由中科院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員領銜的農業(yè)生態(tài)過程方向研究團隊近日于水稻根際酶活時空動態(tài)穩(wěn)定機制及其對溫度和水稻生長的響應研究取得新進展。
根際是土壤微生物活動最為重要的“熱區(qū)”，是土壤-微生物-植物根系之間互相作用關系最為密集的區(qū)域。盡管根際的生物化學過程非?；钴S，但持續(xù)高效的物質與能量交換通常維持著相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，從而使根際環(huán)境的物理化學生物特性，如土壤酶活性，在高度動態(tài)中仍可能保持一定的空間穩(wěn)定性。根際沉積作用通過調控底物的可利用性，影響著有機質礦化相關酶的溫度敏感性，對全球變化背景下根際酶活性的動態(tài)穩(wěn)定有重要意義。然而迄今為止，根際酶活空間分布對溫度變化的響應仍不清楚，根際效應對酶活性溫度敏感性的影響尚未見報道。
基于此，該團隊采用土壤原位酶譜技術（soil zymography），研究了不同溫度下（18°C、25°C）幾丁質酶和磷酸酶活性和空間分布模式隨水稻生長時間（14d、30d）的變化。結果表明，土壤剖面的整體酶活隨溫度的升高而升高，隨水稻生長時間的延長而降低；但酶活熱區(qū)面積和空間分布模式均與溫度無關，當水稻生長時間從14d增加到30d時，幾丁質酶活性熱區(qū)面積從2-2.5%減少到0.3-0.5%，而磷酸酶活性熱區(qū)面積從2%增加到6-7%，兩種酶的空間分布模式均從隨機分布過渡為沿根分布；該研究首次探討了水稻根際酶活的橫向擴散范圍，并指出土壤酶活性在水稻根系的徑向擴散不受溫度影響且在水稻生長過程中保持相對穩(wěn)定；通過比較根際土和非根際土酶活溫度敏感性（Q10）的差異，研究發(fā)現水稻根表的酶活溫度敏感性隨與根中心徑向距離的增大而減小（Q10~1.3-1.4），而非根際土（距離根中心＞1.5 mm）的酶活性幾乎不受溫度影響（Q10~1）。該研究表明，全球變暖對水稻土根際元素周轉的促進效應遠大于非根際，因此在后續(xù)研究中應對根際過程予以特別關注。
該研究近期以Stability and dynamics of enzyme activity patterns in the rice rhizosphere: Effects ofplant growth and temperature為題發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。編輯和審稿人認為：“After reading your manuscript I find it to be very novel and interesting, I enjoyed reading the manuscript and I have only minor comments”。該研究得到了國家自然科學基金委、英國皇家學會牛頓高級學者基金和中科院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團隊等項目的資助。
圖1 水稻根際幾丁質酶與磷酸酶的活性和空間分布及其對溫度與水稻生長的響應