17809

1951 دكتري

دكتري

علوم خاك (بيولوژي و بيوتكنولوژي خاك)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

هشت، 138ص.:مصور، جدول، نمودار

فرشيد نوربخش

بنفشه خليلي

حسين شريعتمداري، مجيد طالبي، سميه قاسمي

1401/07/06

كتابنامه

مهندسي كشاورزي

مهندسي كشاورزي

1401/07/06

2863253

بخش بزرگي از نيتروژن در خاك به شكل آلي حضور دارد. گروهي از منابع نيتروژني در ساختار پيچيده مواد آلي خاك تثبيت مي¬شوند و تركيبات سخت تجزيه پذير را تشكيل مي دهند. اكسيداسيون مواد آلي اولين مرحله تجزيه مي باشد كه توسط آنزيم هاي اكسيداتيو ترشح شده از جمعيت هاي متنوع ميكروبي خاك انجام مي شود. در ادامه، فرآيندهاي بيوشيميايي ديگري مثل فعاليت پروتئوليتيك مسئول تجزيه بيشتر مواد پروتئيني به نيتروژن قابل دسترس براي گياهان و ميكروارگانيسم ها مي باشند. 30 تا 50 % مواد آلي خاك حاوي پروتئين است كه توسط آنزيم هاي پروتئاز به آمينواسيدها و پپتيدهاي كوچك شكسته مي شود. عوامل متعدد زيستي و غير زيستي بر فعاليت پروتئاز، رفتار آمينواسيدها و بازچرخ آنها مؤثر هستند. در بخش اول اين مطالعه اثر تنظيم كنندگي آمينواسيدها بر فعاليت پروتئاز متأثر از تاريخچه مديريت خاك (جنگل تراشي) بررسي شد. دو آمينواسيد آرجينين و هيستدين در غلظت¬هاي µmol g-1 50 و0 با نمونه خاك ها از دو منطقه جنگلي دلورا-زاگرس مركزي در استان چهار محال و بختياري و جنگل مينودشت- البرز در استان گلستان و بخش جنگل تخريب شده آنها، مخلوط و به مدت 40 روز انكوبه شدند. تخريب جنگل طبيعي، فعاليت پروتئاز در نمونه هاي شاهد و تيمار شده با آمينواسيدها را در هر دو منطقه به ميزان %80 – 50 كاهش داد. هرچند تيمار آمينواسيدها بر فعاليت پروتئاز اثر القايي داشت و پاسخ پروتئاز داراي سه فاز سكون، افزايشي و كاهشي در انتهاي دوره انكوباسيون بود. علاوه بر پروتئازها، مجموعه فعاليت ميكروبي (با اندازه گيري هيدروليز فلورسين دي استات به عنوات شاخصي از كل فعاليت ميكروبي) نيز نسبت به افزودن آمينواسيدها افزايش داشته است. در بخش دوم اين مطالعه براي بررسي ويژگي¬هاي خاكي و شرايط اقليمي (رطوبت خاك و دما) بر فعاليت آنزيم هاي هيدروليزكننده نيتروژن، توزيع و غلظت آمينواسيدهاي آزاد در خاك، از پنج منطقه (دانشگاه، تندران، دوتو، دامنه و قلعه) در يك رديف خاكي واقع در غرب استان اصفهان در سه ماه از سال نمونه برداري انجام شد. سايت هاي نمونه برداري تأثير قابل توجهي (001/0 < P) بر فعاليت آنزيم هاي هيدروليز كننده نيتروژن داشتند. همه آنزيم هاي هيدروليز كننده نيتروژن شديداً به تغيير رطوبت خاك حساس بوده و نسبت به افزايش رطوبت پاسخ مثبت نشان دادند. سايت هاي نمونه برداري شديداً بر غلظت آمينواسيدها (001/0 < P) تأثير گذار بودند. اما ماه هاي نمونه برداري اثر (05/0 < P) ضعيف تري داشت. آمينواسيدها در سايت هاي دانشگاه و تندران با كمترين ميزان بارش و بيشترين ميانگين دماي سالانه، بيشترين غلظت را داشتند. علاوه براين، در ماه پر بارش (ماه مي) آمينواسيدها كمترين غلظت را داشتند. اين مطالعه نشان داد كه در اقليم هاي خشك ديناميك نيتروژن شديداً به الگوي رطوبت خاك وابسته است. اندازه گيري آمينواسيدها در سوسپانسيون خاك به دليل ناهمگوني خاك بيانگر جريان و توزيع آمينواسيدها نيست، در بخش سوم از تكنيك آمينوگرافي براي تصوير سازي و تعيين توزيع مكاني آمينواسيدها در ريزوسفر دست نخورده ذرت (Zea Mays L.) استفاده شد. در اين روش، غشاهاي نيتروسلوزي اشباع شده با تركيب ارتو-فتالدهايد، بتا مركاپتوانانول (OPAME) بر سطح خاك-ريشه قرار داده شد. بعد از واكنش تركيب OPAME با آمينواسيدها و توليد تركيب فلورسنس از غشاها عكس برداري زماني شد. بيشترين غلظت آمينواسيدها در نزديكي سطح ريشه و نوك ريشه ها مشاهده شد. آمينواسيدها در فاصله mm 1 از سطح ريشه به سمت خاك توزيع شدندكه با فاصله گرفتن از ريشه غلظت كاهش يافت. تكنيك آمينوگرافي امكان بررسي توزيع غلظت آمينواسيدها را در سطح خاك-ريشه فرآهم مي كند. در محيط پيچيده و ناهمگون خاك عوامل متعددي بر ديناميك نيتروژن آلي از جمله آمينواسيدها و آنزيم هاي هيدروليزكننده نيتروژن تأثير گذارند. بنابراين مطالعات بيشتري در زمينه ديناميك نيتروژن در خاك¬ دست نخورده مورد نياز است. در بخش چهارم اين رساله به اهميت فعاليت آنزيم هاي اكسيداتيو در خاك پرداخته شده است. اندازه گيري فعاليت اكسيداتيو در خاك، به دليل ماهيت واكنش راديكال هاي آزاد، غير اختصاصي بودن آن و اثر ذرات خاك بر واكنش آنزيم-سوبسترا با چالش رو به رو است.

