بخشی از مقاله
مقدمه
نیتروژن یکی از عناصر غذایی پر نیاز گیاهان است که در ساختار مولکولی پروتئینها، پپتیدها، اسیدهای نوکلئیک، کیتین، پپتیدوگلیکان و آمینواسیدها قرار دارد. آمینواسیدها بزرگترین ذخایر نیتروژن آلی خاک بوده و منابع طبیعی مهم کربن و نیتروژن برای میکروارگانیسمهای خاک محسوب میشوند - مکلین و همکاران . - 2005 منابع ورود آمینواسیدها به خاک شامل بقایای گیاهی و جانوری، کودهای حیوانی و ترشحات ریشه گیاه و میکروارگانیسمها میباشد - جونز و همکاران . - 2002 وقتی آمینواسیدها در خاک تجزیه میشوند زنجیره کربنی آنها تجزیه و کربن آنها به صورت CO2 آزاد و به همین نسبت در اثرتجزیه گروه آمینی آنها، نیتروژن هم به صورت NH4+ آزاد میشود این مطلب نشان میدهد که آمینواسیدها تأمینکننده کربن و نیتروژن قابل جذب جهت تولید انرژی برای میکروارگانیسمها میباشند که با اندازهگیری CO2 آزاد شده طی تجزیه آمینواسیدها میتوان سرعت و میزان تجزیه آنها را در خاکها بررسی کرد.
در بررسی تجزیه آمینواسیدها بین محیط ریشه گندم با میکروارگانیسمهای ریزوسفر ریشه و بررسی نقش آمینواسید در تأمین نیتروژن گیاه به این نتیجه رسیدند که آمینواسیدها دارای رفتارهای متفاوتی از نظر خصوصیات شیمیایی هستند، به عبارتی آمینواسیدها را به سه دسته کلی آمینواسیدهای بازی، خنثی و اسیدی تقسیم میکنند. رابرتز و همکاران - 2009 - در بررسیهای خود به این نتیجه رسیدند که معدنی شدن نیتروژن آمینواسید در خاکها به نیاز متابولیک میکروبها برای هر آمینواسید بر میگردد.
یعنی هرچه نیاز میکروارگانیسمها به آنها بیشتر باشد معدنی شدن نیتروژن آن آمینواسید هم زیادتر است. از طرفی میزان معدنی شدن برخی آمینواسیدها به محل قرارگیری آنها در مسیر بیوسنتز آمینواسیدها مربوط میباشد. آمینواسیدهای موجود در انتهای مسیر بیوسنتز - لیسین - در مقایسه با آمینواسیدهایی که در ابتدای مسیر بیوسنتز قرار دارند - گلوتامات - ، کمتر در متابولیسم شرکت میکنند، بیشترین مقدار نیتروژن معدنی خالص مربوط به آمینواسید آرجینین است. این امر به این دلیل است که نیاز درونی میکروبها به آرجینین کم بوده و این آمینواسید در انتهای مسیر بیوسنتز نیز قرار گرفته است. آرجینین توسط بسیاری از میکروارگانیسمها و از طریق مسیرهای مختلف متابولیکی تجزیه شده و آمونیفیکاسیون آن بیشتر است. هدف از این مطالعه، مقایسه سینتیکی تجزیه آمینواسیدها در خاک است.
مواد و روشها
نمونههای خاک از مزارع تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در لورک و شرودان تهیه شدند. به منظور بررسی تأثیر زمان بر معدنی شدن نیتروژن آمینوسیدها، خاکهای مورد مطالعه توسط 5 میلیلیتراز غلظت 50 میلیمولار آمینواسیدهای -Lگلوتامین، -Lآسپاراژین، -Lهیستیدین، -Lآرجینین، گلیسین، تیمار شده و به مدت 72 ساعت در دمای 25 1 درجه سانتیگراد انکوباسیون گردیدند و در طول این دوره، مقدار نیتروژن معدنی در زمانهای 0، 5 ، 10، 24، 48 و 72 ساعت پس از شروع انکوباسیون با استفاده از روش ارائه شده به وسیله کینی و نلسون - 1982 - ، اندازهگیری شد. در مرحله دوم جهت بررسی تأثیر غلظت آمینوسیدها بر معدنی شدن نیتروژن، خاکهای مورد مطالعه توسط محلولهایی با غلظتهای 0، 10، 20، 40، 60 و 100 میلیمولار آمینواسیدهای مورد نظر تیمار شده و پس از آن مقدار نیتروژن معدنی در زمان 24 ساعت پس از شروع انکوباسیون اندازه گیری شد.
