外源植酸酶在土壤固-液相的活性分配及其有机磷水解效应

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在农田生态系统中,磷(P)是植物生长的主要限制因子之一。由于无机P容易与土壤中的阳离子反应而降低其生物有效性,有机P的保持和供应能力即愈显重要。植酸是土壤中含量最丰富的有机P化合物,常占土壤总有机P量的50%以上,在植物P素供应中发挥着重要的作用。然而,植酸只有在植酸酶的作用下水解成无机磷酸盐,才能被植物和微生物吸收利用。植物本身没有分泌植酸酶的能力,而土壤微生物是土壤植酸酶的重要来源。因此,探讨外源植酸酶在土壤固相、液相中的活性分配及其影响因素,对探明植酸酶的稳定性和植酸的生物有效性具有重要意义。本论文以“鹰潭农田生态系统国家野外科学观测站”的红壤、“辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站”的棕壤以及“中国科学院沈阳应用生态研究所褐土长期试验基地”的褐土为平台,将其分别脱粘粒和脱有机质后作为参比土壤,采用室内培养试验、土壤化学和土壤酶学等方法,重点探讨了外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性的影响、外源植酸酶活性固—液相分配的微生物学和酶学机理、固—液相植酸酶在有机P水解中的效应等。本论文主要的研究结果如下:  1.外源植酸酶在土壤固—液两相活性分配特征不同。随着培养时间的增加,酶活性的液相分配比率逐渐降低,固相分配比率升高,但固相酶活升高到一定阶段开始下降。在不同土壤中,固相吸附大小依次为红壤>棕壤>褐土(有机质含量趋势一致);但同一种土壤的不同处理中,脱有机质土壤的固相吸附数值很小,说明粘粒在酶的吸附中起的作用不大;脱粘粒土壤的固相吸附数值介于原土和脱有机质的土壤之间,即大于脱有机质土壤而小于原土,可以说明有机质对酶的吸附作用强于粘粒,而原土的固相吸附最大,表明土壤对酶的吸附是有机质和粘粒共同起作用;  2.通过室内培养试验,添加外源植酸酶后,土壤悬液的蛋白酶和脱氢酶活性变化不同。其中,蛋白酶的活性显著降低,并与植酸酶活性呈显著的正相关关系;而脱氢酶活性显著增加,并与植酸酶活性呈显著的负相关关系。结果表明是微生物,而非蛋白酶在植酸酶活性降低中发挥重要作用;  3.添加外源植酸酶后,土壤中液相和固相有机磷呈现不同的变化趋势。在土壤液相中有机磷含量显著地增加,可能来自液相微生物有机P合成和固相有机P溶解。与液相有机磷变化相比,固相有机磷显著地降低,可能是外源植酸酶对固相有机磷具有一定的水解作用。在三种供试原土中,变化率大小顺序为褐土<棕壤<红壤,同时,在三种不同的处理中,变化率大小顺序为原土>脱粘粒土壤>脱有机质土壤;  4.外源植酸酶的添加对不同土壤磷酸酶活性的影响不同。在8天的培养过程中,红壤酸性磷酸单酯酶活性极显著增加,因为植酸酶添加改善了土壤微生物的营养条件而促进了微生物分泌更多的酸性磷酸单酯酶;棕壤磷酸二酯酶活性极显著增加,表明棕壤环境更利于磷酸二酯酶活性的活性增加,原因是因为植酸酶的添加促进了土壤中磷酸单酯的水解,而磷酸单酯酶又是二酯酶水解作用的产物,产物的减少促进了酶促反应的正向进行,导致磷酸二酯酶活性增加;而褐土碱性磷酸单酯酶活性极显著增加,说明较低的有机质含量以及较高的有效磷含量刺激微生物分泌更多的碱性磷酸单酯酶。
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