Soil microbial communities produce different hydrolytic and oxidative extracellular enzymes to obtain their energy and nutrient sources from soil recalcitrant organic matter. The initial steps of recalcitrant organic matter degradation are catalyzed by oxidoreductases in soil. We conducted an Amplex Red® reagent-based fluorometric assay for simultaneously measuring phenol oxidase and peroxidase and calibrated it with commercially available resorufin. The phenol oxidase and peroxidase activities fitted well with the Michaelis-Menten kinetic model. Measuring the enzyme activity in a homogenized soil sample represents the overall activity and does not indicate enzyme activity in soil hotspots. We extended a Time-Lapse Zymography technique, using Amplex Red® reagent, to visualize and quantify distributions of phenol oxidase and peroxidase activities in the rhizosphere of Zea mays L. The greatest activities, up to 30 nmol cm-2 min-1, were peroxidase-dominated and closely associated with roots. Further proteolytic reactions are responsible for cleaving proteinaceous substrates into accessible amino acids after the oxidation process of degradation. Amino acids have the ability to suppress protease activity, but they instead stimulated it in our investigation, with no repression response. Furthermore, adding amino acids increased FDA hydrolysis, which is a measure of total microbial activity. However, deforestation had a significant impact on the stimulatory effects of amino acids on protease activity. In arid and semi-arid regions, N-hydrolyzing enzymes and amino acid concentrations are moisture-sensitive, resulting in seasonal fluctuations throughout the elevation gradient. Amino acids constitute a small portion of the organic nitrogen pool with a fast turn-over rate. Therefore, quantifying the amino acids from extracted soil suspension may not be reliable indicator of the amino acids flux in soil hotspots. We present aminography for mapping the distribution of N-amines concentration in the root-soil interface with a time lapse amino-mapping (TLAM) approach by using fluorescent dye-conjugated OPAME (O-phthaldialdehyde and β-mercaptoethanol) reagent-saturated membranes.

فرشيد نوربخش

بنفشه خليلي

حسين شريعتمداري، مجيد طالبي، سميه قاسمي