酚酸類物質(zhì)積累對(duì)東北山櫻根系土壤酶活性的影響

摘 ? 要：本試驗(yàn)采用外源施入的方式，研究酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤酶活性的影響，旨在為揭示酚酸類物質(zhì)的化感作用機(jī)理提供科學(xué)參考。結(jié)果顯示：濃度為0.1-1mmol·L-1的對(duì)羥基苯甲酸、香豆素以及其混合酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤中多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶的活性具有不同程度的促進(jìn)作用;濃度為10mmol·L-1的對(duì)羥基苯甲酸、香豆素以及其混合酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤中多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶的活性呈抑制作用;在對(duì)羥基苯甲酸和香豆素二者酚酸類物質(zhì)的化感作用相比較，對(duì)羥基苯甲酸的化感作用更為顯著。

關(guān)鍵詞：酚酸;土壤酶;化感效應(yīng)

Abstract： In this experiment， with the method of exogenous application， studied the effects of phenolic acids on soil enzymes activities. The test results show that： 0.1-1mmol·L-1A， B and H promoted the activities of Polyphenol oxidase， Catalase， Sucrase and Urease. 10mmol·L-1A， B and H inhibited the activities of Polyphenol oxidase， Catalase and Sucrase. ?Compared P-hydroxybenzoic Acid with Coumarin， The allelopathy of P-hydroxybenzoic Acid was more significant.

Keywords： Phenolic acid; Soil Enzyme; Allelopathy

1前言

土壤酶，參與土壤中的各種生物化學(xué)過(guò)程，推動(dòng)土壤中物質(zhì)、能量與元素的轉(zhuǎn)化、循環(huán)和流動(dòng)，如腐殖質(zhì)的分解與合成;動(dòng)植物殘?bào)w和微生物殘?bào)w的分解;合成有機(jī)物的水解與轉(zhuǎn)化和一些無(wú)機(jī)化合物的氧化、還原等反應(yīng)，可以自由態(tài)、吸附態(tài)和結(jié)合態(tài)存在于土壤中或土壤溶液中，指示著土壤的生態(tài)系統(tǒng)功能[1]。

酚酸類化合物是一類具有化感作用的化感物質(zhì)，通過(guò)植物殘?bào)w的分解和根系直接分泌等途徑進(jìn)入土壤，在植物連作障礙、自毒作用甚至是土傳病害發(fā)生的過(guò)程中均發(fā)揮著不可忽視的作用。有很多學(xué)者通過(guò)對(duì)土壤中酚酸類物質(zhì)和根際微生物研究后發(fā)現(xiàn)，酚酸類物質(zhì)對(duì)微生物產(chǎn)生氣體和揮發(fā)性脂肪酸具有抑制作用，并在微生物降低對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗中發(fā)揮作用，與此同時(shí)，土壤微生物的結(jié)構(gòu)、類群、分布以及土壤酶活性等均與酚酸種類、濃度亦存在不可忽視的作用[1-3]。

秦嗣軍等人對(duì)東北山櫻幼苗根系分泌物研究后發(fā)現(xiàn)，不同濃度的對(duì)羥基苯甲酸和香豆素對(duì)東北山櫻的光合作用、植株生長(zhǎng)、種子萌發(fā)等方面存在不同程度的影響，是其根系分泌物中具有化感作用的重要組成部分[3-5]。本試驗(yàn)采用外源施入的方式，研究酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤酶活性的影響，旨在為揭示酚酸類物質(zhì)的化感作用機(jī)理提供科學(xué)參考。

2材料與方法

2.1供試材料及處理

當(dāng)年實(shí)生幼苗：于當(dāng)年1月穴盤播種，40d后移栽至16×16cm黑色塑料營(yíng)養(yǎng)缽中，精心管理，60d后進(jìn)行試驗(yàn)處理。一年生實(shí)生幼苗：實(shí)生幼苗羿年1月栽入16cm×16cm黑色塑料營(yíng)養(yǎng)缽中，每缽1株，精心管理，60d進(jìn)行試驗(yàn)處理。育苗及試驗(yàn)處理均在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)基地溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)土樣基質(zhì)為含25%的草炭的普通園土。

2.2方法

2.2.1酚酸溶液制備

分別設(shè)置對(duì)羥基苯甲酸（A）、香豆素（B）和相同濃度的同體積混合溶液（H）濃度分別為0.1 mmol·L-1，1 mmol·L-1和10 mmol·L-1三個(gè)處理，以清水為對(duì)照（CK）。每次根施溶液50 m L，10次（株）重復(fù)，每7d處理1次，共處理3次后測(cè)定數(shù)據(jù)。

2.2. 2多酚氧化酶的測(cè)定

取1g風(fēng)干根際土置于50mL三角瓶中，注入10mL1%鄰苯三酚溶液，震蕩后放置在30℃恒溫箱中培養(yǎng)30min，后加入乙醚定容，用力搖蕩多次使紫色沒(méi)食子素提取到乙醚相中，將著色的乙醚至于430nm波長(zhǎng)下比色。設(shè)無(wú)基質(zhì)對(duì)照和無(wú)土對(duì)照并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2.3過(guò)氧化氫酶的測(cè)定

取2g風(fēng)干根際土置于100mL三角瓶中，注入40mL蒸餾水和5mL0.3%H2O2溶液，振蕩20min后加入3N硫酸，使未分解的過(guò)氧化氫穩(wěn)定。用致密濾紙過(guò)濾瓶中內(nèi)容物，吸取25 mL濾液于100 mL三角瓶中，用0.1N高錳酸鉀溶液定容至溶液呈微紅色保持30s不褪色，即達(dá)終點(diǎn)。設(shè)無(wú)土和無(wú)基質(zhì)對(duì)照。

2.2.4蔗糖酶的測(cè)定

稱取5g干燥根際土置于50mL三角瓶中，注入15mL8%蔗糖溶液，5mL磷酸緩沖液和5滴甲苯，搖勻，放入37℃恒溫條件下培養(yǎng)24h。取出后過(guò)濾，取1mL置50mL容量瓶中，加3mL3，5-二硝基水楊酸，并在沸騰水浴鍋中加熱5min，移至冷水中冷卻3min后定容，在OD值為508處比色。

2.2.5脲酶的測(cè)定

稱取5g干燥后的根際土置于50mL容量瓶中，加1mL甲苯處理，蓋好后輕搖15min，加入5mL10%尿素液和10mL檸檬酸鹽緩沖液仔細(xì)搖勻，在37℃條件下恒溫培養(yǎng)24h后用38℃蒸餾水稀釋定容，振蕩，過(guò)濾懸液。取濾液1mL置于50mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至10mL后加入4mL苯酚鈉溶液并立即加入3mL次氯酸鈉溶液，搖勻，用蒸餾水將混合物定容。在OD值為578處測(cè)定吸光值，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出脲酶含量。設(shè)無(wú)土和無(wú)基質(zhì)對(duì)照。

2.2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用DPS軟件及Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析。

3結(jié)果與分析

土壤中存在大量相關(guān)土壤酶，對(duì)土壤中物質(zhì)的分解和各類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化起著關(guān)鍵作用。其中多酚氧化酶，過(guò)氧化氫酶，蔗糖酶和脲酶在不同濃度、種類酚酸處理下的變化不同。

多酚氧化酶在土壤有機(jī)質(zhì)形成中起著重要的作用，它參與土壤有機(jī)組分中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)含氮蛋白類物質(zhì)及脂肪族化合物等物質(zhì)的縮合，以及對(duì)增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，提高土壤肥力都起著重要的作用。多酚氧化酶變化如圖1所示。0.1A和0.1H處理后多酚氧化酶活性顯著高于對(duì)照和其他組合;0.1B處理后多酚氧化酶活性與對(duì)照無(wú)顯著差異;其他濃度酚酸溶液處理均顯著低于對(duì)照，其中10A處理后多酚氧化酶活性最低。相同酚酸在不同濃度下對(duì)多酚氧化酶活性的影響存在一定差異，不同處理間表現(xiàn)為：0.1A> 1A >1A;0.1B>1B>10B;0.1H>1H>10H，即隨濃度增加抑制作用逐漸增強(qiáng)，最低濃度時(shí)促進(jìn)作用最顯著。

過(guò)氧化氫酶是重要的氧化還原酶，參與生物呼吸代謝的關(guān)系密不可分，同時(shí)還可以分解呼吸過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫，防止過(guò)氧化氫對(duì)生物體的毒害作用。過(guò)氧化氫酶變化如圖2所示。1A、B以及H處理后過(guò)氧化氫酶活性顯著高于其他組合，且1A在三者中最顯著;10A、B處理后過(guò)氧化氫酶活性與對(duì)照無(wú)顯著差異;10H處理后過(guò)氧化氫酶活性顯著低于對(duì)照。從圖中可以看出，相同酚酸在不同濃度下對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響亦存在一定差異，呈現(xiàn)濃度增加促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)，最適濃度（1mmol·L-1）時(shí)促進(jìn)作用最顯著，后隨著濃度進(jìn)一步增加促進(jìn)作用逐漸減弱甚至產(chǎn)生抑制作用，表現(xiàn)為： 1A>0. 1A >1A;1B>0.1B>10B;1H>0.1H>10H。

在土壤中，蔗糖酶參與C循環(huán)，促進(jìn)蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，對(duì)增加土壤中可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量具有重要作用。土壤中蔗糖酶的變化如圖3所示。1mmol·L-1A、B、H處理后蔗糖酶的活性顯著高于其他組合;10mmol·L-1A、B、H處理后蔗糖酶的活性顯著低于其他組合。相同酚酸在不同濃度下對(duì)多酚氧化酶活性的影響存在一定差異：0.1A>1A>10A;0.1B>1B>10B;0.1H>1H>10H，即隨濃度增加促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)，最適濃度（1mmol·L-1）時(shí)促進(jìn)作用最顯著，后隨著濃度進(jìn)一步增加則表現(xiàn)為抑制作用。

土壤酶脲酶是一種酰胺酶，主要來(lái)自微生物和植物根系分泌等途徑，主要參與土壤中N素的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)尿素和有機(jī)物分子中碳?xì)滏I的水解，為植物生長(zhǎng)提供必須的氮源。土壤中脲酶的變化如圖4所示。1mmol·L-1A、H處理后蔗糖酶的活性顯著高于其他組合，10mmol·L-1A、B、H處理后蔗糖酶的活性顯著低于其他組合，但與對(duì)照無(wú)顯著差異。相同酚酸在不同濃度下對(duì)脲酶活性的影響存在一定差異，表現(xiàn)為： 1A>0.1A>10A;1B>0.1B>10B;1H>0.1H>10H。

4小結(jié)

本試驗(yàn)對(duì)不同種類、濃度酚酸類物質(zhì)對(duì)東北山櫻根系土壤中土壤酶活性進(jìn)行了研究，結(jié)果為：

（1）濃度為0.1-1mmol·L-1的對(duì)羥基苯甲酸、香豆素以及其混合酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤中多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶的活性具有不同程度的促進(jìn)作用;

（2）濃度為10mmol·L-1的對(duì)羥基苯甲酸、香豆素以及其混合酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤中多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶的活性呈抑制作用;

（3）在對(duì)羥基苯甲酸和香豆素二者酚酸類物質(zhì)的化感作用相比較，對(duì)羥基苯甲酸的化感作用更為顯著。

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