CC BY
62
14. Никольский Г. В. Экология рыб. - М.: Высшая школа, 1974. - 366 с.
15. Песенко Ю. А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях. - М: Наука, 1982. - 281 с.
16. Протасов А. А. Биоразнообразие и его оценка: концептуальная диверсикология. - К.: Ин-т гидробиологии НАНУ, 2002. - 105 с.
17. Романенко В. Д. Основы гидроэкологии. - К: Генеза, 2004. - 664 с.
18. Влияние рыбного хазяйства на биологическое разнообразие в бассейне р. Днепр. Определение пробелов и проблем / В. Д. Романенко, С. А. Афанасьев, В. Д. Петухов и др. - К.: Академпериодика, 2003. - 188 с.
19. Гринжевський М. В. Словник-довідник науково-виробничих термінів і понять у рибному і водному господарствах, охороні навколишнього природного середовища внутрішніх водних об’єктів України / М. В. Гринжевський, В. М. Єрко, А. В. Пекарський. - К.: Вища освіта, 2002. - 302 с.
20. Сухойван П. Г. Рыбное население и его продуктивность / П. Г. Сухойван, Л. И. Вятчанина // Беспозвоночные и рыбы Днепра и его водохранилищ / Под ред. Л. Н. Зимбалевской, П. Г. Сухойван, М. И. Черногоренко и др. - К.: Наукова думка, 1989. - С. 136-173.
21. Шевченко П. Г. Вплив ефективності природного відтворення на формування продуктивності фітофільних риб водосховищ Дніпра // Рибне господарство. - К.: Аграрна наука, 2004. - Вип. 63. - С. 269-274.
Надійшла до редколегії 03.03.2006
УДК 577.1:504.53
А. Ф. Кулик, О. М. Василюк, О. В. Рошка
Дніпропетровський національний університет
АКТИВНІСТЬ ІНВЕРТАЗИ ТА УРЕАЗИ У ҐРУНТАХ ЛІСОВИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ ПРИСАМАР’Я
Наведено результати дослідження активності інвертази та уреази, які можна розглядати як показник біорізноманіття ґрунтів. Показано сезонну динаміку активності ґрунтів залежно від типу біогеоценозу.
Change of the invertase and urease activities in different natural and artificial soils was studied. The season dynamics of soil activity depends on the biogeocenosis type.
Вступ
Ґрунти - складна система з великою кількістю зв’язків між їх складовими [2; 12]. В основі цих зв’язків функціонують матеріально-енергетичні та інформаційні взаємодії, які забезпечують механізми виникнення та розвитку ґрунтів. Ці механізми базуються на ґрунтових мікроорганізмах, ферментах, які накопичені у грунтах і забезпечують синтетичні та деструктивні біохімічні процеси [4; 10; 15]. Джерелом ґрунтових ферментів є рослини, мікроорганізми та фауна ґрунту. Корені багатьох рослин і мікроорганізми продукують органічні речовини, у тому числі і ферменти [4-6; 17]. При виділенні ферментів у ґрунт частина їх інактивується, а інші поглинаються ґрунтовими частками і деякий час зберігають свою активність. Ступінь поглинання ферментів залежить від фізико-хімічних властивостей ґрунтів та умов ґрунтоутворення. Ензими перебувають у ґрунтах у комплексному стані за умов збереження структури, будови та специфічності [3].
© А. Ф. Кулик, О. М. Василюк, О. В. Рошка, 2007
Вивчення активності ґрунтових ферментів відкриває широкий і всебічний спектр характеристик процесів, які формуються у ґрунтах. Біологічна активність інвертази та уреази вивчалась раніше, але вкрай недостатньо [7; 8]. Дослідження ґрунтових інвертаз обумовлене тим, що ензим більш чітко, ніж група інших ферментів, віддзеркалює біологічну активність ґрунтів, що пов’язано з рівнем окультурення. Інвертазна активність корелює з кількістю гумусу та вуглеводів у ґрунті. Показники інвертазної активністі слід використовувати для вирішення питання прикладного ґрунтознавства.
Із дією уреази пов’ язані процеси гідролізу та переведення у доступну форму азоту сечовини, яка утворюється внаслідок метаболізму азоторганічних сполук. Високу активність уреази слід розглядати як важливий фактор азотного обміну ґрунтів.
Матеріал і методи досліджень
Об’єкти досліджень - стаціонарні моніторингові пробні площі № 201 (степова цілина), № 201А (лісосмуга), № 202 (насадження білої акації сухуватого типу), № 207 (липо-ясенева пристінна діброва), № 224 (насадження дуба звичайного).
