《土壤和环境微生物学》土壤中酶的来源和种类

土壤中的酶是土壤微生物的一个重要代谢产物，其来源和种类多种多样，具有重要的生态学和生物化学作用。

土壤中酶的来源

土壤酶的来源主要有两种：一种是土壤微生物代谢产生的酶，另一种是植物和动物的残体、排泄物等有机物质分解而产生的酶。

土壤微生物代谢产生的酶是指微生物在代谢过程中，分泌出来的各种酶类。这些酶类可以在土壤中分解各种有机物质，如蛋白质、脂肪和碳水化合物等。植物和动物的残体、排泄物等有机物质分解而产生的酶则是指这些有机物质在分解过程中，植物和动物自身产生的各种酶类。

土壤中酶的种类

土壤中的酶种类繁多，根据其作用和功能可以分为多种类型：

1.糖类酶

糖类酶主要作用于糖类物质的分解，包括葡萄糖酶、木糖酶、纤维素酶等。

2.蛋白质酶

蛋白质酶主要作用于蛋白质的降解，包括蛋白酶、胰蛋白酶等。

3.脂肪酶

脂肪酶主要作用于脂肪的分解，包括脂肪酶、磷脂酶等。

4.酯酶

酯酶主要作用于酯的降解，包括脂肪酸酯酶、磷酸二酯酶等。

5.氧化酶

氧化酶主要作用于氧化反应，包括过氧化氢酶、过氧化物酶等。

6.酰胺酶

酰胺酶主要作用于酰胺的分解，包括尿素酶、谷氨酰胺酶等。

7.酰化酶

酰化酶主要作用于酰化反应，包括乳酸酰化酶、甲酰化酶等。

8.硫酸酯酶

硫酸酯酶主要作用于硫酸酯的分解，包括芸苔酸酯酶、硫酸酯酶等。

9.磷酸酯酶

磷酸酯酶主要作用于磷酸酯的分解，包括碱性磷酸酶、酸性磷酸酶等。

10.核苷酸酶

核苷酸酶主要作用于核苷酸的分解，包括核苷酸酶、核糖核苷酸酶等。

以上酶类在土壤生态系统中都具有重要的生态学和生物化学作用，对土壤的生物地球化学循环过程有着重要的影响。

用户关心的相关问题

Q:土壤中的酶具有哪些生态学和生物化学作用？

A:土壤中的酶可以分解各种有机物质，促进有机物质的循环和分配，加速土壤中的有机质的转化为植物可吸收的形式。同时，它们还可以调节土壤中的微生物生态系统，促进土壤微生物的生长和代谢，增加土壤肥力和生产力。

Q:土壤中酶的种类有哪些？

A:土壤中的酶种类繁多，主要包括糖类酶、蛋白质酶、脂肪酶、酯酶、氧化酶、酰胺酶、酰化酶、硫酸酯酶、磷酸酯酶、核苷酸酶等。

Q:土壤中的酶如何影响农业生产？

A:土壤中的酶可以加速土壤中的有机质分解和循环，提高土壤肥力和生产力。同时，它们还可以调节土壤中的微生物生态系统，促进土壤微生物的生长和代谢，增强土壤的自我修复能力。了解土壤中酶的来源和种类，对于农业生产具有重要的意义。

Q:土壤中的酶如何与农药相互作用？

A:土壤中的酶对农药的分解和降解具有重要的作用。一些农药可以影响土壤中酶的活性和种类，从而对土壤微生物生态系统产生不利影响。在农业生产中，必须重视农药的使用和管理，以保护土壤生态系统的稳定和健康。

百科知识

农药：农药是指用于防治农业有害生物和保护农作物的化学品，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等。农药的使用可以提高农业生产效率，但也会对土壤生态系统造成不利影响，因此必须合理使用和管理。

