Wpływ substancji humusowych na proces dezaminacji

TH E IN FLU EN C E O F HUM US SU BSTA NCES

ON THE PR O CESS O F DEAM IN ATIO N

In stitu te of Plant Physiology, College of Agriculture, Poznań. Head — Prof. Dr. J. W ojciechowski. In stitu te of Soil Science and Cultivation of Plants, Baborówko

Two basic elem en ts m a y be dinstin g u ish ed in th e process of decom po­

sitio n of p ro tein s in th e soil — en zym atic hy d ro ly sis and am m onification.

In prev iou s stud ies i t w as show n th a t h u m u s substances m ay p lay th e p a rt

of re g u la to rs of p ro te in h y d roly sis b y form in g re la tiv e ly stab le com plexes

w ith pro te in ts [9, 10]. A ssum ing th a t th e m echan ism of oxidative deam ina­

tio n tak e s p a rt in th e fu rth e r tra n sfo rm atio n s of p ro te in nitro gen , it m u st

be concluded t h a t h u m u s su bstances m a y hav e a n im p o rta n t in flu en ce

also on th is stage of decom position.

A ctive p a rtic ip a tio n of th e h u m u s su bstances in dehydrog en ase system s

has b een convincingly d e m o n stra ted b y th e w o rk of C hristieva, Flaig,

G um inski a n d o th e r in v estig ato rs [1-7]. T hey are also know n to influence

th e b reak d o w n of am ino acids of a n u m b e r of polyphenolic substances,

w h ich m ay be re g a rd e d as m odels of th e hu m ic acids [

,

,

].

In o u r studies on th e b reak d o w n of alb u m in s an d gelatin e in th e

p resen ce of hum ic acids rap id accu m u latio n of am m onium n itro g e n w as

observed, w hile o n ly negligible am o u n ts of am ino acids w e re p ro d u ced a t

th e sam e tim e. T hese re s u lts sug g ested th e possibility of a stim u la tin g

in flu en ce of h u m u s sub stan ces on th e course of deam inatio n.

D etailed e x p e rim e n ts devo ted to th is problem s w ill be re p o rte d in

p a rt h erein .

T he e x p e rim e n ta l p ro ced u res m ay be b rie fly o u tlin ed as follows.

S olutions of am ino acids in p h o sph ate b u ffe r of pH 7 w ere in cubated

for 2— 3 days a t 35°. Soil or soil e x tra c ts w ere added to m obilize am m oni­

fication. C o n ten t of am m onium n itro g e n as wel'1 as am ino acids w as as­

sayed in th e sam ples. No loss of n itro g e n d u rin g in cu b atio n w as observed.

It m ay be re m a rk e d th a t in cu b a tio n w as conducted u n d e r p a rtly an a ­

erobic conditions.

In p re lim in a ry ex p e rim e n ts it w as found th a t d iffe re n t am ino acids

v a ry m a rk e d ly w ith resp e c t to su sce p tib ility to decom position. S erin e,

g lu tam ic acid, a sp artic acid and lysine a re re a d ily decom posed, glycine

and alanin e so m ew h at less easily, and valin e and leucine w ith th e g re a t­

est d ifficutly. It w as also fo u nd th a t d iffe re n t soil e x tra c ts a ctiv ate

decom position of am ino acids in d iffe re n t degrees (Tab. 1:). The reactio n

of all th e e x tra c ts w as a d ju ste d to pH 7.

T a b l e

R esu lts in per cent decomposition

Amino acid Control te s t without extract Aqueous extract Extract with 0,01 N NaCl Extract with 0,01 N HCl Extract with 0.01 N NaOH Extract with 0 ,01 N NaOH a fte r d eca lcin a tio n

with HCl

Glutamic acid 5 45 48 10 47 90

Valine '5 12 15 26 20 15

ly sin e 10 45 45 24 36 24

Serine 26 55 65 68 74 89

In T able 1 th e m ark e d a c tiv ity of th e alkaline e x tra c t a fte r decalci­

natio n w ith HCl, w hich h ad th e h ig h est c o n te n t of h u m u s substances,

a ttra c ts a tte n tio n .

