添加外源纖維素酶對土壤原生纖維素酶活性的影響

摘要：采用室內模擬法研究了以玉米秸稈作底物，在pH6.5、溫度27℃的環境中，向土壤施加外源纖維素酶對土壤原生酶活性及其底物酶解率的影響。結果表明：加酶處理總酶活高于不加酶處理酶活，且加酶后的土壤原生酶活性在第3～7天高于不加酶的土壤原生酶活性。各處理酶活在第4天達到高峰后逐步降低。同時添加外源纖維素酶有助于提高土壤原生纖維索酶的底物酶解率。

關鍵詞：玉米秸稈；外源纖維素酶；酶活性；酶解率

中圖分類號：S154.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942(2010)07-0056-03

目前我國農作物秸稈的利用率不高，絕大部分在路邊地頭自然腐解或燃棄，不僅浪費了寶貴的資源，而且造成了環境污染，利用生物化學方法綜合利用農作物秸稈成為當前國內外科學家競相開展的研究課題。土壤微生物產生的纖維素酶分解農作物秸稈，最終產生葡萄糖，小分子的可溶性葡萄糖是大多數生物優先利用的碳源營養物質。利用土壤纖維素酶分解植物纖維素，反應條件溫和，設備簡單，能耗低，污染小，具有較好的開發利用前景。為了探討提高土壤纖維素酶分解農作物秸稈效率的新途徑，筆者采用室內模擬方法，恒溫27℃、pH6.5條件下，以玉米秸稈為底物，向土壤中加入外源纖維素酶，研究其對土壤原生纖維素酶活性的影響及其底物酶解率的變化。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤類型為棕壤，輕壤質地，采自山東農業大學南校區教學基地，采樣深度0～10cm。土壤的各項理化性質為有機質含量1.21％，全氮0.17％，全磷0.13％，有效氮68.98mg／kg，有效磷(P₂O₅)25.22mg／kg，速效鉀(K₂O)81.73mg／kg，pH值6.8。

供試纖維素酶產于北京房山，活力為1000U／g。

供試秸稈為當年產，取自泰安市郊區，其主要成分含量為全碳42.82％，全氮0.43％～0.50％，全磷0.39％，全鉀1.67％，C／N 55.79，纖維素35.27％。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理 土樣風干后過2mm孔篩；玉米秸稈磨細，過2mm孔篩，干燥保存。

1.2.2 酶液制備 稱取纖維索酶1g，加水定容至100ml，先靜置1h，然后于3000r／min，離心10min，離心完畢后上清液即為1％酶液。

1.2.3 培養試驗設計 試驗設3因素，分別為外源纖維系酶加入量、土樣加入量與底物。外源纖維素酶加入量設2個水平，M：2ml酶液，NM：不加纖維素酶，加2ml蒸餾水；土樣加入設2個水平，加10g土與不加土；底物為加玉米秸稈與不加底物。另設不加土不加底物做對照。每處理重復3次(見表1)。

1.3 纖維素酶活力的測定

采用蒽酮比色法測定生成葡萄糖含量。標準曲線繪制：分別量取不同濃度的標準葡萄糖溶液(1ml溶液含10～200μg葡萄糖)2.5ml。加入耐熱試管并置于冰浴中，緩緩加入5ml蒽酮試劑，搖勻，再置于沸水中加熱10min。取出冷卻，于波長540～620mm處比色測定，以光密度值為縱坐標，葡萄糖含量為橫坐標繪制標準曲線。

操作步驟：稱取10g土壤于50ml三角瓶中，無土對照用10ml蒸餾水替代，再加入5ml磷酸緩沖液(pH值6.5)和1.5ml甲苯處理15min，再加入1％底物溶液(即0.05 g玉米秸稈+5 ml蒸餾水)5ml，有酶處理同時再加入1％酶液2ml，充分混合，在27℃恒溫箱中培養10d。同時做無底物對照，即只加5ml蒸餾水取代1％底物溶液5ml。在培養第2、4、6、8、10天分別取出1組處理，將瓶加熱至10℃終止反應，用致密濾紙過濾并定容至50ml。取2.5ml濾液，按繪制標準曲線操作，加入蒽酮試劑顯色，并比色測定。根據標準曲線查出葡萄糖量。

加酶處理最終總酶活(土壤酶活+外源纖維素酶酶活)=處理1(M1)－對照2(CKNM)；不加酶處理土壤酶活：處理2(NM2)－對照2(CK-NM)；加酶處理土壤酶活=處理1(M1)－對照1(CKM)。

1.4 酶解率

土壤纖維素酶解率用葡萄糖生成量與底物用量的比值(％)表示。

加酶處理最終酶解率=土壤酶酶解率+外源纖維素酶酶解率；不加酶處理土壤酶酶解率=處理2(NM2)－對照2(CKNM)。

2 結果與分析

2.1 外源纖維素酶對土壤原生酶活性的影響

由圖1可以看出，在以玉米秸稈為底物的處理中，加酶處理總酶活(M)高于不加酶處理酶活(NM)。隨著時間的推移，各處理酶活在第4天達到高峰后逐步降低。而對于不加酶處理酶活(NM)則先是逐漸上升，在培養第7天后超過由土壤部分酶解所得的糖量即加酶處理土壤酶活。

LSD多重比較顯示，加酶處理總酶活與不加酶處理酶活相比差異極顯著(P<0.01)，不加酶處理酶活與加酶處理中的土壤原生酶活差異不顯著。在土酶共存的狀態下，酶活是先升高后降低的，這可能是因為土壤與酶共存狀態下酶解速率很快，在培養的前半段時間就將大部分秸稈酶解，在此后幾天秸稈殘留越來越少，酶解所得的糖量即酶活也逐漸降低。

2.2外源纖維素酶對土壤原生酶酶解率的影響

由圖2可以看出，在以玉米秸稈為底物的處理中，加酶處理(M)的底物酶解率明顯比同時間段的不加酶處理(NM)高，且加酶處理和不加酶處理的酶解率都是先升高后降低，這可能是因為在培養的前半段時間土壤與外源纖維素酶就將大部分秸稈酶解，在此后幾天秸稈殘留越來越少，酶解率隨之逐漸降低。

3 結論

綜上發現，以玉米秸稈為底物，恒溫27℃、pH6.5條件下，向土壤中加入外源纖維素酶，加酶處理的總酶活高于不加酶處理的酶活，且加酶后的土壤原生酶活性在第3～7天高于不加酶的土壤原生酶活性。隨著時間的推移，各處理酶活在第4天達到高峰后逐步降低。同時添加外源纖維素酶有助于提高底物酶解率。