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ペルオキシダーゼ酵素とフェントン反応の相乗効果により、土壌有機物の嫌気性酸化が大幅に増加した
Synergy effect of peroxidase enzymes and Fenton reactions greatly increase the anaerobic oxidation of soil organic matter.
PMID: 32647197 PMCID: PMC7347925. DOI: 10.1038/s41598-020-67953-z.
抄録
チリ南部の温帯雨林土壌（38℃）では、酸素（O）制限下での土壌有機炭素（SOC）の鉱化率が高い。我々は、二酸化炭素(CO)の放出につながる無酸素条件下でSOCの鉱化を促進すると仮定して、フェントン反応と2つの酵素マンガンペルオキシダーゼ(MnP)とリグニンペルオキシダーゼ(LiP)の活性の複合的な効果を研究した。これらのメカニズムは、微生物が存在しない環境下でSOCの酸化を競合させてフリーラジカルを生成する。本研究では、温帯雨林土壌の好気性および嫌気性条件下（20℃、36時間）で、MnPとLiPを併用したフェントン反応によるCO放出量を定量した。フェントン反応および酵素活性によって放出されたCOレベルは、個々の処理におけるフェントン反応およびペルオキシダーゼ酵素によって放出されたCOレベルよりも8倍高かった。好気性土壌の培養下で放出されたCOの約31%は生物学的(殺菌された土壌)であり、69%は生物学的(殺菌されていない土壌)であり、嫌気性条件下では17%と83%のそれぞれの値が記録された。相対的な蛍光強度は明らかにフェントン反応による-OHラジカルの生成を示している。結論として、温帯雨林土壌では、フェントン反応と結合したMnPとLiPのレベルが、長期にわたる酸素制限下でSOCの鉱化を強力に増加させることが明らかになった。
In temperate rainforest soils of southern Chile (38 °S), there are high rates of soil organic carbon (SOC) mineralization under oxygen (O) limitation. We study the combined effects of Fenton reactions and the activity of two enzymes manganese peroxidase (MnP) and lignin peroxidase (LiP), which was hypothesised potentiate SOC mineralization under anoxic conditions leading to carbon dioxide (CO) release. Both mechanisms produce free radicals when competing for SOC oxidation in the absence of microorganisms. We quantify the CO release by induced Fenton reactions in combination with MnP and LiP under aerobic and anaerobic conditions (20 °C, 36 h) in temperate rainforest soils. CO levels released by Fenton reactions and enzyme activity were eight times higher than those released by Fenton reaction and peroxidase enzymes in individual treatment. Approximately 31% of the CO released under aerobic soil incubation was found to be abiotic (sterilized), while 69% was biotic (non-sterilized soils), and respective values of 17% and 83% were recorded under anaerobic conditions. The relative fluorescence intensity clearly shows ·OH radicals production from Fenton reactions. In conclusion, levels of MnP and LiP coupled with Fenton reactions strongly increase SOC mineralization under long periods of O limitation in temperate rainforest soils.