生物炭施用对土壤磷及磷酸酶活性影响的可见和荧光光谱法研究

含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤,有利于缓解秸秆处理压力、减少污染、减少温室气体排放,并改良土壤。在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。玉米田施用不同量的生物炭(0,360,1 800和3 600 kg·ha-1)一个生长季后,研究土壤有效磷(P)、有机P和全P含量的变化,并采用荧光共轭物质作为测定底物,通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。结果表明,生物炭添加到土壤后,土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、有机P和全P的含量没有显著的变化。其原因是生物炭携带有效P而引起的。碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大,适量生物炭处理(1 800 kg·ha-1)可显著增加酸性磷酸酶,而高量生物炭处理(3 600 kg·ha-1)对酸性磷酸酶略有抑制,可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现,需要进一步深入研究。     

外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性影响的荧光光谱法研究

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性。但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确。采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1 g/50 g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应。结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关。运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次。与传统的分光光度法相比, 微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法。     

生物炭施用对土壤磷及磷酸酶活性影响的可见和荧光光谱法研究（英文）

含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤,有利于缓解秸秆处理压力、减少污染、减少温室气体排放,并改良土壤。在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。玉米田施用不同量的生物炭(0,360,1 800和3 600 kg·ha~(-1))一个生长季后,研究土壤有效磷(P)、有机P和全P含量的变化,并采用荧光共轭物质作为测定底物,通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。结果表明,生物炭添加到土壤后,土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、有机P和全P的含量没有显著的变化。其原因是生物炭携带有效P而引起的。碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大,适量生物炭处理(1 800 kg·ha~(-1))可显著增加酸性磷酸酶,而高量生物炭处理(3 600 kg·ha~(-1))对酸性磷酸酶略有抑制,可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现,需要进一步深入研究。     

外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性影响的荧光光谱法研究（英文）

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性。但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确。采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1g/50g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应。结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关。运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次。与传统的分光光度法相比,微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法。     

微孔板荧光法对土壤糖酶活性的测定研究

应用荧光共轭物质作为底物,将96微孔板和荧光检测法结合进行稻-麦轮作系统CO₂倍增条件(FACE)下土壤两种糖酶(木聚糖酶和纤维素酶)活性的测定,探讨了微孔板结合荧光法测定糖酶活性的可行性。结果表明,此种方法可以灵敏的检测到土壤稀释液中的糖酶活性,测定结果重现性较好(变异系数最大为4.879%)。与传统的分光光度法相比,是一种准确、快速、简便的土壤糖酶活性测定方法。CO₂倍增条件下土壤木聚糖酶活性高于自然条件,且在小麦的拔节期,抽穗期和成熟期及水稻的抽穗期和成熟期显著高于对照(P<0.05),CO₂浓度升高提高作物的生长代谢水平,进而影响微生物活性造成土壤木聚糖酶活性提高。纤维素酶活性在CO₂倍增条件下未发生显著变化,说明土壤纤维素酶在短时期内对CO₂增加的响应不显著。     

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC₂O₄)和氢氧化钙[Ca(OH)₂]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明：(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸...     

低氮胁迫下苦荞根际土壤纤维素酶活性的响应机制：荧光光谱法测定

土壤纤维素酶参与土壤中养分的循环过程,分解纤维素为小分子糖分微生物生命活动提供能源物质,并且对生态系统有重要的指示作用。如何快速、精确的测定纤维素酶活性对土壤生态系统诊断、恢复等有重要指示意义。自然界中不同的氮肥处理及种植不同的苦荞品种均会对土壤纤维素酶活性产生影响。利用德国进口全自动进样酶标仪(InfiniteR 200 PRO),以4-Methylumbelliferyl β-D-cellobiopyranoside (Cel) 纤维素荧光物质为底物,将不同耐瘠性苦荞(迪庆苦荞-耐低氮;黑丰1号-不耐低氮)根际土壤以悬液形式用排枪吸取微量和荧光底物混合加入到96孔微孔板进行充分反映、培养测定土壤中纤维素酶活性,其中将对照板和样品放在同一个板块上,减少培养空间占用和操作时间。结果表明,除了苦荞成熟期的常氮处理,苗期和开花期的低氮处理条件下,纤维素酶活性均表现为迪庆苦荞根际土壤显著高于黑丰1号,迪庆根际纤维素酶活性在苗期低氮处理下高于黑丰39.50%;纤维素酶活性在迪庆苦荞的开花期和成熟期氮处理间有显著性差异,表现为常氮高于其他处理,而黑丰1号仅在开花期时常氮处理和其他处理之间有显著差异;灭菌处理酶活性显著低于常氮处理的54.29%,说明迪庆苦荞根际纤维素酶一部分来源于微生物的贡献,养分充足时微生物的活性更高,贡献越大。荧光光谱法分析出的纤维素酶活性表明耐瘠性品种迪庆苦荞可以通过增加根际土壤酶活性的方法来抵抗外界环境的胁迫,面对黄土高原养分贫瘠的土壤,可以考虑选种耐贫瘠的品种来降低成本增加收益。试验过程中,荧光标记的酶标仪测定方法与传统的测定方法相比更加快捷、准确和节约,同样适合大批量样品测定,可以为未来精准农业生产,测土配方施肥提供及时的数据支持。     

