Определение каталазной активности почвы

Определение активности каталазы в почве газометрическим способом

Каталаза относится к группе ферментов оксидоредуктаз и катализирует окислительно-восстановительную реакцию расщепления молекулы перекиси водорода до воды и кислорода. Каталаза является очень чувствительным ферментом к изменению внешних условий: температуры, кислотности и др.

Активность каталазы в почве в большей степени зависит от воздушного режима, гранулометрического состава почв, окислительно-восстановительного потенциала. Изменение свойств почв в результате антропогенных воздействий оказывает влияние на активность каталазы, изменение которой можно обнаружить предлагаемым газометрическим методом, широко распространенным в почвоведении.

Метод определения каталазной активности основан на определении объема кислорода, который выделяется в результате реакции расщепления перекиси водорода. В методе используется прибор для определения активности каталазы (рис.).

Цель работы: дать оценку каталазной активности почв с разной степенью антропогенной нагрузки

· освоить навыки определения каталазной активности почвы;

· провести анализ каталазной активности в почвах с разной степенью антропогенной нагрузки;

· объяснить причины изменчивости каталазной активности в почвах.

Объекты: в работе используются почвы, отобранные в ландшафтах с разным уровнем антропогенной нагрузки:

Реактивы и оборудование: 1) СaCO₃ (мел, растертый в ступке), 2) 3% раствор перекиси водорода (Н₂О₂); 3) 5% раствор серной кислоты (Н₂SO₄), 4) прибор для определения активности каталазы (рис.), 5) секундомер.

Ход работы: заполняют колбу водой и с помощью штатива устанавливают уровень воды напротив нулевой отметки на градуированной бюретке. Зажим Мора на выпускной трубке плотно закрывают. Заполняют каталазник следующим образом: одну часть каталазника наполняют почвой в количестве 1 г смешанной с 0,5 г мела, вторую часть каталазника помещают 3% раствор Н₂О₂ в объеме 5 мл. Соединяют каталазник с прибором, плотно закрывая резиновой пробкой со шлангом.

Для запуска ферментативной реакции расщепления перекиси каталазник переворачивают таким образом, чтобы перекись смешать с почвой, одновременно включают секундомер. Через пять минут определяют объем выделившегося кислорода по уровню воды в градуированной бюретке. Для каждого варианта опыта проводят измерения в 2-х кратной повторности.

Результаты: активность каталазы выражают в мл O₂ выделившихся за 1 мин на 1 г почвы. Данные по активности каталазы в изученных почвах заносятся в таблицу?

Активность каталазы в почвах разных экологических типов

Выводы по лабораторной работе: по данным таблицы делается заключение об активности фермента каталазы в изученных типах почв и о причинах отличий показателя в данных почвах.

6.3 Контрольные вопросы

1. Назовите основные группы живых организмов почвы и их важнейшие функции.

2. Дайте формулировку процесса гумификации.

3. Какие существуют способы оценки биологической активности почвы?

4. На чём основано использование биотестирование экологического состояния почвы?

Белобров В.П. География почв с очновами почвоведения: Учеб. пособие для студ. пед. вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 352 с.

Розанов Б.Г. Морфология пчов: Учеб. для высшей школы. – М.: Академический проект, 2004 – 432 с.

Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2 ч./Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. Ч. 1. Почва и почвообразование/Г.Д. Белицына, В.Д. Васильевская, Л.А. Гришина и др. – М.: Высш. Шк., 1988. – 400 с.

Ковда В.А. Основы учения о почвах. В 2 кн. – М.: Наука, 1981. —

Приложение 1 «Методические рекомендации по подготовке отчёта по лабораторной работе»

Каждая лабораторная работа должна иметь вид законченного учебного научного эксперимента и оформляется в виде исследовательского отчёта.

Отчёт по каждой лабораторной работе должен содержать следующие разделы.

Титульный лист: указание ведомственной принадлежности, названия работы, список исполнителей, обозначение академической группы, факультета, место проведение, дата проведения

Оглавление: с перечнем ниже приведенных глав и разделов, указанием их страниц.

Введение: раскрывает основное содержание работы, суть использованного метода и его возможности, научная проблема, на решение которой направлена данная работа.

Объект: указывается выбранный для эксперимента объект (объекты), схема отбора проб или схема постановки опыта.

Оборудование и реактивы: указывается список измерительных приборов, вспомогательного оборудования, перечень реактивов (с расчётом концентраций, ходом приготовления).

Ход работы: указывается способ подготовки проб к анализу (измерению), последовательность действий при выполнении анализа (измерении).

