18.03.2024 18.03.2024 17.03.2024
|
Гемицеллюлезы гумуса 25.08.2012
За вычетом гуминовых веществ, битумов и лигнина на долю остальных соединений остается обыкновенно значительно менее половины общей массы гумуса. Особенно это относится к черноземам, луговым почвам и хорошо гумифицированным торфам. Однако эти данные, ввиду указанной выше неточности определения уроновых кислот, а также и общего количества гемицеллюлез, ввиду некоторого окисления Сахаров при гидролизе, можно рассматривать только как приблизительные. Вопрос о природе гемицеллюлез гумуса и о форме связи их между собой, с другими группами соединений почвенного гумуса и с минеральной частью почвы пока еще не изучен. К характеристике их свойств можно отметить следующее. Гемицеллюлезы гумуса, кроме указанной выше способности к гидролизу разведенными минеральными кислотами при нагревании, обнаруживают способность частично переходить в раствор при кипячении их с водой, при обработке разведенными кислотами на холоду и в более значительном количестве - при действии слабых щелочей. Применяя методику, предложенную Эрлихом для выделения пектиновых веществ, Стадников получил результаты для сфагнового торфа болота «Электропередача», которые представлены в табл. 20. Все экстракты, после выпаривания и высушивания, представляли собой хрупкие блестящие вещества черного цвета. Все они восстанавливали фелингову жидкость, а последние два экстракта давали положительную реакцию 1) на сахар с α-нафтолом и серной кислотой и 2) на альдегид-сахарные (уроновые) кислоты с нафторезорцином и соляной кислотой. Кроме того, экстракты содержали дубильные вещества, извлекавшиеся кожаным порошком. О содержании азота в экстрактах данных не приводится. Так как пектиновые вещества не восстанавливают или почти не восстанавливают фелингову жидкость, то полученные Стадниковым экстракты следует считать скорее продуктами гидролиза гемицеллюлез полисахаридов и полиуронидов с примесью гуминовых кислот, которые частично пептизируются и переходят в раствор при кипячении с водой. При применении методики, предложенной Эрлихом для извлечения пектиновых веществ из растительных объектов, к минеральным почвам встречаются очень большие затруднения при фильтрации благодаря диспергированию глинистой фракции. Имеющиеся в литературе данные но определению растворимых веществ при непродолжительном нагревании на водяной бане (1 час) указывают на незначительное их содержание (3-4% от общего содержания гумуса); в полученном экстракте иногда обнаруживается наличие редуцирующих Сахаров и некоторое количество азотистых соединений. По опытам, произведенным в нашей лаборатории (Наткиной), значительное увеличение растворимости и появление в экстракте сахара наблюдается после декальцинирования слабыми минеральными кислотами, что объясняется, по-видимому, с одной стороны, пептизацией гуминовой кислоты, а с другой - явлениями гидролиза гемицеллюлез и азотистых соединений под влиянием воды при кислой реакции (табл. 21). При обработке почвы разведенными минеральными кислотами на холоду в большинстве случаев количество растворенных органический веществ очень незначительно (табл. 21). Однако в некоторых подзолистых почвах, как из горизонта A1, так и особенно из гумус-иллювиального горизонта, разведенные минеральные кислоты переводят в раствор довольно значительное количество гумуса, обыкновенно вместе с заметными или большими количествами алюминия и отчасти железа. Полученные растворы обнаруживают очень небольшое количество редуцирующих Сахаров и повышенную против углеводов степень окисленности, которая указывает на присутствие уроновых кислот. Непосредственное определение последних в гумус-иллювиальных горизонтах из подзола Карелии и из тундровой слабоподзолистой почвы, однако, показало, что уроновые кислоты составляют только 16-25% (по углероду) от общего количества растворимых в 1,0 н. H2SO4 органических соединений, что далеко не покрывает величину повышенной окисленности. При осторожной