научная статья по теме СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКНЙ АНАЛИЗ ПОЧВЕННЫХ, РЕЧНЫХ И ОЗЕРНЫХ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКНЙ АНАЛИЗ ПОЧВЕННЫХ, РЕЧНЫХ И ОЗЕРНЫХ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 11, с. 1321-1324

УДК 631.417.2:535.363

ХИМИЯ

почв

СРАВНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКНИ АНАЛИЗ ПОЧВЕННЫХ, РЕЧНЫХ И ОЗЕРНЫХ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ*

© 2004 г. О. А. Трубецкой1, О. Е. Трубецкая2

1Институт фундаментальных проблем биологии РАН, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 2Филиал Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 142290, Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 10 Поступила в редакцию 14.08.2003 г.

Электрофорез в 10%-ном полиакриламидном геле в присутствии дезагрегирующих агентов был использован для сравнительного анализа почвенных, речных и озерных гуминовых веществ (ГВ). Выявлены существенные различия в электрофоретическом фракционном составе речных и озерных ГВ. Почвенные и речные ГВ содержат значительно больше высокомолекулярных фракций, чем озерные. Сезонный фактор отбора образцов не оказывает влияния на электрофоретическую подвижность и фракционный состав почвенных и водных ГВ. Полученные результаты следует принимать во внимание при изучении структуры и функции ГВ различного генезиса.

Роль гуминовых веществ (ГВ) в окружающей среде исключительно разнообразна. Они широко распространены в природных водах, почвах, торфах, морских и озерных отложениях. При очистке и обеззараживании питьевой воды хлорированием и другими галогенидами присутствие ГВ в природных водах может приводить к образованию канцерогенов и тератогенов, создающих опасность для здоровья человека [9]. Кроме того, ГВ вод и почв образуют комплексы с ксенобиотиками и ионами тяжелых металлов, участвуя в их возможном распространении в экосистеме [14]. Сравнительно недавно было обнаружено, что почвенные и водные ГВ, используя энергию солнечного света, действуют как продуценты веществ, способных осуществлять фотоиндуциро-ванную трансформацию пестицидов, а также других органических поллютантов при их абиотической деградации [19]. Однако нет единого мнения о происхождении водных и почвенных ГВ, которые по утверждению одних исследователей [1, 6, 8] имеют сходную структурную организацию и генезис (то есть водные ГВ - производные близлежащих почвенных ГВ), а по мнению других [2, 10], принципиально различаются (то есть водные ГВ образуются in situ из присутствующей в водной среде биологической продукции) и, следовательно, по-разному выполняют свои функции в биогеохимических процессах. Решение этой проблемы привело бы к новым данным о химической структуре ГВ различного генезиса

* Работа выполнена при поддержке РФФИ грант < 01-0564666 и 04-05-64687).

и способствовало бы прогрессу в исследовании загрязненных почв и вод при определении путей их очистки.

Одним из наиболее перспективных путей для исследования проблемы генезиса ГВ является их разделение на менее сложные компоненты (фракции), имеющие различные физико-химические свойства. Ранее нами был разработан оригинальный метод электрофореза в полиакриламидном геле [16, 17], позволяющий разделять почвенные ГВ на фракции, различные по элект-рофоретической подвижности и молекулярным массам (ММ) [3]. Метод был успешно использован для оценки эффективности фракционирования ГК гель-фильтрацией на сефадексах [18] и ультрафильтрацией [4], а также для сравнения гу-миноподобных веществ типа меланинов и лигни-нов [13]. Применение электрофореза впервые дало возможность провести анализ как молекуляр-но-массовых трансформаций, происходящих в ГК и ФК различного происхождения в процессе кислотного гидролиза [5], так и созревания гуми-ноподобных веществ в процессе компостирования [15].

Цель данной работы - использование электрофореза в полиакриламидном геле для изучения различий и сходства почвенных и водных ГВ различных источников, биоклиматических зон и географического местоположения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Гуминовые вещества из природных водных источников (река Ока, естественные озера Туль-чинское и Зайцево, недалеко от г. Пущино Мос-

а б в г д

Электрофорез в 10%-ном полиакриламидном геле в присутствии дезагрегирующих агентов 1 мг ГВ, выделенного из р. Сувани (США - 1Ы88 стандарт) (а), р. Оки (б), оз. Зайцево (в) и оз. Тульчинское (г), серой лесной почвы (д). А, В и С + Б - естественно окрашенные зоны ГВ. Знаками (+) и (-) обозначены анод и катод.

ковской обл.), были выделены по методике, рекомендованной Международным обществом по исследованию гуминовых веществ (ШББ). Из каждого водоема (река или озеро) было отобрано по 20-40 л воды, которая профильтровалась через нитроцеллюлозные фильтры с размером пор 0.45 мк. С помощью соляной кислоты рН воды доводили до 2.0 и вносили воду в колонку (2.5 х 40 см) с гидрофобной смолой БАХ-8. При этом гумино-вые вещества, растворенные в воде, адсорбировались на смоле. Воду пропускали через колонку со скоростью 100 мл/ч до тех пор, пока верхняя треть колонки не становилась бледно-коричневого цвета, что указывало на адсорбцию ГВ на носителе. Затем адсорбированные на колонке ГВ смывали с нее раствором 0.1 М КаОЫ. Коричневый раствор ГВ пропускали через катионообмен-ную колонку в Н+-форме для удаления из раствора ионов Ка+, далее раствор ГВ лиофилизовали и использовали для дальнейших анализов. В р. Ока концентрация ГВ составляла 1.8 мг/л, в оз. Зайцево - 3.5 мг/л, в оз. Тульчинское - 3.1 мг/л. Водные образцы были взяты дважды (весной и летом) и являются типичными для европейской части России, имея среднее значение растворенного в воде углерода.

