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一种 土壤共代谢作用的测定方法

阅读：940发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种土壤共代谢作用的测定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种土壤共代谢作用的测定方法，其采用微量热仪监测待测土壤不同时段的微量热变化，通过监测到的微量热曲线数据变化判定待测土壤中是否存在共代谢。本发明利用微量热法从热力学角度来研究土壤微生物的共代谢作用，为研究土壤微生物的共代谢作用提供了一种更为快捷的检测方法，能避开繁琐的试验过程，快速的判断出基质间的共代谢关系。微量热方法研究共代谢还可扩展到其它碳源底物以及其它环境体系，如纯培养体系，水体，废弃物等，对于微生物代谢研究具有推广价值，具有较佳的社会经济价值。，下面是一种土壤共代谢作用的测定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
采用微量热仪监测待测土壤的微量热变化，通过监测到的微量热曲线数据变化来判定待测土壤中是否存在共代谢。
2.根据权利要求1所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
向待测土壤中分别添加单一葡萄糖、单一CMC以及同时添加葡萄糖和CMC作为碳源，添加量为每克鲜土添加葡萄糖2mg，添加CMC 20mg，加盐溶液并补水至相同土壤含水量，然后分别用微量热仪监测添加不同碳源后待测土壤的微量热变化曲线，若同一时间段同时添加葡萄糖与CMC碳源在培养过程中的热量大于单一添加葡萄糖碳源和单一添加CMC碳源在培养过程中产生的热量之和，则说明待测土壤中存在共代谢作用。
3.根据权利要求2中所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
向待测土壤中添加水补至相同土壤含水量后用微量热仪测定待测土壤的微量热变化作为对照组，将待测土壤添加不同碳源培养过程中的热量减去对照组测得的热量后获得待测土壤在不同碳源条件下的净热量，若同一时间段同时添加葡萄糖与CMC碳源在培养过程中的净热量大于单一添加葡萄糖碳源和单一添加CMC碳源在培养过程中产生的净热量之和，则说明待测土壤中存在共代谢作用。
4.根据权利要求3所述的所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
将所述微量热仪监测出的对照组及不同碳源培养后的微量热曲线所得数据全部导出，通过下列公式1和公式2进行数据处理：
Qsubstrate＝Qt(GC、G或C)-Qt(H2O) (1)；
QCo＝Qsubstrate(GC)-Qsubstrate(G)-Qsubstrate(C) (2)；
其中Qt(GC)为同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理培养过程中的热量、Qt(G)为单独添加葡萄糖碳源处理培养过程中的热量，Qt(C)为单独添加CMC碳源处理培养过程中的热量，Qt(H2O)为加水对照处理组的热量；
Qsubstrate(GC)表示同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理产生的净热量，Qsubstrate(G)表示添加葡萄糖处理产生的净热量，Qsubstrate(C)表示添加CMC处理产生的净热量；
QCo表示土壤共代谢产生的热量；
当QCo大于零时即说明土壤中存在共代谢作用。
5.根据权利要求4所述的壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
所述数据处理还包括通过SPSS16.0分析软件对数据进行方差分析和误差分析。
6.根据权利要求2-5中任一所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
采用微量热仪测定待测土壤的微量热变化曲线具体包括如下步骤：
(1)供试土壤的处理：供试土壤中加入碳源和盐溶液，补水至田间最大持水量的60％；
(2)供试土壤的培养：将处理后的供试土壤密封放置于微量热仪内置量热室内进行培养，培养条件为恒温27℃，培养时间为16-72小时；
(3)测定供试土壤微量热变化：将培养后的供试土壤放入微量热仪的测量通道内进行热量监测，获取供试土壤的微量热变化曲线。
7.根据权利要求5所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
所述供试土壤中加入的盐溶液包括0.072mol/L(NH4)2SO4、0.0643mol/L K2HPO4和
0.077mol/L MgSO4·7H2O，添加量均为40uL/克鲜土。
8.根据权利要求5所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
所述供试土壤的处理前还包括供试土壤前处理步骤：在田间采样多点混合采样法，采样深度0-15cm，均匀混合后去除土壤中的根、小石块等杂质，过2mm筛后即得供试土壤。
9.根据权利要求2所述的土壤共代谢作用的测定方法，其特征在于：
所述微量热仪采用美国TA公司生产的TAMⅢ3101-2型微量热仪。

