土壤(rang)(rang)是(shi)一個具有明顯“生(sheng)(sheng)命(ming)(ming)”特征的(de)類生(sheng)(sheng)命(ming)(ming)體，而(er)不(bu)是(shi)惰性物(wu)質的(de)簡單堆(dui)砌。大(da)量的(de)微生(sheng)(sheng)物(wu)、植物(wu)和(he)(he)動物(wu)可以生(sheng)(sheng)產、分解和(he)(he)/或轉化土壤(rang)(rang)中數(shu)不(bu)盡的(de)有機物(wu)和(he)(he)無機物(wu)。這些反應，大(da)多數(shu)都需要土壤(rang)(rang)酶(mei)的(de)催化，如果(guo)沒有土壤(rang)(rang)酶(mei)，土壤(rang)(rang)將喪(sang)失其(qi)功(gong)能，地球上所有的(de)生(sheng)(sheng)命(ming)(ming)最(zui)終都將受到影響(xiang)。
土壤(rang)酶活測定，是基于土壤(rang)加入底物(wu)培養(yang)過程(cheng)中(zhong)，反(fan)應產物(wu)產生或(huo)反(fan)應底物(wu)消耗的量(liang)進行評價的。土(tu)(tu)壤酶(mei)活測量(liang)過(guo)(guo)程中，產物或底物的(de)(de)(de)提取效率、測試土(tu)(tu)樣(yang)為風(feng)干(gan)土(tu)(tu)還是(shi)(shi)鮮(xian)土(tu)(tu)、緩沖液的(de)(de)(de)pH值、基(ji)質濃度(du)(du)、土(tu)(tu)樣(yang)重量(liang)、反(fan)(fan)(fan)應(ying)時間、溫度(du)(du)、反(fan)(fan)(fan)應(ying)過(guo)(guo)程中有沒有搖動、反(fan)(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)(de)化學計量(liang)、選擇一個(ge)合適的(de)(de)(de)分析流程、反(fan)(fan)(fan)應(ying)體系創建前(qian)樣(yang)品的(de)(de)(de)保(bao)存或前(qian)處(chu)理(li)、反(fan)(fan)(fan)應(ying)過(guo)(guo)程是(shi)(shi)否需(xu)要(yao)輔助因子等(deng)必須(xu)考慮并加以適當控(kong)制。所有(you)這(zhe)些因素都需要(yao)針對不同的(de)(de)土壤進行仔細的(de)(de)評估和(he)優化(hua)，以提(ti)供(gong)有(you)效的(de)(de)測定土壤酶(mei)活(huo)，并確保反(fan)應速率的(de)(de)唯一限制(zhi)因子是土壤酶(mei)的(de)(de)濃度。
土壤酶學家通常不直接測量(liang)土壤中酶的濃度。土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)酶(mei)濃(nong)度的(de)(de)(de)測定(ding)(ding)(ding)首先需要(yao)從土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)中(zhong)提(ti)取(qu)特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)蛋(dan)白，然后(hou)對蛋(dan)白進(jin)行(xing)定(ding)(ding)(ding)量。這是(shi)(shi)(shi)特(te)別困難的(de)(de)(de)，在很多(duo)(duo)情況下，也是(shi)(shi)(shi)沒有意義的(de)(de)(de)。就生態學而言，重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)酶(mei)的(de)(de)(de)活性。與之不(bu)同，土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)酶(mei)學家的(de)(de)(de)目標是(shi)(shi)(shi)測量不(bu)同土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)中(zhong)特(te)定(ding)(ding)(ding)酶(mei)促反應(ying)的(de)(de)(de)活性。這需要(yao)在世界(jie)各地的(de)(de)(de)實驗室都使用(yong)(yong)標準(zhun)的(de)(de)(de)反應(ying)體系，以便提(ti)供(gong)可重(zhong)(zhong)復的(de)(de)(de)結果。任何干擾這一目標的(de)(de)(de)行(xing)為(wei)，都將損害所獲(huo)得數據的(de)(de)(de)價值。詳盡(jin)描(miao)述(shu)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)酶(mei)反應(ying)體系對于學術(shu)出(chu)版是(shi)(shi)(shi)極其重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)，因為(wei)它提(ti)供(gong)了一種(zhong)標準(zhun)，使得一種(zhong)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)中(zhong)的(de)(de)(de)酶(mei)活能夠與另一種(zhong)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)中(zhong)的(de)(de)(de)酶(mei)活進(jin)行(xing)合(he)理的(de)(de)(de)比較(jiao)。此外，使用(yong)(yong)有效的(de)(de)(de)酶(mei)活測定(ding)(ding)(ding)方法(fa)得到(dao)的(de)(de)(de)研究結果，可提(ti)高我們對土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)酶(mei)在土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)中(zhong)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)理解，包(bao)括許多(duo)(duo)重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)過程或功能。土壤(rang)(rang)酶反應(ying)體(ti)系(xi)被(bei)設計用于確定土壤(rang)(rang)酶存在(zai)(zai)狀態(tai)下(xia)酶促(cu)反應(ying)過(guo)程速率(lv)，從而獲得反應(ying)體(ti)系(xi)中土壤(rang)(rang)酶的(de)濃(nong)度。一般來(lai)說，偏好測(ce)(ce)量(liang)反應(ying)產(chan)物(wu)的(de)產(chan)生量(liang)。測(ce)(ce)定土壤(rang)(rang)中反應(ying)產(chan)物(wu)濃(nong)度較低甚至(zhi)不存在(zai)(zai)時反應(ying)產(chan)物(wu)濃(nong)度的(de)微小變化，要(yao)(yao)比(bi)測(ce)(ce)定反應(ying)底(di)(di)物(wu)較高背景濃(nong)度時反應(ying)底(di)(di)物(wu)濃(nong)度的(de)微小變化，要(yao)(yao)容易得多。必須指出，在(zai)(zai)某些情況下(xia)，沒(mei)有好的(de)分(fen)析(xi)方法(fa)來(lai)提取和檢測(ce)(ce)土壤(rang)(rang)酶促(cu)反應(ying)的(de)產(chan)物(wu)。在(zai)(zai)這種情況下(xia)，就需要(yao)(yao)測(ce)(ce)量(liang)反應(ying)底(di)(di)物(wu)的(de)消耗。故弄(nong)清楚影響土(tu)壤酶(mei)活(huo)的(de)因子，創建(jian)有效的(de)、標準(zhun)的(de)土(tu)壤酶(mei)反(fan)應體系對于研究土(tu)壤生物地球(qiu)化(hua)學過程極其重要。土壤酶(mei)(mei)可分成胞內酶(mei)(mei)和胞外酶(mei)(mei)兩(liang)類。由于(yu)一些物(wu)質(zhi)太大，不能穿過細胞膜，進(jin)入細胞內部，所以胞外(wai)酶對(dui)于(yu)大分子物(wu)質(zhi)代(dai)謝特別重要。研究(jiu)土壤胞外(wai)酶，對(dui)于(yu)理解整個土壤系(xi)統至(zhi)關重要。美國托萊多大學的K.R. Saiya-Cork等(K.R. Saiya-Cork, et al., 2002)在Soil Biology & Biochemistry上報道了長(chang)期(qi)氮沉降對糖(tang)槭林土壤(rang)中胞外酶活(huo)性(xing)的影響，該文創建了一個被廣泛使用的酶活反應(ying)體系，測量并比(bi)較了(le)氮沉降對凋(diao)落物和土壤有機質分解過程中10種胞(bao)外酶活性的(de)影響。這些酶活變化表明，N沉降增加(jia)了凋落物分(fen)解速(su)率，抑制了SOM的分(fen)解。該文的(de)(de)通信(xin)作者Robert L. Sinsabaugh更是土壤(rang)酶活研(yan)究領域(yu)的(de)(de)領軍(jun)人物，于08年在Ecology Letters上報道了全球尺(chi)度的(de)(de)土壤(rang)酶活化學計(ji)量研(yan)究成(cheng)果(Robert L. Sinsabaugh, et al., 2008)；于09年在Nature上報道了土壤和沉積物中微生物有機養分獲取的土壤酶化學計量研究成果；于12年Annual Review of Ecology and Systematics上回顧了土壤酶化學計量與生態學理論。近期，中國科學院成都生物研究所朱曉敏等(Zhu Xiaomin, et al., 2020)以“Differential effects of N addition on the stoichiometry of microbes andextracellular enzymes in the rhizosphere and bulk soils of an alpine shrubland”為題，在Plant Soil報道了氮添加對微生物和胞外酶化學計量的影響。胞外酶活性測量采用了K.R. Saiya-Cork等創建的酶活反應體系，共計測量了高寒灌叢根際土和非根際土的4種胞外酶活性，其中，一種為有機碳分解酶(β-1,4-glucosidase，BG)，兩種為有機氮分解酶(L-leucine aminopeptudase，LAP；β-N-acetylglucosaminidase，NAG)，一種為有機磷分解酶(acid phosphate，AP)，用于評價微生物的營養狀態。用Ln（BG）: Ln（LAP+NAG），Ln（BG）: LN（AP），Ln（LAP+NAG）: Ln（AP）分別表示胞外酶的C:N，C:P，N:P化學計量比(Sinsabaugh et al., 2009)。
