Электронная микроскопия электрофоретических фракций природных гуминовых кислот – ключ к разгадке их структурной организации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) с негативным контрастированием препаратов раствором уранилацетата была использована для изучения морфологических различий между почвенными гуминовыми кислотами (ГК) и их фракциями A, B и C + D, полученными сочетанием препаративной эксклюзивной хроматографии низкого давления и аналитического электрофореза в полиакриламидном геле. Электрофоретическая подвижность фракций изменялась в порядке C + D > B > A. Анализ распределения различных морфологических элементов между фракциями показал, что крупные структуры типа везикулоподобных образований длиной 70–150 нм и шириной 30–80 нм с четкими краями были обнаружены исключительно во фракции A и занимали ~55% площади ПЭМ-изображений. С другой стороны, длинные фибриллы длиной 60–100 нм, шириной 4–6 нм и толщиной 2–3 нм, а также их пучки длиной >150 нм и диаметром 30–70 нм были идентифицированы только во фракции C + D и занимали ~59% площади ПЭМ-изображений. Более мелкие морфологические элементы, такие как точечные частицы диаметром 2–3 нм, кольцевые частицы диаметром 4–6 нм, червеподобные короткие частицы длиной 20–30 нм и сфероиды диаметром 10–30 нм, наблюдали во всех образцах, но в различном количестве. Значительные морфологические различия между фракциями могут быть объяснены их составом, установленным ранее с помощью комплекса физико-химических методов. Отношение Cаром(165–108 м.д.)/Cалиф(10–0 м.д.), или индекс ароматичности, рассчитанный на основании 13С-ЯМР, является одним из вероятных показателей формирования различных морфологических структур. Полученные результаты дают визуальное представление о морфологических особенностях почвенных ГК и фракций, доказывая их супрамолекулярную организацию.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Е. Трубецкая

Филиал ФГБУН “Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: olegi03@yahoo.com
Россия, 142290 Пущино, просп. Науки, 6

