегидрогеназы, активность фосфатазы снижается постепенно с понижением давления влаги и выражается стелен-

вой зависимостью/ которую можно описать уравнением Ы А=.а1п1Р1 + . Для чернозема зависимость между

1пА в 1п |Р) описывается коэффициентами а » - 0,27; -Ь* 6,93, соответственно для желтозема , ■ - 0*77; ■ 3,84, дерново-подзолисгой а * 0*64; Л> ■ 4,43; пойменио-аллювиэдьной а* ■ - 0,64; иЬ« 4;84. '

В черноземе активность ферменте снижается не тек резко, как в других почвах, и при давлении -27,0 атм составляв! ох максимальной, тогда как в д врио во-пода о диетой - лишь 80$ и пой-менно-еялпвиадьной - 32$* В желтоземе при давлении —68,0 атм 1 фосфатвэная активность составияет всего 9$ от максимальной величини.

Ануявность треазы. Уреаза, подобно дегвдрогенэзе, сохраняет свои активность при давлении почвенной влаги -68 атм. В целом ее поведение в почве щш разных давлениях похоже на поведение дегидрогенаэы, хотя при давлении -68 атм, в зависимости от типа почвы, сохраняется вишь только от 8 до начальной активности, тогда как активность дегидрогенаэы остается на уровне от 88 до 18$.

Резкое снижение активности уреазы в изученных почвах (кроме чернозема) наблюдается в интервале давления от -4,6 до —9,2 атм, причем наиболее значительное в поймеиво-аллпвиаяьной почве - не 70$; в дерново-подзолистой - на 84$; в желтоземе - на 27$. В черноземе быстрое снижение активности происходит при падении давления от -27 до -68 атм (на 60$).

Описанные вале закономерности представлены на графике (рис.4) ■ в логарифмическом и линейном масштабах. Из графике видно* что хотя, подобно дегидрогенаае я фосфетазе, активность уреазы снижается постепенно, но зависимость между 1)1 А и 1п |Р| не прямолинейная и поэтому не может быть описана степенной функцией, как для предыдущих ферментов.

Активность, эривсудьфатаэц. По характеру поведения арихсуль-фвтааы при разных давлениях почвенной вяаги она аналогична фос-фатазе. Независимо ох уровня активности арилсульфатазы при давлении - 4.6 атм (в черноземе - 75 мг п- нитрофенола на I г почвы эа1час, в дерново-подзолистой - 47, желтоземе - 61 и поймен-но-алшовиальной - 55), уже при давлении ниже - 27 атм активность в них не обнаруживается. Однако соотношение активностей на разных почвах при давлении -27 атм такое же, как при —4,6 етм.

дегвдрогеназы в разных типах почв

А - активность дегвдрогеназы в мг Ш на I г почвы за 24 часа

Почвы:

Вю. 3 Зависимость между давлением косвенней влаги ( Р,атм ) и активвостью ( А ) фосфатаэы в разных типах почв

А - активность фосфатаэы в мг п-нитрофенола на I г почвы за I час

уреазы в разящ: типах почв

А - активность уреазн в мг мН3 на 10 г почвы за 3 часа *

Почвы) чернозем

дерново-подзашзтая хелтозем

гг^ац^р^і^-я^їїпряя <пщя g

Ив Ро.ТМ

Рже. 5 Завжсииость между давлением потаенной вїагж І Р.аш ) ж'активности ( і ) арыоульфатазы в разных типах почв

А - активность арысудьфатазк в мг п-нитрофенола нафг потаи за I чао

M

Согласно результатам, представленный ва графике (рис.5), призыв зависимостей активности фермента от давления почвенной влаги имеет сходну» фориу, что свидетельствует о'том, что поведение ери лсульфа тазы 'в интервале давления от —4,6 атм до -27 атм во всех почвах правтичеокиоживаковые. Снижение:авткв-ностя фермента в этом интервала давления, так же хан и для активности уреазы, не может быть описано уравнением типа 1рА = т.е. не подчиняется степенной зависимости.

