黄土高原植被演替过程中相对土壤酶活性的变化特征

明确土壤相对酶活性在植被恢复过程中的变化特征及影响因素,对客观揭示植被次生演替过程中微生物活性变化特征具有重要意义。利用时空互代法,选取黄土丘陵区植被次生演替过程中农田、草地、灌木、先锋林和顶级群落5个阶段为研究对象,探讨了β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-木糖苷酶(BX)、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、丙氨酸酶转氨酶(ALT)和碱性磷酸酶(AP)7种酶活性变化特征及影响因素。结果表明:在植被次生演替过程中,单位土壤有机碳(SOC)、土壤CBH、BX和NAG酶活性伴随植被次生演替先显著升高后显著降低(P0.05),并在先锋林阶段达到最高点;单位土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)的3种酶活性呈现相反趋势,并在顶级群落阶段最高。相关性分析显示,单位SOC和PLFA土壤CBH、BX和NAG酶活性均与土壤pH显著负相关且与土壤DOC显著正相关(P0.05);单位SOC和PLFA土壤相对酶活性分别与土壤生物因子显著的正相关和负相关(P0.05)。冗余分析表明,土壤中磷含量和碳氮含量分别是单位SOC和单位PLFA土壤相对酶活性变化主要驱动因子。研究结果为进一步揭示次生演替过程中土壤养分循环和质量变化提供新的见解。     

东祁连山高寒草甸土壤酶活性及其化学计量特征对海拔和坡向的响应

研究高寒草甸微尺度海拔和坡向下土壤酶活性及其化学计量特征的变化对于探讨草地生态系统养分循环过程具有重要的生态学意义。以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了7个海拔（2 800,3 000,3 200,3 400,3 600,3 800,4 000 m）和2个坡向（阴坡、阳坡）高寒草甸的土壤酶活性、化学计量特征变化规律及其与土壤理化因子之间的关系。结果表明：海拔和坡向的交互效应对土壤亮氨酸氨基肽酶（LAP）、β-葡萄糖苷酶（BG）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）酶活性、lnBG/ln （NAG+LAP）、lnBG/lnAP和ln （NAG+LAP）/lnAP有显著影响;LAP、AP、BG、POD、lnBG/ln （NAG+LAP）、lnBG/ln （NAG+LAP）随海拔的升高呈先升高后降低,β—1,4—乙酰基氨基葡萄糖苷酶（NAG）和PPO随海拔升高而降低;同一海拔,阳坡土壤AP、BG、POD、PPO酶活性低于阴坡,阳坡土壤NAG酶活性高于阴坡,海拔3 800 m以下阳坡LAP酶活性低于阴坡,除海拔3 000 m和4 000 m外的其他海拔阳坡的土壤lnBG/ln （NAG+LAP）高于阴坡,海拔3 000~3 400 m的土壤lnBG/lnAP和海拔3 000~3 600 m的土壤ln （NAG+LAP）/lnAP在阳坡低于阴坡。相关分析发现,土壤酶活性及其化学计量特征不同程度受土壤C、N、P资源及土壤水分条件等的调控,土壤含水量和有机碳是影响土壤酶活性的主要因子。综上,土壤酶活性及其化学计量特征在微尺度海拔和坡向上具有差异性,且受土壤C、N、P资源及土壤水分条件的综合影响,以土壤含水量和有机碳尤为突出。     

