香农指数(香农指数和辛普森指数的意义)这都可以？

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文 | 阿基米德编辑 | 千浅挽星前言聚-γ-谷氨酸γ-PGA是一种多肽聚合物，在日本传统食品纳豆中发现它与α-氨基和γ-羧基形成的蛋白质不同，它是由D-谷氨酸和L-谷氨酸单体组成的γ-PGA是许多微生物胶囊的主要成分之一，这使其具有。

优异的生物相容性和环境微生物降解性。

γ-PGA主链含有大量酰胺键，因此可以被微生物和酶降解为短肽γ-PGA和谷氨酸单体，对环境无害由于其在生物医学、环境保护、食品、化妆品等方面具有巨大的潜力，全世界科学家都将注意力集中在它的合成和应用上，

γ-PGA可以通过微生物发酵进行大规模生产。

γ-PGA在农业中的应用γ-PGA在农业中有两个主要应用一方面，经一定粗提或微生物产生的γ-PGA原液后，可作为农业上的肥料增效剂在土壤中添加γ-PGA可以提高作物产量、改善作物品质、改善土壤微环境

将两种枯草芽孢杆菌分泌的γ-PGA应用于干旱地区盆栽玉米，发现γ-PGA能提高干旱条件下玉米的出苗率，提高玉米幼苗成活率，增加玉米产量生物量，促进植物根叶生长将农用γ-PGA应用于新疆干旱地区膜滴灌棉花种植，可促进棉花生长，提高棉花产量，改善棉花品质，。

提高土壤水分利用效率。

施用量为80千克/公顷时可获得最佳效益土壤中施用γ-PGA可显著促进菠菜生长，提高菠菜鲜重和干物质产量，提高氮肥利用率当γ-PGA用量为0.10%时经济效益最佳γ-PGA与氮肥配施可提高油菜可溶性糖含量、游离氨基酸和蛋白质含量。

γ-PGA生物水剂在土壤中施用，可以在减少化肥用量的同时提高作物产量，对土壤微生物的增加效果显著。

另一方面，γ-PGA与交联剂反应合成的高吸水性聚合物SAP或其本身可作为土壤保水剂应用于农业节水灌溉高吸水性聚合物SAP是一种能吸收数百甚至数千倍水的高分子材料结果表明，γ-PGASAP可以继承γ-PGA的生物降解性。

γ-PGASAP最终完成保水后可被环境中的微生物降解由于γ-PGASAP的单体是谷氨酸，它最终可以分解为土壤氮肥或可以作为肥料增效剂。

通过一系列的肥料转化，可以转化为农作物可以利用的肥料基于聚谷氨酸的高吸水性聚合物的降解性优于常用的CO键交联聚合的聚丙烯酸酯高吸水性聚合物然而，目前市场上基于聚丙烯酸酯合成的高吸水性聚合物在自然环境中不可降解或仅部分降解，容易对环境造成污染。

由于近年来在农业领域的发展，γ-PGA是一种新型的微生物材料然而，基于γ-PGA合成的SAP的农业应用研究还很少另一方面，聚丙烯酸酯SAP在农业应用中得到了更广泛的研究SAP拌种可以提高种子出苗率，最终将作物产量提高至田间持水量的50%至80%。

当田间施用60kg/hm2SAPs时，小麦产量比对照组增加14.7%SAP在土壤中的施用可以促进玉米根系的发育，增加玉米根系的根数，并显着影响玉米的产量构成，提高玉米的总体产量SAP用量为30~45kg/hm2时，棉铃数、棉铃重和单位面积皮棉产量增加10%以上，但纤维质量不受SAP影响，结果表明，施用15kg/hm2SAP可使马铃薯增产16%，磷、氮肥利用率分别提高27.06%和18.72%。

