摘 要：以盆栽平邑甜茶幼苗為試驗材料，通過向盆土澆灌液體植酸酶，探討了外源植酸酶對根區(qū)土壤植酸酶活性、磷酸酶活性、速效磷含量、土壤微生物種類和數量及平邑甜茶幼苗生長特性的影響。結果顯示，施入外源植酸酶制劑后，根區(qū)土壤植酸酶活性、磷酸酶活性、速效磷含量均顯著提高，且提高幅度隨著外源植酸酶用量的增加而增大；隨著處理時間的延長，土壤植酸酶活性迅速下降后趨于平穩(wěn)，磷酸酶活性總體呈逐漸上升趨勢，速效磷含量快速上升后緩慢下降。外源植酸酶也顯著提高了土壤微生物的數量，在植酸酶濃度為40 000 U/kg時，土壤細菌、放線菌、真菌分別比對照增加30.98%～69.00%、35.78%～249.18%和11.14%～271.28%。施入外源植酸酶第50 天，平邑甜茶幼苗根系活力、株高、莖粗、葉面積、光合速率及葉綠素含量均顯著提高。

關鍵詞：植酸酶；平邑甜茶；根區(qū)土壤；微生物；磷酸酶；光合速率

中圖分類號：S154.3：S661.106+.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）10-0081-05

植物生長發(fā)育所需磷主要來自土壤，土壤磷素包括無機磷和有機磷，其中有機磷約占土壤全磷含量的20%～50%^[1]。植酸（肌醇六磷酸）及植酸鹽（統(tǒng)稱植酸磷）是土壤有機磷的主要存在形式^[2，3]，但植酸磷作為大分子有機磷難以被植物直接利用，需要分解轉化為無機磷酸根后才能被根系吸收，而植酸酶是一種能夠將植酸磷水解為肌醇與磷酸（鹽）的磷酸單酯酶^[2，4]。

植酸酶除極少量來自植物根系外，主要由土壤微生物分泌產生^[5，6]，但長期單施化肥降低了農田土壤細菌和真菌數量，改變了微生物種群結構^[7]，這必然會影響土壤生物活性及土壤植酸酶的產生。土壤生物活性主要取決于土壤動物、植物和微生物的生命活動以及土壤酶類的活性，向果園土壤引入蚯蚓和微生物可明顯提高土壤生物活性^[8，9]，將飼料植酸酶成品施入土壤能夠明顯提高土壤磷酸酶活性^[10，11]，施入來自微生物的植酸酶制劑可顯著促進土壤有機磷的水解以及磷的有效性^[12，13]，將超表達植酸酶的煙草種植在土壤中，同樣明顯促進土壤有機磷的轉化等^[14]。但是，外源植酸酶引起的土壤變化及其對土壤微生物及作物生長發(fā)育的影響并不清楚。平邑甜茶是蘋果常用砧木和觀賞樹木，本研究利用盆栽平邑甜茶，通過向盆土施入液體植酸酶制劑，探討植酸酶活性在土壤中的變化，分析土壤微生物、磷酸酶和平邑甜茶對外源植酸酶的反應，以期為改善根區(qū)土壤生物學特性提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2012年在山東省高校果樹生物學重點實驗室和山東農業(yè)大學園藝實驗站進行。試驗用植酸酶為北京挑戰(zhàn)生物技術有限公司的液體植酸酶制劑（活性5 000 U/ml），供試植株為1年生盆栽平邑甜茶幼苗，盆土為普通褐土，其pH值為7.3、速效磷33.9 mg/kg、堿解氮66.6 mg/kg、速效鉀102.5 mg/kg。

1.2 試驗設計

2012年5月10日選長勢一致的1年生平邑甜茶幼苗，兩棵為一組移栽到陶盆中，5月17日分別向盆土中灌入0、5 000、10 000、20 000、40 000 U/kg液體植酸酶進行處理，每盆為一個處理，每處理重復3次。

1.3 測定方法

從2012年5月17日開始定期用取土器從盆中隨機選3點垂直取土（深度以盆高為準），將3份土均勻混合后用“四分法”取土樣，剩余土放回盆中。將所取土樣帶回實驗室，取40 g放入4℃恒溫箱用于微生物量測定，其余土樣自然風干后研磨用于土壤速效磷及土壤酶的測定。處理50 d后對平邑甜茶幼苗的根系活力、幼苗株高、莖粗、葉面積、凈光合速率及葉片葉綠素含量進行測定。

速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法^[15]、磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法^[16]、植酸酶活性測定參照關松蔭的土壤酶及其研究方法^[16]；微生物量測定運用涂布平板計數法測定每克土壤內微生物量^[17]，細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌采用改良高氏1號培養(yǎng)基，真菌采用孟加拉紅的馬丁氏培養(yǎng)基，分別進行各微生物類群的分離與計數，并計算每克干土中的微生物數量（CFU/g干土）；根系活力測定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法^[18]；株高和莖粗用米尺與游標卡尺測量；凈光合速率用CIRAS-2便攜式光合測定儀（PP Systems，英國）進行測定；葉綠素含量用SPAD-502便攜式葉綠素測定儀測定。

1.4 數據統(tǒng)計分析

用Excel和DPS軟件對數據進行統(tǒng)計分析，用Duncan’s法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 外源植酸酶對根區(qū)土壤植酸酶活性的影響

圖1為土壤澆灌外源植酸酶后50 d內土壤植酸酶活性變化趨勢。由該圖可見，施入液體植酸酶制劑能夠明顯提高平邑甜茶根區(qū)土壤植酸酶的活性，并且隨著外源植酸酶施用量的增加，土壤植酸酶活性逐漸升高。同時，施入不同濃度的植酸酶后，根區(qū)土壤植酸酶活性均隨著處理時間的延長而呈現先迅速下降后趨于平穩(wěn)的變化特點，在前10 d下降尤為明顯；而且外源植酸酶用量越大，土壤植酸酶活性最后趨于平穩(wěn)所需要的時間越長。由于所測得的植酸酶活性是外源植酸酶和土壤原有植酸酶混合后而呈現的活性，處理前10 d總活性下降，說明外源植酸酶活性在前10 d損失較多，但總體來說，施用外源植酸酶可以有效提高根區(qū)土壤植酸酶活性，用量越大，提高的幅度也越大，而且在最低用量（5 000 U/kg）的外源植酸酶處理后50 d時，土壤植酸酶活性仍比對照高13.2%。

2.2 外源植酸酶對根區(qū)土壤速效磷含量的影響

圖2為土壤澆灌外源植酸酶后50 d內土壤速效磷含量變化趨勢。由該圖可見，根區(qū)土壤速效磷含量在施入外源植酸酶后明顯高于對照，升高幅度在3.56%～54.48%，并且隨著外源植酸酶施用量的增加，土壤速效磷含量逐漸增加。此外，對照土壤速效磷含量隨時間延長而逐漸減少，而施入外源植酸酶后，根區(qū)土壤速效磷含量在前10 d逐漸增加，并在第10 天達到一個峰值后逐漸下降。但是，5 000 U/kg的植酸酶施入土壤后30、40、50 d時測定，土壤速效磷含量仍然分別比對照增加15.1%、14.3%和10.3%。

2.3 外源植酸酶對根區(qū)土壤磷酸酶活性的影響

圖3為澆灌外源植酸酶后50 d內土壤堿性磷酸酶和中性磷酸酶活性變化趨勢。由該圖可見，添加外源植酸酶可以明顯提高土壤磷酸酶活性，其堿性和中性磷酸酶分別比對照提高11.90%～26.57%、3.94%～39.52%，并且隨外源植酸酶施用量的增加，土壤磷酸酶活性逐漸升高。

由圖3還可見，雖然在處理后20 d時磷酸酶活性有所下降，但總體上土壤磷酸酶活性隨著處理時間的延長而逐漸增加，尤其是堿性磷酸酶活性。此外，土壤堿性磷酸酶活性及其在施入植酸酶后的活性增加值均明顯高于中性磷酸酶活性，說明堿性磷酸酶在無機磷的釋放中比中性磷酸酶能夠發(fā)揮更大的作用。

2.4 外源植酸酶對根區(qū)土壤微生物組成的影響

表1為澆灌40 000 U/kg的外源植酸酶后土壤內細菌、放線菌、真菌數量隨時間延長的變化。可見，施加外源植酸酶后，土壤內細菌、放線菌、真菌數量明顯高于對照，在處理后10～50 d內的提高幅度分別為30.98%～69.00%、35.78%～249.18%、10.17%～271.28%，其中處理第10 天，3種微生物的數量及放線菌和真菌的增加比率均最高，而細菌數量在50 d內的增加比率比較穩(wěn)定。此外，盡管施用外源植酸酶后3種土壤微生物數量有不同程度增加，但沒有改變土壤細菌數量>放線菌數量>真菌數量的規(guī)律。

