遮荫是苗木培育的关键措施,它可以通过影响根系向土壤释放分泌物的量改变土壤碳氮酶活性,进而影响土壤碳氮循环过程.然而,有关遮荫对土壤碳氮酶活性的影响及其与苗木生长之间的关系如何,研究较为缺乏.以杉木1年生幼苗"洋061"为研究对象,设置五个不同遮荫处理:不遮荫(CK)光强1157.82 μmol m-2 s-1、30％遮荫(T1)光强856.31 μmol m-2 s-1、55％遮荫(T2)光强 542.68 μmol m-2 s-1、70％遮荫(T3)光强 382.08 μmol m-2 s-1、85％遮荫(T4)光强 219.56 μmol m-2 s-1,比较不同遮荫处理对杉木幼苗生长、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量和土壤碳氮代谢酶活性的影响.结果表明:(1)杉木苗高、不同器官生物量、根冠比和苗木质量指数均随光强减弱呈先升后降的趋势,除苗高和根冠比分别在T3和T1时最大,其余指标均在T2时最大,而地径则随光强的减弱逐渐变小;(2)土壤SOC含量对遮荫响应存在差异,T3处理下SOC含量显著低于CK,而在T4时显著高于CK,遮荫不同程度降低土壤TN含量,但不同处理间不存在显著差异;(3)土壤碳氮代谢酶对不同遮荫处理的响应存在一定的差异.与CK相比,不同遮荫处理显著改变土壤酶活性,其中土壤纤维素酶(S-CL)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤酸性转化酶(S-AI)、土壤木质素过氧化物酶(S-LiP)活性在T4处理时最高;土壤过氧化氢酶(S-CAT)、土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(S-NAG)、土壤几丁质酶(S-C)则在T3达到最大值;土壤多酚氧化酶(S-PPO)活性在T1处理下最大;T2遮荫强度时,土壤淀粉酶(S-AL)、土壤亚硝酸转化酶(S-NiR)活性最高;但遮荫还不同程度的降低了土壤脲酶(S-UE)、土壤硝酸转化酶(S-NR)活性.冗余分析发现,土壤酶活性对SOC、TN的解释度高达76.61％,表明S-LiP、S-AL、S-AI、S-PPO、S-CL与SOC具有较强的正相关关系,S-UE、S-NR对TN影响较大.综上所述,30％-55％遮荫即光照强度为542.68-856.31 μmol m-2 s-1是较适宜杉木幼苗生长的光照条件,这与该处理下提高土壤碳氮酶活性进而改善碳氮养分循环密切相关.

为研究不同轮作模式对桔梗根际土壤微生物及土壤酶活性的影响,从土壤微生态角度探寻一种无公害防治桔梗连作障碍的方式,以二年生桔梗为试材,采用盆栽试验的方法,以桔梗-桔梗(JG-JG)为对照,研究了桔梗-北沙参(JG-SS)、桔梗-玉米(JG-YM)、桔梗-防风(JG-FF)和桔梗-牛膝(JG-NX)不同轮作模式下对桔梗生长及土壤微生物和土壤酶活性的影响,分析筛选出桔梗的最优轮作模式.研究发现,JG-YM和JG-NX轮作模式下桔梗各生物量指标均优于其他处理;通过不同轮作种植模式对桔梗根际土壤微生物数量的影响研究发现,JG-SS、JG-YM、JG-NX、JG-FF细菌数量高于桔梗连作处理;JG-YM和JG-FF整体放线菌数量变化高于桔梗连作处理;JG-YM和JG-NX真菌数量与桔梗连作处理相比增长最为缓慢.通过不同轮作种植模式对桔梗根际土壤酶活性的影响研究发现,JG-NX的脲酶、蔗糖酶和纤维素酶活性高于其他四种处理.通过测定不同轮作模式下的桔梗生物量、桔梗根际土壤微生物数量和土壤酶活性,表明桔梗与牛膝或玉米轮作种植能改善种植土壤环境,缓解桔梗的连作障碍,可为桔梗的规范化种植奠定基础.

人工植被恢复是喀斯特退化山地生态修复的重要途径之一.本研究探讨了喀斯特山地滇柏(Cu-pressus duclouxiano)纯林、刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林和滇柏-刺槐混交林等3种类型人工林和未造林地(对照)的土壤养分含量和土壤酶活性及其相关性,为该地区选择适宜的造林树种和方式、改善林地土壤质量提供参考依据.结果表明:(1)4种类型样地土壤均呈碱性,且人工林土壤pH值均显著低于未造林地;人工林土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均显著高于未造林地;全钾、速效钾含量均显著低于未造林地.(2)除碱性磷酸酶外,其余4种土壤酶活性均在滇柏-刺槐混交林中最大.3种类型人工林土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均高于未造林地.(3)脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶等受土壤养分影响的主要因素不同,过氧化氢酶活性与养分指标之间相关性不显著.(4)冗余分析结果表明,土壤全氮、全磷对喀斯特不同类型林分土壤酶活性影响显著,能解释酶活性变异的60.7％,酶活性-养分特征关系方差累计贡献率为78.8％.喀斯特退化山地营建的人工林植被可提高林地土壤养分含量与酶活性,从而改善土壤质量,并为进一步提高人工林生态系统服务功能和稳定性,改善区域生态环境质量奠定基础.

研究丛枝菌根真菌(AMF)接种与磷添加对干旱胁迫燕麦根系AMF侵染率、土壤微生物生物量和酶活性的影响,探讨其与燕麦产量的关系,为旱作区燕麦磷肥合理施用的菌根调控技术提供依据.试验采用盆栽控水,设置2个水分水平(正常供水,75％土壤相对含水量,W1;干旱胁迫,55％土壤相对含水量,W2)、3个施磷水平(0、20、40 mg·kg-1,P0、P1、P2)、2个AMF水平(接种,AMF;不接种,NAMF),共12个处理.于燕麦拔节期、灌浆期、成熟期采集根系和土样,检测根系AMF侵染率,测定土壤MBC、MBN、MBP,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性,及成熟期燕麦产量.结果表明:水分处理、磷处理和AMF处理均对各指标有显著影响,三因子在土壤MBN和土壤蔗糖酶活性上存在显著交互作用.干旱胁迫下,与未接种处理相比,接种AMF后,各指标均显著提高.P1下,燕麦生育期内AMF侵染率,土壤MBC、MBN、MBP,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性及产量较P0显著提高的最大幅度分别达13.21％、52.26％、47.07％、88.94％、23.15％、15.44％、11.15％、17.16％,P2下各指标呈降低趋势.因此,接种AMF和适量增施磷肥是提高干旱胁迫燕麦土壤MBC、MBN、MBP,改善土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性,增加燕麦产量的有效途径,但产量尚达不到正常供水不接种水平.

以常规施肥(化肥施用量900 kg·hm-2)为对照(CK),以化肥减施300 kg·hm-2为基础,设置生物有机肥处理(BOF1:1500 kg·hm-2、BOF2:3000 kg·hm-2、BOF3:4500 kg·hm-2、BOF4:6000 kg·hm-2、BOF5:7500 kg·hm-2),分析耕层土壤结构、养分特征、生物学特性和甜菜产量的变化,以期筛选生物有机肥在连作甜菜中的最佳施用量.结果表明:与CK相比,处理BOF1对土壤质量影响不显著;处理BOF2仅表现显著提高土壤有机质和速效钾含量;处理BOF3 土壤容重显著降低5.11％,土壤总孔隙度、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别显著增加5.92％、14.07％、18.35％、3.59％和14.61％;处理BOF4和BOF5对土壤质量和甜菜产量的影响基本一致,土壤容重显著降低9.33％和9.65％,土壤孔隙度、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别显著增加 10.82％和 11.19％、27.22％和 27.78％、31.62％和 35.42％、44.10％和 54.87％、22.93％和30.03％,土壤微生物生物量碳、氮显著提高22.78％～44.19％和23.81％～60.17％、2.45％～37.64％和16.74％～43.56％,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性显著提高26.03％～38.61％和29.27％～44.71％、42.72％～63.20％和 51.59％～69.89％、3.59％～33.44％和 29.60％～38.62％,且两者在各指标间均差异不显著.与CK相比,处理BOF2、BOF3、BOF4和BOF5甜菜产量分别显著提高5.69％、11.82％、22.29％和11.95％,且处理BOF4产量显著高于处理BOF2、BOF3和BOF5,处理BOF4实现了连作甜菜种植效益增加12.79％.综上,化肥减施300 kg hm-2的基础上配施6000 kg·hm-2的生物有机肥能够实现连作甜菜土壤质量、产量和经济效益的协同提升.