γ-PGA和SAP都可以在一定程度上提高作物产量需要说明的是，γ-PGA的分子结构是单链、水溶性高分子材料，而γ-PGASAP的分子结构是三维网状、非水溶性高分子材料因此，虽然γ-PGA和γ-PGASAP都是γ-PGA的衍生物，但γ-PGA和γ-PGASAP对作物的作用可能并不一致。

比较了不同水平的γ-PGA和γ-PGASAP对土壤根区微环境土壤含水量、土壤硝态氮和铵态氮含量、土壤微生物丰度和土壤酶活性、产量构成粒数的影响冬小麦的粒重和产量和籽粒品质蛋白质、淀粉和还原糖比较了不同水平的γ-PGA和γ-PGASAP应用于土壤时的情况。

γ-PGA对土壤性质的影响实验面积为2m×3m播种前无需灌溉，土壤含水量适合小麦生长只需要翻土、施基肥即可试验期间的灌溉施肥量根据当地灌溉施肥制度进行小麦于10月15日采用行播沟播方式播种，行距0.2m，每行3m。

播种深度3厘米，播种量225公斤/hm2小麦品种为晋麦1001小麦试验设置9个处理1个对照组、4个γ-PGA水平和4个γ-PGASAP水平，每个处理重复3次

本实验使用的γ-PGA类型为粉末所用SAP类型为本实验室制备的γ-PGASAP，SAP的制备方法农用γ-PGA和γ-PGASAP都是农业领域使用的γ-PGA的衍生物，由于农用γ-PGA和γ-PGASAP的性能不同，因此采用适当的使用方法将其应用于农业领域。

分别为土壤农用γ-PGA采用旋耕充分混合，γ-PGASAP与种子和细沙混合1：3γ-PGASAP：细沙条播试验的灌溉施肥量按照当地常规管理制度确定灌溉量为270mm灌水时间为4月5日、4月25日和5月15日，每次灌水量90毫米。

试验中直接施入750kg/hm2复合肥N、P、K≥15%作为底肥，施入225kg/hm2拔节期施2尿素，相当于当地田间推荐用量

当50%以上的小麦达到苗期、更新期、抽穗期、灌浆期和成熟期标准时，即为小麦标准生育期本试验在11月10日、2月20日、4月1日、4月30日、5月20日和6月25日小麦关键生育期采集土壤样品，将土壤样品分为两部分，

测量土壤含水量和土壤速效度土壤样品采集自不同层：0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm、40~60cm、60~80cm、80~100cm收集各层平均土壤含水量和平均养分值作为该生育期的处理数据。

对于小麦的土壤根部样品，土壤微生物的数量和土壤酶的活性是从3-8厘米层测定的土壤样品保存于4℃冰箱中并及时测定

土壤含水量采用干燥法测定将土壤样品在105℃的烘箱中干燥8小时，并在铝盒上测量样品的质量土壤硝态氮采用紫外分光光度计在220nm和275nm双波长下测定，土壤铵态氮采用靛酚蓝比色法采用紫外分光光度计在625nm波长下测定。

采用稀释平板计数法测定土壤细菌、真菌和放线菌的数量。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养，放线菌采用改良高氏1号培养基培养，真菌采用马丁培养基培养。每个土壤样品重复三次。

土壤酶活性测定如下：土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，土壤碱性磷酸酶活性采用二苯磷酸比色法测定，土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸法测定小麦产量和籽粒品质的测定，收获时计算生产性麦穗的数量每个处理均选取20穗小麦，统计每穗的粒数。

收获后脱粒测定各处理的产量，并测定各处理的千粒重考马斯亮蓝法测定小麦粉中蛋白质含量，蒽酮比色法测定小麦粉淀粉含量，二硝基水杨酸法测定小麦粉还原糖含量γ-PGA和γ-PGASAP对土壤含水量的影响土壤中添加不同含量的γ-PGA和γ-PGASAP对冬小麦不同生育期土壤含水量的响应。

