Орлов Д.С. (отв. ред.) Гуминовые вещества в биосфере

Подождите немного. Документ загружается.

ное влияние на активность пероксидаэы, тирозиназы и лакказы

и действовали на эти ферменты как конкурентные ингибиторы,

оказывая большее влияние на ФК, чем на ГК. Конкурентный

характер ингибирования пероксидаэы ГК был также показан на-

ми ранее (Хазиев, Гулько, 1990). Там же утверждалось, что ин-

гибирование происходит вследствие связывания фермента с ГК с

образованием активного гумус-пероксидазного комплекса.

Предприняты попытки экстракции из почвы гумус-ферментных

комплексов, обладающих оксидоредуктазной активностью. Так, Суф-

лита, Боллаг (Suflita, Bollag, 1980) при инкубировании почвы с

нитратным буфером получили каталитически активный экстракт,

проявляющий активность по отношению к фенольным соедине-

ниям. Руглеро, Радогна (Ruggiero, Radogna,1984) экстрагировали

из почвы гумус-лакказный комплекс и изучали различные его свой-

ства: степень связывания фермента с ОВ, субстратную специфич-

ность, температурные профили активности, рН-оптимум и др, Хро-

матографическим методом показано, что фермент прочно связан

с ОВ. Боллаг с соавт. (Bollag et al., 1987) экстрагировали пе-

роксидазу фосфатным буфером и очищали хроматографически. По-

лученный фермент находился в комплексе с почвенным ОВ. Ле-

онович, Боллаг (Leonowich, Bollag, 1987) экстрагировали лакка-

зу, предварительно выделенную из культуры грибов и внесен-

ную в почву. Фермент из почвы экстрагировался в виде гумус-

лакказного комплекса. Предположения авторов о неферментативном

характере наблюдаемого катализа не были подтверждены. Сер-

бан, Ниссенбаум (Serban, Nissenboum, 1986) экстрагировали из то-

рфяной почвы комплекс, содержащий ГК и пероксидазу, а поз-

же они (Nissenboum, Serban, 1987) обнаружили такой комплекс в

отложениях, возраст которых датируется в 7 млн лет. По мнению

авторов, именно связь с ГК предотвратила инактивацию фермента в

неблагоприятных условиях. А.А. Масько и Н.А. Галушко (1989) ис-

следовали связь различных ферментов, в том числе полифенолокси-

дазы, с ГВ почвы и пришли к выводу, что полифенолоксидаза в

гумус-ферментном комплексе приходится на долю лабильно связан-

ного компонента.

Таким образом, показано, что пероксидаза и полифенолоксидаза

способны образовывать устойчивые комплексы с ГВ. Степень их

иммобилизации обусловлена молекулярной структурой фермента,

физико-химическими и биологическими особенностями микроокруже-

ния фермента, природой почвенного поглощающего комплекса.

Ранее нами изучались свойства комплекса ГК-пероксидаза, по-

лученного в искусственных условиях путем иммобилизации коммер-

ческого препарата фермента на ранее выделенных из почвы ГК

(Хазиев, Гулько, 1990). В настоящей работе предпринята попыт-

ка изучения свойств почвенных гумус-оксидазных комплексов.

Почва (чернозем типичный) обрабатывалась 0,1 М раствором

(рН 7,5) в соотношении 1:10 и инкубировалась 24 ч

с 3-кратной заменой экстрагента. Экстракт обрабатывался суль-

фатом аммония до 50% насыщения. Осадок, содержащий орга-

223

Элементный состав препаратов ГК, %

Фракция

N Зола

54,5 4,20

38,54

2,76

59,63

4,00 33,79

2,58 3,22

но-минеральные коллоиды, отбрасывался, а супернатант обраба-

тывался 10%-ной НС1. При доведении смеси до рН 4,5 ГК вы-

падали в осадок. Смесь центрифугировали при 10 ООО об./мин.

