土壤微生物固碳关键酶RubisCO酶活性提取与测定方法研究获得新进展

由中科院亚热带农业生态研究所副所长（主持工作）吴金水研究员领衔的农业生态过程方向研究团队近日在土壤微生物固碳关键酶RubisCO酶活性提取与测定方法研究方面取得了新进展。

卡尔文循环（Calvin–Benson–Bassham cycle）是光能自养生物和化能自养生物同化CO2的主要途径，以及陆地生态系统初级产物合成的最主要途径，在调节大气CO2浓度方面发挥了重要作用。核酮糖-1，5-二磷酸梭化/加氧酶，简称RubisCO酶是卡尔文循环中的关键酶，该酶催化卡尔文循环中的第一步CO2固定反应。RubisCO催化活性可用nmol CO2 mg-1 protein min-1表示。以前有关RubisCO酶活性的研究均集中于植物或者纯培养的细菌，关于土壤RubisCO酶活性研究还尚未见报道。因此，该团队通过比较超声波法破碎（Ultrasonic disruption）、反复冻融(Snap freeze)与玻璃珠破碎法（Beadbeating）等三种不同方法提取土壤RubisCO酶，发现选用超声波法破碎法（Ultrasonic disruption）进行RubisCO的提取，选用的具体程序为空占比50%，输出功率为600W，破碎时间30 min时，酶的提取效率和活性最高，率先建立了基于“超声破碎提取法”的土壤微生物碳同化关键酶RubisCO的提取和测定方法，并申请了国家专利（CN102174496A，2011）；通过碳同位素示踪的室内模拟培养试验，发现农田土壤微生物具有较高的RubisCO酶活性（9.67–50.85 nmol CO2 mg-1 min-1），并且酶活性与碳同化速率呈显著正相关关系（r=0.945），提出了以RubisCO酶活性指示土壤自养微生物碳同化潜力的估算方法。该研究为深入探讨农田土壤自养微生物CO2同化过程的微生物机理奠定了坚实的基础。

上述研究成果发表在Pedobiologia—Journal of Soil Ecology（DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.pedobi.2014.06.002）。该研究得到了中国科学院、国家自然科学基金委等项目的资助。

不同提取方法（玻璃珠破碎法（Beadbeating-Fastprep）、液氮冻融破碎法（Snap freeze）、超声波破碎法（Ultrasonic disruption)）下土壤微生物固碳关键酶RubisCO酶活性比较