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

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：山東省高等學校科技計劃（編號：J11LC04）；聊城大學校計劃（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濟作物，但長期連作會導致減產，究其原因主要有：有毒根系分泌物的積累、土壤含鹽量及pH值的失衡等導致土壤理化性質發生改變，造成土壤板結，從而影響作物對養分的吸收；土壤變劣，造成土壤微生物及酶活性降低、養分分解作用下降；作物酶活性降低、細胞分裂減緩、膜結構遭到破壞，從而影響礦質元素的吸收運輸。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，其活性與微生物的種類及數量密切相關；蔗糖酶主要與土壤有機質、氮磷含量、微生物數量及土壤呼吸強度有關。纖維素酶與蔗糖酶不但能夠表征土壤的生物學活性強度，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，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及養分含量發生變化，導致纖維素酶含量發生波動。

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、氮、磷含量、微生物數量及土壤呼吸強度有關。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量和種類發生變化，而土壤養分與有機質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先降低再升高的趨勢。這些結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量相對較高，與少根瘤樣品產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變化、土壤養分、植物的氮、磷、鉀含量有著密切關系[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而造成纖維素酶與蔗糖酶活性發生變化。根際微生物的數量比相鄰的非根際土壤中的微生物數量要高，可產生部分效應與影響，例如根系分泌物為根際微生物提供了有效營養物質，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在聯系。由于連作條件下造成土壤酶活性變化的原因很多，其機理也復雜，尚待深入研究。

參考文獻：

[1]關松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農業出版社，1986.

[2]傅慧蘭，戰景仁，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，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變化及其影響因素[J]. 中國生態農業學報，2005，13（2）：102-105.