О. М. Селиванова

ФГБУН “Институт белка” РАН

Email: olegi03@yahoo.com
Россия, 142290 Пущино, просп. Науки, 4

В. В. Рогачевский

ФГБУН “Институт биофизики клетки” РАН

Email: olegi03@yahoo.com
Россия, 142290 Пущино, просп. Науки, 3

О. А. Трубецкой

ФГБУН “Институт фундаментальных проблем биологии” РАН

Email: olegi03@yahoo.com
Россия, 142290 Пущино, просп. Науки, 2

Список литературы

  1. Кононова М.М. // Органическое вещество почв. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.
  2. Wershaw R.L. Evaluation of Conceptual Models of Natural Organic Matter (Humus) From a Consideration of the Chemical and Biochemical Processes of Humification, U.S. Geological Survey, Reston, VA. 2004. Scientific Investigations Report No. 2004-5121.
  3. Kleber M., Johnson M.G. // Adv. Agron. 2010. V. 106. Р. 77–142. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(10)06003-7
  4. Stevenson F.J. // Humus chemistry – Genesis, Composition, Reactions (2nd ed.). New York, John Wiley. 1994. 496 p.
  5. Schmidt M.W.I., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A., Kleber M., KӧgelKnabner I., Lehmann J., Manning D.A.C., Nannipieri P., Rasse D.P., Weiner S., Trumbore S.E. // Nature. 2011. V. 478. Р. 49–56. https://doi.org/10.1038/nature10386
  6. Zepp R.G., Schlotzhauer P.F., Sink R.M. // Environ. Sci. Technol. 1985. V. 19. P. 74–81.
  7. Христева Л.А., Пшеничный А.Е., Пивоваров Л.Р. // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Изд-во Харьковского ун-та, 1957. С. 109– 126.
  8. Canellas L.P., Piccolo A., Dobbss L.B., Spaccini R., Olivares F.L., Zandonadi D.B., Façanha A.R. // Chemosphere. 2010. V. 78. P. 457–466. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.10.018
  9. Martinez-Balmon D., Spassini R., Aguiar N.O., Novotny E.H., Olivares F.L., Canellas L.P. // J. Agric. Food Chem. 2014. V. 62. P. 11412–11419. https://doi.org/10.1021/jf504629c
  10. Boyle E.S., Guerriero N., Thiallet A., Vecchio, R.D., Blough N.V. // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 43. P. 2262–2268. https://doi.org/10.1021/es803264g
  11. Alberts J.J., Takacs M. // Org. Geochem. 2004. V. 35. P. 243–256. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2003.11.007
  12. Lehmann J., Kleber M. // Nature. 2015. V. 528. Р. 60–68. https://doi.org/10.1038/nature16069
  13. Kleber M., Lehmann J. // J. Environ. Qual. 2019. V. 48. P. 207–216. https://doi.org/10.2134/jeq2019.01.0036
  14. Haworth R.D. // Soil Sci. 1971. V. 111. Р. 71–79. https://doi.org/10.1097/00010694-197101000-00009
  15. Schulten H.R., Schnitzer M. // Soil Science. 1997. V. 162. P. 115–130.
  16. MacCarthy P. // Soil Sci. 2001. V. 166. Р. 738–751. https://doi.org/10.1097/00010694-200111000-00003
  17. Kleinhempel D. // Archives of Agronomy and Soil Science. 1970. V. 14. P. 3–14.
  18. Farmer V.C., Pisaniello D.L. // Nature. 1985. V. 313. P. 474–475. https://doi.org/10.1038/313474a0
  19. Shnitzer M., Neyroud A. // Fuel. 1975. V. 54. P. 17–19.
  20. Saiz-Jimenez C. // Environ. Sci. Technol. 1994. V. 28. P. 197–200.
  21. Schnitzer M. // Soil Sci. 1991. V. 151. P. 41–58.
  22. Стид Д.В., Этвуд Д.Л. // Супрамолекулярная химия (в 2 т.). М.: Академкнига, 2007.
  23. Wershaw R.L. // J. Contam. Hydrol. 1986. V. 1. P. 29–45. https://doi.org/10.1016/0169-7722(86)90005-7
  24. Piccolo A. // Soil Sci. 2001. V. 166. P. 810–832.
  25. Kingery W.L., Simpson A.J., Hayes M.H.B., Hayes M.A., Locke M.A., Hicks R.P. // Soil Sci. 2000. V. 165. P. 483–494.
  26. Simpson A.J., Kingery W.L., Hayes M.H., Spraul M., Humpfer E., Dvortsak P., Kerssebaum R., Hofmann M. // Naturwissenschaften. 2002. V. 89. P. 84–88.
  27. Piccolo A., Conte P., Trivellone E., Van Lagen B. // Environ. Sci. Tech. 2002. V. 36 Р. 76–84. https://doi.org/10.1021/es010981v
  28. Trubetskoj O.A., Trubetskaya O.E., Afanas’eva G.V., Reznikova O.I., Saiz-Jimenez C. // J. Chromatogr. A. 1997. V. 767. P. 285–292. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(97)00019-8
  29. Trubetskaya O.E., Trubetskoj O.A., Afanas’eva G.V., Reznikova O.I., Markova L.F., Muranova T.A. // Environ. Int. 1998. V. 24. P. 573–581. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(98)00036-1
  30. Saiz-Jimenez C., Hermosin B., Trubetskaya O., Reznikova O., Afanas’eva G., Trubetskoj O. // Geoderma. 2006. V. 131. P. 22–32. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.03.001
  31. Richard C., Trubetskaya O.E., Trubetskoj O.A., Reznikova O.I., Afanas’eva G.V., Aguer J.-P., Guyot G. // Environ. Sci. Technol. 2004. V. 38. P. 2052–2057. https://doi.org/10.1021/es030049f
  32. Trubetskoj O.A., Hatcher P.G., Trubetskaya O.E. // Chem. Ecol. 2010. V. 26. P. 315–325. https://doi.org/10.1080/02757541003785825
  33. Trubetskoj O.A., Richard C., Guyot G., Voyard G., Trubetskaya O.E. // J. Chromatogr. A. 2012. V. 1243. P. 62–68. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2012.04.043
  34. Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1057–1064. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090088
  35. Orlov D.S., Ammosova Ya.M., Glebova G.I. // Geoderma. 1975. V. 13. P. 211–229. https://doi.org/10.1016/0016-7061(75)90019-1
  36. Stevenson I.L., Schnitzer M. // Soil Sci. 1982. V. 133. P. 179–185. https://doi.org/10.1097/00010694-198203000-00007
  37. Stevenson I.L., Schnitzer M. // Soil Sci. 1984. V. 138. P. 123–126.
  38. Kerner M., Hohenberg H., Ertl S., Reckermannk M., Spitzy A. // Nature. 2003. V. 422. P. 150–154. https://doi.org/10.1038/nature01469
  39. Dong V., Wan L., Cai J., Fang Q., Chi V, Chen G. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 10037. https://doi.org/10.1038/srep10037
  40. Vasiliev V.D., Selivanova O.M., Baranov V.I., Spirin A.S. // FEBS Lett. 1983. V. 155. P. 167–172. https://doi.org/10.1016/0014-5793(83)80232-4
  41. Peschek J., Braun N., Franzmann T.M., Georgalis Y., Haslbeck M., Weinkauf S., Buchner J. // PNAS. 2009. V. 106. Р. 13272–13277. https://doi.org/10.1073/pnas.0902651106
  42. Selivanova O.M., Surin A.K., Marchenkov V.V., Dzhus U.F., Grigorashvili E.I., Suvorina M.Y., Glyakina A.V., Dovidchenko N.V., Galzitskaya O.V. // J. Alzheimers Dis. 2016. V. 54. P. 821–830. https://doi.org/10.3233/JAD-160405
  43. Galzitskaya O.V., Selivanova O.M. // J. Alzheimers Dis. 2017. V. 59. P. 785–795. https://doi.org/10.3233/JAD-170230
  44. Traina S.J., Novak J., Smeck N.E. // J. Environ. Qual. 1990. V. 19. P. 151−153. https://doi.org/10.2134/jeq1990.004724250019000 10023x
  45. Трубецкая О.Е., Трубецкой О.А. // Почвоведение. 2021. № 7. С. 862–870. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060150