参考来源：1.《土壤微生物学》2.《农业生态学》3.《农业环境保护》

问答拓展：土壤有机质的转化反应

土壤有机质的矿质化过程：土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合物的过程。
土壤有机质的矿质化过程分为化学的转化过程、活动物的转化过程和微生物的转化过程。这一过程使土壤有机质转化为二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量。这一过程为植物和土壤微生物提供了养分和活动能量，并直接或间接地影响着土壤性质，同时也为合成腐殖质提供了物质基础。土壤有机质的化学的转化过程的含义是广义的，实际上包括着生物学及物理化学的变化。
1.水的淋溶作用：降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。约占5%—10%水溶性物质淋溶的程度决定于气候条件（主要是降水量）。淋溶出的物质可促进微生物发育，从而促进其残余有机物的分解。这一过程对森林土壤尤为重要，因森林下常有下渗水流可将地表有机质（枯落物）中可溶性物质带入地下供林木根系吸收。
2.酶的作用：土壤中酶的来源有三个方面：一是植物根系分泌酶，二是微生物分泌酶，三是土壤动物区系分泌释放酶。土壤中已发现的酶有50-60种。研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶等。酶是有机体代谢的动力，可以想象酶在土壤有机质转化过程中所起的巨大作用。土壤有机质的微生物的转化过程是土壤有机质转化的最重要的，最积极的进程。微生物对不含氮的有机物生转化：不含氮的有机物主要指碳水化合物，主要包括糖类、纤维素、半纤维素、脂肪、木素等、简单糖类容易分解，而多糖类则较难分解；淀粉、半纤维素、纤维素、脂肪等分解缓慢，木素最难分解，但在表性细菌的作用下可缓慢分解。
葡萄糖在好气条件下，在酵母菌和醋酸细菌等微生物作用下，生成简单的有机酸（醋酸、草酸等）、醇类、酮类。这些中间物质在空气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分解成二氧化碳和水，同时放出热量。土壤碳水化合物分解过程是极其复杂的，在不同的环境条件下，受不同类型微生物的作用，产生不同的分解过程。这种分解进程实质上是能量释放过程，这些能量是促进土壤中各种生物化学过程的基本动力，是土壤微生物生命活动所需能量的重要来源。一般来说，在嫌气条件下，各种碳水告基化合物分解形成还原性产物时释放出的能量，比在好气条件下所释放的能量要少得多，所产生的CH4、H2等还原物质对植物生长不利。
1.微生物对含氮的有机物转化
土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型，如各种类型的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮（NH4+—N和NO3-—N）
①水解过程
蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物。蛋白质水解蛋白质消化蛋白质多肽氨基酸。
②氨化过程
蛋白质水解生成的氨基酸在多种微生物及其分泌酶的作用下，产生氨的过程。氨化过程在好气、嫌气条件下均可进行，只是不同种类微生物的作用不同。
③硝化过程
在通气良好的情况下，氨化作用产生的氨在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸，这个由氨经微生物作用氧化成硝酸的作用叫做硝化作用。将硝酸盐转化成亚硝酸盐的作用称为亚斗友型硝化作用。
硝化过程是一个氧化过程，由于亚硝酸转化为硝酸的速度一般比氨转化为亚硝酸的速度快得多，因此土壤中亚硝酸盐的含量在通常情况下是比较少的。亚硝化过程只有在通气不良或土壤中含有大量新鲜空猜有机物及大量硝酸盐的发生，从林业生产上看，此过程有害，是降低土壤肥力的过程，因此应尽量避免。
④反硝化过程
硝态氮在土壤通气不良情况下，还原成气态氮（N2O和N2），这种生化反应称为反硝化作用。其过程可用下式表示：
2.微生物对含磷有机物的转化
土壤中有机态的磷经微生物作用，分解为无机态可溶性物质后，才能被植物吸收利用。
土壤中表层有20%-50%是以有机磷状态存在，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等、这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。
在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。
3.微生物对含硫有机物的转化
土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢。硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而且能成为植物易吸收的硫素养分。
在土壤通气不良条件下，已经形成的硫酸盐也可以还原成硫化氢，即发生反硫化作用，造成硫素散失。当硫化氢积累到一定程度时，对植物根素有毒害作用，应尽量避免。
进入土壤的有机质是由不同种类的有机化合物组成，具有一定生物构造的有机整体。其在土壤中的分解和转化过程不同于单一有机化合物，表现为一个整体的动力学特点。植物残体中各类有机化合物的大致含量范围是：可溶性有机化合物（糖分、氨基酸）5%-10%，纤维素15%--60%，半纤维素10%-30%，蛋白质2%-15%，木质素3%-50%。它们的含量差异对植物残体的分解和转化有很大影响。
据估计，进入土壤的有机残体经过一年降解后，2/3以上的有机质的二氧化碳的形式释放而损失，残留在土壤中的有机质不到1/3，其中土壤微生物量占3%-8%，多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖质物质占3%-8%，腐殖质占10%-30%。植物根系在土壤中的年残留量比其他地上部分稍高一些。

问答拓展：试分析土壤微生物的种类和作用，并述微生物如何参与土壤中生物残体的腐烂分解。

【答案】：(1)土壤微生物种类包括细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物。
(2)作用：
1)光能营养性的微生物增加环境中有机碳和氮的含量，为其他异养微生物和植物的生长创造条件。
2)无植被环境中，藻类是土壤形成与恢复的先行者。
3)微生物在对土壤有机质转化中形成的腐殖渗搏册质，改善了土壤的团粒结构和肥力。
(3)土壤中生物残体的腐烂分解。
1)生物残体成分及其分解进入土壤中的生物残体，以不同强度由微生物分别地、接力地分解，最后转化为无机质。
2)生物残体中氮、磷等成分的矿化微生物丛宏将生物残体含有的氮、磷、硫等营养元素的有机化合物无机化，才能被植物吸收利用，如生物残体中C：N比例小于25：1，则微生物除了吸收一部分氮素合成身体的蛋白质外，同时释放出无机氮，提高了下一茬作物的速效氮素养料水平。
3)土壤银握有机质分解中的起爆效应有时施用新鲜的有机物质会激发土壤原来有机质的分解，施用矿质氮肥促进原来土壤有机氮的分解和释放。

问答拓展：土壤微酶活性和土壤微生物活性是一回事吗

土壤微酶活性和土壤微生物活性是一回事
　　土壤微生物活性测定的结果不能算是土壤微生物呼吸。
　　土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。
　　土壤呼吸强度和纤维分解强度是土壤微生伍燃物活性的重要标志，反映了土壤中微生物活性及对有机质残体分解的速度和强度。纤维素分解强度采用埋片法；呼吸强度采用碱吸收滴定法。土壤微生物活性用土壤呼吸CO2测定法（5g鲜土于310mL试剂瓶中，22℃24h测CO2释放量(用exH23os红外CO:分析仪测定)）。直接测定土壤呼吸的方法基本可分为静态气室法、动态气室法和微气象法三种。
　　土壤酶大多数来自土壤微生物，档森在土壤中已发现50—60种酶，它们参与并催化土壤中发生的一系行橘亩列复杂的生物化学反应。如水解酶和转化酶对土壤有机质的形成和养分循环具有重要的作用。已有研究表明，土壤酶活性和土壤结构参数有很好的相关性。土壤微生物酶主要有脱氢酶、磷酸酶、精氨酸酶及芳基硫酸酯酶等。