大豆根瘤突變體連作土壤中纖維素酶和蔗糖酶活性的變化

郭彥　楊洪雙　張翠等

摘要：以多根瘤及無根瘤的2個大豆突變體為試驗材料，取成熟期正茬、連作1年、連作2年土壤，測定其中的纖維素酶、蔗糖酶活性。結(jié)果表明：連作的年份越久，土壤中的纖維素酶活性越高，且多根瘤大豆土壤中的纖維素酶活性比無根瘤大豆土壤中的高；蔗糖酶則相反，連作的年份越久，無根瘤的大豆土壤中的蔗糖酶活性在整體上越高，其中連作一年土壤中的蔗糖酶活性最低；多根瘤大豆土壤中蔗糖酶活性則隨連作年份的增加而降低。

關(guān)鍵詞：連作土壤；多根瘤；無根瘤；纖維素酶；蔗糖酶；酶活性

中圖分類號： S151.9+4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0083-01

收稿日期：2013-09-21

基金項目：山東省高等學(xué)校科技計劃（編號：J11LC04）；聊城大學(xué)校計劃（編號：X0810024）。

作者簡介：郭彥（1974—），女，吉林松原人，碩士，副教授，主要從事遺傳育種研究。E-mail：gylcu2001@163.com。

通信作者：張文會，男，山東聊城人，博士，教授，主要從事植物生理研究。E-mail：lxyykj@126.com。大豆是一種十分重要的經(jīng)濟作物，但長期連作會導(dǎo)致減產(chǎn)，究其原因主要有：有毒根系分泌物的積累、土壤含鹽量及pH值的失衡等導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，造成土壤板結(jié)，從而影響作物對養(yǎng)分的吸收；土壤變劣，造成土壤微生物及酶活性降低、養(yǎng)分分解作用下降；作物酶活性降低、細胞分裂減緩、膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而影響礦質(zhì)元素的吸收運輸。纖維素酶與蔗糖酶是土壤中的重要酶類，其中纖維素酶主要來源于細菌、真菌體內(nèi)，其活性與微生物的種類及數(shù)量密切相關(guān)；蔗糖酶主要與土壤有機質(zhì)、氮磷含量、微生物數(shù)量及土壤呼吸強度有關(guān)。纖維素酶與蔗糖酶不但能夠表征土壤的生物學(xué)活性強度，而且可以作為評價土壤熟化程度和土壤肥力水平的一個指標[1]。本試驗以大豆多根瘤和無根瘤突變體為試驗材料，以種植1年、2年、3年的土壤為對象，著重研究土壤中纖維素酶和蔗糖酶的活性變化，旨在為大豆連作土壤的研究提供依據(jù)，也希望能為大豆的育種研究提供一些借鑒。

1材料與方法

1.1試驗材料

以多根瘤及無根瘤的2個大豆突變體為試驗材料，取麥田耕層土壤進行盆栽，出苗后置于室外生長，定期澆水，待成熟期收獲植株后保存土壤并繼續(xù)種植，分別獲得正茬、連作1年及連作2年的土壤。共6個處理，每個處理重復(fù)3次，在成熟期收獲植株后取根際土壤，混勻后密封待用。

1.2測定方法

采用硝基水楊酸比色法[1]分別測定纖維素酶及蔗糖酶活性。

2結(jié)果與分析

2.1連作大豆土壤中纖維素酶活性活性的測定

由圖1可知，連作年份越久，土壤中的葡萄糖濃度越高，即土壤中的纖維素酶活性越高；連作年限相同時，多根瘤大豆土壤中的纖維素酶活性比無根瘤土壤的高，可能是由于根瘤可以固氮，因此有根瘤菌存在時，微生物及菌類的種類與數(shù)量比無根瘤的要多，酶活性要相對高些。此外，可能由于連作年份增加，大豆殘體與根系的分泌物積累，使得土壤中的有機質(zhì)及養(yǎng)分含量發(fā)生變化，導(dǎo)致纖維素酶含量發(fā)生波動。

2.2連作大豆土壤中蔗糖酶活性的測定

土壤蔗糖酶與土壤中的有機質(zhì)、氮、磷含量、微生物數(shù)量及土壤呼吸強度有關(guān)。除此之外，影響其活力與含量的因素還有很多。由圖2可知，連作大豆土壤中蔗糖酶活性在無根瘤大豆中呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢；而隨著連作年限的增加，在多根瘤大豆土壤中的蔗糖酶活性逐年降低。這可能是由于隨著連作年份的增加，大豆殘體與根系分泌物積累，使得土壤中的微生物與菌類數(shù)量和種類發(fā)生變化，而土壤養(yǎng)分與有機質(zhì)等因素的變化也可能是由此造成的。此外，連作、根系、根瘤功能的減弱會造成土壤中蔗糖酶活性下降。

3討論

通過本試驗的初步研究可知，連作的時間越久，土壤中的纖維素酶活性越高；連作大豆土壤中的蔗糖酶活性在無根瘤大豆中呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢。這些結(jié)果與前人的研究不大一致[2]，可能是由于試驗時的一些誤差或是土壤樣品的種類不盡相同、時間等其他因素的影響造成的。連作年限相同時，大豆多根瘤品種土壤中纖維素酶活性比無根瘤的纖維素酶活性高；而隨著連作年限的增加，多根瘤大豆土壤中蔗糖酶的活性逐年降低。這可能是因為根瘤的影響造成的，因為根瘤可以固氮，其樣品中的微生物和細菌種類和數(shù)量相對較高，與少根瘤樣品產(chǎn)生的酶含量相比要高一些，同時由于多年連作，根系和根瘤的功能逐漸減弱，因此隨著連作年限的增多，酶含量會成呈逐年下降的趨勢。此外，土壤中的蔗糖酶含量和活性與土壤有機質(zhì)變化、土壤養(yǎng)分、植物的氮、磷、鉀含量有著密切關(guān)系[3]。除此之外，有可能是土壤樣品采集時的取樣部位不相同，也有可能是因為根際效應(yīng)而造成纖維素酶與蔗糖酶活性發(fā)生變化。根際微生物的數(shù)量比相鄰的非根際土壤中的微生物數(shù)量要高，可產(chǎn)生部分效應(yīng)與影響，例如根系分泌物為根際微生物提供了有效營養(yǎng)物質(zhì)，因而對根際微生物有選擇性影響；根系向土壤中分泌各種胞外酶，如蔗糖酶、蛋白酶、尿酶、磷脂酶和硝酸還原酶等。大豆殘體與根系分泌物積累也會對土壤酶活性造成一定影響。纖維素酶與蔗糖酶或許有某種內(nèi)在聯(lián)系。由于連作條件下造成土壤酶活性變化的原因很多，其機理也復(fù)雜，尚待深入研究。

參考文獻：

[1]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[2]傅慧蘭，戰(zhàn)景仁，周日哲，等. 大豆連作對土壤纖維素酶活性的影響[J]. 大豆科學(xué)，1999，18（1）：81-84.

[3]李東坡，武志杰，陳利軍，等. 長期定位培肥黑土土壤蔗糖酶活性動態(tài)變化及其影響因素[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（2）：102-105.