نتایج و بحث
نتایج حاصل از بررسی اثر زمان انکوباسیون آمینواسیدها بر معدنی شدن نیتروژن نشان داد که در هر دو خاک مورد مطالعه معدنی شدن نیتروژن در زمانهای مختلف برای تیمارهای مختلف، متفاوت است. درخاک لورک بیشترین معدنی شدن نیتروژن برای تمام تیمارها در مدت زمان 24 ساعت اتفاق افتاد و با افزایش زمان کاهش یافت. در این خاک بیشترین معدنی شدن نیتروژن در 24 ساعت، 340/41 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک مربوط به تیمار -Lآسپاراژین و کمترین معدنی شدن نیتروژن 259/18 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک مربوط به تیمار -Lهیستیدین است - شکل . - 1a در خاک شرودان هم مانند خاک لورک بیشترین معدنی شدن نیتروژن برای تمام تیمارها در مدت زمان 24 ساعت اتفاق افتاده و با افزایش زمان ثابت شده است.
بیشترین معدنی شدن نیتروژن در خاک شرودان 334/15 میلیگرم نیتروژن به کیلوگرم خاک مربوط به تیمار -Lآرجینین و کمترین معدنی شدن نیتروژن 126/23 مربوط به تیمار ال-آسپاراژین است - شکل . - 1b رابرتز و همکاران - 2009 - به بررسی تأثیر نسبت C/N و وزن مولکولی بر سرعت معدنی شدن آمینواسیدها در خاک پرداختند. نتایج این دانشمندان نشان داد که طی 24 ساعت اول، جمعیت میکروبی به سرعت آمینواسیدها را مصرف کرده و پس از 9روز تقریباً باعث حذف کامل آمینواسیدها خواهند شد. رابطه مثبت بین سرعت کاهش غلظت آمینواسیدها و نسبت C/N و وزن مولکولی آنها به مشاهده گردیده، اما این رابطه از نظر آماری معنیدار نبوده است.
در مرحله دوم، بیشترین مقدار معدنی شدن نیتروژن برای تمام تیمارها و برای هر دو خاک در 24 ساعت برای محلول غلظتهای 0 - ، 10، 40،20، 60 و 100 میلیمولار - اندازهگیری شد. علت انتخاب مدت زمان 24 ساعت این بود که در قسمت قبل بیشترین معدنی شدن نیتروژن برای تمام تیمارها در 24 ساعت رخ داد. میزان معدنی شدن نیتروژن برای هر دو خاک با افزایش غلظت زیاد شده است و برای همه تیمارها و برای هر دو خاک بیشترین معدنی شدن نیتروژن در غلظت 100 میلیمولار رخ داده است - شکل . - 2a ,b این یافتهها نتایج تحقیق رابرتز و همکاران - 2009 - را تأیید میکند. این محققین به این نتیجه رسیدند که معدنیشدن نیتروژن در خاکهای غنی از نیتروژن، به نیاز میکروارگانیسمها برای هر آمینواسید بر میگردد.
همچنین معدنیشدن برخی آمینواسیدها مربوط به محل قرارگیری آنها در مسیر بیوسنتز آمینواسیدها میباشد. بیشترین مقدار نیتروژن معدنی خالص مربوط به آرجینین است. به این دلیل که نیاز متابولیک میکروبها به آرجینین کم بوده و این آمینواسید در انتهای مسیر بیوسنتز نیز قرار گرفته است. آرجینین توسط بسیاری از میکروارگانیسمها و از طریق مسیرهای مختلف متابولیکی تجزیه شده و آمونیفیکاسیون آن سریع است. به عبارتی در ساختمان آمینواسید -Lآرجینین در مقایسه با سایر آمینواسیدها مقدار زیادی نیتروژن وجود دارد و از طرفی میکروارگانیسمهای خاک این آمینواسید را به جای اینکه مستقیماً جذب کنند و وارد پروتئینسازی کنند، آن را تجزیه میکنند.
بنابراین میزان معدنی شدن این آمینواسید هم در بررسی اثر غلظتهای مختلف و هم اثر زمان بر معدنی شدن نیتروژن از سایر آمینواسیدها بیشتر است و به دلیل تمایل زیاد میکروارگانیسمها برای شکستن این آمینواسید امروزه از آزمایش آرجینین آمونیفیکاسیون برای تخمین میزان بیومس میکروبی استفاده میشود. به طور کلی چنین نتیجه گیری میشود که بخش بزرگی از آمینواسیدهای آزاد افزوده شده به خاک در مدتی قریب به یک شبانه روز از افزوده شدن به خاک تجزیه میشوند. به علاوه سرعت این فرایند وابسته به غلظت بوده که نشان دهنده تبعیت سینتیک فرایند از مدل سینتیکی رده نخست است. به هر حال از بین آمینواسیدهای مورد بررسی بیشترین سرعت تجزیه متعلق به -Lآرجینین میباشد.