说明书全文

一种土壤共代谢作用的测定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种土壤共代谢作用的测定方法，具体是涉及一种利用微量热法测定土壤共代谢作用的方法。

背景技术

[0002] 微生物共代谢作用是微生物代谢过程中一种重要的生物过程，普遍存在于有机物的生物降解过程中。共代谢作用最早是由Leadbetter和Foster以共氧化(co-oxidation)的概念提出，被描述成微生物氧化非生长基质而不利用氧化过程产生的能量的过程。经扩展后，共代谢作用被定义为微生物依赖可利用碳源和能源在正常生长过程中氧化非生长基质的过程；在这一过程中，微生物依赖初级基质的消耗而生长，同时产生降解非生长碳源和能源物质的能力。对于土壤环境而言，存在着易分解和相对难分解的有机物质，当易分解的物质添加到土壤中时，这些物质可以通过微生物的共代谢作用促进土壤中难分解物质的利用，从而促进土壤中有机物质的周转。有研究表明当添加易降解的葡萄糖质量浓度达到0.2g/L时，在振荡培养72h后可以将丁基黄药的降解率由43.1％提高到65.2％。在草除灵废水中加入葡萄糖后，可以明显改善和提高废水的生物可降解性。

[0003] 微生物共代谢的测定方法目前主要包括三种。第一，通过测定降解产物的累积量来判断是否存在共代谢。Raymond等利用Nocardia里的3种菌的发酵过程来氧化对二甲苯，通过测定对二甲苯氧化产物的累积量，发现在培养基中加入阴离子交换树脂后，对二甲苯的氧化产物累积量有显著的增加，以此得到阴离子交换树脂和碳水化合物之间存在的共氧化作用。第二，通过检测底物的消耗或残留量来验证共代谢。巩宗强等通过高效液相色谱技术监测芘含量，用于研究芘单独添加及额外添加水杨酸、邻苯二甲酸、琥珀酸钠作为共代谢底物的情况下芘的降解率的变化。第三，根据酶学机制，通过测定关键酶活性的有无或高低验证共代谢作用。曹晓星通过测定邻苯二酚2，3-双加氧酶的活性探讨了在共代谢基质混合糊精(MCD)添加后，菌株US6-1对多环芳烃(PAHs)的降解能力的变化。李咏梅等通过测定硝酸还原酶活性来研究在缺氧的条件下，含氮杂环化合物吲哚和吡啶的共代谢作用，得到在适宜条件下，吡啶浓度的提高有利于硝酸还原酶活性的增大。

[0004] 上述三种方法的一个共同点是从物质代谢角度表征微生物的代谢，都避免不了繁琐的样品准备或测定程序，其中产物生成和底物消耗的测定往往受限于混合体系中目标物质的分离和纯化；酶的测定通常需要培养，过程更加繁复，影响因素众多。因此，探索一种更加快速、方便的微生物共代谢测定方法是很有必要的。

发明内容

[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种程序简单，可快速测定土壤共代谢作用的测定方法。

[0006] 为达上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0007] 一种土壤共代谢作用的测定方法，采用微量热仪监测待测土壤的微量热变化，通过监测到的微量热曲线数据变化来判定待测土壤中是否存在共代谢。

[0008] 本发明还可采用以下技术方案进一步实现：

[0009] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，向待测土壤中分别添加单一葡萄糖、单一CMC以及同时添加葡萄糖和CMC作为碳源，添加量为每克鲜土添加葡萄糖2mg，添加CMC20mg，加盐溶液并补水至相同土壤含水量，然后分别用微量热仪监测添加不同碳源后待测土壤的微量热变化曲线，若同一时间段同时添加葡萄糖与CMC碳源在培养过程中的热量大于单一添加葡萄糖碳源和单一添加CMC碳源在培养过程中产生的热量之和，则说明待测土壤中存在共代谢作用。

