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摘 要：以盆栽平邑甜茶幼苗为试验材料，通过向盆土浇灌液体植酸酶，探讨了外源植酸酶对根区土壤植酸酶活性、磷酸酶活性、速效磷含量、土壤微生物种类和数量及平邑甜茶幼苗生长特性的影响。结果显示，施入外源植酸酶制剂后，根区土壤植酸酶活性、磷酸酶活性、速效磷含量均显著提高，且提高幅度随着外源植酸酶用量的增加而增大；随着处理时间的延长，土壤植酸酶活性迅速下降后趋于平稳，磷酸酶活性总体呈逐渐上升趋势，速效磷含量快速上升后缓慢下降。外源植酸酶也显著提高了土壤微生物的数量，在植酸酶浓度为40 000 U/kg时，土壤细菌、放线菌、真菌分别比对照增加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、茎粗、叶面积、光合速率及叶绿素含量均显著提高。
关键词：植酸酶；平邑甜茶；根区土壤；微生物；磷酸酶；光合速率
中图分类号：S154.3：S661.106+.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0081-05
植物生长发育所需磷主要来自土壤，土壤磷素包括无机磷和有机磷，其中有机磷约占土壤全磷含量的20%～50%[1]。植酸（肌醇六磷酸）及植酸盐（统称植酸磷）是土壤有机磷的主要存在形式[2，3]，但植酸磷作为大分子有机磷难以被植物直接利用，需要分解转化为无机磷酸根后才能被根系吸收，而植酸酶是一种能够将植酸磷水解为肌醇与磷酸（盐）的磷酸单酯酶[2，4]。
植酸酶除极少量来自植物根系外，主要由土壤微生物分泌产生[5，6]，但长期单施化肥降低了农田土壤细菌和真菌数量，改变了微生物种群结构[7]，这必然会影响土壤生物活性及土壤植酸酶的产生。土壤生物活性主要取决于土壤动物、植物和微生物的生命活动以及土壤酶类的活性，向果园土壤引入蚯蚓和微生物可明显提高土壤生物活性[8，9]，将饲料植酸酶成品施入土壤能够明显提高土壤磷酸酶活性[10，11]，施入来自微生物的植酸酶制剂可显著促进土壤有机磷的水解以及磷的有效性[12，13]，将超表达植酸酶的烟草种植在土壤中，同样明显促进土壤有机磷的转化等[14]。但是，外源植酸酶引起的土壤变化及其对土壤微生物及作物生长发育的影响并不清楚。平邑甜茶是苹果常用砧木和观赏树木，本研究利用盆栽平邑甜茶，通过向盆土施入液体植酸酶制剂，探讨植酸酶活性在土壤中的变化，分析土壤微生物、磷酸酶和平邑甜茶对外源植酸酶的反应，以期为改善根区土壤生物学特性提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2012年在山东省高校果树生物学重点实验室和山东农业大学园艺实验站进行。试验用植酸酶为北京挑战生物技术有限公司的液体植酸酶制剂（活性5 000 U/ml），供试植株为1年生盆栽平邑甜茶幼苗，盆土为普通褐土，其pH值为7.3、速效磷33.9 mg/kg、碱解氮66.6 mg/kg、速效钾102.5 mg/kg。
1.2 试验设计
2012年5月10日选长势一致的1年生平邑甜茶幼苗，两棵为一组移栽到陶盆中，5月17日分别向盆土中灌入0、5 000、10 000、20 000、40 000 U/kg液体植酸酶进行处理，每盆为一个处理，每处理重复3次。
1.3 测定方法
从2012年5月17日开始定期用取土器从盆中随机选3点垂直取土（深度以盆高为准），将3份土均匀混合后用“四分法”取土样，剩余土放回盆中。将所取土样带回实验室，取40 g放入4℃恒温箱用于微生物量测定，其余土样自然风干后研磨用于土壤速效磷及土壤酶的测定。处理50 d后对平邑甜茶幼苗的根系活力、幼苗株高、茎粗、叶面积、净光合速率及叶片叶绿素含量进行测定。
速效磷含量测定采用钼锑抗比色法[15]、磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法[16]、植酸酶活性测定参照关松荫的土壤酶及其研究方法[16]；微生物量测定运用涂布平板计数法测定每克土壤内微生物量[17]，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌采用改良高氏1号培养基，真菌采用孟加拉红的马丁氏培养基，分别进行各微生物类群的分离与计数，并计算每克干土中的微生物数量（CFU/g干土）；根系活力测定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法[18]；株高和茎粗用米尺与游标卡尺测量；净光合速率用CIRAS-2便携式光合测定仪（PP Systems，英国）进行测定；叶绿素含量用SPAD-502便携式叶绿素测定仪测定。
1.4 数据统计分析
用Excel和DPS软件对数据进行统计分析，用Duncan’s法进行显著性检验。
2 结果与分析
2.1 外源植酸酶对根区土壤植酸酶活性的影响
图1为土壤浇灌外源植酸酶后50 d内土壤植酸酶活性变化趋势。由该图可见，施入液体植酸酶制剂能够明显提高平邑甜茶根区土壤植酸酶的活性，并且随着外源植酸酶施用量的增加，土壤植酸酶活性逐渐升高。同时，施入不同浓度的植酸酶后，根区土壤植酸酶活性均随着处理时间的延长而呈现先迅速下降后趋于平稳的变化特点，在前10 d下降尤为明显；而且外源植酸酶用量越大，土壤植酸酶活性最后趋于平稳所需要的时间越长。由于所测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现的活性，处理前10 d总活性下降，说明外源植酸酶活性在前10 d损失较多，但总体来说，施用外源植酸酶可以有效提高根区土壤植酸酶活性，用量越大，提高的幅度也越大，而且在最低用量（5 000 U/kg）的外源植酸酶处理后50 d时，土壤植酸酶活性仍比对照高13.2%。 2.2 外源植酸酶对根区土壤速效磷含量的影响
图2为土壤浇灌外源植酸酶后50 d内土壤速效磷含量变化趋势。由该图可见，根区土壤速效磷含量在施入外源植酸酶后明显高于对照，升高幅度在3.56%～54.48%，并且随着外源植酸酶施用量的增加，土壤速效磷含量逐渐增加。此外，对照土壤速效磷含量随时间延长而逐渐减少，而施入外源植酸酶后，根区土壤速效磷含量在前10 d逐渐增加，并在第10 天达到一个峰值后逐渐下降。但是，5 000 U/kg的植酸酶施入土壤后30、40、50 d时测定，土壤速效磷含量仍然分别比对照增加15.1%、14.3%和10.3%。
2.3 外源植酸酶对根区土壤磷酸酶活性的影响
图3为浇灌外源植酸酶后50 d内土壤碱性磷酸酶和中性磷酸酶活性变化趋势。由该图可见，添加外源植酸酶可以明显提高土壤磷酸酶活性，其碱性和中性磷酸酶分别比对照提高11.90%～26.57%、3.94%～39.52%，并且随外源植酸酶施用量的增加，土壤磷酸酶活性逐渐升高。
由图3还可见，虽然在处理后20 d时磷酸酶活性有所下降，但总体上土壤磷酸酶活性随着处理时间的延长而逐渐增加，尤其是碱性磷酸酶活性。此外，土壤碱性磷酸酶活性及其在施入植酸酶后的活性增加值均明显高于中性磷酸酶活性，说明碱性磷酸酶在无机磷的释放中比中性磷酸酶能够发挥更大的作用。
2.4 外源植酸酶对根区土壤微生物组成的影响