碳和养分添加对亚热带稻田土壤酶活性化学计量学特征的影响

秸秆还田和化肥施用等管理措施将改变农田土壤碳和养分浓度及其化学计量比,进而影响土壤酶活性乃至土壤肥力。为了明确土壤中可利用态碳与氮、磷、硫等营养元素含量变化及其化学计量关系对土壤酶活性的影响,本研究选取亚热带地区典型稻田土壤,通过外源添加葡萄糖和氮磷硫养分试验,测定培养3 d和60 d时参与土壤碳氮磷循环过程的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP) 4种土壤胞外酶活性。结果表明,在添加初期(3 d),葡萄糖添加提高了稻田土壤4种酶的活性;然而,不管是否有葡萄糖加入,稻田土壤酶活性均不受养分添加水平的影响。在培养后期(60 d),葡萄糖添加显著降低高养分添加处理中稻田土壤酶活性;而且添加葡萄糖处理中,土壤4种酶活性均与养分元素添加水平呈显著的负相关关系。在培养60 d时,碳水解酶与氮水解酶的比值([BG+CBH)/NAG]与养分添加水平呈显著正相关关系,表明随着养分添加水平的增加,微生物的氮限制程度减弱。然而,碳水解酶与磷水解酶的比值([BG+CBH)/AP]与养分添加水平之间呈显著负相关关系,这意味着养分添加量的增加加剧了微生物的磷限制作用,导致土壤磷酸酶活性升高。研究结果揭示了土壤酶活性与土壤碳和养分有效性之间的化学计量学耦合关系,对于加强农田土壤养分管理和提升土壤肥力具有重要意义。     

凋落物双倍添加和移除对米槠林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤酶与土壤养分紧密相关,并能够活化土壤中营养元素从而改善土壤环境质量,为更加深入了解全球气候变化背景下森林凋落物数量的变化及其酶化学计量比的影响,以亚热带米槠林为研究对象设计随机区组试验,设置3种凋落物处理(移除凋落物(NRNL)、添加双倍凋落物(NRDL)、保留凋落物(CK)),通过测定土壤微生物生物量碳、氮和水解酶活性(β—葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)),探讨排除根系作用下双倍添加和移除地上凋落物对米槠林土壤养分状况和土壤生态酶化学计量特征的影响。结果表明,与对照(CK)相比,NRDL处理显著提高了CBH和LAP活性,同时提高了土壤总碳(TC)、全氮(TN)、矿质氮、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量氮(MBN)含量,而NRNL处理只降低了土壤MBC含量。同时发现,土壤生态酶化学计量比未受到凋落物输入处理的影响,CK、NRNL和NRDL处理土壤酶活性比ln(βG+CBH)∶ln(NAG+LAP)分别为1.25,1.36,1.30;ln(βG+CBH)∶ln(AP)分别为0.78,0.78,0.83;ln(NAG+LAP)∶ln(AP)分别为0.62,0.58,0.64。相关分析表明,TC、TN、矿质氮、DOC、DON、MBC和MBN分别与βG、CBH、AP和LAP活性呈显著正相关;冗余分析表明,DOC是驱动土壤水解酶活性和化学计量比变化的关键因子。综上,NRDL通过增加土壤DOC的浓度,从而提高土壤水解酶活性,研究结果可为亚热带森林土壤养分管理提供基础数据。     

微池板比色法在多酚氧化酶和β葡萄糖苷酶研究中的应用

微池板比色法具有快速批量测定土壤酶活性的潜力,将其应用在农田土壤纤维素和木质素分解有关的β-葡萄糖苷酶(BG)和多酚氧化酶(PPO)活性测定及酶的温度敏感性(EQ10)的研究,尚未见报道。本文应用微池板比色法,在获取缓冲液酸碱度、培养时间和匀浆液水土比优化参数基础上,测定不同种植制度土壤(棉花连作和苜蓿-柳枝稷轮作)的PPO和BG活性及其温度敏感性,评价微池板比色法在土壤酶学研究中的价值。结果表明:pH7的缓冲液、2 h的培养时间和匀浆液水土比(20∶1)为最优的测定参数,其既满足批量分析要求又可提高测定的准确性。棉花连作与苜蓿—柳枝稷轮作土壤的PPO活性没有显著性差异,但BG酶活性轮作土壤显著高于连作土壤,PPO和BG活性均随温度的升高而增加,同时,两种栽培制度土壤并没有引起两种酶的EQ10发生显著性的差异。本研究结果显示,微池板比色法能够比较快速地同时测定多个土壤、多种酶活性,可作为土壤酶学常规分析技术,同时需要根据土壤的特性适度调整主要测定参数。     