[0010] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，向待测土壤中添加水补至相同土壤含水量后用微量热仪测定待测土壤的微量热变化作为对照组，将待测土壤添加不同碳源培养过程中的热量减去对照组测得的热量后获得待测土壤在不同碳源条件下的净热量，若同一时间段同时添加葡萄糖与CMC碳源在培养过程中的净热量大于单一添加葡萄糖碳源和单一添加CMC碳源在培养过程中产生的净热量之和，则说明待测土壤中存在共代谢作用。

[0011] 所述的所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，将所述微量热仪监测出的对照组及不同碳源培养后的微量热曲线所得数据全部导出，通过下列公式1和公式2进行数据处理：

[0012] Qsubstrate＝Qt(GC、G或C)-Qt(H2O) (1)；

[0013] QCo＝Qsubstrate(GC)-Qsubstrate(G)-Qsubstrate(C) (2)；

[0014] 其中Qt(GC)为同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理培养过程中的热量、Qt(G)为单独添加葡萄糖碳源处理培养过程中的热量，Qt(C)为单独添加CMC碳源处理培养过程中的热量，Qt(H2O)为加水对照处理组的热量；Qsubstrate(GC)表示同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理产生的净热量，Qsubstrate(G)表示添加葡萄糖处理产生的净热量，Qsubstrate(C)表示添加CMC处理产生的净热量；QCo表示土壤共代谢产生的热量；当QCo大于零时即说明土壤中存在共代谢作用。

[0015] 所述的壤共代谢作用的测定方法，其中，所述数据处理还包括通过SPSS16.0分析软件对数据进行方差分析和误差分析。

[0016] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，采用微量热仪测定待测土壤的微量热变化曲线具体包括如下步骤：

[0017] (1)供试土壤的处理：供试土壤中加入碳源和盐溶液，补水至田间最大持水量的60％；

[0018] (2)供试土壤的培养：将处理后的供试土壤密封放置于微量热仪内置量热室内进行培养，培养条件为恒温27℃，培养时间为16-72小时；

[0019] (3)测定供试土壤微量热变化：将培养后的供试土壤放入微量热仪的测量通道内进行热量监测，获取供试土壤的微量热变化曲线。

[0020] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，所述供试土壤中加入的盐溶液包括0.072mol/L(NH4)2SO4、0.0643mol/L K2HPO4和0.077mol/L MgSO4·7H2O，添加量均为40uL/克鲜土。

[0021] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，所述供试土壤的处理前还包括供试土壤前处理步骤：在田间采样多点混合采样法，采样深度0-15cm，均匀混合后去除土壤中的根、小石块等杂质，过2mm筛后即得供试土壤。

[0022] 所述的土壤共代谢作用的测定方法，其中，所述微量热仪采用美国TA公司生产的TAMⅢ3101-2型微量热仪。

[0023] 本发明通过采用微量热仪监测的土壤微量热曲线及相关的参数证实了CMC与葡萄糖之间存在共代谢关系。这一共代谢关系存在的机制在于添加葡萄糖之后，土壤微生物在利用葡萄糖的同时，产生某些可以直接利用CMC的酶，或者促进原有CMC分解酶的活性增加，从而加速了CMC的代谢。对共代谢作用机制的这一推断在目前很多研究中都有所体现。鄢恒珍等利用这一理论推断出，葡萄糖作为丁基黄药的共代谢基质效果之所以最好，是因为单糖的结构极易被微生物氧化分解，同时为微生物的生长提供碳源和能源，从而诱导出更多的能够分解丁基黄药的关键酶，而多糖和双糖结构相对复杂，则需要更多酶的参与才能被彻底分解和被微生物利用。Ruirui Chen等在研究土壤碳氮互作对土壤有机质矿化的效应时发现，添加葡萄糖后的处理比没有添加葡萄糖的处理，纤维素酶的活性显著增加。而纤维素酶活性的增加直接使降解纤维素的能力得到增加，从酶活性的角度证实土壤中葡萄糖和CMC存在共代谢关系。

