Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Shirvani,Farshid Noorbakhsh
مهران شیروانی جوزدانی (استاد مشاور) فرشید نوربخش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajedeh Khosrozadeh ghomy
ساجده خسروزاده قمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

The Response of Phosphomonoesterases to Lime Application in Acid Soils under Different Management Practices
Phosphomonoesterases are widely distributed in nature. They play an important role in P mineralization in soils via breaking the phospho-esteric bonds. Acid phosphatase and alkaline phosphatase are two predominant soil phosphomonoesterases which both are involved in the mineralization of P and therefore, contribute in providing inorganic P for plant growth and development. The enzymes are sensitive to the environmental pH and hence, thought to be sensitive to lime application. Moreover, it has been suggested that they respond to management practices as well as land use changes. However, our understanding regarding the mechanism(s) by which calcium carbonate influence the activity of acid and alkaline phosphatase is obscure. The main objective of this study was to perform a mechanistic approach to the effects of calcium carbonate application on acid and alkaline phosphatase activities, total phosphomonoestaerase activity and the ratio of acid to alkaline phosphatase activity under different management practices. For this purpose we collected our soil samples from three acidic soils of forest and deforested counterparts of three ecosystems including Lahijan (37? 11? N, 50? 01? E), Langroud (37? 10? N, 50? 07? E) and Gisum (respectively, 38? 40? N, 49? 01? E and 38? 40? N, 49? 03? E) forest standings in Gilan Province, Northern Iran. The effects of calcium carbonate application were assessed under two time span including 7 and 73 days following incubating soils under optimum moisture and temperature. Application of calcium carbonate resulted in pH increases while soil pH ranges were 0.2 to 0.5 unit lower under 73 days of incubation. Both enzymes showed to be pH dependent so that acid phosphatase activity was negatively associated with calcium carbonate-induced pH increase whereas, alkaline phosphatase increased as pH enhanced due to calcium carbonate application. Comparing acid and alkaline phosphatase in terms of the rate of response, the acid phosphatase activity was much more responding. Furthermore, the rate of response was increased when the samples incubated for 73 days, compared to 7 days. Path analysis (as an statistical approach) was performed to discriminate direct and indirect effects of calcium carbonate on the enzyme activities. The effects of Ca 2+ and CO3 2- are presumably the direct and that H + or OH - are thought to be the indirect effects of calcium carbonate application on the enzyme activities. The results indicated that both enzymes are more influenced by the indirect (pH) than direct effects of calcium carbonate application. In other word, the enzymes are rather influenced by the inhibitory effects of either H + or OH - under increasing pH conditions. This finding leads us to investigate the effects of calcium carbonate-induced pH enhancement by an ED 50 approach and interestingly figured out that the rectangular hyperbolic models generally fitted well to the data. Better results were obtained when partial inhibition model (model 2) used compared to the complete inhibition model (model 1). The model parameters were not only influenced by the incubation time but also they showed to be sensitive to management history of the soils. Overall, we conclude that lime application significantly influences the pH of the acid soils and the pH change is the main factor that performs further effects on the activity of acid and alkaline phosphatases, total soil phosphomonoestaerase activity and the ratio of acid to alkaline phosphatase activity. It appeases that both H + and OH - acts as inhibitors on the enzymes and the rate of the inhibitors can be successfully assessed, in particular with the partial inhibition model with an ED 50 approach based on the rectangular hyperbolic model. We suggest further investigation on the effects of pH changes on the inhibitory effects of trace metals on the soil enzymes when lime is applied as an amendment. Key words phosphomoesterase, history of land management, lime, ED 50