葡萄糖添加对不同演替阶段森林土壤微生物及酶化学计量特征的影响

糖类作为一种重要的根系分泌物,如何影响土壤微生物及酶化学计量特征目前尚不清楚,制约着人们对上述过程的认识。为探究糖类对森林生态系统中土壤微生态环境和酶活性的影响,以黄土高原子午岭地区森林演替先锋(山杨林)、中期(油松林)和气候顶级群落(辽东栎林)为研究对象,通过野外土壤采样、添加3种不同浓度的葡萄糖(0.1,0.5,1 g/kg干土),和室内培养的方法,研究了葡萄糖添加对土壤微生物量和酶活性及化学计量的影响。结果表明:(1)随着森林演替,土壤中速效磷(SAP)、硝态氮(NO^-₃-N)等速效养分显著降低。在葡萄糖影响下,3种林地土壤全氮(TN)降低,山杨林土壤C/N值显著大于油松林和辽东栎林。(2)随着森林演替,山杨林和辽东栎林微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)的值显著大于油松林,均为先减小后增加。随葡萄糖浓度增加,3种林地MBC和MBN均增加,微生物(MBP)呈波动趋势。(3)山杨林和辽东栎林土壤酶活性均显著大于油松林。随葡萄糖浓度增加,油松林和辽东栎林4种酶活性均为先增加后减小。BG/(LAP+NAG)、BG/AP和(LAP+NAG)/AP辽东栎林的值最大,山杨林和辽东栎林的值显著大于油松林。(4)RDA分析表明,土壤酶、微生物量及其酶活性分别与有机质(SOC),MBC有着显著性正相关关系,土壤酶活性(除NAG)与pH值均呈显著负相关。本研究说明碳输入增加了3种林分土壤的激发效应,土壤微生物量增加,降低了土壤TN含量,改变了土壤养分化学计量,进而加剧了油松林地微生物N限制和辽东栎林地微生物P限制,影响根际土壤有机质分解和养分代谢等过程,从而影响了森林演替过程。     

紫色土区不同秸秆还田量对土壤酶活性的影响

为了探明长期秸秆不同还田量下紫色土区土壤酶活性及其主要驱动因子,以持续12年的四川紫色土长期定位试验为依托,设置:秸秆不还田(CK)、30%还田(RMW30)、50%还田(RMW50)和100%还田(RMW100)4个处理,测定了土壤各种酶活性以及土壤理化性质。结果显示,与CK处理比较,RMW100处理显著提高土壤有机质、碱解氮和速效钾含量以及pH。秸秆不同还田量处理均降低了β-纤维二糖苷酶(CBH)、纤维素酶(CL)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化物酶(Perox)活性,提高了磷酸酶(Phos)、硫酸酯酶(Sul)、β-葡糖苷酶(βG)、α-葡糖苷酶(αG)、β-木糖苷酶(βX)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性。随着秸秆还田量的增加,β-纤维二糖苷酶(CBH)活性呈现降低趋势。冗余分析(RDA)显示土壤pH是土壤酶活性变化的主控因子,解释了方差变异的 60.20%,达到显著水平。因此,紫色土区秸秆还田主要是通过土壤pH对土壤酶活性产生影响。秸秆100%还田增加了土壤肥力,提高了土壤pH,是提升紫色土区土壤质量最优的管理措施。     