表1为浇灌40 000 U/kg的外源植酸酶后土壤内细菌、放线菌、真菌数量随时间延长的变化。可见，施加外源植酸酶后，土壤内细菌、放线菌、真菌数量明显高于对照，在处理后10～50 d内的提高幅度分别为30.98%～69.00%、35.78%～249.18%、10.17%～271.28%，其中处理第10 天，3种微生物的数量及放线菌和真菌的增加比率均最高，而细菌数量在50 d内的增加比率比较稳定。此外，尽管施用外源植酸酶后3种土壤微生物数量有不同程度增加，但没有改变土壤细菌数量>放线菌数量>真菌数量的规律。
3 讨论
在土壤磷素循环过程中，速效磷、土壤酶及有机磷存在着密切联系，植酸酶与磷酸酶在催化土壤有机磷素释放中发挥重要作用[19，20]。土壤植酸酶活性除取决于植酸酶的来源和生化特性外，主要受土壤环境因素的影响[21]，如土壤蛋白酶和微生物对植酸酶的降解，土壤颗粒对植酸酶吸附以及土壤金属离子等对植酸酶的破坏等。本研究中发现，外源植酸酶施入土壤后，测得的土壤植酸酶活性虽然在开始远高于未施外源植酸酶的土壤，但在前10 d内大幅度下降，这说明外源植酸酶施入土壤后受到土壤因素的干扰，使酶活性大量损失。不过，尽管酶活性大幅度下降，但10 d以后，土壤植酸酶活性基本稳定，而且施入外源植酸酶的土壤植酸酶活性始终明显高于对照；此外，即使在处理后第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%，这说明有某种因素在延缓植酸酶活性下降或者补充新的植酸酶。
土壤植酸酶主要由土壤微生物分泌产生[6]。本研究结果显示，施入外源植酸酶后，土壤细菌、放线菌和真菌的数量明显提高，而且在处理后第10 天，3种微生物的数量均处于最高水平。土壤微生物数量的这种普遍增加，必然会增加土壤植酸酶的数量和活性，从而为土壤补充新的植酸酶。至于微生物数量之所以在施用外源植酸酶后增加（尤其是处理后第10 天），应当与外源植酸酶的施入改变了土壤环境及增加了微生物所需要的营养（如部分外源植酸酶在施入前10 d内可能降解成氨基酸等）有关。
植酸酶在将植酸（肌醇六磷酸）水解时，会生成肌醇二磷酸、肌醇三磷酸等中间产物，这些中间产物对磷酸酶有一定诱导作用；而且，土壤磷酸酶是一类催化有机磷化合物释放出无机磷和相应醇类的水解酶，严格地讲，植酸酶属于磷酸酶的一种特殊类型[20]，因此，土壤施入外源植酸酶后，在植酸酶活性升高的同时，土壤磷酸酶活性也相应升高。然而，磷酸酶毕竟不等同于植酸酶，它们在土壤中的变化趋势并不完全相同。
磷酸酶和植酸酶水解有机磷生成的产物都是速效磷，这两种酶活性的升高必然使土壤速效磷含量升高。外源植酸酶处理前20 d，磷酸酶和植酸酶都处于较高水平，20 d后植酸酶活性降到较低水平而磷酸酶活性依然比较高，因此，土壤施入外源植酸酶后的前20 d，速效磷的产生可能是磷酸酶和植酸酶共同作用的结果，第20天到第50天，速效磷的产生可能主要是磷酸酶的作用。处理第20天后，土壤速效磷含量逐渐下降，则可能与植株对速效磷吸收利用逐渐增强有关。
磷是植物生长发育不可缺少的大量元素之一，土壤速效磷对植株生长有促进作用；施入外源植酸酶不仅提高了土壤速效磷含量，也提高了土壤酶的活性和微生物数量。丰富的土壤酶和土壤生物及它们的活跃代谢不仅可提高土壤生物活性，还可产生许多活性物质，如微生物的代谢活动会产生吲哚乙酸和细胞分裂素等多种植物生长调节物质，这些调节物质可以促进根系发育及其养分吸收，进而改善叶片的光合性能，促进地上部的生长发育。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、光合性能和植株生长量均明显提高。
4 结论