فسفومونواسترازها گروهی از آنزیم ها هستند که در خاک فعالیت زیادی دارند. فسفومونواسترازها از جمله آنزیم های مهم در فرایند معدنی شدن فسفر آلی خاک بوده و در تأمین فسفر مورد نیاز گیاهان نقش مهمی ایفا می کنند. این آنزیم ها به تغییرات pH ناشی از افزودن کربنات کلسیم حساس هستند. همچنین تغییر کاربری و مدیریت متفاوت خاک تاثیر به سزایی بر فعالیت این آنزیم ها در خاک دارد. با این وجود دانسته هایی در زمینه مکانیسم اثر کربنات کلسیم بر فعالیت آنزیم فسفومونواسترازها و تاثیر تاریخچه مدیریت خاک بر پاسخ فسفاتازها به کربنات کلسیم در دست نیست. مطالعه اخیر با هدف بررسی مکانیسم اثر کربنات کلسیم و تأثیر تاریخچه مدیریتی خاک بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز، نسبت فعالیت آنزیم اسید فسفاتاز به آلکالین فسفاتاز و مجموع فعالیت فسفومونواسترازها در سه اکوسیستم ( لاهیجان، لنگرود و جنگل گیسوم ) که هر یک دارای دو کاربری متفاوت هستند انجام شده، همچنین اثر گذشت زمان پس از افزودن کربنات کلسیم بر فعالیت این آنزیم ها در دو زمان انکوباسیون کوتاه مدت ( 7 روز ) و بلند مدت ( 73 روز ) مورد مطالعه قرار گرفت. افزودن کربنات کلسیم، pH خاک های هر سه اکوسیستم را افزایش داد. با افزایش مدت انکوباسیون، pH به میزان 5/0 – 2/0 واحد کاهش یافت. فعالیت آنزیم اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز به تغییرات pH ناشی افزودن کربنات کلسیم حساس بوده به طوری که اسید فسفاتاز با pH، همبستگی معنی دار منفی و آلکالین فسفاتاز همبستگی معنی دار مثبت نشان داده اند. پاسخ آنزیم اسید فسفاتاز به تغییرات pH در مقایسه با آلکالین فسفاتاز بیشتر بوده و در انکوباسیون بلند مدت شدت پاسخ ها شدیدتر می باشد. برای بررسی مکانیسم اثر کربنات کلسیم بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز از روش آنالیز مسیر استفاده شد. کربنات کلسیم دارای دو اثر مستقیم (تولید یون کلسیم و بی کربنات) و اثر غیر مستقیم (تولید یون هیدروکسید) می باشد. آنالیز مسیر میزان اثر گذاری کربنات کلسیم از طریق مستقیم و غیر مستقیم را بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز تفکیک می کند. اثر غیر مستقیم کربنات کلسیم که تولید یون هیدروکسید می باشد، با افزایش pH بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز تأثیر گذارتر است. آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز به افزایش pH ناشی از تغییر غلظت یون های هیدروژن و هیدروکسید پاسخ می دهند. برای بیان اثر بازدارندگی یون های OH - و H + بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز از شاخص ED 50 استفاده شد. این شاخص غلظتی از ماده سمی است که یک فرآیند فیزیولوژیک حاصل از عملکرد میکروب ها را به میزان 50 درصد کاهش می دهد. برای محاسبه ED 50 از دو مدل سینتیکی 1 و 2 استفاده شد. مدل 1 و 2 به ترتیب بازدارندگی کامل و جزئی فعالیت آنزیم های اسید و آلکالین فسفاتاز توسط یون های OH - و H + را توضیح می دهد. میزان فعالیت آنزیم اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز با مدل 2 در مقایسه با مدل 1 سازگاری بهتری نشان دادند. برازش مدل های 1 و 2 نشان می دهد که افزایش غلظت یون های هیدروژن و هیدروکسید می توانند عاملی بازدارنده بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز باشند. نتایج دیگر این تحقیق نشان داد کاربری متفاوت در انکوباسیون کوتاه و بلند مدت، باعث تغییر در فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز، نسبت فعالیت اسید فسفاتاز به آلکالین فسفاتاز و مجموع فعالیت فسفومونواسترازها می شود. اثر متقابل تغییر کاربری و افزودن کربنات کلسیم بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز، نسبت فعالیت آنزیمی و مجموع فعالیت فسفومونواسترازها در دو زمان انکوباسیون کوتاه و بلند مدت در دو منطقه لاهیجان و لنگرود معنی دار بوده است. در جنگل گیسوم، اثر متقابل کربنات کلسیم و تغییر کاربری تنها در نسبت فعالیت آنزیمی معنی دار شد. با این وجود در انکوباسیون بلند مدت، این اثر متقابل بر تمام پارامترهای مورد بررسی به جزء فعالیت آلکالین فسفاتاز معنی دار شد. نتایج حاصل از مطالعه اخیر نشان داد که، کربنات کلسیم از طریق افزایش pH بر فعالیت آنزیمی تأثیر گذار است، همچنین پاسخ فعالیت آنزیم های اسید و آلکالین فسفاتاز به افزودن کربنات کلسیم، به تاریخچه مدیریتی خاک بستگی خواهد داشت. علاوه بر فعالیت آنزیم اسید و آلکالین فسفاتاز، نسبت فعالیت اسید فسفاتاز به آلکالین فسفاتاز نیز، می تواند به عنوان شاخص حساس به تغییرات مدیریت خاک، مورد استفاده قرار گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی