بخشی از مقاله
چکیده
ضرورت توجه روز افزون به کشاورزی پایدار و حفظ کیفیت اراضی، باعث شده است تا معیارهای گوناگونی را برای سنجش و ارزیابی کیفیت خاک توسط پژوهشگران به کار گرفته شود. از آنجاییکه آنزیمهای خاک های نقش بسیار اساسی در ایفای عملکرد خاک بعهده دارند و بعنوان کاتالیز کننده بسیاری از فرآیندهای مهم در چرخهی عناصر غذایی عمل می کنند لذا سنجش فعالیت آنها بعنوان یکی از معیار های سلامت خاک مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بمنظور مطالعه تاثیر کادمیوم بر فعالیت دو آنزیم اوره آز و فسفاتاز قلیایی، آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار انجام شد.
تیمارهای آزمایش شامل چهار غلظت صفر، 2/5 ، 5 و10 میلی گرم بر کیلو گرم کادمیوم بود . گیاه ذرت در خاکهای آلوده به غلظت های مختلف کادمیوم بمدت 2 ماه کشت شدند و در پایان آزمایش فعالیت آنزیم های اورهآز و فسفاتاز اندازه گیری شد.
نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که کادمیوم بر فعالیت آنزیمهای اورهآز و فسفاتاز قلیایی از نظر آماری در سطح 5 درصد تاثیر معنی داری داشته است و فعالیت آنزیمها را بطور چشمگیری کاهش داد. بیشترین میزان فعالیت آنزیم فسفاتاز مربوط به شاهد آزمایش با مقدار110/6 میکروگرم پارانیتروفنول بر گرم خاک و کمترین مقدار آن مربوط به تیمارCd10 با مقدار 82/75 میکروگرم پارانیتروفنول بر گرم خاک خشک مشاهده شد.
همچنین بیشترین میزان فعالیت اوره آز مربوط به تیمار شاهد با مقدار 127/2 میکروگرم آمونیوم بر گرم خاک خشک و کمترین مقدار فعالیت آنزیم مربوط به تیمار Cd10 با مقدار 68/83 میکروگرم آمونیوم بر گرم خاک خشک بود.
مقدمه
امروزه به دلیل توزیع مواد زائد خانگی، صنعتی و کشاورزی توسط انسان، محیط زیست درحال آلوده شدن میباشد. آلاینده ها از جمله عوامل مختل کنندهی محیط زیست بشمار رفته و از میان آنها فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی که بر موجودات زنده در غلظت های کم دارند حائز اهمیت شناخته شده اند. فلزات سنگین فلزاتی هستند که دارای چگالی بالاتر از ِ گرم بر سانتیمتر مکعب می باشند.
این تعریف از نقطه نظر بیولوژیکی بسیار سودمند است زیرا تعداد زیادی از عناصر موجود در طبیعت را شامل میگردد ولی تنها تعداد اندکی از این عناصر در شرایط فیزیولوژیکی، بصورت محلول یافت می شوند و بنابراین ممکن است برای سلولهای زنده قابل دسترسی باشند.
در میان آنها عناصری وجود دارد که بعنوان عناصر کم مصرف برای متابولیسم گیاهی با اهمیت هستند و عناصری نیز وجود دارد که وقتی مقدار آن ها در محیط رشد گیاه زیادتر از حد معمول باشد، برای گیاهان ایجاد سمیت می کنند.
کادمیوم از جمله فلزات سنگینی است که از سمیترین عناصر برای گیاهان میباشد و نقش زیستی ندارد. این فلز عمدتا ازطریق فرآیندهای صنعتی وکودهای فسفاته وارد محیط زیست و زنجیره غذایی میشود.این فلز برای گیاهان سمی بوده و به راحتی از طریق ریشه جذب گیاه شده و با تشکیل کمپلکسهای پیچیده با ترکیبات آلی مانند پروتئینها از فعالیت ضروری سلول ها جلوگیری میکند. فلزات سنگین را مانند آلایندههای آلی نمیتوان از بین برد فقط از بخشی به بخش دیگر منتقل میشوند
آنزیمها مولکولهای پروتئینی هستند که سرعت واکنش را افزایش میدهند ؟این مولکولها دارای یک یا چند جایگاه فعال هستند که بستره به آنها متصل شده و به یک یا تعدادی محصول تبدیل می شوند ”طباطبایی و برمنر، . - 303 :1969 آنزیم ها مانند یک کاتالیزور غیر آلی با پایین آوردن انرژی فعالسازی انجام واکنش را تسریع میکنند. آنها در اثر عواملی مانند حرارت و تغییر بالای pHتغییر میکنند به علاوه آنها برای واکنشی که در آن شرکت میکنند اختصاصی هستند
فعالیت آنزیمها در خاک به عنوان نمایه سلامت خاک میتوان در نظر گرفت، آنزیمها به عنوان عامل سرعت دهنده در عملکرد فعالیتهای زیستی خاک مانند تجزیه مواد آلی، آزادسازی عناصر غذایی معدنی برای رشد گیاه، تثبیت نیتروژن، سمیت زدایی، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون عمل میکنند.