In th e ex p e rim e n t p re se n te d in tab le 2 th e e x tra c t w as p rep a re d by

48-hour in cu b atio n of soil w ith 1/75 m o lar p h o sp h ate b u ffe r of pH 7,

w ith or w ith o u t a d d itio n of glucose (50 mg./100 m l.). B esides th e soil

ex tra c t, v ario us am ou n ts of h um ic acids w ere added to th e tests.

T a b l e

R esu lts in per cent amino acid deaminated Approximate concentration of

humic acids in the samples %

Test with extract without

ad d ition s

Test with extract to which glu cose

was adaed

1 20

0.01 13 14

0.02 17 21

0.05 20 68

H um ic acids d istin ctly stim u la te d d eam in atio n of g lu tam ic acid. G lu­

cose w as co m pletely decom posed a lre a d y d u rin g th e p re p a ra tio n of th e

e x tra c t, causing in te n siv e d evelo p m en t of m icroorganism s. The increased

a c tiv ity is p ro b ab ly connected w ith th is fact.

T able 3 p re se n ts th e re s u lts of a n e x p e rim e n t in w hich hum ic acids

w ere ad ded to the soil e x tra c ts a lre a d y in th e course of th e ir p re p a ra tio n .

Besides hum ic acids (5 mg./100 ml.), glucose, g lutam ic acid an d leucine

-ta l v a ria n ts w ith th e purpo se of disclosing a possible in fluen ce of enzy­

m atic a d a p ta tio n on th e su b seq u e n t b reak d o w n of am ino acids.

As a ru le, th e soil e x tra c ts containing hum ic acids w ere m ore active.

T he e ffect of ad d itio n of am ino acids d u rin g p re p a ra tio n of th e e x tra c ts

w as m an ifested c learly o n ly if hum ic acids w ere also added. A ddition o f

glucose ac tiv ate d th e e x tra cts, causing m ore in ten siv e d eam ination of

glu tam ic acid. L eucine w as d eam in ated m uch less actively.

T a b l e

R esu lts in mg. ammonium nitrogen Additions made when preparing

the e x tr a c ts.

T ests with

glutam ic acid

(4 mg.)

Tests with leu cin e (4 mg.)

Humic Glutamic A fter A fter A fter A fter

a cid s Glucose acid Le ucine 24 hrs. 48 hrs. 24 hrs. 48 h rs.

_

_

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-

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-

..

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-

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..

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-

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-

R esu lts in mg. ammonium nitrogen

A dditions Control_{t e s t} Glutamic acid • 10 mg. Leucine Ю mg. Without ad d ition s 0.126 . 0.568 0.145 Humic acids (0.025%) 0.350 0.925 0.429 Glucose (0.05%) 0.164 0.387 0.179

Humic acids + glucose 0.399 0.663 0.411

It should be n o ted th a t glucose add ed d ire c tly to th e sam ples su b ­

m itte d to d eam in atio n e x e rte d a r a th e r in h ib ito ry influ ence. T his is

show n in th e e x p e rim e n t re p re s e n te d in T able 4. T he specific elem en t

of th is e x p e rim e n t w as th e use of a larg e a m o u n t of soil

g. p e r test)

as th e facto r m obilizing th e b reak d o w n of am ino acids.

T he considerable am o u n ts of am m onia in th e control tests w e re

u n d o u b ted ly th e re s u lt of am m o n ification of soil n itrogen , rein fo rc e d

by hu m ic acids in th e sam e w ay as d eam in atio n of am ino acids.

U n d er th e conditions of th e ex p erim en ts, d eam in atio n of am ino acids

took place w ith p a rtic ip a tio n of su itab le en zym atic system s from m icro­

biologie sources. The presen ce of liv in g cells m ay th e re fo re h av e been

a n im p o rta n t factor. H ence, facto rs causing m ore in te n siv e dev elop m en t

of m icroorganism s (e.g. glucose) enab led m o re active soil e x tra c ts to be

obtained. In contrast, glucose added d ire c tly to th e sam ples su b m itte d to

deam in atio n e x e rte d a n in h ib ito ry effect.

H um ic acids d istin ctly stim u la te d d eam in ation of all th e stud ies am i­

no acids, as w ell as am onification of soil nitro g en . T he d ata collected

th u s far, how ever, do n o t p e rm it p recise fo rm u la tio n of th e n a tu re of

th e action of hum ic acids. P re su m a b ly th e ir p articip a tio n in red o x sys­

tem s causing d em ination play s as essen tial role, th o u g h th e p ossibility of

in d ire c t facto rs acting th ro u g h stim u la tio n of d ev elo pm en t od m icroo r­

ganism s m u st be b orne in m in d too.

T he in flu en ce of hum ic acids on processes of d eam in atio n (am m oni­

fication) m ay be reg a rd e d as a n o th e r lin k b etw een th e cycle of n itro g e n

tra n sfo rm a tio n s in th e soil an d th e dynam ics or h um u s sub stances

REFERENCES

[1] C h r i s t i e W a L. A.: Roi gum inowych kisłot w pitanii rastienii. Trudy Poczw. Inst. AN SSSR, 38, 1951.

[2] C h r i s t i e w a L. A.: Fizjołogiczeskaja funkcija guminowoj kisłoty w pro- cessach obmiena w ieszczestw w ysszych rastienii. G um inow yje udobrienija, teoria i praktika ich prim ienienija. Cahrkow 1957, t. 1.

[3] F l a i g W.|, O t t o H., K ü s t e r E., R e i n e m u n d K.: Uber Einw irkung von chem ischen Verwandten von H um insäurevorstufen auf das Längewachstum von Wurzeln. Overdruck v. H. Landbaukundig T ijdschrieft 66. 5, 6, 1954,

[4] F l a i g W., S a a l b a c h E.: Zur K enntniss der Huminsäuren. XI, XII, X III. Ztschr. Pflanzenern. Düng. Bodenk., 71 (116), 215, 1955, 72 (117), 1, 7, 1956. [5] F l a i g W.: D ie Chemie organischer Stoffe im Boden und deren physiologische

Wirkung. V erhandlungen der II und IV Kom m ission der Int. Bodenkundlichen Ges., В. II, 1958,

[6] F l a i g W„, R e i n e m u n d K.: Zur K enntniss der Huminsäuren. łVI, VII. Ztschr. Pflanzenern. Düng. Bodenk., 68 (113), 255, 269, 1955.

[7] G u m i ń s k i S., G u m i ń s k a C.: N ow e badania nad m aechanizm em dzia­ łania humusu na organizmy roślinne. Acta Soc. Bot. Pol., 22 (1), 1953, 45. [8] H u b b a r d S. S.: R eversible action of oxidizen phenols in the deam ination

of certain amino acids. J. Biol. Chem., 126, 1938, 489.

[9] Ł o g i n o w W.: Badania nad azotem próchnicy. P am iętnik Puławski, 2, 1960, 131.

[10] Ł o g i n o w W.: Untersuchungen über die H um o-Proteinkom plexe. Studies abo'ut humus. Nakl. Ceskoslov. Akad. Vëd., Praha 1962.

[11] P o p o w W. P.: O kislenije am inokisłot w prisu tstw ii tanina i polifenoloksi- dazy. Biochem ija 21, 1956, 380.

W . Ł O G I N O W

EINFLUSS DER HUM USSUBSTANZEN AUF DEN VERLAUF DER DESAM INIERUNG

A b t e i l u n g f ü r P f l a n z e n p h y s i o l o g i e d e r H o c h s c h u l e f ü r L a n d w i r t s c h a f t i n P o z n a ń , I n s t i t u t f ü r A c k e r b a u , D ü n g u n g u n d B o d e n k u n d e , B a b o r ó w k o

Z u s a m m e n f a s s u n g

Lösungen einiger Am inosäuren w urden 2—3 Tage bei 35° С inkubiert. Als M ittel zur A uslösung der Zersetzungsprocesse der Am inosäuren w urden kleine M engen eines fruchtbaren Boden oder B odenextrakte gebraucht.

D ie Versuchen w urden durchgeführt, um den Einfluss der H um insäuren auf die D esam inierung von Glycin, A lanin, Valin, Leucin, Serin, Lysin und G lutam in­ säure aufzuw eisen. N achträglich w urde auch der Einfluss der Glukose geprüft.

Es w urde aufgew iesen, dass die Hum insäuren in K onzentrationen 0,002—0,05°/o auf die D esam inierung stim ulierend w irken können. Glukose dagegen kann diesen Prozess in gew issem Ausm ass hemmen. Lösliche Formen der Hum insäuren können auch auf die A m m onifikation des Bodensstickstoffs stim ulierend wirken.