华北山前平原农田土壤养分循环的酶学调控

土壤酶是推动土壤养分循环的生物催化剂, 研究华北山前平原农田养分循环的酶学调控机制将有助于评价该地区土壤养分状况。试验用土壤取自中国科学院栾城农业生态系统试验站, 分析了土壤脲酶与碱性磷酸酶活性在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm 和30~40 cm 4 个土层中的分布, 研究了土壤粗砂(2 000~200 μm)、粉砂(200~63 μm)、粉粒(63~2 μm)和黏粒(2~0.1 μm) 4 个颗粒组中土壤酶活性与土壤养分之间的相关性。研究结果表明: 土壤脲酶活性与碱性磷酸酶活性均随土壤深度增加而降低, 土壤酶活性随土壤粒径减小而升高。在土壤粗砂和粉砂组分中, 土壤酶活性与养分含量显著相关, 而在土壤粉粒和黏粒组分中, 土壤酶活性与土壤养分含量并不总是显著相关。这些结果说明: 土壤酶活性在土壤养分循环中起到重要的调控作用, 土壤粗砂和粉砂中的土壤酶具有较高的田间实际催化活性, 对土壤养分循环的贡献较大; 与此相反, 土壤粉粒和黏粒中的土壤酶由于土壤无机矿物的吸附作用而失去部分田间催化能力, 降低了其对土壤养分循环的贡献。     

陕西土壤脲酶热力学特征研究

根据土壤脲酶动力学参数与温度的关系,借助于经典酶学理论,较为系统地研究了陕西水稻土、褐土、土脲酶的热力学特征。结果表明,将整个酶促反应划分为酶-底物复合物形成和分解两个阶段分别计算其热力学函数是可行的,得到了更多酶促反应机理方面的信息;不同土样脲酶复合物形成和分解阶段的温度系数Q10、活化能Ea、活化焓ΔH、活化熵ΔS和活化自由能ΔG有明显差异;土壤脲酶的Q10范围为0.82~2.48;两阶段土壤脲酶除个别处理外Ea、ΔH1、ΔH2、ΔS均大于零,揭示出形成和分解阶段酶促反应的有序性较差,混乱度较大,需要外界提供更多能量来完成酶活性部位与反应物的互补契合以及解离,最终完成酶促反应;形成阶段ΔG1和整个反应的ΔG、ΔH均小于零,表明形成阶段和整个酶促反应为一可自发进行的放热反应,总体上不需要外界能量即可完成;各土样分解阶段的ΔG2均大于零,表明土壤类型、肥力状况等对酶促反应的复合物分解过程的可能性无显著影响,复合物分解是酶促反应的限速步骤。可见得到的热力学参数从多方面共同表征了各土样酶促反应机理上的细微差异。     

CO2浓度和温度升高对谷子各生育期土壤氧化还原酶活性的影响

研究CO₂浓度和温度升高对作物各生育期土壤氧化还原酶活性的影响,有助于分析气候变化对土壤养分循环过程的影响。本研究结合人工气候室和盆栽控制实验,模拟3种气候情景（当前环境CO₂浓度和温度、仅CO₂浓度升高、CO₂浓度和温度均升高）和2种水分条件（充分供水和轻度干旱）,研究了谷子（Setaria italica）开花期、开花后10 d、灌浆期和收获期4个生育期土壤氧化还原酶活性对CO₂浓度升高和增温的响应。结果表明,CO₂浓度由400 μmol mol?1升至700 μmol mol?1显著抑制了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者降幅分别为2.86% ~ 7.99%和8.63% ~ 27.00%;而温度由22 ℃增加到26 ℃显著增加了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者增幅分别为2.10% ~ 9.83%和10.03% ~ 24.96%;CO₂浓度升高和增温的交互作用对两种土壤酶活性的影响在谷子4个生育期均无显著影响。谷子生育期对土壤氧化还原酶活性有显著影响,CO₂浓度升高与生育期的交互作用对两种土壤氧化还原酶活性均有显著影响,但增温与生育期交互作用仅对土壤多酚氧化酶活性有显著影响。冗余分析（RDA）结果显示,土壤NH₄+和MBN对土壤多酚氧化酶活性的变化有较高的解释度。CO₂浓度升高抑制土壤氧化还原酶活性,增温提高土壤氧化还原酶活性,两者在多数谷子生育期表现为拮抗作用;谷子生育期影响土壤氧化还原酶活性对气候变化的响应;土壤有效N含量是影响土壤多酚氧化酶活性的重要因素。     

Multiple-substrate enzyme assays: a useful approach for profiling enzyme activity in soils?

This study focuses on the applicability of multiple-substrate enzyme assays to simultaneously determine various soil enzyme activities within one assay. Mineral soils from agricultural field sites differing in soil properties and management were used to optimise substrate composition and concentration of 4-methylumbelliferone and 7-amino-4-methylcoumarin derivatives as model substrates. In contrast to conventional assays, enzyme activity was measured at soil pH since optimum pH is not more applicable using a multiple-substrate approach. Furthermore, enzyme activity was not calculated from the product formed but from substrate decrease. After incubation the added substrates were re-extracted, separated by high-performance liquid chromatography and quantified by UV-absorption at 320 nm. This approach allows simultaneous measurement of the activity of β-d-glucosidase, N-acetyl-β-d-glucosaminidase, β-d-glucuronidase, β-d-xylosidase, phosphomonoesterase, sulfoesterase and leucine-aminopeptidase within one assay and with sufficient accuracy. However, incomplete re-extraction due to adsorption of substrates to the soil matrix was observed. In addition, certain competitive inhibition effects due to chemically similar substrates were found. Compared to conventional methods, no distinct differences in enzyme activity profile were detected, with both assays—conventional and multiple-substrate approach—leading to similar differentiation among the investigated soils. In conclusion, the multiple-substrate approach may serve as time-saving alternative to standard enzyme assays in mineral soils. Certainly, since the multiple-enzyme assay is conducted at soil pH, the procedure leads to reduced comparability of soils with contrasting pH values.     

防治蔬菜枯萎病的芽孢杆菌对植物体内酶活性的影响

将拮抗菌制成液体培养,黄瓜、西瓜、青椒经处理后测定其体内几种酶活性的变化研究结果表明,3种植物经5个菌株的液体培养处理后,其多酚氧化酶、过氧化氢酶、β-1,3-葡聚糖酶活性比对照均有明显提高,98-Ⅱ和96-Ⅱ使青椒、黄瓜多酚氧化酶活性分别提高477.78％和150.00％;96-Ⅱ和94-Ⅲ使黄瓜过氧化氢酶活性分别提高419.64％和115.66％;94-Ⅱ使西瓜过氧化氢酶活性提高109.24％;98-Ⅰ使黄瓜β-1,3-葡聚糖酶活性提高23.90％。拮抗菌处理后诱导植物体内产生一些有益于植物抗病性增强的生理生化反应,是拮抗菌制剂防病的机理之一。     

重金属对土壤微生物酶活性的影响

本文通过含有不同浓度的铜、铅、砷、镉 4种重金属的大豆、小麦盆栽试验 ,采用气相色谱方法测定土壤微生物酶活性 .结果表明 :低浓度的重金属能够提高固氮酶和反硝化酶的活性 ,而高浓度的重金属对上述二种酶有强烈的抑制作用     

Cellulase dynamics in a desert soil

A field study was conducted in the Negev Desert over three seasons: June (summer), October (autumn), and April (spring). Cellulose of plant or paper origin was added to the study soils. The concentration of cellulase in the soil was determined by monitoring the rate of solubilization of chromophoric molecules covalently linked to artificial insoluble cellulose (cellulose-azure). The amount of CO₂ evolved from the soil was also evaluated at 60-day intervals.In this paper, we demonstrate that significant differences (p<0.01) in the cellulase concentration in desert soils are mainly due to the time period during which organic matter was incorporated into the soil. Data are presented showing changes in cellulase concentrations in the soil as a response to different cellulose sources (plant and paper origin) throughout the year.The results of our field experiments show that the cellulase concentration in the soil surrounding cellulose (paper) is higher during the summer than during the other seasons. The concentration of cellulase associated with fresh organic matter was found to be double that associated with paper. CO₂ evolution was higher in soil samples supplemented with organic matter than in control samples. This study demonstrates that the concentration of cellulase in desert soil changes over the year and is influenced by the cellulose source and by the quality of the cellulose incorporated in the soil.     

