В заимодействию высокомолекулярных ГВ с минералами почв должна препятств овать их низкая

1. СИНТЕЗ ГУМИНОПОДОБНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПОВЕРХНОСТЯХ МИНЕРАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВА.Г.Заварзина, Т.А.Семенова, А.М.Кузнецова, Погожев Е.Ю.ф-т почвоведения, МГУ им. М.В.Ломоносова

2. Cоединения-предшественники - фенолы, белки, углеводы, липиды Окислительная трансформация (деградация, реполимеризация) Высокомолекулярные гуминовые вещества Адсорбция на минералах Устойчивые органо- минеральные соединения • Взаимодействию высокомолекулярных ГВ с минералами почв должна препятствоватьих низкая растворимость и миграционная способность. • Участие в образовании органо-минеральных комплексов растворимых низкомолекулярных соединенийнеобъясняет высокоймолекулярной массы гуминовых веществ, экстрагируемых из минеральныхгоризонтов почв.

3. Молекулярно-массовые распределения органического вещества, выделенного из горизонтов Aои Bhfподзолов Органическое вещество в Bhf имеет значительно большую молекулярную массу, чем водорастворимые соединения, вымываемые из подстилки.

4. Образование высокомолекулярных органо-минеральных комплексов в почвах холодного гумидного климата происходит путемполимеризации растворимых органических соединений на каталитически активной поверхности почвенных минералов. Предполагается, что адсорбционная стабилизация гуминовых веществ осуществляется непосредственно в процессе их синтеза.

5. Растворимые фенольные соединения, белки, углеводы, липиды Адсорбция на минералах Органо-минеральные комплексы Устойчивые органо- минеральные соединения • Высокая миграционная способность водорастворимых предшественников ГВ способствует их быстрой доставке из различных объемов почвенного раствора к месту взаимодействия. • При адсорбции фенольных соединений на поверхности минералов происходит их концентрирование. Окислительная трансформация на каталитически активной минеральной поверхности • Синтез ГВ на каталитически активной поверхности минералов термодинамически выгоден.

6. Задачи работы: I. В лабораторном эксперименте доказать возможность окислительной полимеризации гуминовых веществ на минеральных поверхностях. II. Показать, что в гумусовых горизонтах почв таежной и тундровой зон Европейской части России создаются необходимые и достаточные условия для синтеза высокомолекулярного органического вещества in situ.

7. Методика лабораторного эксперимента 1. Иммобилизация лакказы на минеральном носителе 2. Адсорбция соединений-предшественников 3. Удаление супернатанта и замена его ацетатным буфером (рН 4.5) • Инкубация реакционной смеси при 30ºС в темноте (24 ч). • Экстракция продуктов реакции 0,05 М NaOH в N2атмосфере 6. Анализ продуктов реакции методами гель-фильтрации и спектроскопии.

8. Молекулярно-массовые распределения продуктов окислительной полимеризации низкомолекулярных предшественников на поверхности глинистых минералов Al(OH)x-каолинит Каолинит 0,01 6 0,01 A A 280 280 13 >75 0,005 0,005 8 >75 0 0 10 30 50 70 10 30 50 70 V, ml V, ml Монтмориллонит Иллит 0,01 0,01 11 A A 280 280 6 14 0,005 0,005 12 16 >75 >75 46 0 0 10 30 50 70 10 30 50 70 V, m l V, ml

9. Высокомолекулярная (ММ > 75 кДа) фракция не образовывалась: • В контроле с инактивированным ферментом • (абиогенный катализ) 2. При взаимодействии фенольных и азотсодержащих соединений с лакказой в растворе в отсутствие минеральной матрицы

10. Спектры в УФ и видимой области исходной смеси фенольных соединений и продуктов их конденсации на Al(OH)x-каолините под воздействием лакказы 2 290 нм исходная смесь 1,5 350 нм 5 часов инкубации 24 часа инкубации Оптическая плотность 1 0,5 0 260 360 460 560 660 760 Длина волны, нм

11. Спектры в инфракрасной области гуминовой кислоты дерново-подзолистой почвы модельных гуминоподобных соединений

12. Данные лабораторного эксперимента подтвердили возможность полимеризации фенольных соединений на обладающей ферментативной активностью поверхности твердой фазы. Этому процессу способствуют: 1) быстрая сорбция фенольных и азотистых мономеров почвенными минералами; 2) адсорбционное концентрирование низкомолекулярных предшественников на поверхности минералов; 3) наличие иммобилизованных оксидаз. 4) наличие аморфных гидроксидов на поверхности минералов.

13. Показать, что в автоморфных почвах таежной и тундровой зон Европейской части России создаются необходимые и достаточные условия для синтеза высокомолекулярного органического вещества in situ. • Этими условиями являются: • наличие растительности, служащей источником растворимых предшественников. • 2) наличие твердой фазы, способной сорбировать и • ферменты и органические соединения; • наличие продуцентов окислительных экзоферментов и высокая активность иммобилизованных оксидаз. • аэробные условия • промывной водный режим

14. Подзол иллювиально-гумусово-железистый песчаный на водно-ледниковых песках. Сосняк-черничник (Ленинградская обл.) Подзол иллювиально-гумусово-железистый супесчаный на нефелиновых сиенитах.Кустарничково-лишайниковая тундра (Хибины) АО (0-5) АО (0-9) E (5-7) Bhf (7-10) E (9-12) Bf (12-14) Bf (10-37) Bhf (14-22) ВСf (22-42) ВС (37-70) ВС (42-50) Объекты исследования

15. Молекулярно-массовые распределения органического вещества, выделенного из горизонтов Aои Bhfподзолов Органическое вещество в Bhf имеет значительно большую молекулярную массу, чем водорастворимые соединения, вымываемые из подстилки.

16. Физико-химические свойства почв Подзол (Ленинградская обл.) Подзол (Хибины) АО (0-5) E (5-7) АО (0-9) Bhf (7-10) E (9-12) Bf (10-37) Bhf (14-22) BСf (22-42) ВС (37-70) BС (42-50)

17. Bf Е Bhf Мезо- и субмикроморфологические исследования поверхности минералов в подзоле (Хибины)

18. Численность микромицетов продуцентов оксидаз (тыс.КОЕ/г) – посев на агаризованные среды с АБТС. Оксидазная активность почв. Методы изучения. АБТС•+ АБТС Активность иммобилизованных оксидаз (А436/мин/г) – добавление субстрата к пробам почв.

19. АО (0-5) АО (0-9) E (5-7) Bhf (7-10) E (9-12) Bf (10-37) Bhf (14-22) BСf (22-42) Изменения численности микромицетов и оксидазной активности по профилю почв Подзол (Ленинградская обл.) Подзол (Хибины) ПО – продуценты оксидаз; ФО – фенолоксидазы; ПЕР – пероксидазы.

20. ВЫВОДЫ В модельном эксперименте доказана возможность полимеризации фенольных соединений на обладающей ферментативной активностью поверхности твердой фазы. Этому процессу способствуют: 1) адсорбционное концентрирование низкомолекулярных предшественников;2) наличие иммобилизованных оксидаз; 3) наличие пленок аморфных гидроокислов на поверхности минералов. Показано, что в иллювиально-железисто-гумусовых подзолах создаются условия, достаточные для реализации предложенного механизма синтеза гуминовых веществ почв. Установлено, что в горизонте Bhfэтих почв органическое вещество имеет молекулярные массы свыше 75 кДа, связано с аморфными соединениями Fe и Al и находится в виде пленок на поверхности невыветрелых минеральных зерен; в горизонте Bhfнаблюдается второй после подстилок максимум оксидазной активности.