[0024] 鉴于以上分析所得到的葡萄糖和CMC之间存在共代谢关系，表明利用微量热法从热力学角度来研究土壤微生物的共代谢作用是可行的。微量热法本身就是一种原位、实时、无破坏地研究生物/环境样品热力学与动力学的重要方法。同时，也有研究表明微量热法和土壤呼吸强度、土壤微生物生物量、微生物数量以及土壤酶活性有很高的相关性，即微量热法可准确地表征土壤微生物的生物学特性。微量热仪监测出的微量热曲线产生了一系列的热力学参数，利用这些热力学参数来研究土壤微生物的共代谢作用具有一些明显的特点，如微量热仪对热能的监测具有极高的灵敏性，内部温度误差控制在0.0001℃以内；对数据点采集的全自动性和高密集性，每10秒即可采集一个数据；试验操作及样品准备的过程简单易行，整个测定过程仅2～3天就可完成。鉴于这些特点得到，利用微量热法来研究土壤微生物的共代谢作用，相较于现有的方法具有显著的优势。

[0025] 本发明为研究土壤微生物的共代谢作用提供了一种更为快捷的检测方法，能避开繁琐的试验过程，快速的判断出基质间的共代谢关系。微量热方法研究共代谢还可扩展到其它碳源底物以及其它环境体系，如纯培养体系，水体，废弃物等，对于微生物代谢研究具有推广价值。附图说明

[0026] 图1是OM土壤中的微量热变化曲线图。

[0027] 图2为CK土壤中的微量热变化曲线图。

[0028] 其中，1为单独添加水进行处理的土壤微量热变化曲线，2为单独添加CMC进行处理的土壤微量热变化曲线，3为单独添加葡萄糖进行处理的土壤微量热变化曲线，4为同时添加葡萄糖和CMC进行处理的土壤微量热变化曲线。

具体实施方式

[0029] 本发明所用土壤采集自封丘潮土养分平衡长期施肥试验田，该试验田设有不施肥对照(CK)、施用有机肥(OM)、有机无机肥配施(1/2OMN)、施用化肥(NPK)、施用化肥(NP)、施用化肥(NK)和施用化肥(PK)共7个肥料处理田。本试验选用其中不施肥对照(CK)组和施用有机肥(OM)组两组土壤对照处理。

[0030] 一、采用微量热方法测定土壤中的共代谢作用

[0031] (一)土壤处理

[0032] 将选用不施肥对照(CK)组和施用有机肥(OM)组两组土壤进行测定，每组土壤每一处理四次重复，采样时，在各小区内采用多点混合采样法，采样深度为0-15cm，均匀混合后去除土壤中的根、小石块等杂质，过2mm筛后置于4℃冰箱保存备用。所选土壤的基本理化性质见下表1。

[0033] 表1供试土壤基本理化性质

[0034]

[0035] (二)测定方法

[0036] 实施例1：

[0037] 本实验采用的仪器为TAMⅢ3101-2型微量热仪，美国TA公司(原瑞典Thermometrio AB公司)生产。

[0038] 测定时，称取供试土壤1g，装入4mL安瓿瓶内，加入葡萄糖作为碳源并加入一定浓度的盐溶液，共同构成培养体系。具体葡萄糖的添加量为2mg；添加的盐溶液包括0.072mol/L(NH4)2SO4、0.0643mol/L K2HPO4和0.077mol/L MgSO4·7H2O，添加量均为40uL。
然后处理补水至相同土壤含水量，达到田间最大持水量的60％。再用橡胶塞封住瓶口，放置于微量热仪内置的量热室内进行培养，保持恒温27℃，培养48小时。

[0039] 待仪器完成前基线后，将装有样品的安瓿瓶放入测量通道内，保持在平衡位置15分钟后，将其放入到测量位置进行测定，测定出安瓿瓶内待测土壤48小时的整体热量变化。待样品反应结束后，取出安瓿瓶，还可以设置30分钟的后基线时间以保护机器使用安全。

[0040] OM和CK土壤均采用同样的方法处理并测量，每组土壤至少做3组平行试验。

[0041] 实施例2

[0042] 测定方法与实施例1相同，不同之处在于碳源选择添加羧甲基维生素钠(CMC)作为单一碳源,添加量为每克鲜土添加20mg CMC。

[0043] 实施例3

[0044] 测定方法与实施例1相同，不同之处在于碳源选择同时向土壤中添加葡萄糖(Glucose)和羧甲基维生素钠(CMC)两种碳源,添加量为每克鲜土添加2mg葡萄糖和20mg CMC。

