土(tu)壤酶(mei)學家通常不直接測(ce)量土(tu)壤中(zhong)酶(mei)的濃度。土壤(rang)酶濃度的(de)(de)(de)測(ce)定(ding)首先需要(yao)從土壤(rang)中(zhong)(zhong)提(ti)取特定(ding)的(de)(de)(de)蛋(dan)白，然后對(dui)蛋(dan)白進(jin)行(xing)定(ding)量。這是(shi)特別困難的(de)(de)(de)，在(zai)很多(duo)情況下，也是(shi)沒有(you)意(yi)義的(de)(de)(de)。就生態學而言，重要(yao)的(de)(de)(de)是(shi)土壤(rang)酶的(de)(de)(de)活(huo)性。與(yu)之(zhi)不同，土壤(rang)酶學家的(de)(de)(de)目(mu)標(biao)是(shi)測(ce)量不同土壤(rang)中(zhong)(zhong)特定(ding)酶促(cu)反應的(de)(de)(de)活(huo)性。這需要(yao)在(zai)世界各地的(de)(de)(de)實(shi)驗室都使(shi)用(yong)標(biao)準的(de)(de)(de)反應體系(xi)，以便提(ti)供(gong)可重復的(de)(de)(de)結果(guo)。任(ren)何干擾這一(yi)目(mu)標(biao)的(de)(de)(de)行(xing)為，都將損(sun)害所獲得(de)數據的(de)(de)(de)價值。詳(xiang)盡描述土壤(rang)酶反應體系(xi)對(dui)于學術出(chu)版是(shi)極(ji)其(qi)重要(yao)的(de)(de)(de)，因(yin)為它提(ti)供(gong)了一(yi)種(zhong)標(biao)準，使(shi)得(de)一(yi)種(zhong)土壤(rang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)酶活(huo)能夠與(yu)另一(yi)種(zhong)土壤(rang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)酶活(huo)進(jin)行(xing)合理(li)的(de)(de)(de)比(bi)較(jiao)。此(ci)外，使(shi)用(yong)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)酶活(huo)測(ce)定(ding)方法得(de)到的(de)(de)(de)研究結果(guo)，可提(ti)高我們對(dui)土壤(rang)酶在(zai)土壤(rang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)作用(yong)的(de)(de)(de)理(li)解，包括許多(duo)重要(yao)的(de)(de)(de)土壤(rang)過(guo)程或(huo)功(gong)能。 土(tu)壤(rang)(rang)酶(mei)反(fan)(fan)應(ying)(ying)體系被設(she)計用于確定土(tu)壤(rang)(rang)酶(mei)存在(zai)狀態下酶(mei)促(cu)(cu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)過程(cheng)速率，從而(er)獲(huo)得反(fan)(fan)應(ying)(ying)體系中(zhong)土(tu)壤(rang)(rang)酶(mei)的濃(nong)度(du)。一般來(lai)說，偏(pian)好(hao)測量(liang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)產(chan)物(wu)的產(chan)生量(liang)。測定土(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)反(fan)(fan)應(ying)(ying)產(chan)物(wu)濃(nong)度(du)較低甚(shen)至不存在(zai)時(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)產(chan)物(wu)濃(nong)度(du)的微小變(bian)化，要(yao)比測定反(fan)(fan)應(ying)(ying)底物(wu)較高背景濃(nong)度(du)時(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)底物(wu)濃(nong)度(du)的微小變(bian)化，要(yao)容易得多。必須指出，在(zai)某些情(qing)況下，沒有(you)好(hao)的分析方法來(lai)提取和檢測土(tu)壤(rang)(rang)酶(mei)促(cu)(cu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)的產(chan)物(wu)。在(zai)這種(zhong)情(qing)況下，就需(xu)要(yao)測量(liang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)底物(wu)的消耗。 故弄清楚(chu)影響(xiang)土(tu)壤酶(mei)活(huo)的(de)因子，創建有效的(de)、標(biao)準的(de)土(tu)壤酶(mei)反應體系對(dui)于(yu)研(yan)究土(tu)壤生(sheng)物地(di)球(qiu)化學過(guo)程極其(qi)重要。 土壤酶(mei)可分成胞(bao)內酶(mei)和胞(bao)外酶(mei)兩類。由(you)于一些物質(zhi)太大(da)(da)，不能穿過細胞膜，進入細胞內(nei)部(bu)，所以胞外酶(mei)對于大(da)(da)分子物質(zhi)代謝特別(bie)重要(yao)。研究土(tu)(tu)壤胞外酶(mei)，對于理(li)解整個(ge)土(tu)(tu)壤系統至關重要(yao)。 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(le)長期氮沉(chen)降對糖槭林土壤中胞外(wai)酶活性的影響，該文創建了一個被廣泛使用(yong)的酶活反應體系，測量并(bing)比較了氮沉降對凋落物(wu)和土壤有機質分(fen)解過程中10種胞外酶活性的影響。這(zhe)些酶(mei)活變化表明，N沉降增加了凋落物分(fen)解速率，抑制了SOM的分(fen)解。 土壤(A)和凋落物(B)胞外酶活性對氮沉降的響應 該文的通信作者Robert L. Sinsabaugh更是(shi)土(tu)壤酶(mei)活研究領(ling)域的領(ling)軍人物(wu)，于(yu)08年在Ecology Letters上報(bao)道了全球尺度的土(tu)壤酶(mei)活化學計量(liang)研究成果(guo)(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，氮添加顯(xian)著(zhu)增加根際土的C、N、P分(fen)解(jie)酶(mei)活性，其中P分(fen)解(jie)酶(mei)活性增加最(zui)多，導(dao)致土壤酶(mei)的C:P和N:P比例(li)顯(xian)著(zhu)下降。根(gen)(gen)際土(tu)壤(rang)酶(mei)(mei)N:P比與(yu)植(zhi)(zhi)物(wu)、土(tu)壤(rang)和微生(sheng)物(wu)的(de)N:P比呈(cheng)(cheng)負(fu)相(xiang)關(guan)，說(shuo)明在施氮(dan)條件下(xia)，增加(jia)植(zhi)(zhi)物(wu)和微生(sheng)物(wu)對(dui)P的(de)吸收，可能會逐漸加(jia)劇(ju)(ju)根(gen)(gen)際P限(xian)制(zhi)。氮(dan)添(tian)加(jia)顯(xian)著提(ti)高非根(gen)(gen)際土(tu)C分(fen)解酶(mei)(mei)活性，并降(jiang)低土(tu)壤(rang)酶(mei)(mei)的(de)C:N比。同時，非根(gen)(gen)際土(tu)壤(rang)酶(mei)(mei)C:N比與(yu)土(tu)壤(rang)C:N比呈(cheng)(cheng)負(fu)相(xiang)關(guan)，但與(yu)植(zhi)(zhi)物(wu)C:N比無(wu)關(guan)，說(shuo)明氮(dan)添(tian)加(jia)可能加(jia)劇(ju)(ju)非根(gen)(gen)際微生(sheng)物(wu)C限(xian)制(zhi)。 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。 區分基質的土壤酶化學計量理論概念模型 參考(kao)文獻(xian) 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]. 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