Влияние различных концентраций свинца на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанизированной почвы - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов
Окислительно-восстановительные ферменты участвуют в разложении токсических соединений H2O2 (каталаза), формировании почвенного плодородия (пероксидаза, полифенолоксидаза). Эти ферменты реагируют на воздействие неблагоприятных факторов среды, в частности, на воздействие ТМ, обладающих сильными окислительно-восстановительными свойствами (Минеев, и др., 2001).
Фермент - каталаза относится к гемопротеидам, в активном центре которого находится двухвалентное железо.
Основная роль каталазы заключается в расщеплении образующейся в процессе биологического окисления перекиси водорода на воду и молекулярный кислород
(2>+).
Характерная особенность фермента по отношению к субстрату, т. е. к восстановителю незначительна, следовательно, он может катализировать не только расщепление перекиси водорода, а также способствует окислению низкомолекулярных спиртов и нитритов. Фермент - каталаза широко распространен в растениях (пероксисомах, митохондриях), в клетках животных и в почвенной биоте (Минеев и др., 2001; Хазиев, 2004; Федотов и др., 2005).
Замечено, что активность каталазы вниз по профилю мало изменяется, она обратно пропорциональна влажности почвы и прямо пропорциональна температуре. Характерная особенность фермента по отношению к субстрату, т. е. к восстановителю незначительна, следовательно, он может катализировать не только расщепление перекиси водорода, а также способствует окислению низкомолекулярных спиртов и нитритов (Гарифзянов и др., 2011, Хазиев, 2005).
Изучение активности фермента каталазы в образцах урбанизированной почвы, загрязненной различными концентрациями Pb, выявлено ее снижение в течение всего эксперимента при всех дозах загрязнения. Как видно из рис. 3 снижение каталазы обратно пропорционально росту концентрации Pb в почве.
Рис. 3 Активность каталазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями свинца
Достоверное снижение интенсивности разложения каталазы наблюдается через 3, 90 суток при концентрации 20 мг/кг почвы. Однако, в более поздние сроки через 180 и 360 токсичность загрязнителя проявляется при 10 мг/кг почвы. Процент снижения фермента относительно контроля при всех дозах токсиканта составляет: через 3 суток от 3 до 17%, через 90 0-22%, в 180 сутки 6-28% и 7-33% через 360 суток (рис. 3.1).
Снижение интенсивности процессов разложения перекиси может быть связано с токсическим действием Pb на микроорганизмы, которые являются основным источником поступления ферментов в почву, что может явиться косвенным свидетельством того, что через полгода концентрация Pb 10 мг/кг почвы достаточна для инактивации каталазы, находящейся в почве в свободном состоянии (Минеев и др., 2001; Тазетдинова и др., 2009).
Следовательно, снижение разложения перекиси водорода ведет к повышению токсического состояния структуры почвы, в результате чего нарушается направленность протекания метаболических процессов, изменяется весь цикл жизнедеятельности микроорганизмов.
Рис. 3.1. Процент снижения активности каталазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями свинца относительно контроля
Пероксидаза при помощи перекиси водорода и органических перекисей ускоряет окисление органических химических соединений, которые образуются из ненасыщенных жирных кислот, каротиноидов (Шашурин, 2012). Фермент способствует переносу кислорода от молекулы субстрата к перекиси.
Субстратами пероксидазы являются многие соединения - фенолы, нитриты, ароматические кислоты, анилин, толуидин, аскорбиновая кислота и другие соединения (Плешакова и др., 2010).
При этом задача фермента заключается в активировании перекисей, т. к. они проявляют слабое окисляющее действие на фенолы. В дальнейшем цикле может протекать процесс конденсации хинонов с пептидами и аминокислотами, из которых образуется первичная молекула гуминовой кислоты, что в свою очередь способна усложняться за счет повторных конденсаций. Выше перечисленные реакции играют важную роль в процессе образования гумуса (Хазиев, 2005).
Активность пероксидазы в отличие от каталазы в лабораторных условиях в этих же образцах показывает, что Pb не снижает активность в течение всего эксперимента (рис. 4). С ростом концентрации токсиканта активность фермента увеличивается прямо пропорционально концентрации загрязнителя.
Активность пероксидазы достоверно превышает контрольные значения в незагрязненной почве через 3 и 90 суток с концентрации 20, 40 и 60 мг/кг почвы, через 180 токсичность металла повышается и начинает проявляться с более низкой концентрации 10 мг/кг почвы, а через 360 суток с 5 мг Pb /кг почвы.
