Activity of dehydrogenases, catalase and urease in copper polluted soil

• Autorzy: Wyszkowska J , Kucharski M. , Kucharski J. , Borowik A.

Warianty tytułu

PL

Aktywnosc dehydrogenaz, katalazy i ureazy w glebach zanieczyszczonych miedzia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Copper is a life essential element. However, in excess it can be destructive to metabolism of microbial, plant, animal and human cells. Thus, an understanding of all conditions associated with the effect produced by copper on natural environment is vital. The purpose of the present study has been to evaluate the effect of soil contamination with copper on the activity of dehydrogenases, catalase and urease as well as to determine the tolerance of these enzymes to excessive amounts of copper in soil. The variable factors of the experiment consisted of: 1) soil type: loamy sand and sandy loam; 2) copper pollution rate in mg kg-1 d.m. of soil: 0, 150, 450; 3) soil use: unseeded and seeded soil; 4) crop species: barley, spring oilseed rape and yellow lupine; 5) dates of enzymatic analyses: 25 and 50 day. The results have revealed that copper pollution, within the rates of 150 to 450 mg kg-1 d.m. of soil, significantly inhibits the activity of dehydrogeanses, urease and catalase, with catalase being the most tolerant to excessive copper, unlike dehydrogeneases, which were the most sensitive enzymes. Urease was found to be intermediate in the response to copper. Dehydrogenases, urease and catalase are the least tolerant to the inhibitory effect of copper in soil under spring oilseed rape, being the most tolerant to the pollution in soil under oats. Copper produces stronger inhibitory effect on soil enzymes in unseeded than in seeded soil. The negative effect of excess copper in soil persists and, instead of diminishing, the longer copper remains in soil, the stronger effect it yields. Dehydrognases and catalase are less tolerant to copper in sandy loam than in loamy sand, unlike urease, which was more tolerant to the pollutant in loamy sand than in sandy loam. Tolerance of plants to soil contamination with copper is a species-specific trait. Among the tested crops, yellow lupine was the least tolerant whereas spring oilseed rape was the most tolerant to copper contamination.

PL

Miedź jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania wszystkich organizmów, jednakże jej nadmiar w środowisku może działać destrukcyjnie na metabolizm komórek drobnoustrojów, roślin i zwierząt oraz ludzi. Zatem poznanie wszystkich uwarunkowań oddziaływania miedzi na środowisko przyrodnicze jest ze wszech miar uzasadnione. Celem badań było określenie wpływu zanieczyszczenia gleby miedzią na aktywność dehydrogenaz, katalazy i ureazy oraz określenie oporności tych enzymów na nadmiar miedzi w glebie. W doświadczeniu czynnikami zmiennymi były: 1) gatunek gleby: piasek gliniasty i glina piaszczysta; 2) stopień zanieczyszczenia miedzią w mg⋅kg-1 s.m. gleby: 0, 150 , 450; 3) sposób użytkowania gleby: gleba nieobsiana i obsiana roślinami; 4) gatunek uprawianej rośliny: owies, rzepak jary i łubin żółty; 5) termin analiz enzymatycznych: 25. dzień i 50. dzień. W wyniku badań stwierdzono, że zanieczyszczenie miedzią, w zakresie od 150 mg do 450 mg·kg-1 gleby, hamuje istotnie aktywność dehydrogenaz, ureazy i katalazy. Przy czym najbardziej odporna na nadmiar miedzi jest katalaza, a najmniej dehydrogenazy. Pośrednie miejsce zajmuje ureaza. Dehydrogenazy, ureaza i katalaza są najbardziej oporne na inhibicyjne działanie miedzi w glebie pod uprawą rzepaku jarego, a najmniej pod uprawą owsa. Miedź silniej hamuje aktywność enzymów w glebie nieobsianej roślinami niż w glebie obsianej. Negatywne działanie nadmiaru tego pierwiastka w glebie ma charakter trwały i zamiast ustępować nasila się wraz z czasem jego zalegania w glebie. Dehydrogenazy i katalaza są bardziej oporne na działanie miedzi w glinie piaszczystej niż w piasku gliniastym, a ureaza odwrotnie – bardziej oporna w piasku gliniastym niż w glinie piaszczystej. Wrażliwość roślin na zanieczyszczenie miedzią jest cechą gatunkową. Spośród badanych roślin najbardziej wrażliwy jest łubin żółty, a najmniej rzepak jary.

