凋落物分解中酶活性影響因素研究

楊林

（內(nèi)江師范學院，四川內(nèi)江 641100）

凋落物分解是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)。凋落物的分解有利于保持生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)平衡[1]。凋落物是植物和微生物以及土壤動物的主要養(yǎng)分來源，凋落物的分解是其中最主要的環(huán)節(jié)之一。凋落物的分解包括3個過程：淋洗作用、機械破碎、土壤腐食動物的消化和腐生營養(yǎng)微生物的酶解，而凋落物的最終分解是在土壤酶系統(tǒng)的作用下完成的[2]。

凋落物分解中酶活性是目前研究的重點和熱點。酶活性的提高有利于凋落物和土壤有機物質(zhì)的分解、養(yǎng)分釋放，對于維持森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動及提高森林土壤肥力具有重要意義[3]。

1 凋落物分解酶活性的研究方法

凋落物分解酶活性測定方法主要基于土壤酶學建立，其研究原理與土壤酶活性研究相似，具體包括2種方法。（1）分光比色分析法。這是一種傳統(tǒng)的測定方法，基本原理為水解酶與底物混合經(jīng)培養(yǎng)后產(chǎn)生某種帶顏色的生成物，并在某一吸收波長下產(chǎn)生特征吸收峰，最后用分光光度計測定生成物的含量[4-7]。例如，合成底物與對硝基酚以化學鍵相連的物質(zhì)，當酶與底物反應(yīng)后釋放出對硝基酚，再通過對硝基酚的吸光系數(shù)測定酶活性[8]。（2）熒光分析法。這種方法的主要原理是以螢光團標記底物作為探針，通過熒光強度的變化反映酶活性。方法是直接從凋落物中提取酶，再按測定土壤酶活性的方法進行研究。先將凋落物放入裝有緩沖液的容器內(nèi)進行震蕩培養(yǎng)，經(jīng)離心、過濾后制成粗提取液，最后根據(jù)土壤中酶活性的測定方法進行測定[9]。

2 影響凋落物分解酶活性的因素

2.1 生物因素對凋落物分解酶活性的影響

凋落物分解酶的來源復(fù)雜，種類繁多，其中有些酶是來自于微生物的釋放。凋落物分解時其環(huán)境中會存在許多微生物，如細菌、真菌、放線菌等[10]。而這些微生物會對凋落物產(chǎn)生一定的作用，從而有利于凋落物的分解，同時也影響著凋落物分解酶活性?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)白腐菌是木質(zhì)素降解能力很強的真菌，從黃孢原毛平革菌中分離純化可以得到兩種降解木質(zhì)素的酶系：木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）、錳過氧化物酶（MnP）。此外，還發(fā)現(xiàn)許多種類的半知菌能夠產(chǎn)生漆酶（Laccase）等可以對凋落物進行分解。由此可見，微生物對分解凋落物的酶的活性有著顯著的影響[11]。

土壤動物也會對土壤酶活性造成一定影響。馮瑞芳等人[12]研究土壤節(jié)肢動物對箭竹凋落葉分解過程中酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)土壤節(jié)肢動物參與顯著提高了凋落葉分解過程中蔗糖酶、β-葡聚糖苷酶、纖維素酶、多酚氧化酶、過氧化物酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性。蘇永春等人[13]也發(fā)現(xiàn)，脫氫酶、過氧化氫酶與蜱螨類和土壤動物總數(shù)具有較強的相關(guān)性，轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶與彈尾類動物數(shù)量相關(guān)性較強。

2.2 非生物因素對凋落物分解酶活性的影響

2.2.1 pH對凋落物分解酶活性的影響

酶大多是蛋白質(zhì)，pH的變化可顯著影響到酶中氨基酸側(cè)鏈的解離，從而影響酶的活性。每種酶都有其最適pH，過高或過低都會影響酶活性。pH還會影響底物和輔酶的溶解與解離，在顯色反應(yīng)中還影響著生成物的摩爾吸光度，從而影響酶的活性[14]。劉炳君等[15]通過調(diào)節(jié)茶園土壤pH發(fā)現(xiàn)，土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶活性隨pH升高而增強。

2.2.2 溫度對凋落物分解酶活性的影響

溫度對凋落物分解酶活性有著顯著影響，在不同的溫度下酶的活性不同，同一溫度下不同酶的活性也不同。溫度不僅可以通過影響微生物的活性間接影響凋落物分解酶的活性，也可以直接影響凋落物分解酶的內(nèi)部構(gòu)型，從而影響凋落物分解酶活性。已發(fā)現(xiàn)冷杉林表層過氧化氫酶活性在7月最高，脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均是10月最高；白樺林表層土壤蔗糖酶活性7月最高，多酚氧化酶10月最高，脲酶和過氧化氫酶活性4月最高；說明不同的酶對溫度敏感性不同，也說明了溫度對凋落物分解酶活性有著顯著影響[16]。即使凋落物長期存在4 ℃下，不同酶的活性也會發(fā)生不同的變化，甚至在-20 ℃下，酶活性也會隨著時間的變化而變化[17]。

2.2.3 礦物質(zhì)對凋落物分解酶活性的影響

隨著大量礦石燃料的利用，大氣中的氮含量增加。氮沉降增加對森林凋落物分解酶活性有顯著的影響。目前普遍認為，隨著氮沉降增加，磷酸酶類活性也隨之增加[18]。

3 凋落物分解過程中酶活性動態(tài)變化

凋落物的成分復(fù)雜，有簡單的多糖以及O、P、K等營養(yǎng)物，也有復(fù)雜的、難分解的纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素和木質(zhì)素的含量較高。在凋落物分解的不同階段，酶活性不同：當?shù)蚵湮镩_始分解時，分解簡單多糖的酶活性較高，隨著簡單多糖的不斷分解和消耗，一些物質(zhì)不斷生成，改變環(huán)境條件，從而使分解簡單多糖的酶活性降低；然后，纖維素分解酶的活性開始升高，隨著纖維素分解的不斷進行，纖維素分解酶的活性降低；之后木質(zhì)素分解酶活性升高[19]。張東來等[14]對森林凋落物分解過程酶活性動態(tài)變化的研究發(fā)現(xiàn)：內(nèi)切纖維素酶、B-葡萄糖苷酶、木聚糖酶在分解過程中呈上升趨勢，且在分解中后期達到最大值；多酚氧化酶在分解前期和后期活性較高，分解中期出現(xiàn)低谷；外切纖維素酶（C1酶）與其他幾種酶不同，在分解初始階段活性最高，隨著分解進程的推進其活性也逐漸下降[20]。

4 結(jié)語

目前，對凋落物中酶活性的研究，更側(cè)重于對凋落物中C、N、P分解相關(guān)的酶活性，如與C分解相關(guān)的β-糖苷酶、纖維素二糖酶，與N分解相關(guān)的氮乙酰葡糖胺糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶；與P分解相關(guān)的酸性磷酸酶、堿性磷酸酶。通過對這些酶的活性進行研究可以反映凋落物的分解情況，了解C、N、P在凋落物中的分解過程，動態(tài)分析C、N、P的歸還情況。