为探明施用有机肥和套种对红心火龙果(Hylocereus costaricensis)种植的优势机理,以干热区红心火龙果园为研究对象,探索有机肥施用量(F0:0 t·hm-2和F20:20 t·hm-2)和套种方式(MP:单种火龙果,IP:火龙果套种花生(Arachis hypogaea)和IS:火龙果套种大豆(Glycine max))对土壤微生物数量、微生物生物量、酶活性以及红心火龙果产量、品质的影响,并分析产量、品质与土壤微生物特性之间的关系.结果表明:与F0处理相比,F20处理显著增加土壤细菌、真菌、放线菌数量和微生物生物量碳、氮、磷,增加土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,提高红心火龙果产量和品质.在F0和F20条件下,相比于MP处理,IP和IS处理明显增加土壤微生物数量、微生物生物量氮以及蔗糖酶和脲酶活性;而IP和IS处理仅在F20条件下显著提高土壤微生物生物量碳、磷和酸性磷酸酶活性.套种能显著提高红心火龙果的产量,在F0条件下IP和IS处理分别比MP处理增加产量48.48％和42.20％,在F20条件下分别增加25.37％和29.82％.IP和IS处理在F0条件下显著增加可溶性糖和维生素C含量,在F20条件下显著提高维生素C、可溶性固形物和蛋白质含量.相关分析表明,除可溶性糖含量与土壤过氧化氢酶活性的相关性不显著外,产量、品质与土壤微生物数量、微生物生物量和酶活性呈显著正相关.因此,施用有机肥和套种花生或大豆可增强干热区红心火龙果土壤微生物活性,进而提高产量和改善果实品质.

蔗糖酶(Sucrase,EC 3.2.1.26)在工业上具有较高的经济价值,可用于分解蔗糖生成果糖和葡萄糖,现今在工业化技术上存在着蔗糖酶生产果糖方法单一、活力不易保持且难以重复利用等问题.采用共沉淀法制备Mn3(PO4)2-蔗糖酶的纳米花固定化酶[以下简称Sucrase@Mn3(PO4)2],并对制备条件进行优化;同时对固定化酶的形态、结构进行表征,对固定化酶的动力学特性进行分析.结果表明:制得的Sucrase@Mn3(PO4)2纳米花颗粒分散,大小均匀,呈雏菊形、盛开状,且内部晶体结构完整;固定化酶有明显的Mn2+、PO43-、酶蛋白质的EDS特征峰及明显的酶蛋白质和磷酸根的FT-IR吸收特征;固定化酶表现出良好的温度稳定性和酸碱稳定性;Sucrase@Mn3(PO4)2被重复使用7次后其活性仍能保持其最初活力的40.38％;固定化酶在4 ℃保存28 d时仍保持40％的活性.

为探究体外发酵牦牛瘤胃源厌氧真菌 Orpinomyces sp.YF3 在不同碳源诱导下的产酶机制,本研究利用厌氧培养管在 10 mL 基础培养基中分别添加不同碳源复杂度的葡萄糖(glucose,Glu)、滤纸(filter paper,Flp)、微晶纤维素(avicel,Avi)各 8 g/L作为唯一碳源进行体外发酵,检测发酵液中的纤维降解酶活性和挥发性脂肪酸,并利用转录组学探究Orpinomyces sp.YF3的产酶机制.结果表明葡萄糖诱导下的发酵液中羧甲基纤维素酶、微晶纤维素酶、滤纸酶和木聚糖酶的活性,及乙酸的比例显著升高(P＜0.05),丙酸、丁酸、异丁酸的比例显著降低(P＜0.05).进一步分析发现与纤维降解酶相关的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)在Glu组中显著上调.基因本体论(gene ontology,GO)功能富集显示DEGs主要集中在木聚糖酶、纤维素酶、葡萄糖和碳水化合物等的分解代谢过程及相关酶活性,京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路分析富集到的纤维降解酶相关的差异通路主要是淀粉和蔗糖代谢途径、其他聚糖降解途径.以上结果表明,以葡萄糖为碳源底物的Orpinomyces sp.YF3可增加纤维素降解酶活性,提高乙酸比例,通过调控纤维降解酶基因的表达及相关代谢通路来提高对底物的降解能力,提高能量利用效率.这为Orpinomyces sp.YF3 在实际生产中的应用提供了理论基础.

