Skip to main content
SUPERVISOR
Farshid Noorbakhsh
فرشید نوربخش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mina Dadkhah
مینا دادخواه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Fractionation of Soil Urease Activity to Intra- and Extra Cellular Fractions: A Sensitivity Assessment to Stress Condition
Soil biomass is supposed to support phenomena which is usually occurred in pH close to neutral condition and at a temperature range between 20 to 40 ° C . The nature of the process is so that they cannot be undertaken without an enzyme-catalyzed reaction. Enzymes are proteins which are responsible for catalyzing biological processes. The enzymes possess different degrees of specificity and high catalytic rates. Ureases are widely distributed in nature and catalysis the hydrolysis of urea to ammonia and water. Soil microbial and enzymatic activities are known to be responsive to environmental stresses including drought and trace metal. The objectives of this study were to: 1-fractionate soil urease to two distinct pools of intra- and extracellular and 2- assess their response to drought and Cd stresses. Two separate researches were conducted. In the first one, nine surface (0-15 cm) calcareous soil samples were collected from western part of Isfahan province, the soils were all under small grains. The fractionation of the urease activity was performed by means of two techniques a) microwave irradiation and b) chloroform fumigation. In the second research the surface soil (0-15 cm) of two adjacent counterparts of natural oak forest and deforested areas were sampled. The intra- and extracellular activities of the soil urease were separately measured using chloroform-fumigation and their responses to drought and Cd stresses were assessed. For drought stress, soils were incubated at 25 °C for 60 days at 10 and 50 % water holding capacity. Another moisture treatment was also run in which the moisture content decreased from 50 to 10 % gradually during the same period of time. In a parallel experiment soils were treated with 5 µmol g -1 of Cd. A control treatment without application of Cd was also considered. At the end of either drought or Cd stress application, two fractions of urease activity were measured. Analysis of variance and mean separation were performed using a completely randomized design with a factorial arrangement. In case of paired comparison paired t -test was used. Results of the first experiment indicated that extracellular fraction of the urease were not correlated neither with the total nor the intracellular activities. Regardless of the technique used (microwave irradiation or chloroform fumigation) the result were similar. It was also observed that regardless of the technique, intracellular and total urease activity were significantly (r = 0.99, P 0.01) associated. However, the absolute values obtained from chloroform-fumigation technique were considerably greater than those obtained by microwave-irradiation, revealing that microwave irradiation have presumably negatively impacted some parts of extracellular urease activity as well as its intracellular fraction. Results of the second research indicated that Cd inhibited extracellular activity of urease. The degree of inhibition was greater in the forest than that of the deforested counterpart. Surprisingly, intracellular urease activity was slightly increased. No statistical interaction was observed between fumigation and Cd stress. Drought stress decreased the level of extracellular urease activity and the rate of decrease was greater in the forest compared to the deforested counterpart. Total activity was slightly increased in the drought stressed soils. Intracellular urease activity was increased under 10% water holding capacity while it was decrease when the soil experienced a water cycle between 10 to 50%. No statistical interaction was observed between fumigation and water stress. Overall, we conclude that chloroform fumigation is much more reliable than microwave irradiation for fractionation of soil urease activity. Intracellular activity was the major fraction of the total urease activity in the soils studied. Soil management history controls the degree of inhibition of soil urease under stress condition. Keywords : Urease, Microwave irradiation, Chloroform fumigation, Intracellular activity, Extracellular activity, Cadmium, Drought stress.