D er Einfluss der Hum m insäuren und die D esam inierueng ist w arscheinlich mit ihrer B eteiligung an entsprechenden R edox-prozessen verbunden. Das sünde jedenfalss in voller Ü bereinstim m ung m it der bekannten W irkungsweise anderer Substanzen, die den Charakter von Polyphenolen haben.

D ie Stim ulierung der A m m onifikationprozesse durch Huminsäuren kann als ein w eiteres B indeglied zw ischen dem S tickstoffkreislauf im Boden und der D yna­ m ik der H um ussubstanzen angesehen werden.

W . Ł O G I N O W

L’INFLUENCE DES SUBSTANCES HUMIQUES SUR LA DÉSAM INATION

L a b o r a t o i r e d e P h y s i o l o g i e d e s P l a n t e s d e L ’E c o l e S u p é r i e u r e d ’A g r i c u l t u r e à P o z n a ń . I n s t i t u t d e C u l t u r e d e s C h a m p s , d e F e r t i l i s a t i o n e t d e P é d o l o g i e à B o b r ó w k o

R é s u m é

Les solutions de quelques acides aminés, inoculées par une petite addition du sol cultivé ou de l ’extrait de sol ont été partées à l ’incubation à 35 cC pendant 2—3 jours.

On a fait quelques expériences dont le but était de vérifier l ’influence des acides hum iques sur la désam ination de la glycine, alanine, valine, leucine et de l ’acide glutam ique. En quelques cas on a étudié aussi l’influance du glucose.

On a constaté que les acides hum iques en concentration 0,002—0,05^0 sont capables de stim uler la désam ination pendant que le glucose peut freiner en quelques sorte ce processus. Les acides hum iques en état soluble sont aussi capables d’actives l’am m onification de l ’azote du sol.

L’influence des accides hum iques sur la désam ination se lie probablement à leur participation dans des systèm es d’oxydoréduction. Ce phénom ène est d’accord avec un effet connu de différentes autres substances polyphénoliques.

La stim ulation du processus d’am m onification par les acides hum iques peut être declarée encore un élém ent liant le cycle des transform ations d’azote dans le sol avec l ’hum ification de m atière organique.

W . Ł O G I N O W

WPŁYW SUBSTANCJI HUMUSOWYCH NA PROCES DEZAMINACJI Z a k ła d F i z j o l o g i i R o ś l i n , W S R , P o z n a ń . K i e r o w n i k : p r o f . d r J . W o j c i e c h o w s k i

I n s t y t u t U p r a w y , N a w o ż e n i a i G l e b o z n a w s t w a , B a b o r ó w k o S t r e s z c z e n i e

Roztwory kilku am inokw asów poddawano przez okres 2—3 dni inkubacji w tem ­ peraturze 35 °C. Jako środki urucham iające procesy rozkładu am inokwasów stoso­ wano n iew ielkie ilości żyznej gleby lub w yciągów glebowych.

Przeprowadzono doświadczenia m ające na celu stw ierdzenie w pływ u k w asów hum inow ych na przebieg dezam inacji glicyny, alaniny, w aliny, leucyny, seryny, lizyny i kwasu glutam inowego. W poszczególnych w ariantach badano dodatkowo w pływ glukozy.

Okazało się, że kw asy hum inowe w zakresie stężeń 0,002—0,05°/o stym ulują przebieg dezam inacji. Glukoza natom iast może w pewnym stopniu proces ten ha­ mować.

K w asy hum inowe w postaci rozpuszczalnej zdolne są także do stym ulacji am o- nifikacji azotu glebowego.

Oddziaływanie kw asów hum inow ych na dezam inację jest prawdopodobnie związane z ich udziałem w odpow iednich układach redukcyjno-oksydacyjnych. Jest to w pełni zgodne ze znanym oddziaływaniem w ielu innych substancji o charakte­ rze polifenoli.

Stym ulację procesu am onifikacji przez kwasy hum inowe można uznać za jesz­ cze jedno ogniwo wiążące cykl przem ian azotu w glebie z dynam iką humusu.

в. логинов

Р е з ю м е