凋落物分解是森林生态系统养分循环中至关重要的过程。凋落物是植物和微生物所需养分的主要来源，因此生态系统的稳定依赖于植物生长和凋落物分解之间长时期的平衡(Satchell，1974)。凋落物的主要成分是纤维素和木质素，这些纤维素和木质素的降解是自然界维持碳素平衡不可缺少的过程(周存宇，2003)。凋落物的分解包括淋洗作用(leaching)、机械破碎(mechanical breakdown)、土壤腐食动物的消化和腐生营养微生物对有机物的酶解等过程(Facelli et al., 1974；Wood, 1991)，凋落物的彻底降解是在凋落物和土壤中酶系统的综合作用下完成的。一方面，凋落物腐解释放酶进入土壤中，提高土壤酶活性；另一方面，由于凋落物生物区系的变化，尤其是微生物的数量和活性升高，凋落物和土壤中的酶活性也会升高(杨万勤等，2004)。森林凋落物分解过程中酶活性是一个动态的过程。酶活性升高有利于凋落物和土壤有机物质的分解、养分元素的释放，对于维持森林生态系统的物质循环和能量流动及提高森林土壤肥力具有重要意义(杨万勤等，2004)。

国外对于森林凋落物分解过程中酶活性的研究相当活跃，特别是欧洲地中海沿岸一些国家，如法国、意大利等。Criquet等法国学者连续几年采用先提取、后测定酶活性的方法，先后测定了森林凋落物分解过程中漆酶、酚氧化酶、纤维素酶、磷酸酶、内切葡聚糖酶和β-葡聚糖酶的活性，并对影响酶活性的生物、非生物因素进行了研究；意大利学者Fioretto等(2000；2001)也采用了类似的方法对凋落物分解过程中酶的活性进行了测定；我国这方面的研究则相对滞后。本文对国内外森林凋落物分解过程中酶活性的测定方法及影响酶活性的因素进行了综述，希望为我国的森林凋落物研究提供一些新的思路。

1 研究进展

经研究发现，大约有50多种酶存在于土壤里，对氧化还原酶类和水解酶类的研究最多(周礼恺，1989)，如多酚氧化酶和纤维素酶，这两种酶对于纤维素和木质素的降解以及有机物质的腐殖质化都有重要作用。目前，森林凋落物分解过程中酶活性的研究较多集中于酶活性的测定方法及其影响因素方面。

1.1 森林凋落物分解过程中酶活性测定方法的研究

在最适温度、最适pH值、最适基质浓度和样品称重条件下，通过定量测量反映过程中转化的基质或生成产物来测定森林凋落物分解过程中酶的活性会有许多困难(Criquet et al., 1999)。森林凋落物分解过程中酶活性的测定是基于土壤酶学的方法展开的，其研究机理和研究方法也与土壤酶相似。由于土壤酶主要以被吸附的状态累积在土壤颗粒表面，所以其酶活性是根据一定时间内，土壤称量(酶的数量)、基质浓度、培养温度及pH值最适时酶催化反应过程中生成的产物量或剩余基质量间接测得的(周礼恺，1989)。土壤酶活性测定的通常方法是：用防腐剂(甲苯)浸泡土壤样品，加入最适于某种酶作用的一定pH值的缓冲液和一定数量的基质。将反应混合物放在30~37 ℃恒温箱中培养一定的时间，并定量或定性测定反应产物。以一定时间内被转化的基质量或生成的反应产物量来表示酶的活性。可采用光度计、比色计、旋光计等物理和化学方法定量地测定反应的最终产物(哈兹耶夫，1980)。

基于以上研究，Almin等(1967)和Ladd等(1972)拟定出了许多测定土壤生物化学过程中大多数酶活性的方法，不同的方法是在不同条件下提出的，某些方法可能不适于某些土壤。因此，在每一具体的条件下，必须通过比较分析确定最合适的方法。以测定β-葡糖苷酶活性的方法为例，Dilly等(1996)对德国北部的灰桤木森林凋落物进行了研究，其中β-葡糖苷酶活性的测定采用Hoffmann等(1965)的方法并对其进行了修改，在pH值为9. 6时，用2, 6-氯替二溴对苯醌亚胺，将在β-葡糖苷酶的作用下由水杨苷裂解的水杨醇转化成青色的靛酚，并用比色法进行测定。而Kourtev等(2002)对美国新泽西硬木森林中2种外来种和2种本土树种的凋落物分解过程中的酶活性进行了研究，β-葡萄苷酶等几种酶的活性测定采用的p-nitrophenol(pNP)的方法(Sinsabaugh et al., 1993)。

20世纪90年代以前，从土壤或腐解的凋落物中定量的提取酶，还没有办法不破坏酶结构和改变其活性或在完全排除微生物(它们的酶)影响的情况下测定分解过程中酶的活性，仅能成功地从土壤中提取出少数几种酶类，其纯度也不高。因此，不能定量地测定土壤或凋落物中的酶及精确测定其活性。

