全 文 ：气候变暖背景下泥炭藓泥炭地酚氧化酶和
过氧化物酶活性的研究
Vincent E. J. Jassey1, Geneviève Chiapusio1, Daniel Gilbert1, Marie-Laure Toussaint1, Philippe Binet1 著
胡雪凤2 卜兆君3* 译
(1 法国弗朗什孔泰大学工业技术管理应用系，年代环境实验室 蒙贝利亚尔 25211
2 东北师范大学草地科学研究所 长春 130024
3 东北师范大学地理科学学院泥炭沼泽研究所，国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室
长春 130024)
摘 要：泥炭地主要氧化酶在各个季节均会面临气候胁迫，但目前缺乏氧化酶特征及其对气候胁迫响应方面的
数据。在实验增温条件下、泥炭藓藓坪区，沿狭窄的矿养-雨养泥炭地梯度，测定了酚氧化酶和过氧化物酶的
活性。发现，不管季节和采样面积如何，泥炭藓的过氧化物酶活性均比酚氧化物酶活性高出1000倍以上。气温
升高(平均1 ℃)使过氧化物酶活性增加(30%)，但增温不改变酚氧化酶的活性。结果表明，泥炭地过氧化物酶活
性的监测可作为反映气候变暖对泥炭地碳循环影响的一个合适的且有预见性的指标。
关键词：2,7-二氨基芴 过氧化物酶 酚氧化酶 气候变暖 泥炭地 开顶箱
中图分类号：TQ314.1，S156.2 文献标识码：A 文章编号：1671-9212(2016)05-0034-04
Phenoloxidase and Peroxidase Activities in Sphagnum-dominated Peatland
in a Warming Climate
Vincent E. J. Jassey1, Geneviève Chiapusio1, Daniel Gilbert1, Marie-Laure Toussaint1, Philippe Binet1 write
Hu Xuefeng2, Bu Zhaojun3* translate
(1 Laboratoire Chrono-Environnement, UFR Sciences, Techniques et gestion de l’industrie, Université de Franche-
Comté, Montbéliard cedex, France, 25211
2 Institute of Grassland Science, Northeast Normal University, Changchun, 130024
3 Institute for Peat and Mire Research, School of Geographical Science Northeast Normal University, State Envir-
onmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Changchun, 130024)
Abstract: Peatlands still suffer from the scarcity of available data about the characterization and the response to
climate forcing of the main oxidative enzymes that occur over the seasons. In the present study, phenoloxidase and
peroxidase activities were examined in Sphagnum lawns along a narrow fen-bog gradient under experimental elevated
temperatures. We showed that peroxidase activities from Sphagnum mosses were 1000-fold higher than those of
phenoloxidases irrespective of seasons and sampling areas. Peroxidase activities increased (+30%) with the rise of air
temperatures (an average of 1 ℃), while warming didnot alter phenoloxidase activities. These results suggest that the
monitoring of peroxidase activities in peatlands may represent a suitable and forward indicator of the impact of climate
warming on carbon cycle in peatlands.