Рис. 4. Активность пероксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями свинца
Из рис. 4.1 видим, что в годовой динамике процент повышения активности пероксидазы относительно контроля при всех используемых дозах загрязнителя составляет: через 3 суток 6-22%, через 90 2-20%, через 180 9-26% и 11-41% через 360 суток. Повышение активности возможно связано с повышением подвижности ТМ. Известно, что в кислых условиях среды подвижность ТМ возрастает (Зырин, 1985; Сердюкова, Зырин, 1985).
Рис. 4.1. Процент повышения активности пероксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями свинца относительно контроля
Можно предположить, что повышение активности пероксидазы в начальные сроки обусловлено тем, что перекись водорода, которая не разложилась при ингибировании фермента каталазы, является не только субстратом для каталазы, но и одним из компонентов реакции пероксидазы.
Повышение активности фермента стимулировало окисление органических веществ в загрязненной Pb почве (Плешакова и др., 2010; Новоселова и др., 2014).
Полифенолоксидаза - медьсодержащий фермент. Он, как и пероксидаза ускоряет процессы оксисления молекулярного кислорода.
Фермент катализирует не только разнообразные реакции полифенолов, но и монофенолов (в частности, тирозина), о-дифенолов с образованием соответствующих хинонов и распадом его в более низкомолекулярные соединения.
Полифенолоксидаза занимает ведущее место в образовании гумуса, который является буфером и накопителем токсичных элементов. Уровень активности фермента, служит показателем ускорения процессов минерализации гумуса (Хазиев, 2005; Нечаева и др., 2015).
При исследовании активности полифенолоксидазы не выявлено достоверных изменений через 3 суток с начала эксперимента (рис. 5), отмечается лишь тенденция к росту по сравнению с контролем.
Рис. 5. Активность полифенолоксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями свинца
Начиная с 90 суток образование гумусовых веществ замедляется. Снижение активности полифенолоксидазы: через 90 и 180 суток достоверно начиная с концентрации Pb 20 мг/кг почвы, а на 360 сутки начиная с 5мг/кг почвы по сравнению с контролем, что свидетельствует об усилении токсичности свинца.
Понижение активности в процентном соотношении демонстрирует рис. 5.2, из которого видно, что через 90 суток составил от 8 до 19%, в 180 сутки 3-15%, через 360 суток - 11-25%.
Как видно из рис. 5, Pb оказывает негативное влияние на процессы гумусообразования в почве в более поздние сроки, ввиду блокировки активного центра фермента и вытеснения из него меди (Нечаева и др., 2015).
Рис. 5.1. Процент повышения активности полифенолоксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями свинца относительно контроля
Рис. 5.2. Процент снижения активности полифенолоксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями свинца относительно контроля
В свою очередь, снижение синтеза гумуса ведет к нарушению процесса превращения органических соединений ароматического ряда. Это приводит к снижению плодородия почв, подвергшихся загрязнению Pb (Хазиев, 2004).
Таким образом, нами установлено ингибирующее влияние различных концентраций Pb на активность каталазы и полифенолоксидазы.
Низкие концентрации свинца (5мг/кг почвы) в ранние сроки не всегда проявляют свою токсичность, она устанавливается в более поздние сроки.
В урбанизированной почве Pb нарушает процессы разложения перекиси водорода и негативно влияет на процессы гумусообразования, снижая активность полифенолоксидазы и повышая пероксидазную, тем самым, ухудшая плодородие почвы.
Похожие статьи
-
Чувствительным индикатором антропогенного загрязнения почв является ее ферментативная активность (Хазиев, 2005). Ведущую роль в почвенной биодинамике...
-
Объект исследования В качестве объекта исследований была использована урбанизированная почва (среднемощная, малогумусная, среднесуглинистая), отобранная...
-
Основная часть миграции ТМ в биосфере (биологические, атмосферные, водные) берет свое начало в почве, т. к. в ней наблюдается мобилизация металлов, и...
-
Для снижения отрицательного последствия распространения ТМ в природной среде используются мероприятия, которые направлены на предотвращение объектов...
-
Важное место за оценкой экологического состояния природной среды и создания методик по охране окружающей среды от загрязнения ТМ отведено огромное место...
-
Растения являются маркерами геохимического состояния среды, ввиду аккумуляции металлов из воздуха и загрязненных почв, способны накапливать разные виды...
-
Техногенное загрязнение почв с каждым годом катастрофически возрастает, особенно в мегаполисах с преобладанием промышленных центров. Это свою очередь,...
-
Для проведения лабораторного опыта почва отбиралась из верхнего горизонта ( 0-20см). Перед проведением анализа почву предварительно высушили, очистили от...
-
Свинец (Pb), Свинец и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец и почвы Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму...
-
Биогеохимические свойства свинца и кадмия - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец - голубовато-серый, мягкий, но тяжелый металл. Среднее содержание свинца в земной коре составляет 1,6-10-3%, его количество в почве колеблется от...