[0045] 实施例4

[0046] 测定方法与实施例1相同，不同之处在于不加入碳源和盐溶液，直接向土壤中加入水作为对照组。

[0047] (三)数据处理及统计分析

[0048] 1、数据处理方法

[0049] 利用微量热仪TAMШ3101-2监测出的样品微量热变化曲线，在TAM辅助软件(TAM Assistant software)中是一条以绝对时间(Absolute time)(时间单位可调)为横轴、以热流(Heat Flow)(μW)为纵轴的曲线。将实施例1-4中各自所得数据从TAM Assistant software导出到Excel表格中，从输出的数据中提取出以下热动力学参数，并进行单位的转换，其中：

[0050] P0——初始热功率，即t0时的热功率，单位μW；

[0051] Pmax——培养过程中的最大热功率，单位μW；

[0052] tmax——培养过程中最大热功率出现的相对时间，单位h；

[0053] Qt——培养过程中产生的热量，单位J。

[0054] 上述数据均直接从TAM辅助软件中导出。将导出数据以下列公式进行数据处理：

[0055] Qsubstrate＝Qt(GC、G或C)-Qt(H2O) (1)

[0056] Qsubstrate表示添加碳源后产生的净热量，Qt(GC)表示实施例3同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理培养过程中的热量、Qt(G)表示实施例1添加葡萄糖碳源处理培养过程中的热量，Qt(C)表示实施例2添加CMC碳源处理培养过程中的热量，Qt(H2O)表示实施例4加水对照处理组的热量。

[0057] QCo＝Qsubstrate(GC)-Qsubstrate(G)-Qsubstrate(C) (2)

[0058] QCo表示共代谢产生的热量，Qsubstrate(GC)表示同时添加葡萄糖和CMC两种碳源处理产生的净热量，Qsubstrate(G)表示添加葡萄糖处理产生的净热量，Qsubstrate(C)表示添加CMC处理产生的净热量。

[0059] 对所得的试验数据进行方差分析和误差估计等统计分析，均由SPSS16.0完成。

[0060] 2数据处理结果

[0061] 2.1葡萄糖和羧甲基纤维素钠的共代谢关系

[0062] 供试土壤在添加碳源后的代谢过程，经TAM微量热仪监测热量变化，形成的微量热曲线如图1-2所示，相关参数经数据处理计算后汇总列于下表2。

[0063] 表2利用微量热曲线参数来测定共代谢

[0064]

[0065] 从表2及图1-2可以看到OM和CK土壤在添加水的处理中，微量热曲线1均基本是一条直线，热功率分别保持在4.5μW和0.36μW左右，说明在不添加碳源的情况下两种土壤的本底微生物代谢活性很低，产生的代谢热很小，接近于0。在单独添加葡萄糖的处理中，两种土壤的微量热曲线3都存在明显的热排放峰，Pmax分别为557.39±3.06和523.01±2.13μW，tmax分别为10.42±0.12和12.25±0.12h，Qt分别为14.54±0.13和
14.42±0.53J，说明微生物能够迅速利用添加的葡萄糖，同时放热。与此相反，在添加CMC的处理中，OM和CK土壤的微量热曲线2近乎直线，没有明显的热量变化，表明两种土壤中的微生物均无法直接利用CMC，因此无法形成放热峰。虽然添加H2O和CMC处理的土壤微量热都呈直线，但添加CMC后的热功率值始终高于添加H2O的处理，这一热量不是源自土壤微生物的活动，而是由于CMC添加到土壤后的物理化学变化引起的，干燥的CMC吸着水分会产生热量，此热量称为吸着热或润湿热。

[0066] 从表2及图1-2中还可以看出，CMC额外添加葡萄糖后，在两种土壤(OM和CK)中的微量热曲线4不再是直线，而都形成了明显的热排放峰，相应的Pmax分别为351.33±3.95和396.13±5.81μW，tmax分别为15.00±0.17和14.67±0.15h，Qt分别为17.61±0.85和15.67±1.26J。将两种土壤在同时添加两种碳源后产生的热排放曲线，与单独添加葡萄糖所产生的热排放曲线相比，曲线发生了明显的变化，包括峰高(Pmax)变低，峰型(tmax)延后，热量的排放(Qt)变大；表明土壤中微生物对两种碳源的利用不同于葡萄糖作为单一碳源的利用。将两种土壤单独添加葡萄糖和CMC所产生的热量、以及土壤本底的热量剔除后，得到表1中列出的QCo，分别为1.49和0.43J。这部分热量来源于在葡萄糖作为生长基质存在的条件下，土壤微生物进一步利用或分解非生长基质CMC产生的热量，即说明CMC和葡萄糖之间存在共代谢作用。因此，通过土壤微量热曲线及相关的参数(Pmax、tmax、Qt、QCo)可以证实CMC与葡萄糖之间存在共代谢关系。

[0067] 这一共代谢关系存在的机制在于添加葡萄糖之后，土壤微生物在利用葡萄糖的同时，产生某些可以直接利用CMC的酶，或者促进原有CMC分解酶的活性增加，从而加速了CMC的代谢。鉴于以上分析所得到的葡萄糖和CMC之间存在共代谢关系，表明利用微量热法从热力学角度来研究土壤微生物的共代谢作用是可行的。通过微量热法可准确地表征土壤微生物的生物学特性。

[0068] 此外，根据本研究所获得的试验数据不难看出，微量热仪监测出的微量热曲线产生了一系列的热力学参数，微量热仪对热能的监测具有极高的灵敏性，内部温度误差控制在0.0001℃以内；对数据点采集也是全自动和高密集的，每10s即可采集一个数据；试验操作及样品准备的过程也比较简单，整个测定过程仅2～3天就可完成。

[0069] 2.2不同处理土壤的碳利用效率及共代谢作用的差异

[0070] 从表2中可以看出单独添加葡萄糖的OM和CK土，虽然每克土壤添加的葡萄糖量一致，但微量热结果显示放热过程中所产生的能量却不同，即Qsubstrate分别为13.87±0.13J和14.36±0.53J，表明两种土壤在添加葡萄糖后，利用底物转化成热量的效率存在差异。从热力学角度分析，在生物体内1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后，共释放出2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量储存在ATP中，剩余1709kJ的能量都以热能的形式散失。
Battley将底物氧化产生CO2过程中释放的热量定义为 Barros等在此理论基础上进一步提出，将底物氧化后留在土壤中的底物热量定义为ηsoil。根据上面的理论计算，得到本研究中OM和CK土壤在添加葡萄糖后，分别为73.77％和76.40％，ηsoil分别为
26.22％和23.59％。OM土壤中葡萄糖中碳的矿化效率与CK土壤相比具有减小的趋势，但未达到显著(p＝0.09)，说明留在OM土壤中的碳多于CK土壤，即OM土壤的碳利用效率大于CK土壤。Jim A.Harris等的研究发现施用有机肥处理的ηsoil值显著高于单独施用无机肥的处理，即施用有机肥后土壤对碳的利用效率显著大于施用无机肥的土壤这与本研究所得到的结果是一致的。

[0071] 另外，表2中列出的OM土壤的QCo值(1.49J)，大于CK土壤的QCo值(0.43J)；表明在共代谢作用下OM土壤释放的热量大于CK土壤，从上面的分析得到本研究土壤中释放的热量来源于碳源的分解，而葡萄糖在OM土壤中的分解率小于CK土壤，由此可以推断出在共代谢作用下，OM土壤中CMC的分解率大于CK土壤，也就是说两种碳源在OM土壤中的共代谢作用大于CK土壤。目前国内外研究结果中影响共代谢作用的因素主要包括：1)微生物的选择和驯化，2)生长基质的选择，3)生长基质和非生长基质的投加比，4)额外物质的添加及反应条件的控制。在此研究的基础上，分析得到本发明中两种土壤共代谢作用的差异主要是和微生物的选择和驯化相关。本实验中葡萄糖和CMC的共代谢作用之所以表现出OM土壤大于CK土壤，主要是由于土壤在长期不同施肥处理后微生物的群落结构和活性发生了变化。正是由于这些分异，导致在添加葡萄糖后，OM土壤中微生物利用葡萄糖进行繁殖以及降解CMC的能力都强于CK土壤，从而提高了对CMC的利用率。在常规环境条件下，能通过共代谢作用降解难降解物质的微生物存在的数量少且活性低。所以说CK土壤中即使存在这些降解性能的微生物，它们的数量及活性也比OM土壤中的这些降解性能的微生物要低。添加有机氮源对分解效果的影响明显优于单纯的无机氮源，表明有机氮源更利于复合微生物菌系发挥降解能力。