4.1 外源液体植酸酶活性在添加到土壤后的前10 d下降最快，10 d 后活性相对稳定；施用外源植酸酶可以明显提高土壤植酸酶活性，有利于改良土壤。
4.2 外源植酸酶不仅可以提高土壤磷酸酶活性和速效磷含量，还可以增加土壤微生物数量，提高平邑甜茶根系活力和叶片光合性能，促进植株生长发育。
参 考 文 献：
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关键词：植酸酶；平邑甜茶；根区土壤；微生物；磷酸酶；光合速率
中图分类号：S154.3：S661.106+.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0081-05
植物生长发育所需磷主要来自土壤，土壤磷素包括无机磷和有机磷，其中有机磷约占土壤全磷含量的20%～50%[1]。植酸（肌醇六磷酸）及植酸盐（统称植酸磷）是土壤有机磷的主要存在形式[2，3]，但植酸磷作为大分子有机磷难以被植物直接利用，需要分解转化为无机磷酸根后才能被根系吸收，而植酸酶是一种能够将植酸磷水解为肌醇与磷酸（盐）的磷酸单酯酶[2，4]。
植酸酶除极少量来自植物根系外，主要由土壤微生物分泌产生[5，6]，但长期单施化肥降低了农田土壤细菌和真菌数量，改变了微生物种群结构[7]，这必然会影响土壤生物活性及土壤植酸酶的产生。土壤生物活性主要取决于土壤动物、植物和微生物的生命活动以及土壤酶类的活性，向果园土壤引入蚯蚓和微生物可明显提高土壤生物活性[8，9]，将饲料植酸酶成品施入土壤能够明显提高土壤磷酸酶活性[10，11]，施入来自微生物的植酸酶制剂可显著促进土壤有机磷的水解以及磷的有效性[12，13]，将超表达植酸酶的烟草种植在土壤中，同样明显促进土壤有机磷的转化等[14]。但是，外源植酸酶引起的土壤变化及其对土壤微生物及作物生长发育的影响并不清楚。平邑甜茶是苹果常用砧木和观赏树木，本研究利用盆栽平邑甜茶，通过向盆土施入液体植酸酶制剂，探讨植酸酶活性在土壤中的变化，分析土壤微生物、磷酸酶和平邑甜茶对外源植酸酶的反应，以期为改善根区土壤生物学特性提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2012年在山东省高校果树生物学重点实验室和山东农业大学园艺实验站进行。试验用植酸酶为北京挑战生物技术有限公司的液体植酸酶制剂（活性5 000 U/ml），供试植株为1年生盆栽平邑甜茶幼苗，盆土为普通褐土，其pH值为7.3、速效磷33.9 mg/kg、碱解氮66.6 mg/kg、速效钾102.5 mg/kg。
1.2 试验设计
2012年5月10日选长势一致的1年生平邑甜茶幼苗，两棵为一组移栽到陶盆中，5月17日分别向盆土中灌入0、5 000、10 000、20 000、40 000 U/kg液体植酸酶进行处理，每盆为一个处理，每处理重复3次。
1.3 测定方法
从2012年5月17日开始定期用取土器从盆中随机选3点垂直取土（深度以盆高为准），将3份土均匀混合后用“四分法”取土样，剩余土放回盆中。将所取土样带回实验室，取40 g放入4℃恒温箱用于微生物量测定，其余土样自然风干后研磨用于土壤速效磷及土壤酶的测定。处理50 d后对平邑甜茶幼苗的根系活力、幼苗株高、茎粗、叶面积、净光合速率及叶片叶绿素含量进行测定。
速效磷含量测定采用钼锑抗比色法[15]、磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法[16]、植酸酶活性测定参照关松荫的土壤酶及其研究方法[16]；微生物量测定运用涂布平板计数法测定每克土壤内微生物量[17]，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌采用改良高氏1号培养基，真菌采用孟加拉红的马丁氏培养基，分别进行各微生物类群的分离与计数，并计算每克干土中的微生物数量（CFU/g干土）；根系活力测定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法[18]；株高和茎粗用米尺与游标卡尺测量；净光合速率用CIRAS-2便携式光合测定仪（PP Systems，英国）进行测定；叶绿素含量用SPAD-502便携式叶绿素测定仪测定。
1.4 数据统计分析
用Excel和DPS软件对数据进行统计分析，用Duncan’s法进行显著性检验。
2 结果与分析
2.1 外源植酸酶对根区土壤植酸酶活性的影响
图1为土壤浇灌外源植酸酶后50 d内土壤植酸酶活性变化趋势。由该图可见，施入液体植酸酶制剂能够明显提高平邑甜茶根区土壤植酸酶的活性，并且随着外源植酸酶施用量的增加，土壤植酸酶活性逐渐升高。同时，施入不同浓度的植酸酶后，根区土壤植酸酶活性均随着处理时间的延长而呈现先迅速下降后趋于平稳的变化特点，在前10 d下降尤为明显；而且外源植酸酶用量越大，土壤植酸酶活性最后趋于平稳所需要的时间越长。由于所测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现的活性，处理前10 d总活性下降，说明外源植酸酶活性在前10 d损失较多，但总体来说，施用外源植酸酶可以有效提高根区土壤植酸酶活性，用量越大，提高的幅度也越大，而且在最低用量（5 000 U/kg）的外源植酸酶处理后50 d时，土壤植酸酶活性仍比对照高13.2%。 2.2 外源植酸酶对根区土壤速效磷含量的影响
图2为土壤浇灌外源植酸酶后50 d内土壤速效磷含量变化趋势。由该图可见，根区土壤速效磷含量在施入外源植酸酶后明显高于对照，升高幅度在3.56%～54.48%，并且随着外源植酸酶施用量的增加，土壤速效磷含量逐渐增加。此外，对照土壤速效磷含量随时间延长而逐渐减少，而施入外源植酸酶后，根区土壤速效磷含量在前10 d逐渐增加，并在第10 天达到一个峰值后逐渐下降。但是，5 000 U/kg的植酸酶施入土壤后30、40、50 d时测定，土壤速效磷含量仍然分别比对照增加15.1%、14.3%和10.3%。
2.3 外源植酸酶对根区土壤磷酸酶活性的影响
图3为浇灌外源植酸酶后50 d内土壤碱性磷酸酶和中性磷酸酶活性变化趋势。由该图可见，添加外源植酸酶可以明显提高土壤磷酸酶活性，其碱性和中性磷酸酶分别比对照提高11.90%～26.57%、3.94%～39.52%，并且随外源植酸酶施用量的增加，土壤磷酸酶活性逐渐升高。
由图3还可见，虽然在处理后20 d时磷酸酶活性有所下降，但总体上土壤磷酸酶活性随着处理时间的延长而逐渐增加，尤其是碱性磷酸酶活性。此外，土壤碱性磷酸酶活性及其在施入植酸酶后的活性增加值均明显高于中性磷酸酶活性，说明碱性磷酸酶在无机磷的释放中比中性磷酸酶能够发挥更大的作用。
2.4 外源植酸酶对根区土壤微生物组成的影响
表1为浇灌40 000 U/kg的外源植酸酶后土壤内细菌、放线菌、真菌数量随时间延长的变化。可见，施加外源植酸酶后，土壤内细菌、放线菌、真菌数量明显高于对照，在处理后10～50 d内的提高幅度分别为30.98%～69.00%、35.78%～249.18%、10.17%～271.28%，其中处理第10 天，3种微生物的数量及放线菌和真菌的增加比率均最高，而细菌数量在50 d内的增加比率比较稳定。此外，尽管施用外源植酸酶后3种土壤微生物数量有不同程度增加，但没有改变土壤细菌数量>放线菌数量>真菌数量的规律。