در طبیعت فرآیندهایی که در توده ی زنده ی موجودات زنده رخ می دهند غالباً در در دمای بین 20 تا 40 درجه ی سلسیوس و pH نزدیک به 7 اتفاق می افتند. امکان وقوع این واکنش ها با شرایط ذکر شده، بدون حضور آنزیم و در شرایط معمولی امکان پذیر نیست. آنزیم ها در واقع مولکول های بزرگ پروتئینی هستند که توسط موجودات زنده تولید شده و بدون آن که خود دستخوش تغییر شوند، واکنش های مربوط به مواد آلی و غیرآلی را کاتالیز می کنند آنزیم ها به شدت اختصاصی بوده و قدرت کاتالیتیکی زیادی دارند. اوره آزها گروهی از آنزیم ها بوده که به فراوانی در طبیعت یافت می شوند و مسئول هیدرولیز اوره در خاک به CO 2 و NH 3 می باشند. فعالیت های میکروبی و آنزیم های موجود در خاک به تنش های محیطی ازجمله تنش های رطوبتی و تنش فلزات سنگین در خاک حساس بوده و به آن ها پاسخ می دهند. آنزیم اوره آز هم از این قاعده مستثنی نمی باشد. در این تحقیق در دو پژوهش، ابتدا فعالیت آنزیم اوره آز به بخش های درون و برون سلولی تفکیک گردید و سپس حساسیت هر بخش به شرایط تنش مورد بررسی قرار گرفت. در پژوهش اول، به منظور تفکیک اجزای آنزیم اوره آز به کمک دو تکنیک مختلف الف) تدخین با گاز کلروفرم و ب) استفاده از تشعشع ریزموج (MW) و مقایسه ی نتایج استفاده از این دو روش جهت تعیین اجزای فعالیت آنزیم اوره آز، نمونه های خاک سطحی (cm 15-0) از 9 منطقه در غرب استان اصفهان که دارای خاک آهکی و تحت کشت غلات دانه ریز بودند به صورت مرکب نمونه برداری شد و اجزای فعالیت اوره آز در آن ها اندازه گیری شد. در پژوهش دوم، تأثیر تنش های رطوبتی و تنش کادمیوم بر اجزای فعالیت آنزیم اوره آز در دو خاک جنگل بلوط و جنگل بلوط تخریب شده (زراعی) مورد بررسی قرار گرفت. سه تیمار رطوبتی شامل دو تیمار ثابت رطوبتی 50 و 10 درصد ظرفیت نگه داشت آب و یک تیمار نوسان رطوبتی 50-10 درصد ظرفیت نگه داشت آب خاک، به مدت 60 روز و در دمای 25 درجه سانتی گراد به خاک ها اعمال گردید. پس از دوره انکوباسیون اجزای فعالیت اوره آز به کمک روش تیمار با گاز کلروفرم اندازه گیری شد. تنش کادمیوم با غلظت 5 میکرومول بر گرم خاک به مدت 30 دقیقه بر خاک هایی که در رطوبت 50 درصد ظرفیت نگه داشت آب خود قرار داشتند اعمال گردید. به منظور مقایسه های آماری از طرح کاملاً تصادفی در قالب فاکتوریل استفاده شد. در پژوهش اول، نتایج نشان داد که در هر دو روش، بین فعالیت کل و برون سلولی (در روش تشعشع ریزموج ns 25/0=r و در روش تدخین ns 07/0=r)و هم چنین بین فعالیت های درون و برون سلولی آنزیم اوره آز (در روش تشعشع ریزموج ns 16/0=r و در روش تدخین ns 02/0-=r) همبستگی وجود ندارد. از طرفی در هر دو روش، بین فعالیت کل و درون سلولی آنزیم اوره آز همبستگی مثبت و معنی دار ( در روش تشعشع ریزموج ** 99/0=r و در روش تدخین *** 99/0=r) مشاهده شد. بنابراین به منظور برآورد اجزای فعالیت اوره آز در خاک، می توان از هر دو روش با توجه به امکانات موجود استفاده نمود زیرا ضرایب همبستگی بین فعالیت های کل و درون سلولی در دو روش معنی دار شد( ** 94/0 =r و ** 92/0 =r). اما به دلیل اختلاف فاحش در مقادیر به دست آمده برای اجزای فعالیت آنزیم اوره آز در روش تدخین با گاز کلروفرم در مقایسه با روش تشعشع ریزموج، تکنیک تیمار با گاز کلروفرم به عنوان روش معتبرتر پیشنهاد می گردد. نتایج پژوهش دوم نشان داد که کادمیوم فعالیت برون سلولی اوره آز را کاهش می دهد که مقدار این کاهش در خاک جنگل بیشتر از خاک زراعی بود. پس از تنش کادمیوم، فعالیت درون سلولی اوره آز در خاک جنگل افزایش و در خاک زراعی کاهش یافت. تیمارهای تدخین و کادمیوم در پژوهش حاضر اثر متقابل نشان ندادند؛ رفتار آنزیم اوره آز خاک نسبت به تدخین، هیچ گونه وابستگی به حضور کادمیوم در خاک نداشت. تنش های رطوبتی فعالیت کل و برون سلولی اوره آز در خاک جنگل را کاهش داده، در حالی که این تنش ها در خاک زراعی فعالیت کل را افزایش دادند. فعالیت برون سلولی اوره آز در خاک زراعی در رطوبت 10 درصد ظرفیت نگه داشت آب و چرخه ی رطوبتی به ترتیب کمتر و بیشتر از رطوبت ثابت 50 درصد ظرفیت نگه داشت آب به دست آمد. رطوبت 10 درصد ظرفیت نگه داشت آب فعالیت درون سلولی را در هر دو خاک مورد مطالعه افزایش داد اما چرخه ی رطوبتی منجر به کاهش این فعالیت در هر دو خاک شد. . هم چنین نتایج نشان دادند که رفتار آنزیم اوره آز موجود در خاک نسبت به تدخین، به رطوبت خاک بستگی ندارد. به طور کلی مشاهده گردید که فعالیت درون سلولی اوره آز بیشتر از فعالیت برون سلولی این آنزیم تحت تأثیر تنش های رطوبتی و تنش کادمیوم قرار می گیرد. کلمات کلیدی: اوره آز، تشعشع ریزموج، تدخین با کلروفرم، فعالیت درون سلولی، فعالیت برون سلولی، کادمیوم، تنش های رطوبتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی