王淑梅

【摘要】：本試驗(yàn)采用盆栽的方式，以國(guó)槐為試材，研究了鎘脅迫對(duì)國(guó)槐土壤的過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶活性的影響。得出以下結(jié)論：1.低濃度的鎘溶液脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的過(guò)氧化氫酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的變化趨勢(shì)。2.低濃度的鎘溶液脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的過(guò)氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的變化趨勢(shì)。3.各濃度的鎘脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的轉(zhuǎn)化酶活性呈現(xiàn)升高、降低、反復(fù)循環(huán)的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】：鎘脅迫 土壤酶 國(guó)槐

The study of effects of soil enzymes of cadmium stress in Sophora japonica

Wang Shu Mei Shandong Yingcai University， Jinan 250100， China

Abstract： The experiments were adopted potted plant and took Sophora japonica to study soil enzymes of cadmium stress in Sophora japonica of peroxidase， catalase， invertase. The results showed that：

1、The tendency of soil enzymes activities of catalase， of different period in low concentration of cadmium stress firstly increased， and decreased， finally increased. 2、Activities of peroxidase of different period of low concentration of cadmium stress firstly decreased， and increased， finally decreased. 3、activities of invertase firstly increased， decreased， and increased， decreased， finally increased， decreased.

Key words： cadmium stress， soil enzymes， Sophora japonica

1.研究目的與意義

鎘（Cd）是環(huán)境污染中主要有毒重金屬，來(lái)自采礦、冶煉工業(yè)、粉塵排放、生活垃圾焚燒，這些途徑使得農(nóng)田鎘污染日趨嚴(yán)重。鎘可以進(jìn)入食物鏈，對(duì)人體骨骼、腎臟、肝臟、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的毒害作用，甚至導(dǎo)致畸形、癌變，成為致癌的重要原因之一。鎘破壞土壤微生物區(qū)系失衡，加重危害植物逆境脅迫。在幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和研究中，土壤酶活性的測(cè)定已成為生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與研究中的一個(gè)重要的指標(biāo)。尤其在確定污染或嚴(yán)重?cái)_動(dòng)對(duì)土壤健康的影響方面十分有用。孫慶業(yè)等（2000）等研究表明，土壤酶的脲酶活性可被當(dāng)作銅污染的敏感指標(biāo)。土壤酶系是指土壤微生物、植物根系和土壤中其它生物細(xì)胞產(chǎn)生的胞內(nèi)酶和胞外酶的總稱。土壤酶活性反映了土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過(guò)程的動(dòng)向和強(qiáng)度，例如，過(guò)氧化氫酶能破壞土壤中生化反應(yīng)生成的過(guò)氧化氫，減輕植物受到的脅迫。國(guó)內(nèi)外關(guān)于重金屬對(duì)土壤酶活性的影響的研究已有報(bào)道（Kitagish，1981；劉樹(shù)慶，1994；劉春生等，2002）。Juma和Tabatabai分析了20種金屬對(duì)土壤酸性和堿性磷酸酶的影響，Cd、As對(duì)土壤堿性磷酸酶的抑制作用超過(guò)50% （Juma，1977）。Cd等對(duì)L-谷酰胺酶、纖維素酶和β-葡糖苷酶均產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用（Deng，1977）。石貴玉等（2005）認(rèn)為，鎘毒害破壞水稻保護(hù)酶系，使SOD（超氧化物歧化酶）活性下降。

但是由于鎘在土壤-植物系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)、富集的復(fù)雜和多變性，以及鎘進(jìn)入植物體內(nèi)的毒害機(jī)制的研究的局限性，尤其是土壤微生態(tài)體系中復(fù)雜的酶系，對(duì)鎘污染的應(yīng)對(duì)反應(yīng)的不同，使得人們對(duì)鎘運(yùn)轉(zhuǎn)、遷移、鎘對(duì)土壤酶生化反應(yīng)影響機(jī)制認(rèn)識(shí)存在一定的欠缺。現(xiàn)在的研究主要關(guān)注在鎘對(duì)作物的生理生化特性影響和鎘在作物體內(nèi)富集程度等方面。而對(duì)于不進(jìn)入食物鏈的園林植物對(duì)環(huán)境中的鎘的體內(nèi)富集作用，卻鮮有研究。尤其鎘對(duì)園林植物土壤酶系的影響就更少見(jiàn)報(bào)道。鎘脅迫下，土壤微生態(tài)酶系的變化開(kāi)始成為備受關(guān)注的議題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)鎘對(duì)園林樹(shù)種國(guó)槐的土壤酶系活性影響的研究及鎘在土壤-國(guó)槐體系內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)的研究，旨在初步揭示鎘對(duì)土壤酶系的影響方式和機(jī)制，分析鎘在土壤-國(guó)槐體系內(nèi)的運(yùn)移特征，為篩選耐鎘污染園林樹(shù)種和改良土壤酶系，提供基礎(chǔ)理論研究。