Супернатант, содержащий ФК, отбрасывали. Осадок 5-кратно об-

рабатывали 0,1 М фосфатным буфером (рН 7,1) и центрифу-

гировали при 10 ООО об. /мин. Растворимые ГК (фракция А)

и нерастворимые ГК (фракция Б) доводились до рН 8,0. При

этом фракция Б переходила в растворимое состояние. В даль-

нейшем обе фракции диализовали против дистиллированной во-

ды в течение 24 ч с 5-кратной сменой Н

0. Растворы ГК кон-

центрировали полиэтиленгликолем до минимального объема. В

виде концентрированных растворов полученные препараты (см. ха-

рактеристику в таблице) поступали на анализ.

Препараты ГК анализировались* на предмет пероксидазной и

нолифенолоксидазной активности. Активность пероксидазы измеряли с

о-фениландиамином и Н

в качестве субстратов в кювете спе-

ктрофотометра при X = 491 им и выражали в условных еди-

ницах активности, полученных на основе учета изменения опти-

ческой плотности реакционной смеси в единицу времени. Актив-

ность полифенолоксидазы измеряли с гидрохиноном в качестве

субстрата в аналогичных условиях.

Изучение оксидазной активности выделенных препаратов пока-

зало, что обе фракции проявляли активность по отношению к

указанным субстратам. Активность фракции А была на 12—15%

выше, чем фракция Б. Вероятно, это связано с тем, что фрак-

ция А по элементному составу (см. таблицу) ближе к бурым ГК,

менее конденсированным и более подвижным, чем фракция Б, близкая

к черным ГК. При иммобилизации ферментов на менее конденсирован-

ных ГК возможность взаимодействия субстратов с ферментом и

беспрепятственное высвобождение продуктов реакции реализуются с

большей вероятностью, чем в случае катализа ферментами, им-

мобилизованными на более зрелых конденсированных черных ГК.

Добавление в реакционную смесь препаратов, выдержанных в течение

3 ч. при температуре 105°С, не вызывало изменения окраски

реакционной смеси. Это свидетельствует о ферментативном характере

окисления фенольных субстратов в наблюдаемых условиях.

Измерение активности полученных препаратов при различных

концентрациях субстратов и непосредственная запись кинетики процес-

са с помощью самописца свидетельствуют о том, что образование и

распад фермент-субстратного комплекса, а также высвобождение про-

дуктов реакции происходят по закону Михаэлиса- Ментен. Константа

224

Михаэлиса (К

) пероксидазы во фракции Б была несколько выше, чем

во фракции А. Наблюдаемый эффект, вероятно, связан со стерически-

ми ограничениями фермент-субстратного взаимодействия, вызван-

ными степенью коняенсированности и пространственной организацией

гумус-ферментного комплекса. К

чистой пероксидазы (коммерческий

препарат) значительно ниже, чем у иммобилизованных ферментов.

Измерение F

max

чистого фермента и гумус-ферментных комплексов

показало отсутствие достоверных различий измеряемой величины.

Анализ полученных кинетических констант позволяет предполагать,

что иммобилизация пероксидазы на ГК сопровождается ингиби-

рованием фермента, носящим характер конкурентного. Такое на-

блюдение позволяет предположить, что фермент связывается с

молекулой ГК за счет функциональных групп активного центра.

Наблюдаемый результат согласуется с данными, полученными нами

ранее (Хазиев, Гулько, 1990), и, скорее всего, свидетельствует о том,

что ГК по отношению к ферменту являются одновременно и

носителем, и неспецифическим субстратом.