随着冬小麦生育期的提前，拔节前土壤含水量下降。拔节期至抽穗期土壤含水量增加，抽穗期后土壤含水量下降，主要是由于灌溉期的影响。

随着γ-PGA添加量的增加，0~30cm土层土壤平均含水量较CK分别降低了-2.98%、-3.47%、-3.04%和-4.57%随着γ-PGASAP含量的增加，土壤平均含水量较CK分别增加0.80%、1.75%、2.76%和3.87%。

随着0~100cm土壤深度施用γ-PGA的增加，与CK相比，土壤平均含水量分别降低了-0.22%、-1.27%、-1.88%和-2.59%土壤平均含水量增加-1.91%、-1.75%、-0随着γ-PGASAP含量的增加，与CK相比分别增加了88%和-0.45%。

从0-30cm和0-100cm层土壤含水量的变化可以看出，表层土壤含水量与全层土壤含水量相比变化较大这是因为表层土壤含水量容易受到土层和大气环境中添加剂的影响本试验中，与CK相比，γ-PGASAP处理的土壤含水量增加量低于γ-PGASAP处理土壤的田间持水量与土壤田间持水量的比较。

表层土壤含水量与全层土壤含水量相比变化较大这是因为表层土壤含水量容易受到土层和大气环境中添加剂的影响本试验中，与CK相比，γ-PGASAP处理的土壤含水量增加量低于γ-PGASAP处理土壤的田间持水量与土壤田间持水量的比较。

可以看出，表层土壤含水量与全层土壤含水量相比变化较大这是因为表层土壤含水量容易受到土层和大气环境中添加剂的影响。

与CK相比，γ-PGASAP处理的土壤含水量增加量低于γ-PGASAP处理土壤的田间持水量与土壤田间持水量的比较这是因为γ-PGASAP的田间持水量受小麦根系吸水的影响，埋藏在3~8cm土层中，施入土壤中的肥料也。

会对小麦根系的吸水量产生一定的影响。γ-PGASAP的吸水率。土壤施入γ-PGA后，生长期平均含水量略有下降。而生育期土壤平均含水量则随着γ-PGASAP含量的增加而增加。

γ-PGA和γ-PGASAP对土壤硝态氮含量的影响显示了不同用量的γ-PGA和γ-PGASAP对冬小麦不同生育期土壤硝态氮的响应不同处理土壤硝态氮呈现先下降后上升的趋势，这主要与施肥周期随生育期的变化有关。

随着生育期的推进，不同处理间土壤硝态氮含量差异逐渐缩小。这是由于小麦生长中后期停止施肥后，土壤中的硝态氮被小麦根系吸收所致。

随着γ-PGA含量的增加，各处理生育期土壤硝态氮平均含量较CK分别增加11.26%、13.83%、21.33%和26.25%，而随着γ-PGASAP含量的增加，土壤硝态氮含量较CK分别增加-0.19%、0.71%、0.39%和-0.04%。

随着土壤中γ-PGA含量的增加，土壤硝酸盐含量也显着增加，但土壤硝酸盐含量与对照组没有显着差异γ-PGA和γ-PGASAP对土壤铵态氮含量的影响，不同用量的γ-PGA和γ-PGASAP对冬小麦不同生育期土壤铵态氮的响应。

整个生育期土壤铵态氮含量变化与土壤硝态氮变化相似但土壤铵态氮含量低于土壤硝态氮各处理土壤铵态氮含量均先升高后降低这一趋势与施肥周期和施肥量相关，并且与土壤硝态氮的变化一致随着小麦生育期的进展，处理间土壤铵态氮含量差异逐渐减小。

这一减少是由于小麦生长中后期停止施肥后，小麦根系对土壤铵态氮的吸收以及土壤铵态氮的挥发造成的随着γ-PGA含量的增加，各处理土壤铵态氮含量较CK分别增加8.67%、21.02%、31.23%和38.20%。