2.材料與方法

2.1 供試材料

供試鎘：分析純CdCl2·2.5H2O

供試土壤：取自農(nóng)田土壤。部分理化性質(zhì)見(jiàn)下表

2.2 實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

土壤取回，風(fēng)干，剔除植物殘?bào)w和雜物，過(guò)2mm篩。采用盆栽法，選長(zhǎng)勢(shì)一致，生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)良好的兩年生國(guó)槐，植入30cm*30cm定植盆中，每盆中裝土10kg。定植后正常日照水分條件進(jìn)行栽植管理。

待苗木恢復(fù)生長(zhǎng)2個(gè)月后澆灌不同濃度CdCl2·2.5H2O水溶液。Cd濃度為0、10、20、30、40、50、60 mg·kg-1的污染土壤。實(shí)驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理，每個(gè)處理三次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8盆，隨機(jī)排列。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

① 土壤過(guò)氧化氫酶 （CAT）：采用的是高錳酸鉀滴定法（嚴(yán)昶升，1988）

取2g采集土樣放三角瓶中，加40ml蒸餾水震蕩。搖勻加5ml 0.3%的H2O2溶液，振蕩20分鐘立即加入5ml 3N硫酸，穩(wěn)定未分解的H2O2。懸液過(guò)濾。取25ml清澈濾液用0.1N K2MnO4溶液滴定至溶液微紅色（30秒鐘不褪色）即達(dá)終點(diǎn)。同時(shí)設(shè)無(wú)土和無(wú)基質(zhì)對(duì)照。土壤中過(guò)氧化氫酶活性用單位土重的0.1N高錳酸鉀毫升數(shù)表示。

② 土壤過(guò)氧化物酶（POD）：采用的是鄰苯三酚比色法（嚴(yán)昶升，1988）

③ 土壤轉(zhuǎn)化酶：采用硫代硫酸鈉滴定法（嚴(yán)昶升，1988）

④ 鎘含量：原子吸收法

數(shù)據(jù)整理與分析：原始數(shù)據(jù)的整理采用Excel軟件完成；差異顯著性測(cè)驗(yàn)采用SAS軟件完成。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同處理濃度土壤過(guò)氧化氫酶的變化

分別在各濃度處理后30天、60天、90天、120天，取樣測(cè)定土壤過(guò)氧化氫酶的活性。結(jié)果如表3-1所示。

表3-1中的結(jié)果顯示，不同鎘處理濃度的過(guò)氧化氫酶活性在同一處理時(shí)間上有差異。

3.1.1、 0濃度的過(guò)氧化氫酶的活性最低，而其它鎘處理的的過(guò)氧化氫酶活性都高于0處理濃度，說(shuō)明當(dāng)有外部毒素刺激時(shí)，能激發(fā)過(guò)氧化氫酶的應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制，促使過(guò)氧化氫酶活性提高，以利于解毒。

3.1.2、 在處理后30天時(shí)，10濃度鎘處理后的過(guò)氧化氫酶活性高于其它各濃度處理的過(guò)氧化氫酶活性，過(guò)氧化氫酶活性達(dá)到最大，說(shuō)明在短時(shí)間內(nèi)，低濃度的鎘處理確實(shí)可以提升過(guò)氧化氫酶的活性，使得過(guò)氧化氫酶的解毒作用達(dá)到最強(qiáng)。

3.1.3、 在處理60天時(shí)，處理濃度50、與30、40、60的酶活性差異沒(méi)有達(dá)到極顯著，但與0、10、20的過(guò)氧化氫酶活性差異達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明隨處理時(shí)間的增加，高濃度處理后的過(guò)氧化氫酶活性有所保持，以利于過(guò)多毒素的解毒。處理90天時(shí)，處理濃度10、30、40、50、60的過(guò)氧化氫酶活性和0濃度的過(guò)氧化氫酶活性相比均達(dá)到極顯著水平。

3.1.4、 不同處理濃度，隨著處理時(shí)間的增加，普遍表現(xiàn)出先增加，后減少，再略有回升，最后減弱的規(guī)律。

3.2 不同處理濃度土壤過(guò)氧化物酶的變化

Notes： Capital letter expresses P<0.01 level； Small letter expresses P<0.05 level； Means with the different letters are significantly different.

