Ферментативная активность – один из показателей здоровья почв. Обзор

В настоящее время отмечается тренд на применение более многостороннего подхода в понимании процессов происходящих в почве при внедрении различных технологических приемов/оценке антропогенного воздействия - одним из таких направлений является изучение ферментативной активности.

Почва – это особое природное тело, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха, в котором непрерывно осуществляются разнообразные биохимические превращения, которые  зависят от присутствия в ней ферментов.

Ферментативный пул почвы обеспечивает осуществление важных экосистемных функций почвы, их метаболическую составляющую, включающую:

• разложение органических остатков;
• процессы гумификации и стабилизации органического вещества почвы;
• поступление в почву доступных для растений питательных элементов;
• превращения соединений углерода (C), азота (N), фосфора (P) и серы (S);
• стабилизация структуры почвы;
• изменение доступности и токсичности загрязняющих веществ

Общий ферментный пул почвы складывается из внутри– и внеклеточных ферментных систем, имеющих различное происхождение, локализацию, состояние и активность. Их источником являются микроорганизмы, растительные и животные организмы. Объем

и состав поступающих в почву ферментов зависит от окружающей среды, в которой обитают выделяющие их организмы. Обычно появление того или иного фермента в почве можно рассматривать как отклик на наличие или отсутствие того или иного субстрата, изменение химического и компонентного составов, pH среды и температуры.

Все известные ферменты классифицированы в шесть основных классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы (синтетазы).

1. Оксидоредуктазы катализируют перенос электронов и протонов от донора к акцептору. 
2. Трансферазы катализируют перенос функциональной группы от донора к акцептору. Это реакции межмолекулярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов. 
3. Гидролазы облегчают расщепление внутримолекулярных связей органических веществ (C – C, C – O,C – N и других связей) при участии молекулы воды.
4. Лиазы катализируют расщепление этих же связей путем отщепления, образуя двойные связи (или катализируют присоединение групп через разрыв двойных связей).
5. Изомеразы облегчают геометрические или структурные перегруппировки или изомеризации.
6. Лигазы катализируют образованием органического вещества через соединение двух молекул.

Рассмотрим Экологические функции и роль почвенных ферментов  более подробно:

Оксидоредуктазы

• Дегидрогеназы - Реакции дегидрирования органических веществ. Отражают общую окислительную активность почвенных микроорганизмов.
• Глюкозооксидаза - Окисление глюкозы. Участие в метаболизме почвенных углеводов.
• Каталаза - Разложение пероксида водорода до молекулярного кислорода и воды. Обезвреживание токсичной для организмов перекиси водорода.
• Пероксидаза - Окисление органических веществ почвы за счет кислорода перекиси водорода. Участие в процессах гумификации.
• Полифенолоксидаза - Окисление фенольных соединений в компоненты гумуса. Участие в процессах гумификации.

Гидролазы

• Фосфатаза - Гидролиз фосфорорганических соединений по фосфоэфирным связям. Мобилизация органического фосфора почвы.
• Арилсульфатаза - Гидролиз фенолосерных эфиров. Мобилизация органической серы почвы.
• Амилаза - Гидролиз крахмала в мальтозу и декстрины. Участие в преобразовании сложных углеводов органических остатков.
• Целлюлаза- Разложение целлюлозы. Участие в преобразовании полисахаридов клеточных стенок растений.
• Ксиланаза - Гидролиз ксилана входящего в состав гемицеллюлоз. Участие в преобразовании полисахаридов гемицеллюлоз соломы, древесины и растительных остатков.
• β- и α-глюкозидаза - Гидролиз глюкозидов (ди-, полисахариды, целлобиоза и др.) с образованием глюкозы. Участие в преобразовании углеводов в составе растительных остатков и грибов.
• Инвертаза, сахараза - Гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы. Участие в цикле углерода в почве.
• Протеаза - Гидролиз белков до аминокислот. Участие в круговороте азота и N минерализации.
• Пептидаза - Гидролиз полипептидов и дипептидов до аминокислот. Участие в круговороте азота и N минерализации.
• Аспарагиназа, глутаминаза - Гидролиз C-N связей (кроме пептидных связей) соответствующих аминокислот с высвобождением NH3. Участие в круговороте азота и N минерализации.
• Амидаза - Гидролиз C-N связей амидов с высвобождением NH3. Участие в круговороте азота и N минерализации.
• Уреаза - Гидролиз C-N связи мочевины. Участие в круговороте азота.
• Арилациламидаза - Гидролиз N-моно- и N.N-дизамещенных амидов. Участие в  разложении широкого спектра гербицидов.

Трансферазы

• Тирозин декарбоксилаза - Гидролиз тирозина, продукта протеиназной активности. Участие в минерализации азота.
• Гистидиназа - Дезаминирование L-гистидина c образованием уроканата и аммиака. Участие в минерализации азота.

Ферменты широкого спектра действия

Флуоресцеин диацетат гидролазы - Гидролиз диацетата флюоресцеина. Осуществляется различными ферментами, такими как протеазы, липазы и эстеразы. Является общей мерой гидролитической активности почвы.

Ферментативная активность как чувствительный показатель биологической активности почв позволяет оценить их здоровье и устойчивость к антропогенному воздействию .

Так, например, показана эффективность использования биохимических показателей при оценке последствий распашки целины , загрязнений различной природы (тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты, антибиотики,пестициды), гидроморфизма и ионизирующих излучений.

Различные сельскохозяйственные практики влияют объем растительного субстрата, поступающего в почву и его качественный состав. Распашка приводит к усилению процессов микробиологического окисления органических веществ, снижению в их составе доли легкоразлагаемых фракций. Интенсивное сельскохозяйственное воздействие может приводить к ухудшению структурных характеристик почвы, ее физических и водно-физических свойств, режима питательных веществ. Это все, в свою очередь, оказывает влияние на микробиологическую активность почв и состояние ферментного пула.

Более подробно влияние разных факторов на ингибирование или активацию ферментов мы рассмотрим в следующем сообщении.

 

При подготовке сообщения использованы литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

• Гуминовые препараты как стимуляторы роста растений и микроорганизмов (обзор), О. С. Безуглова, д.б.н., профессор, Е. А. Полиенко, зав. лабораторией, А. В. Горовцов, к.б.н.
• МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ, Е. В. Даденко, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, 2021

Используете ли вы в своей практике оценку  активности почвенных ферментов?