*

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ ВШИ НА АКТИВНОСТЬ ' ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ И ВНЕКЛЕТОЧНЫХ ФЕРМЕНТОВ В ПОЧВАХ

В ряде работ специальное внимание Уценено вопросам дифференцирования комплекса почвенных ферментов ва внутри - и ■"внеклеточные (Д.Г.Звягинцев, 1968; Алиев, 1975; Воробьева,1978). Принципиальная возможность.осуществления такой дифференциации обусловлена повыиенной стабильность!) "истинных" почвенных -внеклеточных ферментов в процессе хранения, а также различной реакции ва воздействие ингибиторов, фотеолитичесних ферментов и высоких температур. Большой интерес представляет сравнительное исследование различного рода .свойств названных двух фракций ферментов, в частности, 1 зависимости их активности от давления, почвенной влаги и от развития микроорганизмов, при су тствуших в образцах почвы. С этой цель» км воспользовались приемом разграничения активности внутри и внеклеточных почвенных ферментов, разработанным Р.А.Алиевым (1975)который'предусматривает прогревание почвы при 100°С в течение 3 часов. После такой обработки внутриклеточные ферменты практически полностьюинактивируются, тогда как внеклеточные сохраняет своп активность.-Однако ,для:разных ферментов и почв время термической обработки может быть различна.

I. Влияние термической обработки на активность ферментов и количество микроорганизмов в почвах

В данной работе определяли проявление активности дегидрогена-зы, уреазы, фосфатазы и арнлеупьфатазы в трех почвах: чернозема, дерново-подзолистой и желтоземе, после прогрева воэдушно-сухой почвы при 100°С в течение 3 часов и после увлажнения (по

описанной выве методике).

После первого прогревании активность дегидрогенезы резко уменьшается и составляет около 50% начальной активности почвы*. Последующие прогревания почв также приводили к дальнейшему умень-иению активности ферментов« но в меньшей степени, чем первое. Увлажнение почвы вызывало повышение активности дегидрогенезы (кроме увлажнения после первого прогрева). Двухсуточное увлажне- . ние приводило к особенно большому росту активности фермента (в 4-5 раз) (рис.6). ,л

Уреаза ведет себя сходным образом: после первого прогревания активность фермента резко уменьшается, а последующие прогревания приводили к уменьшению активности в меньшей степени, чем первое* Увлажнение почвы, особенно двухсуточное» приводило к росту активности уреазы. Подобно дегидрогеназе увлажнение после первого прогревания не повысило активности фермента (рис.6). Вероятно после длительного периода нахождения почвы в высушенном состоянии, кратковременный срок увлажнения недостаточен для развития микроорга- -низмов.

В поведении {осфатазы и арилсульфатазы также обнаруживается большое сходство. Но в отличие от дегндрогеназы и уреазы после описанных приемов тершческой обработки почвы, активность этих -ферментов остается на высоком уровне (85-95% начальной активности). После двухсуточного увлажнения активность фосфатазы и арилсульфатазы возрастает незначительно (рис.?).

Таким образом увлажнение почвы после термической обработки положительно влияет'на активность почвенных ферментов, особенно дегидрогенезы и уреазы. Активность фосфатазы и арилсульфатазы увеличивается при этом в несколько раз меньше.

Значительный рост активности дегидрогенезы и уреазы после двухсуточного увлажнения* видимо» обусловлен ростом микробной популяции, а затем и выделением ферментов в почву ( м. АтЪгого»а, 1970; А. АшЬгог ,1970). Активность фосфатаэы и уреазы .вероятно, обусловлена другими факторами, поскольку двухсуточное увлажнение почвы не приводило к столь сильному повышению активности этих ферментов, как дегидрогенезы и уреазы.

Для оценки эффективности термической обработки и увлажнения почвы была исследована численность микроорганизмов* выявленная путем посева прогретых и непрогретых почв на разные среды, инкубируемые при разных температурах*

15

дегядрогеназа

Рис. 6 Активность ферментов в различных типах почв после теи-- дературной обработки / при 10сРс, 3 часа/ и последешим увлажнением

Т - температурная обработка; V - односуточное увлажнение: V/ - двухсуточное увлажнение К - контроль

Почвы: ■чернозем

Здерново-подзолиотая

Рис. 7 Активность ферментов в различных тинах почв после термической обработки /яри 100^0, 3 часа/ к после думам увлажнением

Т - термическая обработка; V/- односуточное увлажнение V/- двухсуточное увлажнение К - контроль

. Полунохнчествевная оценка термоустойчивоотм микроорганизмов (с помощь» посева мелкозема на разные среды) показала, что доля прораставших микроорганизмами частиц почвы, как правило, не превывала Ю-15%* Исключение составляли варианты с инкубированием засеянных сред при 56°с, которые позволяет учесть термофильные и термотолерантные микроорганизмы.

Результаты количественного учета микроорганизмов в разных почвах с помокья традиционного метода (посев из суспензии на разных средах) до и после прогрева показали, что в черноземе и дерново-подзолистой почве s большинстве вариантов количество микроорганизмов после термической обработки падало более, чек на 99%. В желтоземе на них сохраняется от I до 8%. После увлажнения прогреваемой почвы s них быстро (в течение 1-2 суток) восстанавливается исходный, а зачастую я в несколько раз более высокий уровень Плотности микробной популяции (таблица I).

Посла термической обработки, как и следовало ожидать, на всех средах абсолютно преобладали споровые формы микроорганизмов, главным образом рода Bacillus,

В целом, полученные результаты свидетельствуют о том, что способ дифференциации почвенных ферментов на внутри - и внеклеточные методом прогрева при ХОО°С в течение 3 часов, действительно, приводит к значительному снижение микробной популяции, причем в подавляющем большинстве случаев можно говорить о *лм, что прогревание при 100°С резко снижает содержание активных вегетативных микробных клеток в почве.

После увлажнения прогреваемой почвы в них быстро (в течение 1-2 суток) происходит восстановление исходного уровня плотности микробной популяции, а зачастую этот уровень становится в несколько раз более высоким^ чем начальный. Превывение численности микроорганизмов в почве после увлажнения термически обработанной почвы, очевидно, связвно с тем, что термическое воздействие щ>иводит к значительному разрукени» гумусовых вецеств к связанному с этим появлению дополнительного количества легкодоступных для микробов питательных субстратов. Обнаруженное явление быстрого восстановления численности микроорганизмов заставляет более критично относиться к результатам определения актив- -ностя ферментов теми методами, которые предполагают значительный срок инкубации (24 часа в более).

Табллца 1

ЧнсланносЕь шкрооргвнизмов з исходных почвах (I), почвах прогретых при 10О°С в течевяе 3 часов (П) и почвах увлажненных после нагрева (Ш)

■ .......Iм 1 • Численность микроорганизмов / 1СГ* па I г почт/ Среда

Почва : * до обработки I после обработки П * • после увлажнения И

» * • I 1 2 : * ь 3 I * 2 : • 4 • • 3 ; I : 2 : * * 3

чернозем 2500 2300 250 3200 1600 2900 3,9 0,0 0,0 II 0,13 0,6 16 0,84 1,0 0,9 0,0 0,0 13000 6600 742 4400 3700 7000 2200 1,5 0,0 мпл Ш Чапала

дерново-подзолн-етм 1000 2100 2,1 1500 4400 12 18 1>3 0 2,5 0,5 0,85 2,5 2,3 2,2 0,0 0,0 21000 18000 4200 46000 15000 1200 250 310 120 Ш ш Чапека

*елм- 8 8И 1400 210 IX 2300 3100 170 5,0 Ы 0,27 '32 16 0,8 200 39 2,2 0,18 0,0 0,0 2900 2700 610 3300 5000 6400 2,3 I.* 0,42 ЩЦ Ш Чапека

Температуре инкубации использована для учета иикрооргвннзнов I - 18°С; 2 - 28°С; 3- 56°С

19

I

2. Ферментативная активность в почвах, подверженных термической обработке, в зависимости от давления почвенной влаги.

Кек известно, активность внутри - и внеклеточных ферментов различается по устойчивости к влиянию неблагоприятных факторов среды (Р.А.Алиев, 1975; В.А.Воробьева, 1978). Чтобы проверить, как действуют разные величины давления влаги на активность дегидрогеназы и фосфатазы в резных почвах (черноземе, дерново-подзолистой и желтоземе) после их термической обработки, почва прогревалась при Ю0°С несколько часов, причем периодически замеряли активность ферментов.

Дегидрогеназа оказалась ферментом малоустойчивым к воздействию высоких температур (1СЮ°С). После трех часов прогревания ее активность уменьшается почти на 50% от начального уровня. Даль нейшеа прогревание продолжало снижать активность дегидрогеназы. После 9 часов прогревания она совсем не обнаруживается.

В отличие от дегидрогеназы активность фосфатазы после 6 часов прогревания остается на том же уровне и дальнейшее прогревание в течение 8 часов почти не влияет на активность фермента, остающуюся на уровне около 70% от начальной.