3 討論

在土壤磷素循環(huán)過程中，速效磷、土壤酶及有機磷存在著密切聯系，植酸酶與磷酸酶在催化土壤有機磷素釋放中發(fā)揮重要作用^[19，20]。土壤植酸酶活性除取決于植酸酶的來源和生化特性外，主要受土壤環(huán)境因素的影響^[21]，如土壤蛋白酶和微生物對植酸酶的降解，土壤顆粒對植酸酶吸附以及土壤金屬離子等對植酸酶的破壞等。本研究中發(fā)現，外源植酸酶施入土壤后，測得的土壤植酸酶活性雖然在開始遠高于未施外源植酸酶的土壤，但在前10 d內大幅度下降，這說明外源植酸酶施入土壤后受到土壤因素的干擾，使酶活性大量損失。不過，盡管酶活性大幅度下降，但10 d以后，土壤植酸酶活性基本穩(wěn)定，而且施入外源植酸酶的土壤植酸酶活性始終明顯高于對照；此外，即使在處理后第50 天，最低用量的外源植酸酶仍使土壤植酸酶活性提高13.2%，這說明有某種因素在延緩植酸酶活性下降或者補充新的植酸酶。

土壤植酸酶主要由土壤微生物分泌產生^[6]。本研究結果顯示，施入外源植酸酶后，土壤細菌、放線菌和真菌的數量明顯提高，而且在處理后第10 天，3種微生物的數量均處于最高水平。土壤微生物數量的這種普遍增加，必然會增加土壤植酸酶的數量和活性，從而為土壤補充新的植酸酶。至于微生物數量之所以在施用外源植酸酶后增加（尤其是處理后第10 天），應當與外源植酸酶的施入改變了土壤環(huán)境及增加了微生物所需要的營養(yǎng)（如部分外源植酸酶在施入前10 d內可能降解成氨基酸等）有關。

植酸酶在將植酸（肌醇六磷酸）水解時，會生成肌醇二磷酸、肌醇三磷酸等中間產物，這些中間產物對磷酸酶有一定誘導作用；而且，土壤磷酸酶是一類催化有機磷化合物釋放出無機磷和相應醇類的水解酶，嚴格地講，植酸酶屬于磷酸酶的一種特殊類型^[20]，因此，土壤施入外源植酸酶后，在植酸酶活性升高的同時，土壤磷酸酶活性也相應升高。然而，磷酸酶畢竟不等同于植酸酶，它們在土壤中的變化趨勢并不完全相同。

磷酸酶和植酸酶水解有機磷生成的產物都是速效磷，這兩種酶活性的升高必然使土壤速效磷含量升高。外源植酸酶處理前20 d，磷酸酶和植酸酶都處于較高水平，20 d后植酸酶活性降到較低水平而磷酸酶活性依然比較高，因此，土壤施入外源植酸酶后的前20 d，速效磷的產生可能是磷酸酶和植酸酶共同作用的結果，第20天到第50天，速效磷的產生可能主要是磷酸酶的作用。處理第20天后，土壤速效磷含量逐漸下降，則可能與植株對速效磷吸收利用逐漸增強有關。

磷是植物生長發(fā)育不可缺少的大量元素之一，土壤速效磷對植株生長有促進作用；施入外源植酸酶不僅提高了土壤速效磷含量，也提高了土壤酶的活性和微生物數量。豐富的土壤酶和土壤生物及它們的活躍代謝不僅可提高土壤生物活性，還可產生許多活性物質，如微生物的代謝活動會產生吲哚乙酸和細胞分裂素等多種植物生長調節(jié)物質，這些調節(jié)物質可以促進根系發(fā)育及其養(yǎng)分吸收，進而改善葉片的光合性能，促進地上部的生長發(fā)育。因此，正如本研究所看到的，土壤施入外源植酸酶第50天，平邑甜茶幼苗根系活力、光合性能和植株生長量均明顯提高。

4 結論

4.1 外源液體植酸酶活性在添加到土壤后的前10 d下降最快，10 d 后活性相對穩(wěn)定；施用外源植酸酶可以明顯提高土壤植酸酶活性，有利于改良土壤。

4.2 外源植酸酶不僅可以提高土壤磷酸酶活性和速效磷含量，還可以增加土壤微生物數量，提高平邑甜茶根系活力和葉片光合性能，促進植株生長發(fā)育。

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