Для изучения температурных профилей активности полученных

препаратов реакционную смесь инкубировали в термостатируемой

приставке спектрофотометра в интервале температур 30—90°С.Тем-

пературный профиль активности пероксидазы во фракциях А и

Б имеет оптимум при 40°С. Необратимая инактивация наступа-

ла при 80°С. Оптимум полифенолоксидазы также располагался

в зоне 40°С. Однако инактивация наступала во фракции А при

80°С, во фракции Б при 90°С. Литературные данные свидетель-

ствуют о том, что инактивация изучаемых ферментов наступа-

ет при значительно более низких температурах (50—60°С). Наблю-

даемый эффект сохранения активности ферментов, связанных с

ГК, свидетельствует в пользу существования защитных механиз-

мов, обеспечивающих повышенную устойчивость к инактивацион-

ным факторам ферментов, иммобилизованных ГК.

Нами также изучалось влияние рН на активность полученных

препаратов. Оптимумы активности гумус-оксидазных комплексов

располагались в интервале рН 7,5-8,0. Литературные данные по

полифенолоксидазе и экспериментально полученные данные по пе-

роксидазе свидетельствуют о том, что для чистых ферментов

оптимумы активности расположены в области рН 7,0—7,2. Наблю-

даемый сдвиг рН-оптимума в .щелочную сторону характерен для

ферментов, иммобилизованных на полианионных носителях, какими

являются ГК. Кроме того, обнаружено, что рН-профиль гумус-

пероксидазных комплексов шире, чем экспериментально полученный

рН-профиль активности чистой пероксидазы, т.е. при неблагоприят-

ных значениях рН (как в кислой, так и в щелочной области)

инактивация фермента, связанного с ГК, наступает медленнее, чем

инактивация чистого фермента.

На основании полученных данных можно сделать следующие

выводы.

1. Предложенный метод выделения из почвы ГК, обладающих

ферментативной активностью, может быть использован в почвен-

15. Гуминовые вещества в биосфере

225

но-биохимической практике, так как позволяет получать актив-

ные препараты ГК, дающие при анализе достоверные воспроиз-

водимые результаты.

2. Поступающие в почву ферменты (пероксидаза. полнфеноло-

ксидаза) способны образовывать устойчивые комплексы с ГК. В

результате такой иммобилизации сохраняется способность фермен-

тов катализировать реакции окисления различных субстратов.

3. Иммобилизация оксидаз на ГК сопровождается снижением

их активности и повышением устойчивости к неблагоприятным

факторам среды, таким, как температурная и кислотно-щелочная

инактивация.

4. Действие иммобилизованных оксидаз среди различных про-

чих факторов обусловлено физико-химическими условиями микро-

окружения ферментов в месте их иммобилизации.

ЛИТЕРАТУРА

Абрамян С.А Природа регуляции ферментативных процессов в почве: Авто-

реф. дис. ... д-ра биол. наук. M., 1990. 26 с.

Абрамян С.А.. Галстян А.Ш. Определение ферментативной активности гу-

мусовых веществ: (Метод, руководство.) Ереван, 1987. 26 с.

Масько А.А.. Галушка НА. К вопросу иммобилизации ферментов гумусом /

Тез. докл. Всесоюэ. съезда почвоведов, Новосибирск. 14—18 авг. 1989 г. Ново-

сибирск, 1989. Кн. 2. С. 228.

Хазиев Ф.Х., Гулько А.Е. Некоторые свойства гумус-пероксидазного ком-

плекса // Почвоведение. 1990. №2. С. 30—36.

Boltag J.-M., Chen С.М., Sarcar J.M., Loll М.М. Extraction and purification of a peroxidase

from soil// Soil Biol. Biochem. 1987. Vol. 19. P. 61—67.

Bollag J.-M., Liu S.-Y., Minard R.D. Enzimatic oligomerization of vanilic acid // Ibid. 1982.

Vol. 14. P. 157—163.

Bollag J.-M., Sioblad R.D., Liu S.Y. Characterization of on enzyme from Rhizoctonia

praticola wich polymerizes phenolic compounds // Canad. J. Microbiol. 1979. Vol. 25.