基于荧光光谱分析秸秆深埋还田黑土剖面DOC组分结构变化特征

以黑土为研究对象，分析不同深度玉米秸秆还田（0~2，3~10，11~20，21~30和31~40 cm）后可溶性有机碳（DOC）的荧光特性差异，探讨秸秆深还田后腐殖化程度的变化特征。结果表明：秸秆还田可提高土壤DOC的含量。三维荧光光谱特征表明，土壤DOC的荧光组分均为2种，CK~T4处理分别为类腐殖质物质组分（Ex/Em=250~275/455 nm）和类色氨酸物质组分（Ex/Em=225~237/340~350 nm），而T5处理分别为类腐殖质物质组分（Ex/Em=250~275/455 nm）和类酪氨酸物质组分（Ex/Em=225／304 nm），还田31~40 cm深度有较小的自生成分，且腐殖化系数最高。土壤DOC组分C1的荧光强度有随着秸秆还田深度的加深而增大的趋势，C2组分则呈波动性的状态，荧光强度先增强再减弱。土壤DOC受自生源和外生源共同作用（FI>1.4，0.6相似文献   

长期定位施肥对黑土养分平衡和胡敏素分子结构动态变化的影响

以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础,根据土壤养分的输入和输出分析长期不同施肥处理的土壤养分收支状况。利用红外光谱和核磁共振光谱分析胡敏素(Humin,Hu)分子结构的动态变化特征并分析土壤养分收支状况与Hu结构变化之间的关系。结果表明：不同施肥措施在改变黑土养分含量的同时,影响了土壤中惰性组分Hu的分子结构。1980年-2014年有机无机肥配施(MNPK)处理可以满足作物对养分的吸收,土壤总养分含量有盈余,且较不施肥(CK)处理增加土壤有机碳含量,降低土壤C/N比,同时土壤Hu的2 920/1 620和2 920/2 850、脂族C/芳香C、烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C比值均增加,表明黑土Hu分子结构变得脂族化、简单化,施肥可以增加土壤活性有机碳,减少惰性有机碳组分含量。有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理不能满足作物对养分的吸收,土壤养分出现亏缺状况。红外光谱显示,施肥年限增加,有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理土壤Hu的2 920/1 620下降,表明其脂族C含量降低;核磁共振光谱显示,氮磷钾化肥(NPK)和不施肥(CK)处理烷基C/烷氧C降低,表明其活性有机碳含量下降。虽然各施肥处理较不施肥(CK)处理整体增加土壤Hu的脂族C含量,降低芳香C含量,但随着施肥年限的增加,氮磷钾化肥(NPK)处理使土壤Hu结构有变复杂化的趋势。各养分盈亏量与土壤Hu的结构特征参数之间具有相关性,N,P₂O₅和K₂O养分盈亏量和总养分盈亏量与2 920/1 620、脂族C呈正相关,与芳香C呈负相关,表明养分状况可以影响土壤Hu的结构。节约经济成本情况下,轮作周期内施入一次有机肥,每年结合氮磷钾化肥的施入可以满足作物对养分的吸收,在提高作物产量的同时,改善土壤腐殖质惰性组分结构,培肥地力。     