нейтрализации кислой вытяжки происходит почти полное осаждение алюминия и уроновых кислот вместе с остальной массой органических веществ, а при дальнейшем слабом подщелочении снова наблюдается полное растворение. Это явление, отмеченное также для кислого фильтрата после осаждения гуминовой кислоты из некоторых подзолистых почв, очень напоминает свойства апокреновой кислоты, описанные Берцелиусом. А высокая степень окисленности органических веществ в кислой вытяжке и всего гумуса в ортштейновых горизонтах находится в приблизительном соответствии с эмпирической формулой апокреновой кислоты по Мульдеру. Эти факты представляют большой интерес, но требуют еще дальнейшего более тщательного изучения. Если декальцинированную почву подвергнуть обработке слабым раствором щелочи, то в раствор, как известно, переходят гуминовая и гиматомелановая кислоты. После осаждения последних при прибавлении соляной или серной кислоты до сильнокислой реакции в фильтрате обнаруживаются в значительном количестве редуцирующие сахара, количество которых увеличивается после кипячения фильтрата, и остаток почвы после щелочной вытяжки показывает соответственно значительное уменьшение гемицеллюлез. В меньшей мере то же явление наблюдается и для гемицеллюлез растительных остатков. Это можно видеть из данных, полученных А.И. Наткиной и нами для черноземов, подзола и степной растительности (табл. 22). Из этих данных можно сделать вывод, что гемицеллюлезы гумуса несравненно легче переходят в щелочной раствор при обработке 0,1 н. NaOH, чем гемицеллюлезы из растительных остатков, где для их извлечения применяется обычно многократное настаивание с 4% NaOH. При осаждении гуминовой кислоты из щелочных вытяжек из почв гемицеллюлезы почти не осаждаются, причем довольно значительная часть гемицеллюлез испытывает гидролиз до простых сахаров. По Маркуссону и Стадникову, значительная часть веществ кислого фильтрата после осаждения гуминовой кислоты из щелочных вытяжек обнаруживает растворимость в спирте. Маркуссон считает этот спиртовой экстракт за «гумалевую» кислоту, которая показывает реакцию на глюкуроновую кислоту и является, по его мнению, составной частью оксицеллюлезы. По предположению Стадникова, эта фракция, возможно, представляет одну из промежуточных стадий между лигнином и гуминовыми кислотами и, может быть, содержит продукты конденсации аминокислот с сахарами - тоже, как одну из стадий образования азотистых гуминовых веществ по гипотезе Мэйара. При обсуждении взглядов о происхождении азотсодержащих гуминовых кислот мы видели, что весьма вероятной является реакция присоединения аминокислот к гуминовой кислоте по месту карбонильных, гидроксильных и карбоксильных групп последней. Теоретически такая жe реакция может иметь место и с гемицеллюлезами, причем, может быть, более вероятно, что в эту реакцию с аминокислотами (и более сложными, первичными продуктами распада белков) вступают не гемицеллюлезы, а частично или полно гидролизованные (под влиянием энзим) продукты их распада, т. е. сахара и уроновые кислоты, имеющие свободные альдегидные и карбоксильные группы. Возможность таких реакций конденсации Сахаров и оксисоединений с аминокислотами вытекает из работ Мэйара и Стадникова. С этой точки зрения, группу «гемицеллюлез» гумуса можно рассматривать, по крайней мере отчасти, как начальные продукты конденсации углеводов и аминокислот, которые при дальнейших превращениях (путем окисления и замыкания циклов) могут привести к азотсодержащим гуминовым кислотам, согласно гипотезе Мэйара, поддерживаемой и Стадниковым. Находясь, однако, в начальных стадиях конденсации, эти продукты более растворимы (в кислотах) и могут легче подвергаться гидролизу и разложению микроорганизмами. Высказанное предположение, конечно, нуждается в экспериментальной проверке; оно, понятно, не исключает возможности присутствия в гумусе гемицеллюлез в собственном смысле этого слова, особенно при наличии неразложившихся растительных остатков. |