Выше указанные разделы готовятся студентами до начала лабораторной работы (т.е. входят в перечень заданий для самостоятельной работы см. ниже) и сдаются преподавателю перед началом лабораторной работы.

Ниже приведенные разделы отчёта выполняются студентами после проведения лабораторной работы и сдаются преподавателю в печатной форме.

Результаты: в табличной форме приводятся экспериментальные данные, с расчётом необходимых статистических показателей (диапазон измерений, точность, погрешности, характер распределения) в зависимости от характера эксперимента и использованного оборудования.

Заключение: Обобщение полученных результатов. Интерпретация экспериментальных данных согласно заданию по лабораторной работе. С использованием теоретических данных по проблеме исследования.

Литература: приводится список литературы использованной при подготовке лабораторной работы, обработке и интерпретации результатов.

Источник

Определение каталазной активности почвы

Главная
• Список секций
• Биология
• Каталазная активность почв в оценке экологического состояния г. Сыктывкара

Каталазная активность почв в оценке экологического состояния г. Сыктывкара

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Сохранение экологической чистоты в городе — одна из самых сложных задач на сегодняшний день во всем мире. Это связано, прежде всего, с транспортной активностью, с большим количеством активных промышленных производств, процессов строительства, использованием промышленной техники, требующей использование необходимых ресурсов для обеспечения производства, с загрязнением бытовыми отходами.

Нагрузка на почвенную систему приводит к изменению практически всех ее компонентов, начиная с агрохимических и физических свойств и заканчивая микробиологическими и биохимическими показателями, лишая почвенный покров в городах способности выполнять важные экологические функции. Микробиота, биохимические параметры почвы, ее биологическая активность под влиянием антропогенного воздействия изменяются в первую очередь, поэтому считаются многими исследователями наиболее чувствительными к загрязнению показателями состояния почвенного покрова[5].

Каталазную активность почв можно рассматривать как показатель функциональной активности микрофлоры в различных экологических условиях [6]. Установлено, что увеличение антропогенной нагрузки приводит к снижению каталазной активности почв.

Цель работы: оценить экологическое состояние почвы городского района на основании показателей каталазной активности.

Задачи:

1. Определить каталазную активность почв исследуемого участка и дать оценку по шкале степени обогащения почв.

2. Определить зависимость каталазной активности почвы в точках наблюдения от положения предполагаемого источника загрязнения.

3. Рассмотреть зависимость каталазной активности почв от других показателей: от температуры, влажности, уплотнения почвенного покрова, нарушения растительного покрова и корневой системы растений.

4. Сравнить каталазную активность почв Сыктывкара с аналогичными данными по другим городам.

Наше исследование показывает результат влияния антропогенной деятельности на биологическую активность почв в городе, что является на данный момент актуальным. Именно поэтому нас интересовала тема загрязненности почв в родном городе.

Практическая значимость работы. Результаты исследования можно использовать в школьных курсах экологии, географии, биологии и химии при изучении национально-регионального компонента.

Обзор литературы

Почвы города Сыктывкар

Почвы типичные сильноподзолистые, торфянисто-подзолисто-глееватые. На прибрежных террасах рр. Вычегды и Сысолы, преимущественно на песчаном субстрате, развиты железистые подзолы. В долинах рр. Вычегды и Сысолы распространены пойменные аллювиальные дерновые почвы, занятые, как правило, лугами и кустарниками [10].

Основные источники загрязнения почвы в городе Сыктывкар

Основными источниками загрязнения воздуха МО ГО «Сыктывкар» являются предприятия теплоэнергетики, стройиндустрии, целлюлозно-бумажной промышленности. Значительную долю выбросов в атмосферу города вносит автомобильный транспорт [3].

Каталазная активность почвы

Каталаза – фермент, разрушающий пероксид водорода до воды и кислорода. Обусловлена активностью ферментов-каталаз, относящихся к группе дыхательных ферментов, и наличием в почве неорганических катализаторов этого процесса.

2Н2О2 = О2 + 2Н2О [9].

В результате ее активирующего действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов, на воду и свободный кислород. Большое влияние на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность. Как правило, почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую — от температуры [2].

Каталаза вырабатывается микроорганизмами с целью уменьшения содержания в среде их обитания пероксида водорода – продукта жизнедеятельности микроорганизмов, то, следовательно, распределение каталазы по слоям почвы характеризует либо распределение по почве микроорганизмов, либо интенсивность переноса каталазы по почве при нахождении микроорганизмов в верхнем слое почвы [8].

Тенденция к уменьшению каталазной активности с глубиной отбора проб сохраняется как в почвах парков и лесопарка, так и в почвах скверов и бульваров. Это можно объяснить тем, что каталаза в почве синтезируется по большей части аэробными микроорганизмами, численность которых, вероятно, снижается с глубиной в связи с уменьшением содержания кислорода в почве. Кроме того, активность каталазы выше в верхнем горизонте почвенного покрова потому, что в нем наибольшее количество гумуса, то есть наибольшая интенсивность процессов трансформации органического вещества, также на каталазную активность оказывает влияние гранулометрический состав почвы, который становится менее благоприятным с глубиной.

Для рекреационных территорий города характерна более низкая каталазная активность по сравнению с пробами почвы ненарушенных территорий. Вероятно, снижению активности этого фермента способствует уплотнение почвенного покрова рекреационных территорий, а также антропогенная нагрузка, испытываемая ими в условиях города [5].

В естественных почвах лиственных лесов функциональная активность почвенных микроорганизмов выше, чем в антропогенно – нарушенных, так как почвы урбоэкосистем характеризуются малым поступлением растительного опада, а также большей загрязненностью (тяжелыми металлами и другими химическими токсикантами), что в совокупности приводит к угнетению жизнедеятельности почвенных организмов [7].

1. Организация, район и методы исследования 1.1. Район исследования

В своей работе мы выбрали участок г. Сыктывкара, ограниченный следующими улицами:

С Ю-В – Коммунистическая улица, с Ю-З – Морозова и Элеваторная улицы, с С-З – Элеваторная и Орджоникидзе, с С-В – Октябрьский проспект.

Основными источниками загрязнения воздуха города в данном районе, а, следовательно, почв, являются предприятие Сыктывкарская центральная водогрейная котельная, железнодорожный и автомобильный транспорт. Именно наличие ежедневной активности этих факторов в данном участке вызвал у нас интерес к исследованию именно этого района.

Для исследования был выбран отрезок, проходящий внутри обозначенного участка. Отрезок соединил железнодорожный вокзал и предприятие Сыктывкарская центральная водогрейная котельная (ЦВК). Схема маршрута обозначена на рисунках 1.1 и 1.2

Железнодорожный

вокзал

Центральная водогрейная

котельная

Рисунок 1.1. – Точки сбора проб почвы 1-13 (перекресток улиц Коммунистическая и Морозова – Катаева).

Рисунок 1.2. — Точки сбора проб почвы 14 — 28 (Катаева: магазин Магнит — ЦВК).

1.2. Организация исследования

Отбор проб производился 14-22 августа 2017 г. Отбор производили согласно методам отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа ГОСТ 17.4.4.02-84. Отбирался верхний слой почвы под дерном, с глубины 0 – 15 см. Образцы почвы были взяты в 3-х повторностях. На месте осуществили заполнение паспорта исследуемого участка и сопроводительный талон для получения точных сведений о местности и условиях отбора проб каждой точки.

Затем почву доводили до сухого состояния.

На основании паспорта обследуемого участка и сопроводительного талона давалась характеристика исследуемых участков.

1.3. Методика исследования

Каталазная активность определялась в лаборатории почвоведения Института естественных наук ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина».

Мы пользовались методикой, подготовленной Е. И. Сарапульцевой по разработкам Л.В.Лысак, взятой из учебного пособия «Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование» [1] .

За 1-2 суток почву увлажняли для того, чтобы запустить ферментативные процессы.

Перед работой собирали газометрический прибор, представляющий собой две бюретки, закреплённые на штативе, соединённые между собой мягкой трубкой. Залив в них воду, опуская и поднимая бюретки относительно друг друга, уравновешивали уровни в бюретках и устанавливали этот уровень в одной из них на нулевой отсечке.

Использовали двухколенный каталазник, в одно колено аккуратно помещали почву массой 1 г, к которой добавляли 0,5 г карбоната кальция и смешивали, а в другую по бюретке вливали 5 мл 1% перекиси водорода. Затем присоединяли каталазник к прибору, изолируя соединение, и устанавливали водяную шкалу на нулевой отсечке. Резким, но аккуратным движением смешивали содержимое обоих колен и, продолжая периодические перемешивания, наблюдали выделение кислорода, который двигал водяную шкалу. Определяли объём выделившегося газа за минуту. Данные заносили в таблицу (Приложения А, Б).

Прибор для определения активности каталазы: 1 – каталазник; 2 – бюретка на 100 мл; 3 – стеклянная груша; 4 – стеклянный тройник; 5 – зажим Мора.

Таблица 1.2. — Сравнительная характеристика каталазной активности [1]

Активность каталазы, мл О₂ на 1 г почвы в 1 мин,

Источник