بخشی از مقاله
چکیده
اثر نانوذرات مختلف بر روی فعالیت آنزیمی دو خاک با درصد متفاوت رس و ماده آلی مورد بررسی قرار گرفت. نمونههای خاک با سه نانوذره آهن، اکسید روی و اکسید کروم مخلوط و با حفظ دمای 25درجه سانتیگراد و رطوبت 60 درصد ظرفیت زراعی انکوبه شدند. پس از گذشت 3 ماه، از خاکها نمونهبرداری و فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی و اورهآز اندازهگیری شد. نتایج نشان داد نوع نانوذره بر روی فعالیت آنزیمها اثر معنیدار داشت. بیشترین اثر سمیت روی فسفاتاز بازی و اورهآز مربوط به نانواکسید روی بود. فعالیت آنزیمی در خاکی با درصد رس و مواد آلی بیشتر، کمتر تحت تأثیر نانوذرات قرار گرفت. به طور کلی اثر نانوذرات مختلف بر روی فعالیت آنزیمی به نوع نانوذره، نوع آنزیم و ویژگیهای خاک بستگی دارد.
مقدمه
آنزیمها از ویژگیهای زیستی خاک و مهمترین محصولات میکروبی هستند که نقش اساسی در فرآیندهای خاک از جمله تجزیه مواد آلی، چرخه عناصر غذایی و تبدیل انرژی به وسیله کاتالیزکردن واکنشهای بیوشیمیایی دارند آنزیمهای خاک به تغییرات ناشی از تخریبهای طبیعی و انسانی در خاک حساس هستند .
کشت و کار، نوع خاک، کاربری زمین و عملیات مدیریتی زمین بر آنزیمهای خاک اثر میگذارد. آنزیمها ارتباط جمعیت میکروبی خاک و ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی مانند مقدار عناصر خاک، pH و غیره را نشان میدهند - . - Baum et al., 2003 بسیاری از مطالعات نشان میدهد آنزیمهای خاک میتوانند شاخصی برای نشان دادن آلودگی، حاصلخیزی و سلامت خاک باشند
نانوفناوری زمینهای از علم و فناوری کاربردی است که با کنترل مواد در مقیاس نانو - بین 1 تا 100 نانومتر - و ساخت محصولات با ابعادی در این محدوده سروکار دارد. نانومواد به موادی اطلاق میشود که دستکم در یک بعد دارای اندازهای در مقیاس نانو باشند
امروزه، استفاده از مواد نانو در بیوتکنولوژی گیاهان و کشاورزی مانند سایر علوم افزایش یافته است از جمله این کاربردها میتوان به افزایش بازدهی کودها و سموم با تولید نانو کودها و نانو علفکشها، ردیابی عوامل بیماریزا، پالایش آلایندههای زیست محیطی و غیره اشاره کرد - نادری و عابدی، . - 1391 افزایش استفاده از این فناوری باعث افزایش ورود نانوذرات به خاک شده است ولی اثر این ذرات بر فعالیت آنزیمی خاک بعنوان یک شاخص زیستی مهم کمتر مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر نانوذرات مختلف بر روی فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی و اورهآز بود.
مواد و روشها
تحقیق در قالب طرح کاملا تصادفی با دو خاک با درصد مواد آلی و رس متفاوت و سه نوع نانو ذره - آهن، اکسید روی، اکسید کروم - انجام شد. ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکها از قبیل موادآلی - والکی وبلاک، - 1934، بافت - جی و بادر، - 1986، pH و ظرفیت زراعی اندازهگیری شد. خاکها به نمونههای 100 گرمی تقسیم شده و ذرات نانو آهن، نانو اکسید روی و نانو اکسید کروم هر کدام در چهار سطح 0 - ، 100، 500، 1000 میلیگرم بر کیلوگرم خاک - به صورت پودری به خاک اضافه و با کمک همزن برقی به مدت 30 دقیقه مخلوط گردید. نمونههای خاک در تاریکی و دمای 25 درجه سانتیگراد با حفظ رطوبت 60 درصد ظرفیت زراعی انکوبه شدند. پس از گذشت زمان مورد نظر از خاکها نمونهبرداری و فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی - عیوضی و طباطبایی، - 1997و اورهآز - زانتوا و برمنر، - 1995 اندازهگیری شد. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از نرمافزار SAS، رسم نمودارها با استفاده از نرمافزار Excel و مقایسه میانگینها با آزمون دانکن صورت گرفت.
نتایج و بحث
جدول 1 برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه را نشان میدهد. همانطور که جداول تجزیه واریانس نشان میدهند اثر نوع نانوذره بر روی آنزیم فسفاتاز قلیایی و اورهآز در هر دو خاک در سطح یک درصد معنیدار شده است
جدول-1 برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه
جدول -2 تجزیه واریانس میانگین مربعات فعالیت آنزیم فسفاتازبازی و اورهآز درخاک رسی سیلتی
جدول-3 تجزیه واریانس میانگین مربعات فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی و اورهآز در خاک شنی
شکلهای 1 تا 4 اثر نانوذرات اکسید کروم، اکسید روی و آهن را روی فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی و اورهآز در دو خاک مورد مطالعه نشان میدهد. در هر دو خاک اکسید روی بیشترین اثر بازدارندگی را روی فعالیت آنزیم فسفاتاز بازی و اورهآز داشته است. در خاک رسی سیلتی بیشترین فعالیت آنزیم در حضور نانوذره آهن و در خاک شنی در حضور نانواکسید کروم بوده است. فعالیت آنزیم اورهآز تحت تاثیر نانواکسید کروم و نانوآهن در هر دو خاک تفاوت معنیداری با هم نداشتند.
اکسید روی دارای قطر کوچکتر و سطح ویژه بیشتری نسبت به دو نانوذره دیگر بوده و در نتیجه اثر بازدارندگی آن بیشتر مشاهده شده است. فعالیت آنزیمی درحضور نانوذرات درخاک رسیسیلتی بیشتر از خاک شنی بود بعبارت دیگر اثر سمیت نانوذرات در خاکی با مواد آلی و درصد رس بیشتر، کمتر بوده است.
شکل -1 تاثیر نانوذرات مختلف روی آنزیم فسفاتاز بازی در خاک رسیسیلتی
شکل -2 تاثیرنانوذرات مختلف بر روی آنزیم فسفاتاز بازی در خاک شنی
شکل -3 تاثیر نانوذرات مختلف روی آنزیم اورهآز در خاک رسی سیلتی
شکل -4 تاثیر نانوذرات مختلف روی آنزیم اورهاز در خاک شنی
مطالعات فراوان کاهش فعالیت آنزیمی خاک در حضور فلزات سنگین را نشان دادهاست
اثر فلزات سنگین روی فعالیت آنزیمی مانند نتایج نانوذرات میتواند متفاوت باشد که نوع خاک یکی از عوامل مهم در این زمینه میباشد. بسته به نوع خاک، روی و مس اثر بازدارندگی شدیدتری نسبت به نیکل و کروم روی فعالیت آنزیم فسفاتاز نشان دادند
فعالیت آنزیمهای خارج سلولی مانند فسفاتاز و اورهآز میتواند متأثر از ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک باشد ترکیب و مقدار مواد آلی،pH، رس و عناصر غذایی تأثیر زیادی روی رفتار نانوذرات دارند. مواد آلی و رس میتوانند از طریق پیوندهای هیدروژنی و الکترواستاتیکی با نانوذرات واکنش دهند
احتمالا نتیجه این فعل و انفعالات، کاهش فراهمی زیستی نانوذرات میباشد.