-
С исторической точки зрения интерес проблеме загрязнений почв появился с исследованием плодородия, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь,...
-
Свинец и человек - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями во всем мире признается одной из главных проблем экологии и охраны здоровья населения. Свинец...
-
Загрязнение почв тяжелыми металлами - Микробиологическая индикация загрязнения окружающей среды
Тяжелые металлы могут сильно понижать биологическую активность почв. Прежде всего, они понижают ферментативную активность почв, снижают уровень...
-
Кадмий и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. Значительная доля Cd, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами,...
-
Незамкнутость техногенного круговорота приводит к загрязнению природной среды, в том числе почвы, различными химическими веществами: тяжелыми металлами,...
-
Микробиологическое состояние и ферментативная активность нефтезагрязненных почв
Основное содержание исследования Казахстан на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи "черного золота", а это, в свою очередь, ведет к...
-
ПОЧВА - ВАЖНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ. - Состояние окружающей среды
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он...
-
Заключение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) угрожает здоровью людей. В данной работе были представлены сведения о двух тяжелых...
-
Наряду с бактериями большое участие в почвообразовательных процессах принимают грибы. Грибная микрофлора в почвах очень разнообразна и представлена...
-
Благодаря вышеперечисленным свойствам, почва обеспечивает живущим в ней организмам водоснабжение и минеральное питание. Недостаток воды в почве угнетает...
-
Кадмий и удобрения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
В зависимости от доз и наличия фосфорных удобрений, кадмий в почве накапливается в разных количествах. Опасным накоплением кадмия считается 3 мг/кг, в...
-
Общие сведения. Тяжелый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий. Т. плавл. 327,4 °C; т. кип. 1725 °C; плотность 11,34 г/см? (20°C)....
-
Словарь терминов - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) - Агентство по токсическим веществам и регистрации заболеваний. Основано в Атланте, штат...
-
Свинец и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
По современным представлениям, свинец не является физиологически необходимым элементом для растений. Однако есть и другое мнение, согласно которому...
-
Наряду с зелеными растениями большую роль в почвообразовательном процессе играют микроорганизмы. Это преимущественно одноклеточные, лишенные хлорофилла...
-
Влияние отходов на почву - Экология нефтегазодобывающих комплексов
При этом следует рассматривать вопросы агроэкологической оценки загрязняющего влияния ОБР, БСВ, Ш и отдельных химреагентов. Что касается воздействия ОБР...
-
Современное состояние почвенного покрова - Загрязнение почв пестицидами
Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности....
-
Масштабы влияния хозяйственной деятельности человека на природу
Масштабы влияния хозяйственной деятельности человека на природу. С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно видоизменился. На ранних...
-
Введение - Отрицательное влияние пожара на экологическое состояние окружающей среды
Пожар - довольно частое явление. Причиной возникновения пожара чаще всего становится человеческий фактор. Пожар может возникнуть в бытовых помещениях,...
-
Химическое загрязнение почв - Литосфера и ее загрязнение
Химическое загрязнение почв. При оценке токсического воздейст - вия тяжелых металлов или других веществ на ценотическом уровне необходимо оценить не...
-
Состав почвы - Источники загрязнения почвы, последствия загрязнения
Почва состоит из твердых частиц, почвенной воды, воздуха и живой части. Твердая часть, или твердая фаза почвы. Минеральная часть почвы. Твердые частицы в...
-
ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ И ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВЫ - Антропогенное загрязнение литосферы
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он...
-
Водная и ветровая эрозия почв, методы борьбы
Водная и ветровая эрозия почв, методы борьбы Эрозия -- это природный процесс, обусловленный смывом верхних горизонтов почвы преимущественно ливневыми...
-
Оценка последствий воздействия автотранспорта на придорожные участки включает в себя исследование механизмов распространения загрязнителей в окружающей...
-
Свинец и удобрения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец в минеральных удобрениях является естественной примесью, содержащейся в агрорудах, поэтому его содержание в удобрениях зависит от исходного сырья...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Приземный слой атмосферы довольно сильно загрязнен катионами тяжелых металлов. Источником такого загрязнения являются как различные предприятия, так и...
-
Кадмий (Kd) Общие сведения. Серебристо-белый металл. Т. плавл. 321,03°; т. кип. 767°; плотн. 8,642 г/см ?. Наряду с ртутью и свинцом кадмий относится...
-
Кадмий и человек - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Основным источником отравлений Cd является работа в промышленности. Виды деятельности, при которых повышается риск отравления кадмием, таковы: *...
-
Кадмий (Cd), Кадмий и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий и почвы В почвы кадмий поступает в составе отходов, образующихся при добыче и переработке цинковых, свинцово-цинковых, медно-цинковых руд; в виде...
Влияние различных концентраций свинца на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанизированной почвы - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов