喀斯特山区植被恢复过程中土壤水解酶和氧化酶活性的响应

土地利用方式的改变,如农田退耕是影响土壤有机碳固持的重要因素.喀斯特地区正开展大规模的生态系统恢复工程,然而生态系统恢复过程中土壤有机碳的固持机制依然不甚清楚.土壤有机碳的分解是土壤碳循环的一个关键过程.不同组分有机碳的分解受不同酶的活性控制,因此,在西南喀斯特山区不同植被恢复阶段下开展土壤酶活性特征研究,有助于了解该地区土壤有机碳固持机制并为该地区的生态恢复实践提供理论支撑.本研究在广西河池市环江县典型喀斯特区域的农田、草地、灌丛、次生林4种不同植被恢复阶段下采集0~10 cm深度的土壤样品,采用荧光光度法和紫外分光光度法测定3种土壤水解酶(即β-葡糖苷酶、α-纤维素酶和β-木糖苷酶)和1种氧化酶(过氧化物酶)的活性及相关土壤理化属性指标,研究植被恢复过程中土壤水解酶(参与活性碳库的分解)和氧化酶活性(参与惰性碳库的分解)的响应.结果显示,随着植被恢复土壤水解酶活性不断增加(次生林灌丛草地农田),而土壤氧化酶无明显变化.导致该结果的原因可能是由于喀斯特地区土壤有机碳极高的稳定性导致微生物趋向于利用活性有机碳库,而对于惰性有机碳库的分解并无显著差别.本研究间接说明喀斯特地区农田退耕后将有利于土壤惰性有机碳的累积.     

Ecotoxicological effect of zinc oxide nanoparticles on soil microorganisms

The widespread production and use of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) in recent years have posed potential threat to the ecosystem. This study aimed to investigate the ecotoxicological effect of ZnO-NPs on soil microorganisms using laboratory microcosm test. Respiration, ammonification, dehydrogenase (DH) activity, and fluorescent diacetate hydrolase (FDAH) activity were used as ecotoxicological parameters. The results showed that in the neutral soil treated with 1 mg ZnO-NPs per g soil (fresh, neutral), ammonification was significantly inhibited during the study period of three months, but the inhibition rate decreased over increasing time. Inhibition in respiration was observed in the first month of the test. In various ZnO-NPs treatments (1 mg, 5 mg, and 10 mg ZnO-NPs per g soil), DH activity and FDAH activity were inhibited during the study period of one month. For both enzyme activities, there were positive dose–response relationships between the concentration of ZnO-NPs and the inhibition rates, but the curves changed over time due to changes of ZnO-NPs toxicity. Soil type affected the toxicity of ZnO-NPs in soil. The toxicity was highest in the acid soil, followed by the neutral soil. The toxicity was relatively low in the alkaline soil. The toxicity was not accounted for by the Zn²⁺ released from the ZnO-NPs. Direct interaction of ZnO-NPs with biologic targets might be one of the reasons. The adverse effect of ZnO-NPs on soil microorganisms in neutral and acid soils is worthy of attention.     

红松人工林土壤酶活性与化学性质对氮添加的响应

土壤酶参与土壤中进行的众多复杂的生物化学过程,对陆地生态系统物质循环具有重要作用.为了探索温带森林土壤酶活性和化学性质对氮沉降的响应,本研究依托于黑龙江凉水国家级自然保护区的红松（Pinus koraiensis）人工林氮添加实验样地,分析了4种土壤酶活性.结果表明,土壤中N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶（NAG）和碱性磷酸酶（AKP）活性均随着施氮浓度增加显著升高,而β-葡糖苷酶（BG）以及酸性磷酸酶（ACP）活性在不同的施氮处理之间无显著差异;同一施氮水平下的上层（0~10 cm）土壤的全碳、全氮、全磷、有效氮含量以及4种酶活性显著高于下层（10~20 cm）土壤,pH值则无显著差异.全碳与NAG、BG、AKP、ACP之间均存在极显著正相关,全氮与BG、NAG、AKP、ACP存在显著或极显著正相关,有效氮与NAG、AKP间存在显著和极显著正相关,全磷与ACP、AKP存在显著和极显著正相关.施氮水平和土层对土壤酶活性及土壤化学性质存在不同程度的影响,氮的长期大量输入可直接或间接地改变土壤化学性质并影响土壤酶活性.     

甲基对硫磷高效降解菌的分离鉴定及降解酶基因的克隆表达

从湖北沙隆达农药厂枵水处理池的活性污泥中分离到一株能以甲基对硫磷(MP)和对硝基苯酚(PNP)为唯一碳源生长的细菌HS-D36,经生理生化试验和16S rDNA同源性分析,初步鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stuazeri).该菌在3h内对浓度为50mg˙L-1MP的降解率为90%;在12h内能将50mg·L-1PNP完全降解.HS-D36在以MP为唯一碳源的无机盐培养基上可以耐受800mg·L-1的MP,在LB培养基上可耐受浓度为2000mg·L-1的MP.同时,克隆了甲基对硫磷水解酶基因mpd,并在E.coli中获得高效表达.重组甲基对硫磷水解酶粗酶液活性达到52.5 U·mL-1.     

用于有机磷农药残留检测酯酶的筛选

利用农药对酯酶活力的抑制反应,测定了不同浓度的敌敌畏对游离的不同动物肝脏酯酶的酶活性。实验采用从动物肝脏中提取的粗酶液在水解后与显色剂固兰B盐作用,用分光光度计测定其在595nm处的吸光度。结果表明,猪肝中α-乙酸萘酯酶(α-NA Esterase)的活力较高,且对较低浓度的敌敌畏也有较好的灵敏度。鸡肝和鸭肝α-乙酸萘酯酶对敌敌畏浓度变化不是很明显。     

FDA水解酶分析法表征近海泥滩微生物活性

针对近海潮间带环境高盐、有机质组成复杂和微生物活性低的特点,根据微生物酶解荧光素双醋酸酯(FDA)产生荧光素的原理,建立了适于泥滩类潮间带沉积环境中微生物活性检测的荧光光度法.从样品浸提液、反应产物检测仪器、预处理方法、实验条件等不同方面进行优化,确定泥滩类潮间带沉积环境中微生物活性的最优检测方法和条件如下:沉积物湿样以灭菌陈海水为介质,加入吐温-80分散剂,充分振荡后静置,使较大颗粒自然沉降;取上层悬浊液,经无菌滤膜(1.2μm,多次煮沸灭菌)过滤,得到待测菌液;取待测菌液加入适量FDA溶液,在25~30℃下避光反应180 min,以丙酮为终止剂终止反应,25 min内以分子荧光光度计(激发波长488 nm,发射波长530 nm)测定反应产物的荧光强度,该方法的检测范围(以干重计)是3.0×103~1.1×105个·g-1.微生物活性以单位质量样品的荧光素含量表示(μg·g-1,干重).     

镁碱化对土壤微生物活性和水解酶的影响

研究了镁碱度对土壤微生物生物量及其活性的影响,研究地点位于甘肃河西走廊疏勒河中游昌马洪积冲积扇缘。从10个具有不同镁碱化程度的采样点,采集土壤样品30个,测定了土样的pH、镁碱度、Mg2＋/Ca2＋、HCO3-＋CO32-、钠碱度、有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物熵、精氨酸氨化率、β-葡萄糖苷酶、磷酸酶、蛋白酶-casein、蛋白酶-BAA、脲酶等指标。结果表明：土壤pH和钠碱度没有明显的相关性,而和镁碱度、Mg2＋/Ca2＋、HCO3-＋CO32-显著正相关,相关系数分别为0.70、0.69和0.72。镁碱度和Mg2＋/Ca2＋显著正相关,相关系数为0.84。有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物熵、精氨酸氨化率的变化范围分别是6.4-18.5 g·kg-1、0.28-1.20 g·kg-1、23.1-351.9 mg·kg-1、0.37-2.52%、0.77-1.83μmol.g-1.d-1,和Mg2＋/Ca2＋之间显著负相关,相关系数分别是-0.52、-0.50、-0.59、-0.62、-0.65。β-葡萄糖苷酶、磷酸酶、蛋白酶-casein、蛋白酶-BAA、脲酶的变化范围分别是6.68-27.79μmol.g-1.h-1、7.03-25.99μmol.g-1.h-1、0.11-0.76μg.g-1.h-1、0.05-0.48μmol.g-1.h-1、0.07-0.61μmol.g-1.h-1吗,和微生物生物量碳之间显著正相关,相关系数分别是0.73、0.71、0.78、0.87、0.81,和Mg2＋/Ca2＋之间显著负相关,相关系数分别是-0.59、-0.58、-0.60、-0.56、-0.54。可见,镁碱化会造成土壤有机质含量下降、微生物生物量变小、微生物活性降低、水解酶活性低下,镁碱化是导致土地生产力低下的原因之一。