同样，随着γ-PGASAP含量的增加，各处理土壤铵态氮含量较CK分别增加8.80%、15.47%、22.89%和29.40%与CK相比,随着γ-PGA含量的增加，土壤细菌数量分别增加了151.11%P40、313.33%P80、504.44%P120和697.78%P160。

与CK相比，随着γ-PGASAP含量的增加，土壤细菌数量分别增加了48.89%PS40、102.22%PS80、195.56%PS120和304.44%PS160。

成熟期土壤中施用等量γ-PGA的细菌数分别为1.69倍40kg/hm2、2.04倍80kg/hm2、2.08倍120kg/hm2和1.97倍160kg/hm2比土壤中施用相同量的γ-PGASAP的细菌数量要多。

在土壤中施用等量的γ-PGA比在土壤中施用等量的γ-PGASAP更能增加土壤细菌的数量与CK相比,随着γ-PGA含量的增加,土壤放线菌数量分别增加了564.29%P40、1014.29%P80、1407.14%P120和3271.43%P160。

与CK相比,随着γ-PGASAP含量的增加,土壤放线菌数量分别增加121.43%PS40、428.57%PS80、650.03%PS120和950.24%PS160

成熟期土壤中施用等量γ-PGA的放线菌数量分别为3.00倍40kg/hm2、2.11倍80kg/hm2、2.01倍120kg/hm2和3.21倍160kg/hm2土壤中施用相同量的γ-PGASAP时放线菌的数量。

在土壤中施用等量的γ-PGA比施用等量的γ-PGASAP更能增加土壤放线菌的数量与CK相比，随着γ-PGA含量的增加，土壤真菌数量分别增加131.71%P40、446.34%P80、773.17%P120和985.93%P160。

与CK相比,随着γ-PGASAP含量的增加,土壤真菌数量分别增加248.78%PS40、1000.00%PS80、1295.12%PS120和1570.73%PS160成熟时土壤中施用等量γ-PGA的真菌数分别为0.66倍40kg/hm2、

0.50倍80kg/hm2、0.63倍120kg/hm2和0.66倍次160kg/hm2土壤中施用相同量γ-PGASAP的真菌数量因在土壤中施用等量的γ-PGA所增加的土壤真菌数量少于施用等量的γ-PGASAP。

不同处理下冬小麦成熟期土壤根区微生物数量及群落指数生物多样性指数通过香农指数和辛普森指数来表示测量的微生物种类为细菌、放线菌和真菌香农指数和辛普森指数表明群落的均匀性香农和辛普森指数值越高，微生物种类分布越均匀。

可以看出，γ-PGA和γ-PGASAP处理后的Shannon指数和Simpson指数与未添加γ-PGA或γ-PGASAP的对照组相比有所增加随着γ-PGA或γ-PGASAP施用量的增加，Shannon指数和Simpson指数逐渐增加，表明

γ-PGA或γ-PGASAP施用量的增加可以促进微生物群落的均匀性结论施用γ-PGA和γ-PGASAP可以改善土壤微环境，提高冬小麦的水分利用效率，是一种很有前景的农业生产途径土壤含水量随着施加到土壤中的γ-PGASAP量的增加而增加。

此外，随着土壤中施用γ-PGA量的增加，硝态氮和铵态氮的含量也增加随着土壤中γ-PGASAP含量的增加，铵态氮含量显着增加，而土壤中γ-PGASAP含量对土壤硝态氮影响不显著。

随着γ-PGA和γ-PGASAP在土壤中的施用，土壤微生物细菌、真菌和放线菌的数量和土壤酶活性脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶也增加，其中γ-PGA表现出更高的丰度在相同用量的情况下，两者与γ-PGASAP相比。

土壤中施用γ-PGA和γ-PGASAP后，冬小麦产量增加，但当γ-PGA或γ-PGASAP施用量超过80kg/hm2时，冬小麦增产率下降，与对照组相比分别增加了5.95%和6.77%有趣的是，土壤中添加γ-PGA导致小麦籽粒蛋白质含量显着增加。

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