Key words: 2,7-diaminofl uorene; peroxidases; phenoloxidases; climate warming; peatland; open top chambers
[收稿日期] 2016-07-15
[译者简介] 胡雪凤，1991年生，硕士研究生，主要从事湿地科学与生态学研究。*通讯联系人：卜兆君，男，教授，
E-mail：buzhaojun@nenu.edu.cn。
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译文 腐植酸 2016 年第 5 期
细胞外酚氧化酶和过氧化物酶的测定能提供
有关生态系统碳循环稳定性方面的重要信息。酚
氧化酶和过氧化物酶通过促进简单和复杂的酚类
化合物的氧化或转换，促进难分解物质部分或完
全分解，最终作用于碳循环。由于持续的全球变
暖，酚氧化酶和过氧化物酶在陆地碳库如泥炭地
中的活性引起了科学关注。泥炭土中的碳累积的
部分原因是酶促分解的正常途径受到了抑制，在
该酶促分解过程中氧化性酶(如酚氧化酶)起着关键
作用。
尽管参与多酚降解的酚氧化酶(PO)可分为O2
依赖型PO(如漆酶、酪氨酸酶)和H2O2依赖型PO(如
木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶)，但目前为
止，在泥炭地中主要研究了O2依赖型PO。在森林
枯落物中，曾发现这两种酚氧化酶具有不同的时
空变化特征，突出反映出这些细胞外酶对环境改
变无相似响应。因此，泥炭地缺少这些氧化性酶
在生态环境和季节变动上的特征及其对气候变暖
响应的可用数据。
本研究的目的是，在泥炭地的两个季节间，
沿着矿养-雨养过渡梯度探究模拟增温对泥炭地中
O2依赖型PO和H2O2依赖型PO的影响。本研究不区
分单个酶，选用通用术语酚氧化酶和过氧化物酶
来分别描述以O2和H2O2为受体的酶的活性。
1 研究方法
1.1 样地选择和实验设计
2 0 1 0年夏秋两季，在位于法国朱罗山脉
(46°49′35″N，6°10′20″E)的1个较大的矿
养和雨养复合型泥炭地中进行酚氧化酶和过氧化
物酶的研究。沿着从寡植物矿养泥炭地到隆起雨
养泥炭地过渡的梯度设置样地，植被组成以喙叶
泥炭藓(Sphagnum fal lax)占优势。采集喙叶泥
炭藓，从头状枝上部开始将其截成0～3 cm(活体
片段，上部)和3～10 cm(衰老片段，下部)两个部
分。在矿养和雨养两种泥炭地具有代表性的区域
地表，各布设6个泥炭藓样方，其中3个为对照，3
个为增温处理。在2008年4月，通过在植被上方布
设开顶箱(OTC)实现增温处理。实验期间持续监测
每个样方泥炭藓表面上方10 cm处的气温。
1.2 酶活测量
由于土壤有机质会影响酶活，因此采用一种
特殊的方法制取酶提取液。取3 g喙叶泥炭藓鲜
样放入含有0.05％(v/v)Tween 80及20 g PVPP的
50 mL 0.1 mo l/L的CaCl2溶液中，振荡1 h后离
心，将上清液过滤(0.2 μ m)，滤液装入纤维素
透析管(10 kDa的分子量截留)，在管外覆盖聚乙
二醇进行吸收浓缩，直到滤液体积为初始体积的
1/10时，将所得浓缩提取物置于p H为5.6的磷
酸缓冲液中，制得酶提取悬浊液。通过分光光
度法利用96孔的微量滴定板测定酶活。为了量化
酚氧化酶，每个重复孔中加入150 μL的酶提取
液，同时加入以下物质中的1种作为氧化底物，
100 μL的左旋多巴(L-DOPA；10 mmol/L)，或
2 μL 2,7-二氨基芴(DAF；0.68 mmol/L；εM*=
10228 [m o l/(L·cm)]，或2 μL的丁香醛连氮
[5 m m o l/L；ε M=m o l/(L·c m)]或5 μ L的
ABTS[0.1 mmol/L；εM=36000 mol/(L·cm)]，分
别在460、600、525、400 nm的波长下进行比色。
过氧化物酶活性利用2 μL DAF(0.68 mmol/L)和
10 μL H2O2 (0.3％ w t)做底物，锰过氧化物酶
(Mn-peroxidases)用12 μL MnSO4(0.1 mmol/L)
做底物，氧化率均在600 nm波长下测定。锰氧
化物酶活性由锰过氧化物酶测试结果减去过氧化
物酶活性得到。用12 μL藜芦醇[0.4 mmo l/L；
εM=9300 mol/(L·cm)]和10 μL H2O2 (0.3％ wt)
做底物，在310 nm波长下比色测定真菌木质素过
氧化物酶。酶活以每分钟氧化每克干物质底物的
微摩数表述，单位是U/g DM。
1.3 统计分析
利用重复测量方差分析方法，以时间(夏季
和秋季)为组内变量，以增温、研究区和泥炭藓的
深度为组间变量，分析不同泥炭藓片段、样地、
季节和增温处理间的酚氧化酶和过氧化物酶的差
异。同时考虑样地、季节和增温的交互作用。进
行假设性参数检验。利用相同方法检测对照样方
和增温样方间的空气和土壤温度差异。