Пробна площа № 201 - модель зонального типу рослинності на вододілі двох річок - Самари та Сороковушки. Це мікроплато зі схилом 4-5° північно-східної експозиції займає площу близько 120 га. Режим зволоження (гігротоп) відповідає за типологічною схемою О. Л. Бельгарда сухим місцеперебуванням СГ0-і. Зволоження атмосферно-транзитне відточне. Локальний коефіцієнт зволоження (ЛКЗ) дорівнює
0,6. Ґрунтові води - з 40 м, ґрунт - чорнозем звичайний.
Пробна площа № 202 розташована за 3 км від с. Андріївка. Представлена тридцятирічним білоакацієвим насадженням. Рельєф - пологий схил вододілу південно-західної експозиції. Мікрорельєф - розвинені невеликі пониження в міжряддях. Умови зволоження - атмосферно-транзитно-приточно-відточні. Ґрунти - чорнозем звичайний лісополіпшений. Потужність покриву - 3 см. Вихідний тип посадки - рядовий: акація біла чергується з акацією жовтою. Зрідка зустрічається ясен зелений. Відстань між рядами 2 м, у рядах 0,5 м. Висота акації білої 10-12 м, зімкнутість деревостану 0,6-0,7 %, покриття травостоєм - 60-75 %. Травостій розвинений.
Пробна площа № 207 - пристінний лісовий біогеоценоз, розташований у нижній половині великого пристінного схилу р. Самара південно-східної експозиції (крутизна 8-9°) і представлений липо-ясеневою дібровою з добре розвиненим чагарниковим підліском. Порослевий тип поновлення. Середній вік дерев - 80-90 років. Зімкнутість крон - 0,7-0,8, середня висота деревостану - 20 м. Ґрунт - чорнозем лісовий, вилужений, середньолесивований, супіщаний із середнім вмістом гумусу на опіща-нених лесах. Глибина залягання ґрунтових вод - 23-25 м.
Пробна площа № 224 - штучне дубове насадження на плакорі, створене на розораному вихідному різнотравно-бородачево-ковиловому степу плакору з невеликим схилом північної експозиції за 3 км від с. Всесвятське Новомосковського району Дніпропетровської області. Ґрунт - чорнозем звичайний лісополіпшений, слабовилу-жений середньогумусний, середньосуглинистий, на лесах. Зволоження атмосферне. Ґрунтові води - на глибині 40 м. Вік насадження - 39 років. У чагарниковому підліску -клен татарський Асег ґаґагісит Ь., рідше бруслина європейська Еиопутш еигораеа Ь. Тип насадження - рядковий, відстань у рядах - 0,75 м, між рядами - 1,5 м.
Проби ґрунтів на цих площах відбирали за сезонами: весною (I), влітку (II), восени (III), зимою (IV) не менше ніж у трикратній повторності. В умовах лабораторного досліду вивчали активність ферментів.
Інвертаза, Р-О-фруктофуранозид-фруктогідролаза (КФ 3.2.1.26) відноситься до класу гідролаз, групи глюкогідролаз, які каталізують гідроліз ди-, три- та моноцукрів
за глюкозидними зв’язками їх молекул [3; 11]. Р-О-фруктофуранозидаза гідролізує цукрозу на глюкозу та фруктозу. Р-О-фруктофуранозидаза присутня в усіх ґрунтах, є одним із найважливіших ферментів, які характеризують біологічну активність ґрунту. Методи визначення активності основані на вимірюванні кількості гексоз у стадії редукції (інвертних цукрів - глюкози та фруктози), що утворюються при гідролізі цукрози. Суму гексоз виражають у глюкозному еквіваленті (мг глюкози на 1 г ґрунту). У реакції застосовують розчин Фелінга, який із метиленовою синню утворює сполуку жовтого кольору. Суміш титрують фільтратом до зникнення забарвлення та визначають активність ензиму за методом Гундерової стосовно чорноземних ґрунтів [11; 13; 14; 16].
