氨基酸对腐殖酸非生物合成的影响研究
有机物经生物或化学转化聚合形成腐殖质的过程称为腐殖化,该过程可由生物和非生物途径驱动,非生物途径具有环境友好、催化性能优良、反应条件可控的优势,在土壤肥力提升、污染物调控、提高堆肥质量等方面有重要作用,但由于堆肥中微生物是有机物转化的主要驱动力且占主导地位,导致非生物途径往往容易被忽视。氨基酸是腐殖酸类物质的核心结构组分,作为前体物质在非生物途径中,参与酚蛋白与美拉德体系,促进有机单体小分子物质聚合形成腐殖酸类物质。以往研究表明腐殖质的形成过程普遍需要氨基酸参与合成反应,不断缩合从而形成大分子聚合物,然而,不同氨基酸种类与浓度对非生物腐殖化的影响尚不清楚。因此,使用邻苯二酚和葡萄糖分别作为酚蛋白途径与美拉德途径反应底物,对反应产物的提取溶液进行紫外-可见光谱、三维荧光光谱分析,以揭示氨基酸类前体物质对于腐殖酸非生物形成途径的影响机制为目标,探究不同种类和浓度氨基酸对腐殖化过程的影响。结果表明,反应结束时赖氨酸参与的酚蛋白理论体系胡敏酸类物质(HLA)的浓度最高,为120 mg·L~(-1)。在不同氨基酸参与的美拉德体系中,仅在色氨酸添加体系观测到HLA的积累,表明了芳香性氨基酸有助于美拉德体系中腐殖酸类物质的直接合成。紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱表明赖氨酸对非生物合成途径中腐殖酸的芳构化程度提升贡献更大。随着赖氨酸浓度的提升,各腐殖酸非生物形成体系中富里酸类物质(FLA)的含量也随之提升。当赖氨酸浓度为0.025与0.05 mol·L~(-1)时,酚蛋白体系在反应的第24 h就产生了HLA。在相同赖氨酸浓度下,美拉德理论途径在反应结束时FLA含量最高,酚蛋白体系的HLA产量最高、胡富比(DP)也最高。综合分析表明,酚蛋白体系较美拉德体系具有更好的基于非生物途径合成腐殖酸的效果。研究揭示了氨基酸种类与浓度对堆肥腐殖化进程的影响,为进一步调控堆肥腐殖化程度、强化酚-蛋白理论下的腐殖酸合成提供理论支撑。
光谱学与光谱分析
2025年06期
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