P. 229—233.

Kiss S., Dragan-Bularda M., Pasca D. Activity and stability of enzyme molecu-

les following; their contact with clay mineral surfaces // Stud. Univ. Babes-Boli-

ai. Biol. 1986. Vol. 31, N 2. P. 3—24.

Ladd J.N., Buttler J M A Humus-enzyme systems and synthetic organic polymer-

enzymes analogues // Soil Biochem. 1975. Vol. 4. P. 143—194.

Leonowicz A., Bollag J.-M. Laccases in soil and the feasibility of their extrac-

tion // Soil Biol. Biochem. 1987. Vol. 19. P.237—242.

Liu S.-Y., Freyer A.J., Minard R.D., Bollag J.-M. Enzyme-catalized complex-for-

mation of amino-acid esters and phenolic humus constituents // Soil Sci. Soc.

Amer. J. 1985. Vol. 49. P. 337—341.

Martin J.P., Haider K. A comparison of the use phenolase and peroxidase for

the synthesis of model humic acid-type polymers // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1980. Vol. 44.

P. 983—988.

Mayaudon J., Sarcar J.-M. Cromatographie et purification des dephenole oxeda-

ses du sol // Soil Biol. Biochem. 1974. Vol. 6. P. 275—285.

Nissenboum A., Serban A. Enzymatic (?) activity associated with humic substan-

ces in deep sediments from Cariaco Trench and Walvis Ridge // Geochim. et

cosmochim. acta. 1987. Vol. 51. P. 373—378.

Ruggiero P., Radogna V.M., Proporties of laccase in humic-enzyme complexes //

Soil Sci. 1984. Vol. 138, №1. P. 74—87.

Ruggiero P., Radogna V.M. Humic acid-tyrosinase interactions as a model of

soil humic-acid complex // Soil Biol. Biochem. 1988. Vol. 20. P. 353—359.

Sarcar J.M., Bollag J.-M. Inhibitory effect of humic and fulvic acids on oxido-

226

reductases as measured by the coupling of 2,4-dichlorphenol to humic substance

// Sci. Total Environ. 1987. Vol. 62. P. 367—377.

Sarcar J.M., Malcolm R.L., Bollag J.-M. Enzymatic coupling of 2,4-dichlorphenol

to stream filvic acid in the presence of oxidoreductases // Soil Sci. Soc. Amer. J.

1988. Vol. 52, №3. P. 688—694.

Sarcar J.M., Leonowicz A., Bollag J.-M. Immobilization of enzymes on clays and

soils // Soil Biol. Biochem. 1989. Vol. 21. P. 223—230.

Serban A., Nissenboum A. Humic acid association with peroxidase and ca-

talase // Ibid. 1986. Vol. 18. P. 41^44.

Suflita J.M., Bollag J.-M. Oxidative coupling activity in soil extracts // Ibid.

1980. Vol. 12. P. 177—183.

Suflita J.M., Bollag J.-M. Polimerization of phenolic compounds by soil enzyme

complex // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1981. Vol. 45. P. 297—302.

Vaughan D., Malcolm R.E. Effect of soil organic matter on peroxidase activity

of wheat roots // Soil Biol. Biochem. 1979. Vol. 11. 57—63.

УДК 631.417

Д.С. Орлов, H.H. Осипова

ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

ПО ЭЛЕКТРОННЫМ И МОЛЕКУЛЯРНЫМ СПЕКТРАМ

Направленность и интенсивность изменения ГВ почвы при транс-

формационных процессах обусловлены преимущественно относитель-

ной устойчивостью различных групп соединений. Необходимость

оценки устойчивости возникает не только при объяснении природного

гумусного состояния различных почв, но и при составлении прогнозов,

связанных с глобальными климатическими изменениями, региональ-

ными и локальными природными подвижками и антопогенным

прессом.

Были предложены приемы относительной характеристики ГВ по

реакции на повышение температуры (Черников, Кончиц, 1973), а Новак

(Novak, 1987) выделил несколько групп органических материалов

по скорости их разложения микроорганизмами.

По современным представлениям, образование наиболее устойчивых

групп природных соединений, к которым относятся почвенные ГК

и гумин, включает механизмы, ведущие к увеличению доли бензол-

подобных (бензоидных) фрагментов в молекулах таких соединений

и сокращению длины алифатических цепей, снижению степени раз-

ветвленности молекул, а также реакции конденсации, вызывающие

увеличение протяженности цепей сопряженности двойных связей.

Опираясь на эти представления, можно заключить, что количественная

оценка степени устойчивости различных гуминовых соединений воз-

Работа выполнена в рамках программы направления 4 ГНТП "Глобальные изменения

прородной среды и климата". Проект 4. 1. 3 "Гумус".

227

можна только на основе спектральных показателей, характеризующих

соотношение в молекулах алифатического и ароматического (бензоид-

ного) углерода. Для оценки последнего показателя предложено

использовать термин "степень бензоидности" (Орлов, 1990), характе-

ризующий соотношение лабильных (алифатических) и устойчивых

(бензоидных) фрагментов.

Наиболее быструю и доступную информацию о степени бензоиднос-

ти и, следовательно, относительной устойчивости ГВ можно получить

по спектрам поглощения в видимой области спектра. По величинам

коэффицентов экстинкции ГК относятся к числу прородных соедине-

ний, наиболее сильно поглощающих электромагнитные колебания

в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Интенсивность свето-

поглощения хорошо увявывается с происхождением ГВ, что позволяет

применять спектрофотометрический анализ в качестве весьма чувстви-

тельного индикаторного и диагностического приема при обнаружении

и изучении гумусовых кислот.

Поглощение света ГВ в видимой и ультрафиолетовой областях

спектра монотонно убывает по мере увеличения длины волны.

Спектры, как правило, имеют сплошной характер и представлены

пологими плавными кривыми без четко выраженных максимумов;

иногда, правда, наблюдается максимумы слабой интенсивности в

области 260—270 нм, которые обусловлены ароматическими структу-

рами. Кроме того, в присутствии зеленного пигмента (Pg, по Кумаде)

в спектрах выявляются небольшие максимумы при 420—430 и

550—600 нм (Орлов, 1974).

Для оценки устойчивости ГВ вполне достаточным может быть

использование коэффициентов экстинкции, или Е-величин, измеренных

при одной какой-либо длине волны. Удобно воспользоваться измере-

ниями при 465 нм, и тогда найденную величину обозначают как

Е ?'

001

. Эта величина в данном случае равна оптической плотности

I см, 465

раствора ГВ, содеражащего 1 мг ГВ (или углерода ГВ) в 100 мл и

измереннной при толщине слоя 1 см при 465 нм. Средние значения

Е-величин гумусовых кислот различных типов меняются в довольно

широких пределах: для ФК эти значения (в расчете на углерод) близки

к 0,01, для ГК дерново-подзолистых почв — 0,05, для ГК черноземов

они близки к 0,1—0,2. Наименьшее значение имеют Е-величины ГК из

тундровых почв — около 0,03. Гиматомелановые кислоты характеризу-

ются Е-величинами 0,007—0,03 (Орлов 1974; Глебова, 1985).

Большинство авторов связывают природу электронных спектров

гумусовых кислот с системой сопряженных двойных связей и характе-

ром (и количеством) кислородных функций. В связи с этим содержание

углерода в ГК и повышение степени бензоидности считают прямой

причиной возрастания Е-величин. Увеличение оптической плотности

ГК в зонально-генетическом ряду почв при переходе от дерново-подзо-

листых к черноземам объясняется относительным накоплением бен-

зоидных структур и увеличение длины цепей сопряжения двойных

связей, что и может служить показателем образования устойчивой

части макромолекул ГК.

228

Для многих ГК связь между Е-величинами и долей алифатического

углерода (С

л) выражается уравнением регрессии: Сал

95,5 —

246,7 Е465 (Орлов и др., 1987). Поскольку, по определению

Саром = 100 — С^ (в %), где С

ал

и С

ар0

м — Доли

углерода, представленные в молекулах ГК алифатическими и бенэо-

идными фрагментами соответственно, то 100 — С

0М

- 95,5—246,7

Е465 и С

ром = 4,5 + 246,7 Е465. Иными словами, доля углерода,

представленного бензоидными (по прежней терминологии — аромати-

ческими) структурами, прямо пропорциональна коэффициенту экстинк-

ции при длине волны 465 нм. Это позволяет хотя бы в первом

приближении оценивать степень бензоидности и относительную устой-

чивость ГВ по Е-ведичинам. Ранее одним из нас совместно с Л.А. Гри-

шиной была разработана система показателей гумусного состояния

почв, в которой было выделено 5 градаций оптических плотностей

ГВ: очень низкая, низкая, средняя, высокая и очень высокая (Гришина,

Орлов, 1978). В цитируемой системе показателей расчет Е-величин

был сделан на вещество, что обозначалось как

гк

: для перес-

чета на содержание углерода и перехода к

все величины надо

примерно удвоить (Орлов, Гришина, 1981). Тогда для приведенных

выше градаций можно выстроить следующий ряд соответствующих

величин: менее 0,08; 0,08—0,12; 0,12—0,16; 0,16—0,30 и более 0,30.

Для ФК, очевидно, следует ввести новую градацию — минимальные

оптические плотности с Е

менее 0,02. На основе этих данных

нетрудно составить таблицу оценки степени бензоидности (или

устойчивости) ГВ по коэффициентам экстинкции.

Оценка относительной устойчивости гуминовых веществ

по коэффициентам экстинкции

Коэффициент

экстинкции

0,001

465

Доля углерода бен-

эоидных фрагментов

в составе молекулы,

Относительная устой-

чивость (в скобках —

баллы)

Очень высокий

Высокий

Средний

Низкий

Очень низкий

Минимальный

более 0,30

0,16—0,30

0,12-0,16

0,08—0,12

0,02—0,08

Менее 0,02

Более 78,5

44,0—78,5

34,0—44,0

24,0—34,0

9,5—24,0

Менее 9,5

Очень высокая (6,5)

Высокая (5,5)

Средняя (3,5)

Низкая (2,5)

Очень низкая (1,5)

Минимальная (1,0)

Приведенные градации в первом приближении отвечают свойствам

ГВ, выделяемых из гумусовых горизонтов главнейших, преиму-

щественно автоморфных почв. Нет сомнений, что величины уровней

признака могут уточняться, не исключена их детализация по подтипам

и родам почв или по отдельным почвенным зонам и провинциям.

Но рассматриваемый подход вполне может быть достаточным

и эффективным для общей оценки устойчивости ГВ к глобальным

229

природным изменениям, сдвигам почвенно-географических зон и

антропогенным воздействиям.

Недостаток метода в том, что он пригоден только для собственно

ГВ, для которых соотношение лабильных и устойчивых фрагментов

отражается на величинах оптических плотностей, даже если не

принимать во внимание, что уровни окраски алифатических и бензо-

идных фрагментов в ГВ разных зон могут оказаться неодинаковыми.

Иными словами, возможна регионально-зональная дифференциация

предлагаемых показателей, о чем сказано выше. Метод оптических

плотностей не может быть использован для так называемых не-

специфических соединений, практически не имеющих заметной окраски.

Для последней группы веществ может оказаться более эффективным

использование инфракрасных спектров. ИК-спектры позволяют иденти-

фицировать и количественно или полуколичественно определять

отдельные группы атомов, типы связей, некоторые структурные

группировки, с которыми принято связывать устойчивость ГВ.

Сравнительное изучение ИК-спектров ГВ, выделенных из почв

разных типов, из торфов, илов, горючих сланцев, бурых углей,

лечебных грязей, выявило много общих полос поглощения и одно-

тинный общий рисунок спектров (Орлов, Осипова, 1988). Сходство

спектров позволило говорить об общем мотиве построения всех этих

групп соединений, и более того, об особом классе ГВ, образование

которых обусловлено однотипными и однонаправленными механиз-

мами (Орлов, 1974, 1990, 1992).

В ИК-спектрах ГВ практически всегда присутствуют две полосы,

обусловленные поглощением электромагнитных колебаний аромати-

ческими С=С-связями, — при 1610 и 1510 см

-1

. По относительной

интенсивности этих полос можно дать экспертную оценку роли бен-

зоидных структур в построении изучаемых веществ.

Для выявления алифатических структур можно воспользоваться

полосами, проявление которых связано с боковыми цепями различной

длинны. В частности, интенсивные полосы поглощения карбонилов

(С=0) лежат в области 1720 и 1260—1200 см

-1

, при повышенном

содержании азота проявляется полоса Амид I при 1650 см

-1

, обуслов-

ленная группами 0=0 амидов или OCN, а при 1540 см

-1

— Амид II,

обусловленная группами NH или OCN и NH; иногда удается

наблюдать поглощение Амид III при 1300 см

-1

в форме уступа.

Однако все эти группы могут принадлежать или боковым алифати-

ческим цепям, или могут быть непосредственно связаны с бензольными

кольцами. Поэтому абсолютные интенсивности полос 1720, 1650,

1540, 1300 и 1260—1200 см"

малопригодны для оценки степени

устойчивости сравниваемых веществ. Значительно более перспективны

полосы поглощения, обусловленые группами ОН, СН

и СН

В спектрах беззольных и малозольных препаратов ГВ и биополиме-

ров проявлются две, иногда три полосы при 1150, 1100 и 1050 см*

относимые обычно к третичным, вторичным и первичным группам

С=ОН спиртов. Значительный вклад в поглощение в этой области

могут составлять углеводы, входящие в состав гумусовых кислот

в виде моно-, олиго- и (или) полисахаридов. Для идентификации

230

углеводов используется интенсивная полоса при 1080—1050 см"

относимая за счет связей С—О, С—С, кольцевых структур.

В коротковолновой области обнаруживается одна или две полосы

при 2940—2920 и 2865—2850 см

-1

слабой или средней интенсивности.

Вызваны они преимущественно валентными колебаниями групп СН

СН

алканов, а деформационные колебания этих же групп удается

обнаружить в области 1380—1480 см

-1

. Следует отметить, что

полосы групп СНг и СНз более интенсивны в спектрах ГК дерново-

подзолистых и серых лесных почв, т.е. в почвах с низкой степенью

гумификации и невысокой степенью бензоидности ГК.

По мере "сознания" ГК периферические цепи алифатической

природы отторгаются и ядерная часть макромолекул все более

обогащается бензоидными структурами, приобретая таким образом

большую устойчивость и стабильность. В ИК-спектрах препаратов

соответственно меняется соотношение интенсивностей полос поглоще-

ния алифатических групп и С=С-связей бензоидных структур. По мере

увеличения бензоидности ядра ГК и потери алифатических фрагментов

спектр приобретает более сглаженный вид, полосы не имеют четких

максимумов.

Среди биоорганических молекул, участвующих в формировании гу-

мусовых кислот и в значительной мере обусловливающих их устой-

чивость, особая роль принадлежит лигнину.

Внешний облик ИК-спектра лигнина более других биополимеров

похож на ИК-спектр ГК; его основу составляют сильные полосы

поглощения при 2930, 2860, 1710, 1610, 1515 см

-1

и средней и слабой

интенсивности — при 1455, 1425, 1380, 1270, 1220, 1035 см"

Полосы поглощения лигнина в области

180<

—1400 см

-1

хорошо

выражены, с четкими максимумами ароматических С=С-связей при

1610, 1515 см

-1

; в спектрах ГК они не всегда проявляются так четко.

