凋落物分解中酶活性影响因素研究

杨林

（内江师范学院，四川内江 641100）

凋落物分解是森林生态系统中物质循环和能量流动的重要环节。凋落物的分解有利于保持生态系统的能量和物质平衡[1]。凋落物是植物和微生物以及土壤动物的主要养分来源，凋落物的分解是其中最主要的环节之一。凋落物的分解包括3个过程：淋洗作用、机械破碎、土壤腐食动物的消化和腐生营养微生物的酶解，而凋落物的最终分解是在土壤酶系统的作用下完成的[2]。

凋落物分解中酶活性是目前研究的重点和热点。酶活性的提高有利于凋落物和土壤有机物质的分解、养分释放，对于维持森林生态系统的物质循环和能量流动及提高森林土壤肥力具有重要意义[3]。

1 凋落物分解酶活性的研究方法

凋落物分解酶活性测定方法主要基于土壤酶学建立，其研究原理与土壤酶活性研究相似，具体包括2种方法。（1）分光比色分析法。这是一种传统的测定方法，基本原理为水解酶与底物混合经培养后产生某种带颜色的生成物，并在某一吸收波长下产生特征吸收峰，最后用分光光度计测定生成物的含量[4-7]。例如，合成底物与对硝基酚以化学键相连的物质，当酶与底物反应后释放出对硝基酚，再通过对硝基酚的吸光系数测定酶活性[8]。（2）荧光分析法。这种方法的主要原理是以萤光团标记底物作为探针，通过荧光强度的变化反映酶活性。方法是直接从凋落物中提取酶，再按测定土壤酶活性的方法进行研究。先将凋落物放入装有缓冲液的容器内进行震荡培养，经离心、过滤后制成粗提取液，最后根据土壤中酶活性的测定方法进行测定[9]。

2 影响凋落物分解酶活性的因素

2.1 生物因素对凋落物分解酶活性的影响

凋落物分解酶的来源复杂，种类繁多，其中有些酶是来自于微生物的释放。凋落物分解时其环境中会存在许多微生物，如细菌、真菌、放线菌等[10]。而这些微生物会对凋落物产生一定的作用，从而有利于凋落物的分解，同时也影响着凋落物分解酶活性。现在已经发现白腐菌是木质素降解能力很强的真菌，从黄孢原毛平革菌中分离纯化可以得到两种降解木质素的酶系：木质素过氧化物酶（LiP）、锰过氧化物酶（MnP）。此外，还发现许多种类的半知菌能够产生漆酶（Laccase）等可以对凋落物进行分解。由此可见，微生物对分解凋落物的酶的活性有着显著的影响[11]。

土壤动物也会对土壤酶活性造成一定影响。冯瑞芳等人[12]研究土壤节肢动物对箭竹凋落叶分解过程中酶活性的影响，发现土壤节肢动物参与显著提高了凋落叶分解过程中蔗糖酶、β-葡聚糖苷酶、纤维素酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性。苏永春等人[13]也发现，脱氢酶、过氧化氢酶与蜱螨类和土壤动物总数具有较强的相关性，转化酶和脱氢酶与弹尾类动物数量相关性较强。

2.2 非生物因素对凋落物分解酶活性的影响

2.2.1 pH对凋落物分解酶活性的影响

酶大多是蛋白质，pH的变化可显著影响到酶中氨基酸侧链的解离，从而影响酶的活性。每种酶都有其最适pH，过高或过低都会影响酶活性。pH还会影响底物和辅酶的溶解与解离，在显色反应中还影响着生成物的摩尔吸光度，从而影响酶的活性[14]。刘炳君等[15]通过调节茶园土壤pH发现，土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脲酶活性随pH升高而增强。

2.2.2 温度对凋落物分解酶活性的影响

温度对凋落物分解酶活性有着显著影响，在不同的温度下酶的活性不同，同一温度下不同酶的活性也不同。温度不仅可以通过影响微生物的活性间接影响凋落物分解酶的活性，也可以直接影响凋落物分解酶的内部构型，从而影响凋落物分解酶活性。已发现冷杉林表层过氧化氢酶活性在7月最高，脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均是10月最高；白桦林表层土壤蔗糖酶活性7月最高，多酚氧化酶10月最高，脲酶和过氧化氢酶活性4月最高；说明不同的酶对温度敏感性不同，也说明了温度对凋落物分解酶活性有着显著影响[16]。即使凋落物长期存在4 ℃下，不同酶的活性也会发生不同的变化，甚至在-20 ℃下，酶活性也会随着时间的变化而变化[17]。

2.2.3 矿物质对凋落物分解酶活性的影响

随着大量矿石燃料的利用，大气中的氮含量增加。氮沉降增加对森林凋落物分解酶活性有显著的影响。目前普遍认为，随着氮沉降增加，磷酸酶类活性也随之增加[18]。

3 凋落物分解过程中酶活性动态变化

凋落物的成分复杂，有简单的多糖以及O、P、K等营养物，也有复杂的、难分解的纤维素和木质素，其中纤维素和木质素的含量较高。在凋落物分解的不同阶段，酶活性不同：当凋落物开始分解时，分解简单多糖的酶活性较高，随着简单多糖的不断分解和消耗，一些物质不断生成，改变环境条件，从而使分解简单多糖的酶活性降低；然后，纤维素分解酶的活性开始升高，随着纤维素分解的不断进行，纤维素分解酶的活性降低；之后木质素分解酶活性升高[19]。张东来等[14]对森林凋落物分解过程酶活性动态变化的研究发现：内切纤维素酶、B-葡萄糖苷酶、木聚糖酶在分解过程中呈上升趋势，且在分解中后期达到最大值；多酚氧化酶在分解前期和后期活性较高，分解中期出现低谷；外切纤维素酶（C1酶）与其他几种酶不同，在分解初始阶段活性最高，随着分解进程的推进其活性也逐渐下降[20]。

4 结语

目前，对凋落物中酶活性的研究，更侧重于对凋落物中C、N、P分解相关的酶活性，如与C分解相关的β-糖苷酶、纤维素二糖酶，与N分解相关的氮乙酰葡糖胺糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶；与P分解相关的酸性磷酸酶、碱性磷酸酶。通过对这些酶的活性进行研究可以反映凋落物的分解情况，了解C、N、P在凋落物中的分解过程，动态分析C、N、P的归还情况。