Сравнивая эти результаты, можно предположить, что дегидро-геназная активность обусловлена преимущественно внутриклеточными ферментами, а фосфатазная внеклеточными. "

Таким образом для разделения внутри - и внеклеточной активности дегидрогеназы и уреээы почвуследует прогревать при 100°С 3 часа и для фосфатазы - 6 часов.-Эти приемы были использованы нами для определения действия давления почвенной влаги на поведение вне- и внутриклеточных ферментов в разных почвах.

В прогретых почвах активность изучаемых ферментов при снижении давления влаги снижается более или менее постепенно, в отличие от почв, на подверженных термической обработке, активность де гидрогенааы и уреазы не обнаруживается уже при давлении -27 атм, тогда хек в почвах не прогретых, лишь при -68 атм. Активность фосфатазы также при этом давлении почвенной влаги отсутствует. Можно предполагать, что внеклеточные ферменты более чувствительны к действию низких давлений почвенной влаги.

Влияние прогревания почвы на активность почвенных ферментов

Почвы;

о-чернозем

•-дерково-подзашстая

й-желтозем

почва ие прогрета ----почва прогрета

^ ■ ~

а

Еже*.

- - --^Г^к

- ю 2о ¿о во ^ )'во

Завюпк>ст~кЕиет давхзякем потаенно! Кж агтжноетью

дегирогеназн { А ) в почва: ирся-ретс С 3 таса )*Тшр<л,ретнх

Почвы:

о-чернозем

•-дерновочшзолшяая

4-желтозем

—.и— почва не прогрета ----почва прогрета

5 .О во АО 80

ь

Рис. 9 Зависимость между дававшем потаенной влага ( Р,атм ) г активностью уреази (Л) в почвах црогретшс ( при шЯс, 3 часа ) и непрогретых

Ржо. 10 Зависимость между давлением почвенной влаги I Р,атм ) е активность» фоофатазн(А) в почвах прогретых ( при 100°С, 6 часов ) к непрогретах

при резвых давлениях почвенной влаги четко'прослеживается ва примере активности дегкдрогенаэн (ряс.8)• Прогревание почва привело в понижению активности ферменте при всех давлениях почти на порядок. Независимо от'уровня начальной активности, в прогретой почве, активность фермента не обнаруживается при давлении влаги ниже -2? атм. Аналогичные закономерности свойственны и уреезе (рис.9).

Активность фосфатазы при прогревании изменяется мало. Термическая обработка привела лишь в небольшому снижению активности фермента (в отличие от дегадрогевазы и уреазы) (рис.10). В прогретых почвах наблюдается в сравнении с исходными.почвами лишь более резвое снижение' активности в интервале давления влаги от -13 до -27 атм. ,,

Обобщая результаты проведенных опытов, мо*но_сдепать вмвод, что дегидрогеназа и уреаза являются более устойчивыми в шикни давлениям почвенной влаги и менее устойчивыми к действию высоких температур* и наоборот, фосфатааа и арнлсульфатааа выдерживают прогревание при 100°С лучше, чем другие ферменты, но не выдерживают резкого снижения давления почвенной влаги. Такие черты возведения этих ферментов свидетельствуют, по-видимому, о их разной локализации .в почве, так дегидрогеназная активность, видимо, в большой части обусловлена внутриклеточной активностью'и ее поведение в яочве зависит от условий благоприятных для микроорганизмов. Подобное высказывание можно сделать для уреазной активности. Известно, что клетки микроорганизмов не выдерживают высоких температур, за исключением спор бактерии, в с другой стороны'внутри клеток создаются более благоприятные условия водного режима (нали-' чие свободной воды яри экстремальных условиях давления). Фосфата-эа, видимо, адсорбирована в большой части ва почвенных частицах, которые, с одной стороны, запивают их от влияния высоких температур, а с другой* не обеспечивают благоприятный водный режим.

. ' ВЫВОДЫ

I. Для оценки влияния степени увлажненности почв на активность ферментов была разработана методика'определения зависимости между давлением (потенциалом, активностью) почвенной влаги, характеризующим ее энергетическое состояние, и влажностью почв* основанная на быстром достижении равновесия водного пара в системе

почва-раствор при заданном давленая ваагн ( осмотической ) в отрого термостатических условиях. Для исследованных типов почв (чернозем, дерново-подзолистая, желтозем, пойменно-аллювиальная) в интервале давления от до -68 атй эти зависимости имеет вид логарифмических функций, параметры которых зависят от типа почвы. Использование этих зависимостей позволило определить зависимости между давлением почвенной влаги и активностью ферментов.