Валентными колебаниями групп СН

и СН

обусловлены полосы при

2930, 2860 см

-1

, а их деформационные колебания — при 1455,

1425 и 1380 см

-1

. Полоса карбонильного поглощения при 1710 см

-1

обусловлена в основном валентными колебаниями С=0 альдегидов,

кетонов и, в меньшей степени, карбоксилов. В длинноволновой

области спектра полоса при 1270 см

-1

относится к колебаниям

С—О—С-связей метоксильных групп, при 1220 см

-1

— к колебаниям

С=0 и полоса при 1035 см

-1

обусловлена С—ОН первичных

спиртов (Блажей, Шутый, 1977).

К устойчивым органическим соединениям, являющимся предшес-

твенниками ГК, относится также целлюлоза. ИК-спектр целлюлозы

характеризуется полосами поглощения при 3360, 2910, 1735, 1650, 1440,

1380, 1250, 1160, 1055—1030 и 900 см"

. Перечень полос этого

препарата соответствует окисленной форме целлюлозы, о чем свиде-

тельствуют полосы карбонильного поглощения при 1735 и 1250 см

-1

;

набор остальных полос специфичен для данного класса соединений

(Жбанков, 1964). Полоса при 1650 см

-1

вызвана группами ОН

адсорбированной воды; полосы с максимумами при 2910, 1440, 1380

и 900 см

-1

— валентные и деформационные колебания СН, СН

;

сильное поглощение при 1160 и 1055—1030 см

-1

относят к поглощению

231

С—О, С—С, кольцевых структур и деформационных колебаний

СН

ОН. Приведнный спектр полисахарида обнаруживается общие

полосы поглощения, характерные и для гумусовых кислот, но их

соотношение и интенсивности имеют свои особенности.

Этот обзор показывает, что для оценки содержания наиболее ста-

бильных бензоидных фрагментов удобно воспользоваться интенсивнос-

тью поглощения при 1600—1620 см

-1

, а для выявления более

лабильных, преимущественно алифотических структур — несколькими

полосами в зависимости от принадлежности изучаемых веществ

к классам соединений. Для ГК и лигнина наиболее информативными

могут быть полосы 2930 и 2860 см

-1

, для полисахаридов — полоса

при 1050 см

-1

, для белков и полипептидов — 1650 см-

ЛИТЕРАТУРА

Блажей А., Шутый Л. Фенольные соединения растительного происхождения

М.: Мир, 1977. С. 176—182.

Глебова Г. И. Гиматомелановые кислоты. M.: Изд-во МГУ, 1985. 14 с.

Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв // Проб-

лемы почвоведения М.: Наука, 1978. С. 42—47.

Жбанков Р.Г. Инфракрасные спектры целлюлозы и ее производных. Минск,

1964. 338 с.

Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. М.: Изд-во МГУ, 1974. С. 147—165.

Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во

МГУ. 1990. 118 с.

Орлов Д.С. Химия почвы. М.: Изд-во МГУ. 1992. 232 с.

Орлов Д.С., Барановская В.А., Околелова А.А. Степень бензоидности гуминовых

кислот и способ ее определения // ДАН СССР, 1987, Т.293. С. 1479. — 1484.

Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981.

Орлов Д.С., Осипова Н.Н. Инфракрасные спектры почв и почвенных компонентов.

М.: Изд-во МГУ. 1988. 67. с.

Черников В.А., Кончиц В.А. Кинетика пиролиза фульвосоединений некоторых

типов почв // Изв. ТСХА. 1973. Вып. 1. С.

101 —

113.

Novdk В. Rol of soil organic matter in intensive ogriculture and the pathways

its synhesis and decomposition // Proc Gth Intern. Symp. on Soil Biol and Conserv

of the BiospherG Budapest, 1987. P. 411.