CC BY
40
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2009. - Вип. 17, т. 1. - С. 111-114. Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2009. - Vol. 17, N 1. - P. 111-114.
УДК 631.474+631.452
Т. В. Легостаєва
Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
ВПЛИВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА АКТИВНІСТЬ ОКСИДОРЕДУКТАЗНИХ ФЕРМЕНТІВ ҐРУНТУ (модельний експеримент)
З’ясовано диференційовану дію промислових забруднювачів на біохімічну активність ґрунтів в умовах модельного досліду. Вивчено вплив забруднення ґрунту важкими металами (цинк, мідь, свинець, марганець) на дегідрогеназну активність. Установлено інгібувальну дію металів на активність ферменту. Найтоксичнішими для активності дегідрогенази є цинк і мідь, найменш токсичним -марганець.
T. V. Legostayeva
Oles’ Gonchar Dnipropetrovsk National University
INFLUENCE OF HEAVY METALS ON THE ACTIVITY OF OXIDOREDUCTASES IN SOIL (model experiment)
The differentiated action of industrial pollutants on biochemical activity of soils under condition of model experiment was determined. The influence of heavy metals (zinc, copper, lead, manganese) on dehydrogenase activity was explored. The metals’ inhibition activity on the enzymatic activity was found. Zinc and copper are most toxic for dehydrogenase activity and manganese is the less toxic metal.
Вступ
Для характеристики біологічної активності ґрунтів широко використовуються біохімічні показники, серед яких найінформативніші - дані про активність ґрунтових ферментів [4; 6]. Рядом дослідників [3; 5; 7; 9] показано, що активність ферментів відображає ступінь забруднення ґрунтів техногенними полютантами.
Модельні експерименти мають ряд переваг порівняно з польовими дослідженнями: можливість підтримувати постійну вологість і температуру ґрунту; спроможність забезпечити перемішування ґрунту до повної однорідності в усіх вегетаційних посудинах, що дозволяє уникнути розбіжностей у властивостях ґрунту; можливість дослідження різних забруднювальних речовин роздільно та із заздалегідь заданими концентраціями [8].
При виборі різних біологічних індикаторів забруднення ґрунтів аерогенними промисловими викидами необхідно враховувати, що до їх складу входять різноманітні речовини та практично в усіх випадках доводиться говорити лише про вміст у повітряних емісіях підприємств будь-якої сполуки. Тому ми виконали модельні досліди щодо з’ясування дії окремих компонентів викидів - металів (цинк, мідь, свинець, марганець) на активність ґрунтової поліфенолоксидази.
© Т. В. Легостаєва, 2009
Матеріал і методи досліджень
Для з’ясування диференційованої дії промислових забруднювачів на біохімічну активність ґрунтів ми поставили модельні експерименти, в яких використовували чорнозем звичайний важкосуглинковий, що не зазнає дії техногенних полютантів (на відстані ~ 80 км від джерел забруднення). Для досліду обраний саме чорнозем звичайний важкосуглинковий, оскільки, за результатами наших досліджень, він має здатність акумулювати найбільшу кількість важких металів порівняно з іншими ґрунтами. Підготовку ґрунтів для аналізу проводили методом, описаним Є. В. Аринушкіною [1]. Де-гідрогеназну активність ґрунту досліджували методом, запропонованим А. Ш. Галстя-ном [2]. Ґрунт піддавали забрудненню металами у вигляді розчинів їх сульфатів, концентрації яких утричі перевищували фоновий вміст їх у ґрунтах м. Дніпропетровськ і складали: сульфату цинку - 395,6, сульфату міді - 269,6, сульфату свинцю - 62,1, сульфату марганцю - 9073,6 мг/кг ґрунту.
Результати та їх обговорення
Згідно з нашими даними, дуже чутливою до дії металів виявилася ґрунтова дегідрогеназа. В усіх варіантах досліду (табл. 1-4) активність ферменту значно знижується вже на 1-у добу експозиції (при внесенні у ґрунт сульфату цинку - на 81,1 %, сульфату міді - на 78,8 %, сульфату свинцю - на 75,9 %, сульфату марганцю - на 73,1 % відносно контролю) і продовжує знижуватися до кінця експерименту. На 30-у добу експозиції де-гідрогеназна активність складає 6,9, 6,9, 13,8, та 18,6 % (при внесенні у ґрунт сульфатів цинку, міді, свинцю та марганцю відповідно) від такої у ґрунті контрольного варіанта досліду. Проте найтоксичніші для активності дегідрогенази цинк і мідь (див. табл. 1, 2).
Таблиця 1
Вплив іонів цинку на активність дегідрогенази (мг формазану/10 г ґрунту, 24 г, / = 4)
Час експозиції, доба Контроль Дослід 0,05 Зниження активності ферменту відносно контролю, %
1 2,12 ± 0,015 0,40 ± 0,037 15,47 81,13
5 2,07 ± 0,013 0,31 ± 0,029 19,78 85,02
10 2,00 ± 0,010 0,22 ± 0,018 30,49 89,00
15 1,93 ± 0,012 0,16 ± 0,017 30,31 91,71
20 1,60 ± 0,014 0,12 ± 0,010 31,32 92,50
25 1,58 ± 0,013 0,11 ± 0,010 33,05 93,04
30 1,45 ± 0,015 0,10 ± 0,009 28,57 93,10
Таблиця 2
Вплив іонів міді на активність дегідрогенази (мг формазану/10 г ґрунту, 24 г, /= 4)
Час експозиції, доба Контроль Дослід 0,05 Зниження активності ферменту відносно контролю, %
1 2,12 ± 0,015 0,45 ± 0,042 13,35 78,77
5 2,07 ± 0,013 0,40 ± 0,039 14,65 80,68
10 2,00 ± 0,010 0,33 ± 0,032 17,67 83,50
15 1,93 ± 0,012 0,24 ± 0,022 24,32 87,56
20 1,60 ± 0,014 0,17 ± 0,015 21,59 89,38
25 1,58 ± 0,013 0,13 ± 0,015 22,04 91,77
30 1,45 ± 0,015 0,10 ± 0,009 28,57 93,10
При внесенні у ґрунт сульфату цинку спостерігається зниження дегідрогеназної активності на 81,1-93,1 % відносно її активності у ґрунті контрольного варіанта досліду. Згідно з даними, наведеними у таблиці 1, фермент знижує активність уже на першу
добу експерименту. Надалі, протягом усього часу експозиції, активність дегідрогенази інтенсивно знижується, і на 30-у добу спостерігається її найменша активність (0,10 мг формазану/10 г ґрунту) порівняно з показниками активності ферменту за дії інших ме-талів-забруднювачів - свинцю (табл. 3), марганцю (табл. 4), використаних у модельному експерименті.
Таблиця3
Вплив іонів свинцю на активність дегідрогенази (мг формазану/10 г ґрунту, 24 г, / = 4)
Час експозиції, доба Контроль Дослід 1/1 005 Зниження активності ферменту відносно контролю, %
1 2,12 ± 0,015 0,51 ± 0,049 11,36 75,94
5 2,07 ± 0,013 0,49 ± 0,045 12,09 76,33
10 2,00 ± 0,010 0,41 ± 0,039 14,30 79,50
15 1,93 ± 0,012 0,38 ± 0,030 17,42 80,31
20 1,60 ± 0,014 0,28 ± 0,026 15,83 82,50
25 1,58 ± 0,013 0,22 ± 0,018 22,24 86,08
30 1,45 ± 0,015 0,20 ± 0,016 20,44 86,21
Таблиця 4
Вплив іонів марганцю на активність дегідрогенази (мг формазану/10 г ґрунту, 24 г, / = 4)
Час експозиції, доба Контроль Дослід 1/1 0,05 Зниження активності ферменту відносно контролю, %
1 2,12 ± 0,015 0,57 ± 0,049 10,93 73,11
5 2,07 ± 0,013 0,53 ± 0,045 11,79 74,40
10 2,00 ± 0,010 0,45 ± 0,042 12,97 77,50
15 1,93 ± 0,012 0,42 ± 0,039 13,25 78,24
20 1,60 ± 0,014 0,38 ± 0,031 12,91 78,75
25 1,58 ± 0,013 0,31 ± 0,029 14,28 80,38
30 1,45 ± 0,015 0,27 ± 0,024 15,16 81,38
Така ж тенденція спостерігається і при додаванні до ґрунту сульфату міді. При цьому дегідрогеназна активність пригнічується на 78,8-93,1 % відносно такої у ґрунті контрольної ділянки і складає 0,10 мг формазану/10 г ґрунту.