Уреаза, або карбамід-аміногідролаза (КФ 3.5.1.5) - фермент, який каталізує гідролітичне розщеплення сечовини на аміак і вуглекислий газ. Фермент характеризується високою специфічністю до субстрату: незначна зміна структури істотно впливає на активність ензиму. У реакції визначають вміст аміаку з використанням реактиву Несслера, у результаті чого утворюються забарвлена сполука йодистого меркурамонію жовтого кольору. Через 15 хвилин визначають оптичну густину за допомогою зеленого світлофільтра. Активність уреази виражають у мкг аміаку, який утворився, на 1 г наважки за 1 хвилину [1; 11]. Отримані результати оброблені статистично [9]. Порівнювали отримані результати активності наведених ферментів у ґрунтах стосовно контролю 1 (степова цілина) і контролю 2 (липово-ясенева пристінна діброва).
Результати та їх обговорення
У ґрунтах степової цілини (табл. 1) спостерігали достовірне підвищення активності ензиму відносно контролю № 2 навесні (на 36 %) та восени (на 161 %). У даному варіанті досліду порівнювалися активність ферменту з біогеоценозів природного походження.
Таблиця 1
Активність інвертази у ґрунтах природних і штучних лісових біогеоценозів Присамар’я
Тип біогеоценозу Ґрунти Термін спостереження М±т Мг М2
Різнотравно-кострицево-ковиловий степ. Контроль № 1 чорнозем звичаинии I 35,0±1,75 - 1,36
II 10,9±0,51 - 1,11
III 19,6±0,92 - 2,61
Лісосмуга чорнозем звичайний лісополіпшений I 81,60±4,02 2,33 3,16
II 15,10±0,71 1,38 1,54
III 9,80±0,43 0,50 1,31
Насадження білої акації сухуватого типу чорнозем звичайний лісополіпшений I 54,4±2,65 1,55 2,11
II 16,3±0,75 1,49 1,66
III 24,5±1,20 1,25 3,27
Липо-ясенева пристінна діброва. Контроль № 2 чорнозем лісовий I 25,8±1,23 0,74 -
II 9,80±0,43 0,89 -
III 7,50±0,35 0,38 -
Насадження дуба звичайного чорнозем звичайний лісополіпшений I 24,5±1,18 0,70 0,95
11 12,2+ 0,61 1,12 1,24
III 16,3±0,79 0,83 2,17
Примітки: М1 - співвідношення дослід / контроль 1, М2 - співвідношення дослід / контроль 2.
У лісосмузі в умовах чорнозему звичайного лісополіпшеного визначення динаміки активності інвертази забезпечило можливість спостерігати підвищення актив-
ності у травні та липні на 38-123 % за наявності тенденції зниження активності ензиму восени. Спостерігали достовірне підвищення активності інвертази впродовж періоду дослідження (травень, липень, вересень) на 31-216 % відповідно.
У насадженнях білої акації сухуватого типу на чорноземах звичайних лісополіпшених відбулось достовірне підвищення активності ензиму впродовж теплого періоду сезону на 25-55 % відносно контролю № 1. Порівняно з контролем № 2, як і в попередньому досліді, спостерігали активацію ензиму на 66-227 %.
У чорнозему лісовому липо-ясеневої пристінної діброви спостерігали протилежні зміни в динаміці активності інвертази порівняно з ґрунтами майданчиків із штучним насадженням деревних рослин. Упродовж усього терміну спостереження активність інвертази була достовірно нижчою (на 11-65 % відносно контролю № 1). У даному випадку порівнювали активність ферменту в умовах росту та розвитку деревних культур різного природного походження. Спостерігаються відмінності активності ензиму у чорноземі звичайному степової цілини та чорноземі лісовому липо-ясеневої пристінної діброви.
У чорноземах звичайних лісополіпшених у насадженнях дуба звичайного активність ензиму була достовірно нижчою, або наближалась до контролю № 1, що відрізняло цей варіант від попередніх. У липні та вересні активність підвищилася на 24-117 %, тоді як у травні не відрізнялася від контролю № 2 (див. табл. 1).
Активність уреази (табл. 2) у чорноземі звичайному степової цілини була вищою на 153 % у травні; у подальшому активність уреази зменшувалася відносно контролю № 2. У чорноземі звичайному лісополіпшеному в лісосмузі активність уреази навесні та влітку значно підвищувалася (в 5-8 разів) з тенденцією зниження до контрольних показників відносно контролю № 1.