Słowa kluczowe

PL

soil pollution; copper; enzyme activity; tolerance index; vulnerability index; dehydrogenase; catalase; urease

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2009
• Tom: 14
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.605-617,ref.

Twórcy

autor

Wyszkowska J

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, pl.Lodzki 3, 10-727 Olsztyn, Poland

autor

Kucharski M.

autor

Kucharski J.

autor

Borowik A.

Bibliografia

• Alef K., Nannipieri P. (eds) 1998. Methods in applied soil microbiology and biochemistry. Academic Press. Harcourt Brace & Company, Publishers, London: pp. 576.
• Bielińska E.J. 2005. Determination of phosphatases acivity. Acta Agroph., Rozprawy i Monografie, 3: 63-74.
• De Brouwere K.D., Hertigers S., Smolders E. 2007. Zinc toxicity on N2O reduction declines with time in laboratory spiked a oils and is undetectable in field contaminated soils. Soil Biol. Biochem., 39: 3167-3176.
• Dijkstra F.A., Cheng W., Johnson D.W. 2006. Plant biomass influences rhizosphere priming effects on soil organic matter decomposition in two differently managed soils. Soil Biol. Biochem., 38: 2519-2526.
• Karlen D., Ditzler C.A., Andrews S.S. 2003. Soil quality: why and how? Geoderma., 114: 145-146.
• Mertens J., Ruyters S., Springael D., Smolders E. 2007. Resistance and resilience of zinc tolerant nitrying communities is unaffected in log-term zinc contaminated soils. Soil Biol. Biochem., 39: 1828-1831.
• Mikanova O., Kubat J., Mikhailovskaya N., Voros I., Biro B. 2001. Influence of heavy metal pollution on some soil biological parameters in the alluvium of the Litavka river. Rostl. Vyr., 47(3): 117-122.
• Ohlinger r. 1996. Dehydrogenase activity with the substrate TTC. In: Methods in Soil Biology. Schinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R. (eds), Springer Verlag Berlin Heidelberg, 241-243.
• Oliveira A., Pampulha M.E. 2006. Effects of long-term heavy metal contamination on soil microbial characteristics. J. Bios. Bioeng., 102 (3): 157-161.
• Orwin K.H., Wardle D.A. 2004. New indices for quantifying the resistance and resilience of soil biota to exogenous disturbances. Soil. Biol. Biochem., 36: 19-7-1912.
• Renella G., Mench M., Landi L., Nannipieri P. 2005. Microbial activity and hydrolase synthesis in long-term Cd-contaminated soils. Soil Biol. Biochem., 37: 133-139.
• Schoencholtz S.H., Van Miegroet, Burger J.A. 2000. A review of chemical and physical properties as indicators of forest soil quality: chalelenges and opportunities. Forest Ecol. Managem., 138: 335-356.
• Shumaker K.L., Begonia G. 2005. Heavy metal uptake, translocation, and bioaccumulation studies of Triticum aestivum cultivated in contaminated dredged materials. Int. J. Environ. Res. Public Health., 2(2): 293-298.
• StatSoft, Inc. 2006. Statistica (data analysis software system), version 7.1. www.stat-soft.com.
• Wyszkowska J., Boros E., Kucharski J. 2008. Enzymatic activity of nickel-contaminated soil. J. Elementol. 13 (1): 139-151.
• Wyszkowska J., Kucharski J., Boros E. 2005a. Biochemical properties of soil contaminated with nickel and other heavy metals. J. Elementol., 10 (3): 585-596.
• Wyszkowska J., Kucharski J., Lajszner W. 2005. Effect of soil contamination with copper on its enzymatic activity. Pol. J. Environ. Stud., 14(5): 119-124.