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электрофорез ГК чернозема и фракций А, В, C + D в 10%-ном ПААГ (а); фракционирование ГК на колонке с сефадексом G-75 (б); спектры поглощения ГК и фракций при концентрации препаратов 20 мг/л (в); 13С-ЯМР-спектры (г) и распределение интенсивности флуоресценции препаратов при освещении УФ-светом длиной волны 312 нм (д).

Скачать (156KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ПЭМ-изображения препаратов ГК чернозема и фракций А, В, C + D. Номера 1–7 соответствуют порядковым номерам морфологических форм, представленных в табл. 2: точечные частицы (1), кольцевые частицы (2), червеподобные частицы (3), сфероиды (4), капельные везикулоподобные образования (5), длинные фибриллы (6), пучки длинных фибрилл (7). Индекс ароматичности (ИА), т.е. Саром/Салиф, рассчитан на основании 13С-ЯМР-спектров по соотношению площадей над областями химических сдвигов ароматического (165–108 м.д.) и алифатического (108–0 м.д.) углерода согласно нашим ранее опубликованным данным [32].

Скачать (273KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ПЭМ-изображения точечных (1) и кольцевых (2) частиц на различных микрофотографиях препаратов ГК чернозема и фракций А, В, C + D; примеры червеподобных частиц (3), сфероидов (4), длинных фибрилл в двух разных проекциях (6), а также пучков длинных фибрилл (7).

Скачать (127KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах