Лабораторная работа_6_Каталазная активность

Лабораторная работа № 6

Тема: Определение каталазной активности

по методу Р.С. Кацнельсона, В.В. Ершова

Теоретическая часть.

Биологическая активность (БА) почвы – это совокупность биологических процессов в почве. Она обусловлена суммарным содержанием в почве определенных запасов ферментов.

В качестве показателей БА используются: интенсивность дыхания почвы (потребление кислорода, выделение углекислоты), численность и биомасса почвенной биоты, ферментативная активность почвы и другие показатели.

Из многочисленных показателей БА почвы большое значение имеют почвенные ферменты, с помощью которых осуществляется трансформация органического вещества, мобилизация макро- и микроэлементов в почвах. Эти ферменты выделяются живыми организмами и находятся в адсорбированном состоянии. Разнообразие и богатство ферментов делают возможным осуществление последовательных биохимических превращений поступающих в почву органических остатков. Ферменты делятся в зависимости от типа, осуществляемых ими реакций:

1. Оксидоредуктазы, катализирующие процессы биологического окисления и восстановления (каталаза, полифенолоксидаза, пероксидаза, дегидрогеназа и др.).

2. Трансферазы, переносящие группы атомов.

3. Гидролазы, катализирующие отщепление воды (инвертаза, фосфотаза, амилаза, уреаза и др.).

4. Лиазы, отщепляющие (присоединяющие) различные группы атомов без участия воды.

5. Изомеразы, изменяющие структуру соединения.

6. Лигазы, катализирующие реакции образования С-С, С-S, С-О, С-N связей за счет реакций конденсации, сопряженных с распадом АТФ.

Источниками почвенных ферментов служит все живое вещество почвы: растения, микроорганизмы, животные, грибы, водоросли и т.д.

Функции ферментов в почве:

- разрушение первичного органического вещества и синтез вторичного, обогащение почв биогенными элементами и гумусом;

- катализаторы энергетического и вещественного обменов в почве;

- регуляторы связей географических систем;

- превращение минеральной массы почвы.

Ферментативная активность почвы - это суммарный процесс, отражающий деятельность всех населяющих ее организмов. Поэтому определение ферментативной активности дает полное представление о биологическом состоянии почв. Активность ферментов является даже более устойчивым и чувствительным показателем биологической активности почв, чем интенсивность микробиологических процессов.

Величина и соотношение активности ферментов определяется гидротермическим режимом данного региона, химическими, физико-химическими свойствами, содержанием органического вещества, кислотностью. Уровень ферментативной активности - это результат всего предшествующего развития почвы. Он создается не за один год, а в течение всего эволюционного периода развития почвы. Поэтому ферментативная активность наряду с другими критериями может быть надежным диагностическим показателем биохимических процессов в почвах.

Активность каталазная почвы — потенциальная способность почвы разлагать перекись водорода. Обусловлена активностью ферментов-каталаз, относящихся к группе дыхательных ферментов, и наличием в почве неорганических катализаторов этого процесса.

Н₂О₂ + Н₂О₂ = О₂ + 2Н₂О

Цель работы: Овладеть методом определения каталазной активности почв. Уметь объяснять изменения каталазной активности в ходе эксперимента, знать, чем вызвана каталазная активность почв.

Реактивы и оборудование: 2 %-ный раствор перекиси водорода (Н₂О₂) 10 %-ный раствор серной кислоты (H₂SO₄), 0.1 н раствор перманганата калия (KМnO₄), бюретки для титрования, колбы на 100 мл., емкость для снега, ФЭК (фотоэлектрокалороиметр), весы, мензурки.

Ход работы:

1. Навеску почвы (5 г) помещают в коническую колбочку на 100 мл, заливают 100 мл Н₂О₂ мл 2%-ного раствора перекиси водорода и помещают в кювету с тающим льдом (или снегом). Необходимо взять две колбы для постановки опыта! Опытные колбы отбирают через 0,5 часа и через 1 час. Отфильтровывают почвенный раствор, объем фильтрата замеряют, аликвоту (5 мл фильтрата) титруют 0.1 н марганцовокислым калием в присутствии 5 мл 10 %-ной серной кислоты до слабо-розовой окраски.

2. Контролем служит почва (5 г), стерилизованная в автоклаве при 1,5 атм. в течение 2 часов. Для чистоты эксперимента необходимо взять две контрольные пробы! Ход работы с контролем тот же.

3. Активность каталазы выражают в миллилитрах 0.1 н KМnO₄ или в эквивалентных этому количеству объемах кислорода.

4. Расчет объема выделяющегося кислорода проводят с учетом соответствующего уравнения химической реакции:

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 5O₂ + 2MnSO₄ + 8H₂O

Таким образом, расчет объема, выделившегося кислорода в пересчете на 1 г почвы за 1 мин проводим по формуле:

,

где Х(О₂) - объем кислорода, соответствующий количеству перекиси водорода, инактивированной каталазой почвы, мг О₂/ г,

V(KMnO₄) – объем перманганата калия, пошедшего на титрование проды, мл.,

С(KMnO₄) – молярная концентрация KMnO₄, моль/дм³,

V_{фильтрата} – объем фильтрата, мл.,

V_аликв. – объем аликвоты фильтрата, взятой на титрование, мл.,

m_нав. – масса почвы, г.,

30, 60 – время экспозиции реакционной смеси, мин.

Величину активности каталазы определяют по разности между количеством кислорода в опытной и контрольной пробах.

Каталазная активность = Х_к (O₂) — Х_оп (O₂),

где Х_к(O₂) – объем кислорода в контрольной пробе (стерилизованная почва), мл О₂/г почвы;

Х_оп(О₂) - объем кислорода в опытной пробе, мл О₂/г почвы;

Вопросы для контроля:

1. Как определяют каталазную активность?

2. Чем вызвана каталазная активность?

3. Какие еще виды активности можно определить в почве?

4. Какие виды почвенной активности зависят от механических свойств почвы, а какие обусловлены только живыми обитателями почвы?

5. Что такое биологическая активность почв?

6. Как изменяется каталазная активность со временем?