فعالیت های آنزیمی در خاک شاخص های بیوشیمیایی شناخته شدهای برای بررسی اثر مواد شیمیایی بر روی پارامترهای بیولوژیکی هستند. سنجش های آنزیمی امروزه معیاری از کیفیت خاک هستند. آنزیم های خاک کاتالیزکنندهی بسیاری از فرآیندهای مهم در چرخهی عناصر غذایی بوده و دارای ارزش زیادی در ارزیابی کیفیت خاکها هستند. آنزیم هایی که در خاک تجمع مییابند شامل آنزیم های خارج سلولی آزاد شده از سلول های زنده، آنزیم های درون سلولی حاصل از تجزیه و فروپاشی سلول ها و آنزیم های پیوند شده به اجزای تشکیل دهنده ی سلول می باشند
ریز جانداران و گیاهان منابع اصلی ترشح آنزیم ها در خاک هستند به دلیل دشواری های استخراج آنزیم های سالم و کامل از خاک اندازهگیری فعالیت آنزیمی بسیار مورد استفاده قرار میگیرد.
کاندلر و همکاران در سال 1996 مشاهده کردند که زیست تودهی میکروبی و فعالیت آنزیمی با افزایش مقادیر فلز سنگین کاهش مییابد.
افزایش فراهمی فلزات سنگین در خاک یکی از دلایل اصلی کاهش فعالیتهای آنزیمی می باشد که بر جمعیتهای میکروبی تاثیر منفی گذاشته و فعالیتهای زیستی آنها را مختل میکند. - گیگر و همکاران، - 20 :1998 فلزات سنگین میتوانند از طرق مختلف سبب کاهش فعالیت آنزیمی شوند، فلز سنگین با تخریب ساختمان پروتئین و برهمکنش کمپلکس آنزیم ؛ سوبسترا و جایگزینی در مکانهای فعال آنزیمها و با توقف سنتز آنزیم در سلولهای میکروبی فعالیت آنزیمی را کاهش میدهند
آنزیم اورهآز به طور گسترده در طبیعت وجود دارد و در میکروارگانیسمها وگیاهان و جانوران فعال میباشد. این آنزیم در فرآیند معدنی کردن نیتروژن از منابع طبیعی کودها و تامین نیتروژن برای گیاهان و ریزجانداران نقش مهمی دارد. خاکهای مختلف دارای سطوح متفاوتی از فعالیت آنزیم اورهآز بوده و همین مسئله باعث شده است که عوامل کنترل کننده فعالیت آنزیم موضوع پژوهش های فراوانی قرار گیرد
آنزیم اوره آز برون سلولی است، به طور گسترده در طبیعت وجود دارد و هیدرولیز اوره را انجام میدهد ؟آنزیمهای فسفاتاز هم نقش مهمی در تبدیل فسفر آلی به فسفر معدنی دارند “منشا فسفاتازها ریشهی گیاهان، قارچ ها و باکتری ها هستند.
فسفاتاز قلیایی از مهمترین آنزیم های برون یاختهای است که واکنش هیدرولیز استرهای فسفات های آلی و اسید فسفریک بدون آب را به فسفر غیر آلی کاتالیز میکند ؟ فسفاتازها جزو آنزیم های القاءشونده هستند که در شرایط کمبود، فسفر قابل جذب، تولید میشوند ؟فسفاتازها بوسیله ریشه گیاهان و میکروارگانیسم ها ترشح میگردند ؟در خاک فسفاتازهای میکروبی غالب هستند؟
فعالیت آنزیم اوره آز در خاک ها با عوامل متعددی تغییر میکند، این عوامل میتوانند در برگیرنده تاریخچه کشت و کار، مقدار ماده آلی خاک، عمق خاک، اصلاح کنندههای آلی، فلزات سنگین و عوامل محیطی مانند دما باشند. همچنین فعالیت آنزیم فسفاتاز به مقادیر سرب و کادمیوم حساس است.
لی و همکاران در 2001 مشاهده کردند که با افزایش مقادیر کل فلزات سنگین کادمیوم، روی، مس و سرب مقدار فعالیت آنزیمهای دهیدروژناز، فسفاتاز اسیدی و بتاگلوکوسیداز کاهش یافت. - لی و همکاران، - 409 :2001 بر اساس گزارش اسمیت و همکاران در سال 2009غلظت بالای عناصر سنگین در محیط منجر به ممانعت از فعالیت آنزیمها میشود. - اسمیت و همکاران، - 42 :2009 بنابراین در این پژوهش سعی شده اثر کادمیوم بر فعالیت آنزیمی خاک مورد بررسی قرار گیرد.