Таблиця 2
Активність уреази у ґрунтах природних і штучних лісових біогеоценозів Присамар’я
Тип біогеоценозу Ґрунти Термін спостереження М±т Мг М2
Різнотравно-кострицево-ковиловий степ. Контроль № 1 чорнозем звичайний I 0,99±0,03 - 2,53
II 1,98±0,07 - 0,25
III 9,94±0,041 - 0,84
Лісосмуга чорнозем звичайний лісо-поліпшений I 7,95±0,37 8,03 2,00
II 9,94±0,45 5,02 1,25
III 7,95±0,35 0,80 0,67
Насадження білої акації сухуватого типу чорнозем звичайний лісополіпшений I 2,98±0,14 3,00 0,75
II 3,96±0,17 2,00 0,50
III 7,75±0,35 0,78 0,65
Липо-ясенева пристінна діброва. Контроль № 2 чорнозем лісовий I 3,96±0,15 4,00 -
II 7,95±0,31 4,01 -
III 11,9±0,57 1,20 -
Насадження дуба звичайного чорнозем звичайний лісополіпшений I 1,19±0,03 1,20 0,30
II 3,88±0,18 1,96 0,49
III 2,49±0,12 0,25 0,21
Примітки: Мі - співвідношення дослід / контроль 1,М2 - співвідношення дослід / контроль 2.
Активність ензиму від контролю № 2 достовірно не відрізнялась. Активність уреази у чорноземі звичайному насаджень білої акації навесні та влітку перевищувала контроль у 2-3 рази, тоді як відносно контролю № 2 активність уреази достовірно зменшувалася. У травні та липні активність ензиму перевищувала контроль у 4 рази, а восени - на 20 % відносно контролю № 1. У даному випадку порівнювали зміну
активності уреази на дослідних ділянках різних біогеоценозів природного походження. Активність уреази у чорноземі звичайному лісополіпшеному в насадженнях дуба звичайного у травні та липні підвищувалась на 20-96 %, тоді як восени становила 25 % відносно контролю № 1. Активність ферменту відносно контролю № 2 знижувалася упродовж усього періоду спостереження.
Висновки
Активність інвертази та уреази залежить від типу біогеоценозу та змінюється за сезонами року. У ґрунтах біогеоценозів як природного, так і штучного походження активність інвертази була високою навесні та восени і становила 111-327 % залежно від типу біогеоценозу, тоді як улітку активність ферменту природно зменшувалася удвічі, або наближалась до контрольних показників. Активність уреази у ґрунтах різного походження була підвищена у 2-8 разів залежно від терміну спостереження, типу біогеоценозу та пов’язана із субстратним забезпеченням.
Бібліографічні посилання
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: МГУ, 1970. - 487 с.
2. Бабьева И. П. Биология почв / И. П. Бабьева, Г. М. Зенова. - М., МГУ, 1993. - 248 с.
3. Боєчко Ф. Ф., Боєчко Л. О. Основні біохімічні поняття, визначення і терміни. - К.: Вища школа, 1993. - 528 с.
4. Долгова Л. Г. Ферментативна активність та мікробіологічні процеси в едафотопах техногенних регіонів // Екологія та ноосферологія. - 1999. - Т. 8, № 4. - С. 18-23.
5. Ефремов А. Л. Микробиота и биогенность почв пойменных лугов // Почвоведение. -2000. - № 5. - С. 251-255.
6. Кузнецов К. Л. Ферменты в почве. - М.: Просвещение, 1993. - С. 215-235.
7. Кулик А. Ф. Динамика биологической активности почв лесных экосистем Присамарья // Биомониторинг лесных экосистем лесной зоны. - Д.: ДГУ, 1992. - С. 103-108.
8. Кулик А. Ф. Микробоценоз и устойчивость лесных биогеоценозов // Екологія та ноосфе-рологія. - 1999. - № 3-4. - С. 145-147.
9. Лакин Г. Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. - 293 с.
10. Ларионова А. А. Дыхание почвы. - Пущино, 1993. - 145 с.
11. Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермаков, В. В. Арасимович, М. И. Симрнова-Иконникова, И. К. Мурри. - М.: Изд-во с-хоз. литер., 1952. - 520 с.
12. Орлов Д. С. Химия почв. - М.: МГУ, 1992. - 400 с.
13. Плешков Б. П. Практикум по биохимии растений. - М.: Колос, 1985. - 255 с.
14. Починок Х. Н. Методы биохимического анализа растений. - К.: Наукова думка, 1976. -334 с.
15. Смагин А. В. Газовая функция почв // Почвоведение. - 2000. - № 10. - С. 805-808.
16. Хазиев Ф. Х. Ферментативная активность почв. - М.: Наука, 1990. - 147 с.
17. Яковлев А. С. Биологическая диагностика и мониторинг состояния почв // Почвоведение. - 2000. - № 1. - С. 51-52.
Надійшла до редколегії 11.01.2007