3 讨论
在土壤磷素循环过程中，速效磷、土壤酶及有机磷存在着密切联系，植酸酶与磷酸酶在催化土壤有机磷素释放中发挥重要作用[19，20]。土壤植酸酶活性除取决于植酸酶的来源和生化特性外，主要受土壤环境因素的影响[21]，如土壤蛋白酶和微生物对植酸酶的降解，土壤颗粒对植酸酶吸附以及土壤金属离子等对植酸酶的破坏等。本研究中发现，外源植酸酶施入土壤后，测得的土壤植酸酶活性虽然在开始远高于未施外源植酸酶的土壤，但在前10 d内大幅度下降，这说明外源植酸酶施入土壤后受到土壤因素的干扰，使酶活性大量损失。不过，尽管酶活性大幅度下降，但10 d以后，土壤植酸酶活性基本稳定，而且施入外源植酸酶的土壤植酸酶活性始终明显高于对照；此外，即使在处理后第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%，这说明有某种因素在延缓植酸酶活性下降或者补充新的植酸酶。
土壤植酸酶主要由土壤微生物分泌产生[6]。本研究结果显示，施入外源植酸酶后，土壤细菌、放线菌和真菌的数量明显提高，而且在处理后第10 天，3种微生物的数量均处于最高水平。土壤微生物数量的这种普遍增加，必然会增加土壤植酸酶的数量和活性，从而为土壤补充新的植酸酶。至于微生物数量之所以在施用外源植酸酶后增加（尤其是处理后第10 天），应当与外源植酸酶的施入改变了土壤环境及增加了微生物所需要的营养（如部分外源植酸酶在施入前10 d内可能降解成氨基酸等）有关。
植酸酶在将植酸（肌醇六磷酸）水解时，会生成肌醇二磷酸、肌醇三磷酸等中间产物，这些中间产物对磷酸酶有一定诱导作用；而且，土壤磷酸酶是一类催化有机磷化合物释放出无机磷和相应醇类的水解酶，严格地讲，植酸酶属于磷酸酶的一种特殊类型[20]，因此，土壤施入外源植酸酶后，在植酸酶活性升高的同时，土壤磷酸酶活性也相应升高。然而，磷酸酶毕竟不等同于植酸酶，它们在土壤中的变化趋势并不完全相同。
磷酸酶和植酸酶水解有机磷生成的产物都是速效磷，这两种酶活性的升高必然使土壤速效磷含量升高。外源植酸酶处理前20 d，磷酸酶和植酸酶都处于较高水平，20 d后植酸酶活性降到较低水平而磷酸酶活性依然比较高，因此，土壤施入外源植酸酶后的前20 d，速效磷的产生可能是磷酸酶和植酸酶共同作用的结果，第20天到第50天，速效磷的产生可能主要是磷酸酶的作用。处理第20天后，土壤速效磷含量逐渐下降，则可能与植株对速效磷吸收利用逐渐增强有关。
磷是植物生长发育不可缺少的大量元素之一，土壤速效磷对植株生长有促进作用；施入外源植酸酶不仅提高了土壤速效磷含量，也提高了土壤酶的活性和微生物数量。丰富的土壤酶和土壤生物及它们的活跃代谢不仅可提高土壤生物活性，还可产生许多活性物质，如微生物的代谢活动会产生吲哚乙酸和细胞分裂素等多种植物生长调节物质，这些调节物质可以促进根系发育及其养分吸收，进而改善叶片的光合性能，促进地上部的生长发育。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、光合性能和植株生长量均明显提高。
4 结论
4.1 外源液体植酸酶活性在添加到土壤后的前10 d下降最快，10 d 后活性相对稳定；施用外源植酸酶可以明显提高土壤植酸酶活性，有利于改良土壤。
4.2 外源植酸酶不仅可以提高土壤磷酸酶活性和速效磷含量，还可以增加土壤微生物数量，提高平邑甜茶根系活力和叶片光合性能，促进植株生长发育。
参 考 文 献：
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