[目的]对实验室分离筛选得到的一株解淀粉芽孢杆菌SQ-2 进行促生特性研究,确定该菌株对水稻促生的浓度范围与作用机制,并分析接种菌株前后的土壤菌群结构.[方法]利用钼蓝比色法与固氮酶试剂盒对菌株SQ-2 的溶磷能力及固氮酶活性进行检测.将 102、104、106、108 和 3×108 CFU/mL的菌悬液接种至水培与土培水稻中,分别培养 14 d和 20 d后测定其水培、土培水稻的根茎干鲜重、茎长与茎粗.采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮检测法与 3,5-二硝基水杨酸比色法测定土培水稻土壤中脲酶、蛋白酶与蔗糖酶的活性.利用pH计电位法检测土壤pH值,用对应试剂盒检测土壤速效氮磷钾含量及酸性磷酸酶活性,并对接种 3×108 CFU/mL组的土培水稻土壤进行根际细菌群落结构分析.[结果]菌株SQ-2 对磷酸三钙的溶解量为 229.63 mg/L,固氮酶活性为 55.07 U/L.与对照相比,接种菌悬液浓度在 104 CFU/mL时,水培水稻根的干、鲜重增长最为显著;在接种浓度为3×108 CFU/mL时,土培水稻根茎的干、鲜重增长最为显著.随着接种菌悬液浓度的升高,上述土壤酶活性与速效氮磷钾浓度都有着不同程度的增加,而接种菌株 3×108 CFU/mL的土壤pH值则由原来的 7.83 降至 7.26.接种菌株SQ-2 改变了水稻根际土壤中的菌落构成,显著提高了土壤α多样性的Ace、Chao、Sobs与Shannon指数.[结论]解淀粉芽孢杆菌 SQ-2 对土培、水培水稻均有不同程度的促生效果.在土培实验中,能够通过提高土壤酶活性、速效氮磷钾水平及改变土壤菌群结构来起到促生作用,为细菌菌肥的研发提供了新的菌株资源.

目前,绝大多数酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株利用菊糖生产乙醇的能力有限,而蔗糖转化酶Suc2 是酿酒酵母水解菊糖的关键酶,其分泌水平直接影响酿酒酵母转化菊糖为乙醇的性能.为提高酿酒酵母中蔗糖转化酶Suc2 的分泌表达水平,利用生物信息学的分析方法选择出 11 种不同的分泌信号肽,包括酿酒酵母内源性、其他菌株来源以及已报道序列优化改造的信号肽,将它们融合至Suc2 并构建了相应的酿酒酵母BY4741 重组菌.其中,酿酒酵母内源分泌信号肽AGA2 能使蔗糖转化酶Suc2 更有效的分泌,含有信号肽AGA2 的重组菌BY-AG的蔗糖酶酶活和菊糖酶酶活相对于含有天然信号肽的原始菌BY-S分别提高 42%和26%,其利用菊糖产乙醇能力较原始菌提高了32%,乙醇产量达到78.11 g/L.在使用毕赤酵母(Pichia pasto-ris)分泌信号肽MSB2 时,蔗糖转化酶Suc2 的分泌水平也有提高,含有信号肽MSB2 的重组菌BY-MS较原始菌BY-S的蔗糖酶酶活和菊糖酶酶活分别提高了80%和74%,同时,利用菊糖产乙醇能力也提高了56%,产量达到86.31 g/L.最后,对重组菌BY-MS摇瓶发酵过程中的生物量、蔗糖酶酶活、残糖总量和乙醇产量进行了监测,结果表明,重组菌BY-MS的发酵性能较原始菌BY-S有显著提高.本研究为提高蔗糖转化酶Suc2 的分泌水平、构建高效菊糖基乙醇生产菌株提供参考.