由中科院亚热带农业生态研究所吴金水研究员领衔的农业生态过程方向研究团队近日于水稻根际酶活时空动态稳定机制及其对温度和水稻生长的响应研究取得新进展。
根际是土壤微生物活动最为重要的“热区”，是土壤-微生物-植物根系之间互相作用关系最为密集的区域。尽管根际的生物化学过程非常活跃，但持续高效的物质与能量交换通常维持着相对稳定的平衡状态，从而使根际环境的物理化学生物特性，如土壤酶活性，在高度动态中仍可能保持一定的空间稳定性。根际沉积作用通过调控底物的可利用性，影响着有机质矿化相关酶的温度敏感性，对全球变化背景下根际酶活性的动态稳定有重要意义。然而迄今为止，根际酶活空间分布对温度变化的响应仍不清楚，根际效应对酶活性温度敏感性的影响尚未见报道。
基于此，该团队采用土壤原位酶谱技术（soil zymography），研究了不同温度下（18°C、25°C）几丁质酶和磷酸酶活性和空间分布模式随水稻生长时间（14d、30d）的变化。结果表明，土壤剖面的整体酶活随温度的升高而升高，随水稻生长时间的延长而降低；但酶活热区面积和空间分布模式均与温度无关，当水稻生长时间从14d增加到30d时，几丁质酶活性热区面积从2-2.5%减少到0.3-0.5%，而磷酸酶活性热区面积从2%增加到6-7%，两种酶的空间分布模式均从随机分布过渡为沿根分布；该研究首次探讨了水稻根际酶活的横向扩散范围，并指出土壤酶活性在水稻根系的径向扩散不受温度影响且在水稻生长过程中保持相对稳定；通过比较根际土和非根际土酶活温度敏感性（Q10）的差异，研究发现水稻根表的酶活温度敏感性随与根中心径向距离的增大而减小（Q10~1.3-1.4），而非根际土（距离根中心＞1.5 mm）的酶活性几乎不受温度影响（Q10~1）。该研究表明，全球变暖对水稻土根际元素周转的促进效应远大于非根际，因此在后续研究中应对根际过程予以特别关注。
该研究近期以Stability and dynamics of enzyme activity patterns in the rice rhizosphere: Effects ofplant growth and temperature为题发表在Soil Biology and Biochemistry上。编辑和审稿人认为：“After reading your manuscript I find it to be very novel and interesting, I enjoyed reading the manuscript and I have only minor comments”。该研究得到了国家自然科学基金委、英国皇家学会牛顿高级学者基金和中科院亚热带农业生态研究所青年创新团队等项目的资助。
图1 水稻根际几丁质酶与磷酸酶的活性和空间分布及其对温度与水稻生长的响应