Formation of adenylate energy charge [AEC] versus the fluorine content in forest soil in the area affected by emission from Police Chemical Plant

Activity of most enzymes of the key-metabolic pathways depend on the content of adenine nucleotides, such as ATP, ADP and AMP, in cells. Based on the level of these nucleotides, the adenylate energy charge (AEC) was defined as AEC = ([ATP] + 0.5[ADP]) : ([ATP] + [ADP] + [AMP]). Theoretically, AEC values can range from 0 to 1 and represent the physiological state of a soil microbial population. Soil microorganisms and the enzymes they secrete are connected with biological processes which form soil fertility in all ecosystems, including forests. Forests are such ecological systems which are an integral complex and their dysfunction could be caused by permanent influence of anthropogenic factors, including industrial emission of gases and dusts. The aim of this study was the determination of changes in adenylate energy charge values and fluorine content in the humus layer of forest-podsol soils affected by the emission of Police Chemical Plant. During a year, soil samples were taken five times (in October 2007, February, April, June and September 2008) from five different sites Wkrzańska Forest near Węgornik, Tatynia, Tanowo, Trzeszczyn and Mścięcino. In the samples, concentration of fluorine, both water-soluble (extracted by 0.01 M CaCl2) and potentially accessible to plants (extracted by 2 M HClO4), was assayed by potentiometry. Additionally, the content of adenine nucleotides was assayed by chromatography. Based on the content of nucleotides, adenylate energy charge values in soil were calculated. The AEC values and fluorine content in soil depended on a distance from the emitter and the dates on which the samples were taken. In order to determine the relationships between the fluorine content and AEC values, Pearson’s correlations coefficients were calculated. Between the fluorine (both, water-soluble and plant available) content and AEC values there was a signifficant negative correlation, which could mean that AEC is a very good indicator of the fluorine content in soil.

Aktywność większości enzymów kluczowych szlaków metabolicznych zależna jest od zawartości w komórce nukleotydów adeninowych: ATP, ADP i AMP. Na podstawie zawartości tych nukleotydów zdefiniowano pojęcie ładunku energetycznego komórki (AEC), jako: AEC = ([ATP] + 0,5[ADP]) : ([ATP] + [ADP] + [AMP]). Teoretycznie wartości AEC mieszczą się w przedziale od 0 do 1 i obrazują stan fizjologiczny populacji mikroorganizmów glebowych. Właśnie z mikroorganizmami i wydzielanymi przez nie enzymami są związane biologiczne procesy kształtujące żyzność gleby we wszystkich ekosystemach, w tym ekosystemach leśnych. Lasy są układami ekologicznymi stanowiącymi pewną całość pod względem przyrodniczym, a zachwianie ich funkcjonowania może następować w wyniku trwałego wpływu czynników antropogenicznych, w tym emisji przemysłowych o charakterze gazowym i pyłowym. Celem badań było określenie zmian wielkości ładunku energetycznego komórki oraz zawartości fluoru w warstwie próchnicznej leśnych gleb bielicowych objętych emisją Zakładów Chemicznych Police S.A. W ciągu roku pobrano pięciokrotnie (październik 2007, luty, kwiecień, czerwiec i wrzesień 2008) próbki glebowe z terenów Puszczy Wkrzańskiej w okolicach Węgornika, Tatyni, Tanowa, Trzeszczyna, Mścięcina oraz oznaczono w nich potencjometrycznie zawartość fluoru rozpuszczalnego (ekstrahowanego 0,01 M CaCl2) i potencjalnie dostępnego dla roślin (ekstrahowanego 2 M HClO4), a także chromatograficznie zawartość nukleotydów adeninowych. Na podstawie zawartości nukleotydów obliczono wielkość ładunku energetycznego komórki w glebie. Wielkość AEC oraz zawartość fluoru w glebie była determinowana odległością od emitora oraz terminem pobierania próbek. W celu określenia zależności między zawartością fluoru a wielkością AEC obliczono współczynniki korelacji liniowej Pearsona. Na ich podstawie stwierdzono istotną ujemną zależność między zawartością w glebie fluoru (zarówno rozpuszczalnego, jak i potencjalnie dostępnego dla roślin) a wielkością ładunku energetycznego komórki, co może świadczyć o tym, iż AEC jest bardzo dobrym wskaźnikiem zawartości fluoru w glebie.