不同比例有机无机肥配施条件下黑土富里酸荧光光谱特征

富里酸(FA)是土壤腐殖质的重要组成成分,是土壤腐殖化过程中的中间物质,其结构特性对提高土壤有机质具有重要的指示作用。有机无机肥配施是实现土壤培肥、秸秆资源利用、减少无机肥施用的有效措施。为探讨黑龙江省黑土区秸秆有机肥替代无机肥对土壤FA的影响,设置不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、有机肥替代无机氮肥25% (NPKM1)、有机肥替代无机氮肥50% (NPKM2)、有机肥替代无机氮肥75% (NPKM3)及有机肥替代无机氮肥100% (NPKM4)6个处理,测定土壤有机碳(SOC)和FA含量。利用荧光指数(FI)、自生源指数(BIX)表征土壤FA的来源,腐殖化指数(HIX)指示土壤的腐殖化程度。采用三维荧光光谱-平行因子分析法,分析土壤FA的荧光组分及最大荧光强度(F_max),并利用冗余分析(RDA)探讨荧光强度、土壤有机碳和试验处理间的响应关系。结果表明：与NPK处理相比,有机无机肥配施处理均显著提高了SOC和土壤FA含量,其中对NPKM2处理影响最大,SOC含量提高8.06%,土壤FA含量提高13.84%。土壤FA受自生源和外生源共同作用的影响(FI>1.4,0.8F_max值先升高后降低,类蛋白质F_max值逐渐降低。NPKM2处理类富里酸和类胡敏酸的F_max值最高,类富里酸的相对百分比最高。RDA结果表明NPKM2处理对SOC、土壤FA含量和F_max值的影响最大。因此,基于土壤FA荧光光谱特性分析可知,为提高土壤有机质含量、增加秸秆利用率、减施无机肥,秸秆有机肥替代无机氮肥50%处理为最佳有机无机肥配比。     

Surface derivatization with spacer molecules on glutaraldehyde-activated amino-microplates for covalent immobilization of β-glucosidase

Protein molecules immobilized on a hydrophobic polystyrene microplate by passive adsorption lose their activity and suffer considerable denaturation. In this paper, we report a thorough evaluation of a protocol for enzyme immobilization on a microplate with relatively inexpensive reagents, involving glutaraldehyde coupling and spacer molecules, and employing β-glucosidase as a model enzyme. The recommended conditions for the developed method include 2.5% glutaraldehyde to activate the reaction, 1% chitosan in an HAc solution to increase the binding capacity, 2% bovine serum albumin to block non-specific binding sites, and 0.1 M NaBH₄ to stabilize Schiff's base intermediates. Using this method, the amount of β-glucosidase immobilized on amino-microplate was 24-fold with chitosan than without spacer molecules. The procedure is efficient and quite simple, and may thus have potential applications in biosensing and bioreactor systems.     

分子对接和荧光光谱法研究槲皮素与β-葡萄糖苷酶的相互作用

结合分子对接法和光谱法,研究了槲皮素与β-葡萄糖苷酶的相互作用及作用机理。首先利用AutoDock 4.2软件对β-葡萄糖苷酶与槲皮素、竞争性抑制剂对硝基苯-β-D-巯基葡萄糖的分子对接分别进行研究,然后采用荧光光谱法研究了槲皮素与β-葡萄糖苷酶的结合反应,并测定了结合常数。结果表明：这种相互作用使β-葡萄糖苷酶发生内源荧光猝灭,属于静态猝灭机制。通过计算得到槲皮素与β-葡萄糖苷酶在17,27和37 ℃下结合常数分别为4.36×104,4.04×104和3.18×104 L·mol-1。氢键和疏水作用对槲皮素与β-葡萄糖苷酶的结合起重要作用,也存在静电作用力。分子对接研究和荧光光谱实验两者相互补充,可从理论和实验两方面协同研究槲皮素与β-葡萄糖苷酶之间的相互作用。     

Low-temperature transformations of orthoboric acid

The thermal transformations of orthoboric acid at 100–105°C in a vacuum (15 ± 5 torr) were studied. The conditions of the formation of β-metaboric acid were determined; β-metaboric acid is a promising product for the preparation of organo-inorganic incombustible polymeric materials with high thermal stability, fairly high hydrolytic stability, and satisfactory elastic properties. The metaboric acid polymorph formed in thermolysis substantially depended on the prehistory of the sample, primarily on microamounts of strongly bound water in orthoboric acid. Thermal treatment of a 1: 1 mixture of “dry” orthoboric acid and boric anhydride gave β-metaboric acid only, thermal treatment of dry orthoboric acid, a mixture of α- and β-metaboric acids, and heating of aqueous solutions of orthoboric acid gave α-metaboric acid only. During storage for three months even in a hermetically closed vessel, dry orthoboric acid absorbed moisture from air, and the products of its thermolysis did not contain β-metaboric acid. Water was absorbed reversibly, and, after thermal treatment of damp orthoboric acid at 60°C in a 10^?2 torr vacuum, the X-ray pattern of the product of its thermolysis again contained β-metaboric acid peaks. Note that α- and β-metaboric acids are unstable and transform back into orthoboric acid during storage.     