表3-2中的結(jié)果顯示，不同處理濃度的過(guò)氧化物酶活性在同一處理時(shí)間內(nèi)存在差異。

3.2.1、 0濃度的土壤過(guò)氧化物酶的活性最高，顯著高于其它處理濃度的過(guò)氧化物酶活性。說(shuō)明，鎘毒害會(huì)抑制過(guò)氧化物酶的活性。

3.2.2、 在處理90天以內(nèi)，各處理濃度均表現(xiàn)出過(guò)氧化物酶活性持續(xù)降低的狀態(tài)。過(guò)氧化物酶活性受抑制，表明腐殖質(zhì)形成過(guò)程減弱，形成更復(fù)雜的腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)變難。

3.3 不同處理濃度土壤轉(zhuǎn)化酶的變化

Notes： Capital letter expresses P<0.01 level； Small letter expresses P<0.05 level； Means with the different letters are significantly different.

3.3.1 從表3-3數(shù)據(jù)中顯示，除了20濃度處理外，其余各個(gè)濃度處理都與0濃度處理存在差異。說(shuō)明鎘脅迫下，一定程度下能激活轉(zhuǎn)化酶的活性。40、50、60處理濃度的差異不顯著，說(shuō)明隨著鎘濃度的增加，高濃度的鎘脅迫對(duì)轉(zhuǎn)化酶的活性變化影響比較一致。

3.3.2 除了30濃度外，各個(gè)處理濃度均表現(xiàn)出，在處理90天內(nèi)，轉(zhuǎn)化酶濃度持續(xù)增加，到120天時(shí)，濃度下降的趨勢(shì)。

4.討論

本實(shí)驗(yàn)采用盆栽的方式，分別取0、10、20、30、40、50、60不同濃度的鎘溶液，對(duì)國(guó)槐的不同生長(zhǎng)時(shí)間30、60、90、120d的土壤酶活性進(jìn)行的研究。得出結(jié)論：

1.低濃度的0，10，20，30鎘溶液脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的過(guò)氧化氫酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的變化趨勢(shì)。

2.低濃度的0，10，20，30鎘溶液脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的過(guò)氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的變化趨勢(shì)。

3.各濃度的0、10、20、30、40、50、60鎘脅迫下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的國(guó)槐土壤的轉(zhuǎn)化酶活性呈現(xiàn)升高、降低、升高、降低、再次升高、再次降低的趨勢(shì)

4.當(dāng)有外部毒素刺激時(shí)，能激發(fā)過(guò)氧化氫酶的應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制，促使過(guò)氧化氫酶活性提高，以利于解毒。而且短時(shí)間內(nèi)，低濃度的鎘處理使得過(guò)氧化氫酶的解毒作用達(dá)到最強(qiáng)。

5. 0濃度的土壤過(guò)氧化物酶的活性最高，說(shuō)明，鎘毒害會(huì)抑制過(guò)氧化物酶的活性。

6.鎘脅迫下，一定程度下能激活轉(zhuǎn)化酶的活性。但隨著鎘濃度的增加，高濃度的鎘脅迫對(duì)轉(zhuǎn)化酶的活性變化影響比較一致。

7.本實(shí)驗(yàn)所選取生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于樹(shù)木生長(zhǎng)全周期，只是極少時(shí)間段。因而在生長(zhǎng)的其后的長(zhǎng)時(shí)間中，是否有新的突發(fā)折點(diǎn)，還沒(méi)有辦法明確。

8.本實(shí)驗(yàn)所選取時(shí)間間隔為30天，持續(xù)120天。能夠得出土壤酶的活性變化趨勢(shì)。但變化的拐點(diǎn)，即變化的最高峰值，沒(méi)有斷定。這需要進(jìn)一步加密實(shí)驗(yàn)次數(shù)，減少時(shí)間間隔。如果能確定時(shí)間的峰值拐點(diǎn)，可以作為國(guó)槐綠化效果維護(hù)、更新的輔助參考。

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