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译文2016 年第 5 期 腐植酸
2 结果与讨论
2.1 酶活性量化过程中底物的选择
研究结果表明：利用DAF做底物测得了酚氧
化酶活性最大值。经历1h酶动力学反应后在丁香
醛连氮和 ABTS为底物的孔中出现了沉淀。已有
研究发现，时间尺度上丁香醛连氮和ABTS产生的
醌类不溶于水相介质。利用DAF底物测定酚氧化
酶活性，发现在泥炭藓的不同片段，以及矿养和
雨养两种样地间均呈显著差异，但利用L-DOPA
底物测定时无显著差异(图1)。因此，DAF是量化
泥炭藓泥炭地酚氧化酶活性的理想底物。
2.2 酚氧化酶与过氧化物酶活性比较
本研究发现过氧化物酶活性比酚氧化酶活性
高出1000倍(图1，图2)，过氧化物酶构成泥炭藓
泥炭地的主要氧化系统。根据目前已有文献，虽
然在森林枯落物表层曾发现过氧化物酶活性比酚
氧化酶活性高出120倍，但活性高出1000倍的则
十分罕见。此外，该种高活性比例强烈表明过氧
化物酶具有植物来源，其原因主要体现在以下几
个方面：(1) 泥炭藓强烈占据矿养和雨养泥炭地；
(2) DAF-H2O2组合是测定植物过氧化物酶的最敏
感的底物；(3) 无明显的真菌木质素过氧化物酶活
性证明泥炭藓是高过氧化物酶活性的来源；(4) 从
泥炭藓枯落物中鉴定出的不同真菌类群中，仅有
24％可以产生过氧化物酶；(5) 泥炭地非生物条件
(如酸性和滞水)在很大程度上被认为是限制真菌氧
化活性的。
图1 利用DAF和L-DOPA底物所测得的2011年夏季和秋季Forbonnet泥炭地酚氧化酶沿着矿养-雨养泥炭地梯度及
泥炭藓片段间的活性值
Fig.1 Fungal phenoloxidase activities characterized by DAF or L-DOPA substrates along the fen-bog gradient of the
Forbonnet peatland in summer and autumn 2010 in different Sphagnum segments
注：(1) ☆表示泥炭藓片段间的酚氧化酶活性存在显著差异(ANOVA；P<0.05)；(2) 字母表示在矿养和雨养两
种泥炭地的酚氧化酶活性的显著差异(ANOVA；P<0.05)；(3) 上部：泥炭藓0～3 cm片段；下部：泥炭藓3～10 cm
片段，均从头状枝开始，下同。(4) 图中数据为平均值±标准差，n=3，下同。
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译文 腐植酸 2016 年第 5 期
注：(1) ☆表示泥炭藓片段间的过氧化物酶活性存在显著差异(ANOVA；P<0.05)；(2) 字母表示在矿养和雨养两种
泥炭地的过氧化物酶活性的显著差异(ANOVA；P<0.05)；(3) △表示对照样方和增温样方间过氧化物酶的显著差异；
(4) Perox：过氧化物酶；Mn-Perox：锰氧化物酶。
图2 2011年夏季和秋季Forbonnet泥炭地泥炭藓所产生的过氧化物酶沿着矿养-雨养泥炭地梯度及泥炭藓片段间的活性值
Fig.2 Activity of peroxidases produced by Sphagnum along the fen-bog gradient of the Forbonnet peatland in summer and
autumn 2010 in different Sphagnum segments
2.3 泥炭藓上部与下部的过氧化物酶活性比较
过氧化物酶活性在泥炭藓片段上部显著高于
下部，夏季显著高于秋季(图2)。这表明，过氧化
物酶活性与多酚含量存在正相关关系。
2.4 增温对酚氧化酶和过氧化物酶的影响
开顶箱设置使得2个样地的日均气温平均增加
1 ℃。温度升高对酚氧化酶的活性无显著影响。但
增温使矿养地区的过氧化物酶活性显著升高30％，
尤其是在0～3 cm的泥炭藓上部活性片段(图2)。矿
养-雨养泥炭地间过氧化物酶活性对增温响应表
明，氧化库沿不同方向变化来应对气候变暖，这与
之前酚类化合物所示结果相同。虽然增温可增强过
氧化物酶活性，但由于过氧化物酶在矿化和腐殖化
过程中均存在功能多样性，因此全球变暖对泥炭地
土壤有机质固持影响仍难以预测。
3 结论
从研究结果可得出以下3个结论：(1) DAF是
量化泥炭藓藓坪提取物中酚氧化酶和过氧化物酶
活性的有效氧化底物；(2) 泥炭藓过氧化物酶构成
泥炭藓泥炭地主要的氧化系统；(3) 泥炭地植物过
氧化物酶活性的监测是指示气候变暖情况下泥炭
地碳循环改变的有效长远指标。
说明：文中εM表示浓度为1 mol/L，厚度为1 cm
的溶液在最大吸收波长下的吸光值。

参考文献(略)
译自：Soil Biology ＆ Biochemistry，2012，
46：49～52。
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译文2016 年第 5 期 腐植酸