Structure and function of microbial communities in the rhizosphere of Scots pine after tree-felling

We evaluated changes occurring in the rhizosphere microbial communities of Scots pine (Pinus sylvestris L.) due to tree-felling and decrease of the photosynthetic C flow into the soil under field conditions over one growing season. Samples were taken from tree rhizospheres, freshly felled stump rhizospheres and bulk soil. We used culture dependent (CFU counts, community level physiological profiles, CLPPs) and independent methods (fluorogenic MUF-substrates, PLFA pattern and PCR-DGGE) to monitor the microbial communities in soil samples. The numbers of cultivable bacteria and amounts of phosphatase activity in the rhizosphere of trees were significantly higher compared with those in the bulk soil. The organic C consuming community measured by CLPP was stimulated directly after the tree-felling in stump rhizospheres; utilization of the disintegration components of cellulose, hemicellulose and chitin increased. Furthermore, bacterial and fungal biomass as well as chitin decomposers (CFU) increased in the stump rhizosphere. After 11 weeks of tree-felling the stump rhizosphere soluble PO₄-P and NH₄-N as well as amounts of total C and N began to resemble the concentrations measured in the bulk soil. However, the stump rhizosphere community structure detected by PLFA and PCR-DGGE still resembled that of the tree rhizosphere.     

杀虫双对土壤脲酶活性特征的影响

通过模拟方法研究杀虫双对土壤脲酶活性特征参数的影响。结果表明 :不同生态区域土壤脲酶特征具有明显差异。杀虫双明显抑制脲酶活性 ,且随浓度增加 ,脲酶活性、酶促反应的Vmax、Vmax/Km、k减小 ,Km 增大 ,除 6号土样的Km 处理外均达到显著或极显著相关 ,揭示出脲酶特征参数可从不同角度表征杀虫双对土壤脲酶活性的影响 ,获得其作用机理为混合型抑制。脲酶活性ED50 值与土壤有机质、全氮和全磷呈现显著或极显著正相关关系 ,表明高有机质含量的土壤可明显减轻杀虫双的污染。     

腐植酸共聚物对土壤酶活性的影响

对使用腐植酸共聚物改良后土壤酶活性进行了研究。实验结果表明改良后的土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和多酚氧化酶的活性增强。土壤酶活性的提高表明改良后的土壤结构、性能更适宜土壤微生物的繁殖和生长 ,土壤中的微生物量增加。     

种植转双价抗真菌基因水稻对根际微生物群落及酶活性的影响

对转几丁质酶和葡聚糖酶双价抗真菌基因抗病水稻七转39种植后的根际土壤微生物群落和酶活性进行了分析。研究结果表明,七转39根内生真菌和细菌数量显著低于非转基因阴性对照七丝软粘和常规水稻竹籼B,根际土壤中真菌和细菌数量也少于七丝软粘,与竹籼B数量接近。在水稻抽穗期测定,转基因水稻根际土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性以及可溶性有机质、氮、磷含量均与对照无显著差异。转基因水稻残体腐解过程中土壤腐殖酸含量变化与七丝软粘一致。与对照相比, 种植七转39未对下茬水稻的生长产生显著影响。     

一株产高温蛋白酶耐热菌BY25的产酶条件与酶学性质研究

对菌株BY25的生长条件、产酶条件及其产生的蛋白酶的酶学性质进行了研究。结果发现,BY25的最高生长温度为55℃,最适生长温度为50℃,最佳产酶温度为30℃,最佳培养起始pH为8.0,最佳C源为葡萄糖,高通气量明显提高菌株产酶能力。在以上条件下培养52 h,上清液蛋白酶活力达4 170 U/ml。酶学性质研究表明：该蛋白酶为高温中性金属蛋白酶,最适反应pH为7.0,最适反应温度为55℃,具有良好的pH耐受性和较好的热稳定性;EDTA能强烈抑制酶活力,而Fe2+、Cu2+对酶活力也具有一定抑制作用。