[0072] 综上，利用微量热方法可以测定出土壤中葡萄糖和CMC之间存在共代谢关系。并且长期施用有机肥料的土壤中微生物的共代谢作用高于不施肥的土壤，本发明的土壤共代谢作用的测定方法是可行的。本发明为研究土壤微生物的共代谢作用提供了一种更为快捷的检测方法，能避开繁琐的试验过程，快速的判断出基质间的共代谢关系。微量热方法研究共代谢还可扩展到其它碳源底物以及其它环境体系，如纯培养体系，水体，废弃物等，对于微生物代谢研究具有推广价值。

[0073] 二、对比试验

[0074] 使用与上述一中采用微量热方法测定土壤中的共代谢作用中同批次采集的OM和CK土壤，对OM和CK土壤的试验处理方式同微量热处理一致，每个处理设3个平行。每个平行称取供试土壤5g，装入20mL玻璃密封瓶内，加入相应量的碳源和盐溶液，碳源的添加量为10mg的葡萄糖，盐溶液包括0.072mol/L(NH4)2SO4、0.0643mol/L K2HPO4和0.077mol/L MgSO4·7H2O，添加量均为200uL，后，各处理补水至相同土壤含水量，达到田间最大持水量的60％，盖上瓶塞，用针管抽取8mL气体，作为测定的0点值，用气相色谱检测出其中CO2的浓度。然后打开瓶塞让气体同外界空气充分接触后再盖上瓶塞，将其放入27℃培养箱内培养，
48h后取出气瓶，抽取8mL气体进行CO2的浓度测定。

[0075] 供试土壤在添加碳源后的代谢过程中所排放的气体，经气相色谱测定出CO2的浓度，折算出48h的排放量列于表3。其中：

[0076] Et——CO2的排放量，单位ug/g土；

[0077] Esubstrate＝Et(葡萄糖、CMC、葡萄糖+CMC)-Et(水) (3)

[0078] 其中，Esubstrate表示添加碳源后CO2的净排放量，Et(葡萄糖、CMC、葡萄糖+CMC)是指添加碳源后CO2的排放量，Et(水)是指对照的CO2排放量。

[0079] ECo＝Esubstrate(葡萄糖+CMC)-Esubstrate(葡萄糖)-Esubstrate(CMC) (4)[0080] 其中，ECo表示共代谢作用产生的CO2排放量，Esubstrate(葡萄糖+CMC)表示同时添加葡萄糖和CMC处理的CO2净排放量，Esubstrate(葡萄糖)表示添加葡萄糖处理的CO2净排放量，Esubstrate(CMC)表示添加CMC处理的CO2净排放量。

[0081] 表3二氧化碳排放量

[0082]

[0083] 从表3中可以看出OM和CK土壤在添加水的处理中，每克鲜土CO2的排放量很低；在添加CMC的处理中，OM和CK土壤的CO2排放量有所增加，但是增加的幅度比较小。而添加葡萄糖的处理，OM和CK土壤的CO2排放量Et分别增加了23和43倍；添加葡萄糖和CMC的处理，两种土壤的CO2排放量Et分别增加了27和41倍。

[0084] 以测定CO2浓度的方法作为参照，利用表3中的CO2排放量Et与表2中Qt值做相关分析得到，两者的相关系数0.997，表现为极显著相关，表明用微量热的方法来研究共代谢是可行的。比较表2和表3中的共代谢数值，可以发现表2中OM处理的QCo为1.49J/g土，Qsubstrate-CMC为1.58J/g土，前者是后者的94.3％；表3中ECo为100.96ug/g土，Esubstrate为488.61ug/g，前者为后者的20.66％，这表明利用微量热方法来研究共代谢比用气体排放的方法更加灵敏。

[0085] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例做出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

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