توصيفگر ها :
اسيد فسفاتاز , آلكالين فسفاتاز , Vmax , Km , Ea , Q10 , فسفر
چكيده فارسي :
فرايند معدني شدن فسفر در زيستگاه لاشبرگ هاي جنگلي و در توده هاي كودهاي آلي نسبت به محيط خاك اهميت بيشتري دارد، زيرا در اين محيط ها، فسفر آلي تقريبا تنها منبع تامين بلند مدت فسفر است. معدني شدن فسفر آلي خاك عمدتا توسط گروه فسفاتازها صورت مي گيرد. نظر به اين كه تفسير پاسخ فعاليت آنزيم ها، موكول به درك مكانيسم تاثير پذيري آنها از پيشرفت مراحل تجزيه است، اين پژوهش با هدف بررسي پارامتر هاي سينتيكي و ترموديناميكي فسفومونواسترازها در لاشبرگ هايي با درجات متفاوت تجزيه و نيز در توده ورمي كمپوست در مقايسه با كمپوست معمولي و كود گاوي اوليه، انجام گرديد. دو محيط آلي شامل لاشبرگ هاي جنگلي و كود ورمي كمپوست به صورت مستقل مورد آزمايش قرار گرفت. نمونه¬هاي لاشبرگ بلوط شامل برگ¬هاي تازه ، لاشبرگ¬هايي با تجزيه اندك، لاشبرگ¬هايي با تجزيه متوسط و لاشبرگ¬هايي با تجزيه زياد از جنگل بلوط دلورا برداشت گرديد. همچنين، كود گاوي اوليه ، از مزرعه لورك برداشت گرديد سپس كمپوست و ورمي كمپوست كود گاوي در محيط آزمايشگاه در شرايط بهينه تهيه شد. كربن آلي، فسفر محلول در آب، و فعاليت آنزيم¬هاي اسيد و آلكالين فسفاتاز در اين مواد اندازه گيري شد. همچنين مواد فوق الذكر به خاك لورك افزوده شد و ميزان فسفر قابل عصاره گيري خاك پس از انكوباسيون يك ماهه تعيين گرديد. در تلاش براي تفسير يافته هاي فوق، شاخص هاي سينتيكي همچون سرعت حداكثر (Vmax) و ثابت مايكليس (Km) اندازه گيري شد و ثابت هاي ترموديناميكي همچون انرژي فعال سازي آنزيم (Ea) و ضريب دمايي (Q10) نيز تعيين گرديد. نتايج نشان داد كه با پيشرفت مراحل تجزيه در لاشبرگ هاي جنگلي، مقدار كربن آلي و فعاليت آنزيم¬ها كاهش يافت، اما مقدار فسفر محلول در آب افزايش داشت. در انواع كود نيز وقوع كمپوست شدن از ميزان كربن آلي كاست، به گونه اي كه اين كاستن در ورمي كمپوست افزون تر بود. كمپوست شدن بر مقدار فسفر محلول در آب، و فعاليت فسفومونواسترازها افزود. نتيجه اختلاط مواد آلي فوق به خاك لورك آن بود كه فسفر قابل عصاره گيري خاك در پايان انكوباسيون در مقايسه با خاك شاهد بيشتر شده بود، به گونه اي كه ميزان افزايش فسفر قابل عصاره گيري خاك، با محتواي فسفر محلول در آب متناسب بود. مقدار Vmax اسيد فسفاتاز و آلكالين فسفاتازدر لاشبرگ¬ها با پيشرفت مراحل تجزيه، به طور معني دار و باروندي منظم كاهش يافت. بيشترين و كمترين مقدار Vmax در انواع كود نيز براي هر دو آنزيم به ترتيب در كود ورمي كمپوست و كود گاوي اوليه مشاهده شد. مقادير Km دو آنزيم در لاشبرگ ها وكودها از روند منظم فوق تبعيت نكرد اما بين سطوح هريك از مواد اختلاف معني دار مشاهده شد. با افزايش دما، فعاليت فسفومونواسترازها درانواع لاشبرگ ها و انواع كودهاي گاوي افزايش يافت. مقدار Ea اين آنزيم ها با پيشرفت مراحل تجزيه در لاشبرگ¬ها به شكل پلكاني و معني دار افزايش يافت. بررسي شاخص Ea در انواع كود نيز نشان داد كمپوست شدن با و يا بدون حضور كرم ها به طور معني دار از انرژي فعال سازي هر دو آنزيم كاسته است. ضريب Q10 نيز در بين انواع لاشبرگ و يا انواع كود اختلاف معني دار داشت، ليكن دامنه تغييرات آن در مقايسه با Ea چندان زياد نبود. نتيجه آن كه در لاشبرگ هاي جنگلي، پيشرفت مراحل تجزيه در طي دهها سال، منجر به انباشت فسفرمحلول، كاهش فعاليت دو آنزيم گرديد. كاهش فعاليت اين دو آنزيم را طي پيشرفت مراحل تجزيه، مي توان به استناد كاهش Vmax ، به كاستي محتواي آنزيمي آنها و به استناد انباشتگي ارتوفسفات محلول، به وقوع اثر بازدارندگي فسفر محلول نسبت داد. ليكن تفكيك سهم اين دو عامل از يكديگر با اطلاعات اين پژوهش ميسر نيست. از آن سو، افزايش فعاليت اين دو آنزيم را در طي فرايند كمپوست شدن، مي توان به استناد فزوني Vmax به افزايش محتواي دو آنزيم و نيز به كاهش انرژي فعال سازي آنها نسبت داد.