Сульфат свинцю виявив менш негативний вплив на дегідрогеназну активність порівняно із цинком та міддю. Активність ферменту пригнічується на 75,9-86,2 % відносно ґрунту контрольного варіанта (див. табл. 3).
Найменший вплив на активність дегідрогенази здійснює сульфат марганцю. Зниження активності ферменту (у межах 73,1-81,4 % відносно його активності у ґрунті контрольного варіанта) відбувається плавно протягом усього часу експозиції і менш інтенсивно, порівняно з дією інших металів, використаних у експерименті (див. табл. 4).
Висновки
Оскільки промислові викиди будь-якого виробництва у природних умовах містять не один, а декілька техногенних забруднювачів, біохімічні показники відбивають їх сумарну дію. Тому виявити вплив полютантів на ферментативну активність ґрунту можна лише шляхом проведення відповідних модельних дослідів. Отримані результати показують, що забруднення ґрунту сполуками металів - одна із причин зміни біохімічних процесів, які відбуваються у ґрунтах. Це знаходить відображення у зниженні активності ферментів.
Результати модельного експерименту свідчать про інгібувальну дію металів на активність дегідрогенази, причому зі збільшенням часу дії металу-забруднювача актив-
ність ферменту знижується до 30-ї доби досліду. Характер токсичної дії досліджених
металів на дегідрогеназну активність ґрунту неоднаковий: на активність ферменту
найбільшу інгібувальну дію чинять цинк і мідь, найменшу - марганець.
Бібліографічні посилання
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. - 2-е изд. - М. : Изд-во МГУ, 1970. - С. 313-320.
2. Галстян А. Ш. Ферментативная диагностика почв / А. Ш. Галстян, К. В. Григорян // Тр. НИИ почвовед. и агрохимии Арм. ССР. - 1978. - Т. 13. - С. 132-140.
3. Григорян К. В. Оценка степени загрязненности почвы по активности инвертазы / К. В. Григорян, А. Ш. Галстян // Методы и проблемы экотоксикологического моделирования и прогнозирования. - Пущино, 1979. - С. 164-165.
4. Даденко Е. В. Изменение ферментативной активности чернозема при хранении образцов / Е. В. Даденко, К. Ш. Казеев // Экология и биология почв. Матер. Междунар. научн. конф. -Ростов-на-Дону : Изд-во ЦВВР, 2004. - С. 89-94.
5. Девятова Т. А. Ферментативная активность как диагностический показатель экологического состояния почв / Т. А. Девятова, Т. Н. Крамарева // Экология и биология почв. Матер. Междунар. научн. конф. - Ростов-на-Дону : Изд-во ЦВВР, 2004. - С. 95-99.
6. Девятова Т. А. Ферментативная активность черноземов ЦЧЗ / Т. А. Девятова, А. П. Щербакова, Т. Н. Крамарева // Экология и биология почв. Матер. Междунар. научн. конф. - Ростов-на-Дону : Изд-во ЦВВР, 2004. - С. 99-102.
7. Долгова Л. Г. Биологическая активность почвы в сфере действия выбросов промышленных предприятий // Тез. докл. VI Делегат. съезда Всесоюз. о-ва почвоведов. - Тбилиси, 1981. -Т. 2. - С. 35-36.
8. Колесников С. И. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, В. Ф. Вальков // Экология. - 2000. - № 3. - С. 193-201.
9. Павлюкова Н. Ф. Функциональные особенности микробоценоза почв, содержащих вещества техногенного происхождения / Н. Ф. Павлюкова, В. Н. Кучма, В. Н. Гришко // Биология почв антропогенных ландшафтов. Тез. I Всесоюзн. научн. конф. - Д. : ДГУ, 1995. - С. 42.
Надійшла до редколегії 17.03.2009