光谱法表征蛋白酶K的热变性过程

用不同温度处理蛋白酶K,以变性酪蛋白底物法测定酶活力,稳态/瞬态荧光光谱法和圆二色谱法测定空间构象和二级结构,研究温度对蛋白酶K酶活力和构象的影响。温度由25 ℃升高至65 ℃过程中,蛋白酶K的酶活力逐渐降低,半衰期缩短;发射光谱荧光强度降低,峰位由335 nm红移至354 nm;色氨酸残基同步荧光强度降低,酪氨酸残基同步荧光强度增大;色氨酸残基荧光寿命由4.427 1 ns降低至4.032 4 ns;α-螺旋百分含量降低。结果表明：采用稳态/瞬态荧光光谱法和圆二色谱法能较简便、准确的描述蛋白酶K的热稳定性变化;蛋白酶K的热变性过程符合三态模型,存在一个中间态;蛋白酶K分子内部存在酪氨酸残基对色氨酸残基的共振能量转移作用;α-螺旋是维系蛋白酶K活性中心构象稳定性的主要结构。     

超高压引发胰蛋白构象变化与酶活性间的关系

采用超高压技术处理胰蛋白酶,改变其空间结构,研究酶空间结构变化与酶活力之间的关系。采用傅立叶红外光谱(FTIR)检测超高压处理后胰蛋白酶的二级结构变化;采用荧光光谱检测处理后胰蛋白酶的三级结构;酶活力的检测采用福林酚法。结果显示,与未处理的相比,在37 ℃,不同压力(100～600 MPa)条件处理20 min,对胰蛋白酶活力影响显著(p＜0.05)。其中,300 MPa处理,胰蛋白酶活力达到最大,较未处理的酶活提高了0.386倍。FTIR检测分析显示,300 MPa处理的胰蛋白酶,α-螺旋与β-转角的峰面积比值达到最大(2.749);内源性荧光光谱检测结果显示,当激发波长为295 nm,其荧光强度达到最高值(1 353);激发波长为280 nm,其荧光强度达到最高(4 262);外源性荧光光谱结果显示,当激发波长为228 nm,疏水氨基酸残基的荧光强度达到最高(2 022); 上述荧光强度的变化较0.1 MPa处理的胰蛋白酶均有显著差异(p＜0.05)。结论：超高压处理影响胰蛋白酶的空间结构及酶活性。其中,胰蛋白酶活性与α-螺旋和β-转角的峰面积的比值、色氨酸等疏水氨基酸及酪氨酸残基暴露程度有关。     

可见-近红外光谱的土壤养分快速检测

在测定土壤养分中,可见-近红外光谱技术具有很大的应用空间。该研究探讨了基于可见-近红外光谱(250~950nm)离线、快速测定土壤总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)、总碳(TC)等土壤养分的方法及应用。采集青岛三个不同地区土壤样品(异质性较高的山地土壤与河畔土壤)各60份,总计180份,并测定其TN,TP,TK,TC含量及其可见-近红外反射光谱,利用Kennard-Stone法按2∶1比例划分校正集和检验集,采用遗传算法分别提取TN,TP,TK,TC特征波长,以偏最小二乘法建立定量分析模型。TN,TP,TK,TC含量所建光谱模型的相关系数分别为0.970,0.964,0.680和0.967,检验集的相关系数分别为0.980,0.937,0.717和0.972,检验集的RPD值分别为4.570,2.424,1.411和4.135。结果表明,该方法能够对土壤TN,TP,TC含量进行精确预测,对土壤TK含量进行粗略预测。该研究主要依靠可见光波段,较好的预测了异质性较高的土壤的氮磷钾等养分含量,有望降低未来土壤养分速测的成本。此外,该研究还提供了青岛土壤养分的光谱库,为我国土壤大数据库的建立提供技术支撑。     

薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究

(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象,对薄膜法X射线荧光光谱测量中,样品检测位置的选择进行研究,确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处,并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb,Cd,Cr为主要分析对象,在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究,发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板,使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰,会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料,可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究,结果表明：紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少,谱图中没有出现重金属Cr,Cd,Pb的谱峰,并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱,对实际样品中重金属元素Cr,Cd和Pb的测量不会产生干扰,作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰,是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。