随着分离提取技术的不断提高，许多学者都在尝试新的研究方法，但其研究思路基本相似，都是直接从凋落物中提取酶，利用这种方法定量测定酶的含量并精确测定酶的活性。基本步骤是：首先将凋落物放入装有缓冲液的容器内进行震荡培养，然后经离心、过滤制成粗提取液，最后根据土壤中酶活性的测定方法进行测定。但是不同学者研究对象不同，在研究方法上也有一定的差别。具体如下：

Tagger等(1998)对一种常绿橡树凋落物中分离出的白根菌(Marasmius quercophilus)分泌的酶进行了测定，具体方法是：先将叶片放置于装有20 mL溶液(0.1% Tween 80 + 100 mmol Bis-Tris缓冲液，pH 6)的容器里剧烈摇动培养10 min，之后在4 ℃的条件下以12 000 r·min^-1的转速离心20 min，再用0.22 mm的微孔过滤器过滤悬浮液, 制成粗提取液。纤维素酶的活性测定是在pH值为5的醋酸钠缓冲液条件下, 以0.5%的CMC(Carboxymethylcellulose)为底物，根据Miller(1959)和Somogyi(1952)的方法测定还原糖含量。

Criquet等(1999)对森林凋落物分解过程中凋落物和土壤中漆酶活性的变化规律进行了研究，同时他们也尝试着开发一套简单的程序来提取和定量测定凋落物中的酶及其活性，并对影响酶提取及测定其活性的因素进行了研究。具体方法是：首先将粉碎的凋落物加入到装有CaCl₂、Tween 80和polyvinylpolypyrrolidone (PVPP)溶液的容器内，在室温条件下震荡培养1 h，将悬浮液通过双层纱布去除悬浮在上面的碎片后进行离心，再用过滤器进行过滤，然后装入透析管内进行透析，将透析得到的溶液浓缩到初始体积的1/10，最后以syringal dazine为底物用分光光度计测定浓缩的提取液中的漆酶活性。通过对不同样品进行重复测定并绘制出标准曲线，经过分析证明其检测结果是精确的。随后，Criquet等又对森林凋落物分解过程中凋落物酚氧化酶、纤维素酶、磷酸酶、内切葡聚糖酶和β-葡聚糖酶等进行了研究(Criquet，2002; Criquet et al., 2000; 2002; 2004)，其活性的测定都采用了上述方法，对纤维素酶活性测定时，与直接测定该酶活性的方法进行了对比。结果显示，先提取酶，后测定其活性的方法要比直接测定酶活性得到的活性值高出19%~94%。

Fioretto等(2000)在研究岩胶蔷薇(Cistus incanus)和香桃木(Myrtus communis)落叶分解过程中酶活性时也采取了先提取后测定的方式。由此可见，提取技术的不断提高使得定量测定森林凋落物分解过程中酶含量及精确测定其活性成为可能，为今后深入研究森林凋落物分解过程中酶活性动态奠定了良好的基础。

尽管我国研究森林凋落物分解过程中酶活性的历史相对较短，但也做了一些工作。蚁伟民等(1994)对鼎湖山黄果厚壳桂群落的凋落物及其氮素动态研究时测定了土壤中转化酶的活性；徐秋芳等(1998)研究了不同林木凋落物分解对土壤性质的影响，并测定了过氧化氢酶等几种酶的活性；齐泽民等(2004)在研究川西亚高山箭竹群落枯枝落叶层生物化学特性时，对各林型枯枝落叶层酶活性进行了研究，测定了蔗糖酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶等酶的活性。他们分别采用了郑洪元等(1982)和关松荫(1986)的方法，这2种方法都直接将土壤或凋落物样品与底物混合，然后进行培养，根据一定时间内酶催化反应的产物量或剩余底物量间接测得。从中不难看出我国对凋落物分解过程中酶活性的测定方法还停留在原来的基础上，不能定量测定酶的含量及精确测定其活性。

1.2 森林凋落物分解过程中酶活性影响因素的研究

由于土壤和凋落物中的酶在凋落物分解过程中起了重要作用，所以有关森林凋落物分解过程酶活性影响因素的研究也正在逐步展开。森林凋落物分解受到生物因素(如凋落物和土壤中微生物群落)和非生物因素(如气候)的制约(Couteaux et al., 1995)。因此，森林凋落物分解过程中酶活性也同样受到生物的和非生物因素的影响，同时还受到凋落物自身化学组成的影响。Criquet等(1999；2000)和Fioretto等(2000)通过研究都发现凋落物和土壤中的酶活性动态与凋落物的分解密切相关，并且受到土壤水热条件和凋落物质量的制约。

1.2.1 生物因素对森林凋落物分解过程中酶活性的影响

土壤酶的研究与土壤生物，尤其是土壤微生物密切相关(杨万勤，2002)。真菌在森林生态系统有机凋落物的分解过程当中扮演着重要角色(Cooke，1984；Swift et al., 1979)。早期研究表明，木材腐烂过程中，担子菌纲真菌能释放漆酶、过氧化物酶、Mn-过氧化物酶、木质素过氧化物酶等，这对于木质素和纤维素等的降解具有重要作用(Glenn et al., 1985；Sariaslani et al., 1989；Tien et al., 1984)。有研究表明，放线菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化物酶、酯酶和氧化酶等(Dari et al., 1995；Magnuson et al., 1992；Simoes et al., 1997)。Andersson等(2004)发现纤维素酶和几丁质酶的活性与真菌的活动有很大的关联。Fioretto等(2001)在研究岩胶蔷薇落叶分解过程中发现纤维素酶和木聚糖酶的活性呈季节性变化并与微生物的呼吸作用相关。齐泽民等(2004)对我国川西亚高山箭竹群落枯枝落叶层生物化学特性进行研究时，发现随箭竹群落的恢复演替，林下枯枝落叶层微生物数量逐渐降低，分解酶活性也逐渐降低。Dilly等(1996)和Bandick等(1999)的研究也都发现分解酶活性与微生物量呈显著正相关。可见，微生物群落是影响凋落物分解过程中酶活性的重要因素。

1.2.2 非生物因素对森林凋落物分解过程中酶活性的影响

早期的研究已经表明，土壤有机质的含量对土壤中酶的活性有重要的影响。Hofmann等(1955)发现土壤淀粉酶的活性随土壤有机质含量的增多而增强，并随土层深度增加而减弱。温度和湿度是影响森林凋落物分解过程中酶活性的2个重要气候因子。Fioretto等(2000)在研究岩胶蔷薇和香桃木落叶分解过程中酶的活性时还发现纤维素酶和几丁质酶活性与凋落物含水率正相关，而α型和β型淀粉酶的活性没有季节变化规律，淀粉酶活性与微生物呼吸作用、凋落物含水率之间没有相关性。最近，Criquet等(2002；2004)对橡树凋落物分解过程的内切葡聚糖酶和β-葡聚糖酶、磷酸酶活性的年动态、变化规律及其受生物和非生物因素控制的机制进行了研究，结果表明，在硬叶树森林凋落物分解过程中降雨量是控制许多酶产量和活性的最重要因素，酸性磷酸酶与凋落物的含水率、蛋白质浓度及温度有关，而碱性磷酸酶只与温度有关，酸性磷酸酶和碱性磷酸酶呈现出不同的变化规律，纤维素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶活性与凋落物的湿度有关。除了温度和湿度等气象因子外，还有许多非生物因素能够影响森林凋落物分解过程中酶的活性。如凋落物和土壤中氮的增加会刺激纤维素酶的活性(Carreiro et al., 2000；Saiya-Cork et al., 2002；Sinsabaugh et al., 2002)。

1.2.3 森林凋落物自身化学组成对分解过程中酶活性的影响

有研究发现，相同条件下不同种类植物的凋落物在其分解过程中酶的活性具有较大差异。Kourtev等(2002)研究了美国新泽西阔叶森林中4种(2个外来种，2个当地种)植物凋落物分解过程中的酶活性，发现酶活性最大的不同源自于植物种类不同，而不是源自其是否为外来种或是当地种。值得注意的是，2个外来种酶活性变化样式相似，但与2个当地种有很大的区别，而2个当地种的酶活性随时间变动的规律也极为相似。其他有关凋落物分解过程中土壤和凋落物酶活性的动态研究也发现了这一规律(Linkins et al., 1990；Carreiro et al., 2000)，可知这一差异是由森林凋落物自身化学组成不同引起的。

综上所述，不同酶类在森林凋落物分解过程中影响其活性的因素是不同的，因此，不同酶类在森林凋落物分解过程中的变化规律具有较大的差异。

2 展望

由于土壤或凋落物中的酶在森林凋落物分解过程中有着重要作用，所以森林生态系统凋落物分解与酶系统的相互作用机制将成为酶活性研究的一个发展趋势。森林凋落物分解过程中酶活性的研究与土壤酶学是紧密相关的。土壤酶研究技术的创新为森林凋落物分解过程中酶活性的研究开辟了广阔的道路。近年来，由于生物化学、微生物学和分子生物学所取得的研究成果，土壤酶的检测技术已经取得了长足的进展。例如，Marx等(2001)采用荧光微型板酶检测技术(microplate luorimetric assay)来研究土壤酶多样性，以便了解土壤酶功能的多样性。Criquet等(2002)利用电泳技术检测了纤维素酶同工酶。Vepsäläinen等(2001)采用土壤酶活性测试盒(soil enzyme activity test kit)在野外测定土壤酶活性。另外，超声波降解法、凝胶电泳技术和超速离心技术等也被应用于土壤酶活性的测定。PCR技术、DNA技术和超声波降解法以及凝胶电泳技术和超速离心技术等是未来土壤酶研究技术创新的基础。由于土壤酶学和森林凋落物分解过程中酶活性研究关系密切，所以上述技术的应用也必将成为酶活性研究取得新突破的关键。

大气CO₂含量升高和氮沉降对森林生态系统的影响成为全世界的焦点问题，各国学者竞相参预到这个极具挑战性的研究领域。大气CO₂含量升高和氮沉降与森林凋落物的分解及这一过程中酶活性密切相关。可以预见，森林凋落物分解过程中酶活性研究将对全球森林生态系统养分循环的研究起到积极的推动作用。