結果表明，氮添加(jia)(jia)(jia)顯著增加(jia)(jia)(jia)根際土的C、N、P分(fen)解酶(mei)活性(xing)，其(qi)中P分(fen)解酶(mei)活性(xing)增加(jia)(jia)(jia)最(zui)多，導致土壤酶(mei)的C:P和N:P比例顯著下降。根(gen)際(ji)(ji)土(tu)(tu)壤(rang)酶N:P比(bi)(bi)(bi)與(yu)(yu)植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)、土(tu)(tu)壤(rang)和微生物(wu)(wu)的(de)N:P比(bi)(bi)(bi)呈(cheng)負相關，說(shuo)明在施氮條件下(xia)，增加(jia)植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)和微生物(wu)(wu)對P的(de)吸收(shou)，可(ke)能會逐漸加(jia)劇根(gen)際(ji)(ji)P限(xian)制。氮添加(jia)顯(xian)著提高非(fei)根(gen)際(ji)(ji)土(tu)(tu)C分解酶活(huo)性，并降低土(tu)(tu)壤(rang)酶的(de)C:N比(bi)(bi)(bi)。同(tong)時，非(fei)根(gen)際(ji)(ji)土(tu)(tu)壤(rang)酶C:N比(bi)(bi)(bi)與(yu)(yu)土(tu)(tu)壤(rang)C:N比(bi)(bi)(bi)呈(cheng)負相關，但與(yu)(yu)植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)C:N比(bi)(bi)(bi)無關，說(shuo)明氮添加(jia)可(ke)能加(jia)劇非(fei)根(gen)際(ji)(ji)微生物(wu)(wu)C限(xian)制。氮添加對根際土和非根際土C、N、P獲取土壤胞外酶活性及其化學計量的影響氮添加對根際土和非根際土的微生物生物量和酶活的影響以及地上-地下化學計量的相關性
關于土壤酶化學計量能否真實確定微生物的養分限制狀態，也存在爭議，一些研究結果與預期不符。最近，日本林業和森林產品研究所的Taiki Mori (Taiki Mori， 2020)在Soil Biology and Biochemistry上以“Does ecoenzymatic stoichiometry really determine microbial nutrientlimitations?”為題，闡述了個人對土壤酶化學計量能否真實確定微生物的養分限制狀態爭議的觀點，贊同土壤酶化學計量理論，但鑒于纖維素只能提供C源，而幾丁質、肽聚糖、蛋白質等既是N源，也是C源，如果幾丁質、肽聚糖、蛋白質等作為主要C源，就需要增加以往表征N限制的酶(LAP、NAG等)去獲取C。基于該認識，提出了相應的概念模型。1. Dick W A. Development of a soil enzyme reaction assay[J]. Methods of soil enzymology, 2011, 9: 71-84.2. Saiya-Cork K R, Sinsabaugh R L, Zak D R. The effects of long term nitrogen deposition on extracellular enzyme activity in an Acer saccharum forest soil[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(9): 1309-1315.3. Sinsabaugh R L, Lauber C L, Weintraub M N, et al. Stoichiometry of soil enzyme activity at global scale[J]. Ecology letters, 2008, 11(11): 1252-1264.4. Sinsabaugh R L, Hill B H, Shah J J F. Ecoenzymatic stoichiometry of microbial organic nutrient acquisition in soil and sediment[J]. Nature, 2009, 462(7274): 795-798.5. Sinsabaugh R L, Follstad Shah J J. Ecoenzymatic stoichiometry and ecological theory[J]. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 2012, 43: 313-343.6. Zhu X, Liu M, Kou Y, et al. Differential effects of N addition on the stoichiometry of microbes and extracellular enzymes in the rhizosphere and bulk soils of an alpine shrubland[J]. Plant and Soil, 2020: 1-17.7. Mori T. Does ecoenzymatic stoichiometry really determine microbial nutrient limitations?[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2020: 107816.
不結球白菜生長發育過程中表型變化