2. Активность исследованных ферментов (дегидрогеназы, уре-азы, фосфатазы и.врилсульфатаэы) во всех изученных почвах находится в прямой зависимости от давления почвенной влаги. Саман высокая активность для всех изученных ферментов в черноземе, дерново-подзолистой, желтоземе и пойменно-алдювяальной почвах наблюдалась при давлении —5 атм. Активность дегидрогеназы и уреазы не обнаруживается ниже давления -63 атм, а фосфатазы и ерилсуль-фатазы - ниже -27 атм. Для этого диапазона характерна'степенная зависимость между давлением влаги в почве и интенсивностью действия ферментов. Различия между ферментами связаны, по-видимому, с тем, что большая честь дегидрогенезы и уреазы находится внутри клеток микроорганизмов, что и позволяет им лучше переносить снижение давления почвенной влаги, тогда как фосфатаза и арилсульфата-за в основном находятся вне клеток и поэтому плохо выдерживают снижение давления влаги.

3. Для проверки и уточнения дифференцировки ферментативной активности почвы на внутриклеточную и внеклеточную был применен метод термической обработки почв (прогревание при Ю0°С) в течение различного времени. Дегидрогеназа и уреаза характеризуются большей чувствительностью к действию высокой температуры, чей фосфатаза и арилсульфатеза. Поэтому необходимо для различных ферментов применять разное время термической обработки: для гидроге-назы я уреазы - 3 чаба; для фосфатазы и арилсупьфатазн - б часов.

4. В почвах, подверженных термической обработке, активность дегидрогеназы и уреазы не проявляется уже при давлении ниже --27 атм, тогда как в почвах не прогретых она исчезает лишь при давлении нижа -68 атм. Для фосфатазы и ерилсульфатазы нижний предел давлеккл влаги, при котором еще обнаруживается их активность, под влиянием термической обработки на изменился ( -27 атм).

Термическая обработка существенно снижает активность фермен-

тов; дегидрогенавы я уреааы в 1,5 - 2 раза; фосфатази и арилсуль-фвтаэы - ад ТО - 20%.

5. Прогревание почвы ири,100°С в течение 8-6 часов приводит к почти пояноцу подавлению роста микроорганизмов. Последующее увлажнение прогретой почвы вызывает быстрое восстановление неходкого уровня плотности микробной популяции; при втом увеличивается активность дегидрогеназы я уреазы, тогда как активность фосфатази и арилсульфатазы остается почти на том же уровне.

6. Талям образом, дегидрогеназа и уреаза характеризуются боимой устойчивостью к низким давлениям почвенной влаги и мень-net устойчивость» я действию высоких температур, что может свидетельствовать о том, что звачительная нх часть находится внутри хяеток микроорганизмов. Фосфатаза и ариясуяьфатаза устойчивы к прогреванию, но не выдерживают низких давлений почвенной влаги, что свидетельствует о их локализации вне хяеток.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние потенциала почвенной влаги на активность дегидрогеназы в почвах (в соавторстве о И. В. Асеевой н И .И .Судницывш). Редколлегия журнала Вести.ИГУ» с ер. Почвоведе ни о, 1982, Кг 2.

2. Зависимость между активность» дегидрогеназы и давлением почвенной влаги в разных типах почв.'Труды 71 научной конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ, М., 1931. (Редко«. Вестник МГУ, сер. Почвоведение, Москва, 1981, 2 с* Рукопись деп.

в ИШИМ 1931 г* fe - 81 Деп.).

3. Wpljw aktywnnoaci wody glebowej na alctywnoec d ehy drogenazy. Praee »aulcowo_'badawcie polskicb dofctorantow w ZSSR, Warez,aw«i 1982

4* Bioeheeicsne aepelcty biodagaoatyki gleb / va wepolautorotwi• г A.L. Jefremow/. Prace nauiowo-bad awc a e polekich dokto-rantow w ZSSR, Warezawa 1982.

Пода, к веч іти

Бум. fin, М Фнэ, п. л./, f Уч. ЯМ. л / Ü

З.чн Тяртж МО

Им-ю Московского уяямректетя. Москві, К-9.

ум. Г«рвш», 5/7. •Тямграфн« Им-м МГУ. Москві, Леягоры