واژگان كليدي: فسفر، اسيد فسفاتاز، آلكالين فسفاتاز، Vmax، Km ، Ea و Q10
چكيده انگليسي :
Phosphorous mineralization in the forest litters and organic amendments is of great importance because, organic P is almost the unique source of long-term supply of orthophosphates. P mineralization is catalyzed by a group of hydrolases called phosphatases. The response of the enzyme activities to the stage of biodegradation needs an understanding about the underlying mechanisms hence, the objective of the current study were to investigate the effects of biodegradation process on the kinetic parameters of phosphatase in i) the oak forest litters with varying stages of decomposition and ii) cow manure, cow manure compost, and cow manure vermicomposts. The oak litters consisting fresh oak leaves, litters of early decomposition stage, litters of medium decomposition stage and litters of highly-progressed decomposition stage, were collected from an oak forest in Delvara. The cow manure were collected from Lavark research station and its compost and vermicomposts were prepared under optimum condition. Organic C, water soluble inorganic P, acid phosphatase and alkaline phosphatase as well as total P were measured in the forest litters and manure and its compost and vermicompost. In an incubation study, the litters and manures were added to Lavark soil and at the end of a sixty-day incubation, the extractable P (Olsen-P), were measured. In an attempt to explain the response of P availability to the progress of biodegradation processes in the two organic media, the maximum velocity (Vmax), Michaelis constant (Km) along with thermodynamic constants including activation energy (Ea) and the Q10 index were calculated. Results indicated that biodegradation progress caused a significant decrease in organic C and phosphomonoesterase activities and a significant increase in the water soluble inorganic P. Composting, significantly reduced the organic C while the decreasing effects of vermicomposting was greater. Both composting and vermicomposting increased the water soluble inorganic P as well as the activity of phosphomonoesterases. Application of the various oak litters to the Lavark soil resulted in an increase in the Olsen-P, which was proportional to the litter water soluble inorganic P concentrations. Similar results were obtained for the cow manure and its compost and vermicomposts. Furthermore, the Vmax values were less significant in the more degraded litters, so that the least and the most values of Vmax were observed in the oldest litter and fresh oak leaves, respectively. Among the cow manure and its derivate, the least and the greatest value of Vmax were observed in the cow manure and the vermicomposts, respectively. Neither in the oak litters nor in the manures, consistent trends could not be observed in Km. However, some significant differences were observed among the litters and manures. Both phosphomonoesterases responded positively to temperature. The calculated Ea values for both enzymes increased as the oak litter age increased. Among the cow manures, cow manure vermicomposts revealed the least significant value of Ea. Even though the Q10 index responded significantly among the litters and manures however, it ranged very narrowly. Overall, decades of decomposition in the oak litter resulted in the lower phosphomonoesterase activity due to at least three major reasons: first, older litters possess less enzyme content that is taught to be indexed by Vmax; second, older litters revealed greater activation energy which repress the rate of the enzymatic reaction; and third, older litters possess more accumulated inorganic P; which, is presumably inhibit the activity of phosphomonoesterases. On the other hand, the increased activities of phosphomonoesterases due to composting or vermicomposting can be mostly attributed to their greater enzyme contents when compared to the initial cow manure.
Key Word: Acid Phosphatase, Alkalin Phosphatase, Vmax, Km, Ea , Q10