В качестве сравнительного водного образца был использован стандарт Международного общества гуминовых веществ (1Я10Ш), выделенный из воды реки Сувани, штат Джорджия, США (более подробную информацию можно найти на сайте www.ihss.gatech.edu).

Почвенные образцы были взяты из горизонтов А серой лесной почвы, являющейся доминирующим почвенным типом между р. Окой и естественными озерами Тульчинское и Зайцево, недалеко от города. Гуминовые вещества из серой лесной почвы были экстрагированы раствором 0.1 М №4Р2О7 + 0.1 М КаОЫ (рН 13.0), диализова-ны в течении 7 суток от дистиллированой воды и лиофилизованы.

Фракционирование ГВ методом электрофореза в 10%-ном полиакриламидном геле в присутствии денатурирующих агентов проводили по ранее описанной методике [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Гуминовые вещества из рек Оки (Россия) и Сувани (США), озер Зайцево и Тульчинское (Московская обл.) и серой лесной почвы (Московская обл.) были фракционированы электрофорезом в полиакриламидном геле (рисунок). Все исходные речные и почвенные ГВ (рисунок а, б, д) разделились на четыре дискретные яркие естественно-окрашенные электрофоретические зоны: А -стартовая зона, не проникающая в поры 10%-ном полиакриламидного геля, В - узкая зона в средней части геля; С и Б - зоны, находящиеся в нижней части геля и объединенные во фракцию С + Б из-за их близких электрофоретических подвижнос-тей. Озерные ГВ разделились на зоны В и С + Б (рисунок в, г). Ранее было показано, что, независимо от генезиса почвенных ГВ, фракция А имеет ММ более 100000 Дальтон, фракция В - 30000100000 Дальтон, фракция С + Б - 5000-30000 Дальтон [7, 18]. Высокомолекулярная фракция А на электрофореграмме озерных ГВ практически отсутствовала по сравнению с речными и почвенными ГВ, что совпадает с результатами электро-форетического анализа, проведенного недавно Пеуравуори с соавт. [11] для ГВ, выделенных из воды нескольких озер Финляндии. С другой стороны, было показано, что фульвокислоты (ФК), являющиеся составной частью водных и почвенных ГВ, также не имеют высокомолекулярной фракции А [5, 11] и, напротив, гуминовые кислоты (ГК) почв и донных отложений обладают таковой в значительной степени [5]. Так как водные и почвенные ГВ включают в себя ГК и ФК, то на основании электрофоретического анализа можно предположить, что озерные ГВ состоят в значительной мере из гуминового вещества, схожего по своим электрофоретическим свойствам с ФК почвенных гуминовых кислот, и, наоборот, речные ГВ в своем составе содержат значительное количество гуминового материала, схожего по своим электрофоретическим свойствам с почвенными и донными ГК. Схожий результат получен и на водном стандарте ГВ Международного общества гуминовых веществ, формирование которо-

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

1323

го в речной воде происходит в совершенно других биоклиматических условиях (рисунок а). Одной из возможных причин преобладания ФК в озерных ТВ может являться их накопление прямым смывом или через грунтовые воды. Основываясь на литературных данных о большей подвижности в водной почвенной фазе низкомолекулярных фракций ТВ [12, 14], можно допустить, что низкомолекулярные компоненты ТВ, где таковыми являются ФК по сравнению с ТК [14], гораздо легче вымываются осадками, что является одним из факторов, определяющим значительное увеличение доли ФК в озерных ТВ. С другой стороны, вполне возможно образование озерных ТВ in situ из присутствующей в водной среде биологической продукции, с последующим абиотическим окислением в низкомолекулярные компоненты [2, 10], однако требуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение.

Как было показано выше в противоположность озерным ТВ, на электрофореграммах речных ТВ вне зависимости от метода выделения и биоклиматических условий отмечено значительное количество высокомолекулярной фракции А. По содержанию электрофоретических фракций речные ТВ в отличие от озерных более близки к почвенным ТВ. Также выявлено, что сезонный фактор отбора образцов не оказывает существенного влияния на электрофоретическую подвижность почвенных и водных ТК. Причина столь значительного различия между озерными и речными ТВ требует более глубоких дальнейших исследований, но весьма вероятно, что существенное различие в их молекулярно-массовом составе может указывать на различные механизмы и пути их образования. Более конкретный ответ на эти вопросы может дать сравнительное исследование физико-химических свойств стабильных электрофоретических фракций почвенных и водных ТВ. В любом случае следует отметить, что речные и озерные ТВ имеют различные электро-форетические характеристики и молекулярно-массовое распределение.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком