戚興超，劉艷麗，焦安昊，賈繼文，張　民，李成亮*

（1.土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安271018；2.山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安271000）

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離子型表面活性劑對菠菜生長與土壤酶活性的影響

戚興超1，劉艷麗1，焦安昊2，賈繼文1，張民1，李成亮1*

（1.土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安271018；2.山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安271000）

摘要：為評價(jià)離子型表面活性劑對土壤生態(tài)的安全性，利用盆栽試驗(yàn)，研究了十六烷基三甲基溴化銨（Cety1trimethy1 ammonium bromide，CTAB）和十二烷基硫酸鈉（Sodium dodecy1 su1fate，SDS）對菠菜生物量、葉片抗氧化酶和土壤酶活性的影響。結(jié)果表明：CTAB和SDS都對菠菜的生長表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制，其對菠菜生長造成抑制的臨界濃度分別是500、1000 mg·kg-1。各CTAB和SDS濃度處理都顯著增加了葉片超氧化物歧化酶（SOD）的活性。隨著CTAB濃度增加，SOD活性呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢；SDS處理下，在50～750 mg·kg-1濃度范圍內(nèi)SOD活性無顯著變化，濃度＞750 mg·kg-1SOD活性顯著降低。CTAB處理下，葉片過氧化氫酶（CAT）活性主要受到促進(jìn)作用，SDS處理下CAT活性先受到促進(jìn)后受到抑制。除個(gè)別濃度外，CTAB和SDS都使葉片過氧化物酶（POD）的活性降低，不同濃度之間POD活性變化規(guī)律性不強(qiáng)。各CTAB濃度處理下，土壤脫氫酶、脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶的活性幾乎都受到抑制；各SDS濃度處理下，土壤脫氫酶和蔗糖酶的活性都不同程度的增加，土壤脲酶和中性磷酸酶的活性，除個(gè)別情況外都受到抑制。CTAB和SDS都在一定程度上表現(xiàn)出土壤生態(tài)毒性，CTAB的毒性要大于SDS。

關(guān)鍵詞：生物量；抗氧化酶；土壤酶；表面活性劑

戚興超，劉艷麗，焦安昊，等.離子型表面活性劑對菠菜生長與土壤酶活性的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（6）：1048-1055.

QI Xing-chao，LIU Yan-1i，JIAO An-hao，et a1. Effects of ionic surfactants on sPinach growth and soi1 enzyme activities［J］. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（6）∶1048-1055.

表面活性劑種類繁多，使用量大，是重要的化工原料，因其用途廣泛素有“工業(yè)味精”之稱［1］。2013年，我國表面活性劑產(chǎn)量超過380萬t，而世界表面活性劑總產(chǎn)量達(dá)到1700～1800萬t［2］。預(yù)計(jì)到2019年世界表面活性劑市場將達(dá)到2280萬t［3］。表面活性劑已從傳統(tǒng)日用化工產(chǎn)品領(lǐng)域逐步拓展到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)重要部門［4］。

廢棄的表面活性劑及其副產(chǎn)品通過污泥施用、污水灌溉等途徑進(jìn)入土壤環(huán)境中［5］，作為外源污染物，表面活性劑在土壤中累積到一定程度后不但會對植物生長產(chǎn)生影響［6-8］，而且會影響到土壤質(zhì)量。Lewis和Wee［9］研究表明，水質(zhì)對陽離子型表面活性劑的生物毒性有重要影響，海洋生物的抗性要大于淡水生物。Singh等［10］測試了7種表面活性劑對淡水生物的生態(tài)毒性，結(jié)果表明，其毒性大小順序?yàn)殛栯x子型＞陰離子型＞非離子型。國內(nèi)學(xué)者李祥英等［11］研究表明，兩種季銨鹽型表面活性劑十二烷基二甲基芐基氯化銨和雙八-十烷基季銨鹽對斜生柵藻（Scenedesmus oblique）的急性毒性為高毒，并隨時(shí)間的延長表現(xiàn)出抑制率先升高后降低的總趨勢。十二烷基苯磺酸鈉（Sodium dodecy1 benzene su1fonate，SDBS）和聚乙二醇辛基苯基醚（TX-100）添加到黃壤和紫色土中后對萵筍的總生物量、葉重和莖重等均具有抑制作用［12］。

植物抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等，它們的主要功能是清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，維持植物細(xì)胞組織正常的生理活動(dòng)［13］。關(guān)于低溫、高溫、干旱與鹽分等脅迫下植物抗氧化酶活性變化的研究很多［14］，但是對于外源有機(jī)污染物質(zhì)，尤其是表面活性劑對植物抗氧化酶活性影響的研究很少。陳淑玲等［15］研究了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對水生植物美人蕉抗氧化酶活性的影響，結(jié)果表明：10 mg·L-1和100 mg·L-1處理?xiàng)l件下，抗壞血酸過氧化物酶和過氧化氫酶活性顯著增加；1000 mg·L-1處理過氧化物酶活性受到嚴(yán)重抑制。

土壤中所有進(jìn)行的生物學(xué)和化學(xué)過程都要在土壤酶的催化下完成［16］。土壤酶不僅是重要的土壤肥力指標(biāo)，而且越來越多的學(xué)者把它列為環(huán)境評價(jià)指標(biāo)［17-19］。外源污染物尤其是有機(jī)農(nóng)藥對土壤酶活性的影響已有很多研究［20-23］，但是有關(guān)表面活性劑對土壤酶活性影響的報(bào)道還不多。袁平夫［24］的研究結(jié)果表明，SDBS和AE（聚氧乙烯月桂醚）對土壤過氧化氫酶和脲酶活性的影響比較復(fù)雜，不同土壤類型之間、兩種表面活性劑及其處理濃度之間均顯示出極顯著的差異，且隨著時(shí)間的延長土壤的活性也有變化。

季銨鹽類與烷基硫酸鈉是在各領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的兩類表面活性劑［1，25］。如上所述，相比重金屬和農(nóng)藥等典型污染物，表面活性劑對植物尤其是農(nóng)作物的生長、植物抗氧化酶及土壤酶活性影響方面的研究較少。本研究利用盆栽試驗(yàn)，探討了兩種常用的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和十二烷基硫酸鈉（SDS）對菠菜生長、菠菜葉片抗氧化酶以及土壤酶活性的影響，以期為進(jìn)一步開展表面活性劑對植物生長與土壤環(huán)境質(zhì)量的影響研究提供一定的科學(xué)基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用兩種表面活性劑分別為：陽離子型的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），分子式為C16H33（CH3）3NBr，相對分子質(zhì)量為364.45；陰離子型的十二烷基硫酸鈉（SDS），分子式為C12H25SO4Na，相對分子質(zhì)量為288.38。兩者均為天津巴斯夫化學(xué)品公司生產(chǎn)，純度大于99.0%。供試植物為菠菜，生長期60 d。供試土壤為粉砂壤質(zhì)潮棕壤，PH6.76，有機(jī)質(zhì)含量8.42 mg·kg-1，陽離子交換量13.36 cmo1·kg-1，硝態(tài)氮含量31.26 mg· kg-1，銨態(tài)氮含量37.38 mg·kg-1，有效磷含量33.97 mg·kg-1，速效鉀含量208.36 mg·kg-1?；A(chǔ)理化性質(zhì)測定方法見參考文獻(xiàn)［26］。盆栽用盆為底徑11 cm、口徑16 cm、高13 cm的白色塑料盆。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在國家緩控釋肥技術(shù)研究中心中試基地和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，整個(gè)試驗(yàn)分為室外盆栽和室內(nèi)分析兩個(gè)階段。室外盆栽于2014年10月3日至11月26日在中試基地進(jìn)行，植物抗氧化酶以及土壤酶活性分析在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。CTAB和SDS分別單獨(dú)添加到供試土壤中，兩者沒有交叉，添加濃度相同，均為50、100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1，每個(gè)濃度3次重復(fù)。表面活性劑采用噴灑溶液的方法添加到供試土壤中，具體操作如下：供試土壤置于烈日下曝曬3 d以殺滅蟲卵，曝曬后的土壤過1 cm篩，均勻混合，裝在白色尼龍袋內(nèi)，置于陰涼干燥處，備用；稱取上述土壤9 kg，均勻地平鋪在厚度約1 mm的塑料布上；表面活性劑用去離子水溶解，用塑料噴壺（容積為1.5 L）均勻地噴灑在土壤表面，直至土壤濕潤，抖動(dòng)塑料布邊角，使土壤充分混勻，再把土壤均勻平鋪，噴灑表面活性劑溶液至土壤濕潤，如此重復(fù)5～6次，直到表面活性劑全部添加到土壤中。處理后的土壤置于陰涼處風(fēng)干，按每盆1.5 kg裝盆。裝盆前把尿素0.36 g、過磷酸鈣0.87 g、氯化鉀0.29 g與土壤均勻混合。將裝好土的盆子擺放在平整的地面上。播種，每天澆水一次，至菠菜幼苗長到4葉大小間苗，每盆留5株。

53 d后收獲地上部分，稱量鮮重，放在4℃保鮮盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)天測定葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的活性。取新鮮的土壤樣品，保存在4℃冰箱中，以備測定土壤脫氫酶、土壤脲酶、土壤蔗糖酶和土壤中性磷酸酶活性?？寡趸赶到y(tǒng)（SOD、CAT和POD）活性采用低溫提取-高速離心-紫外或可見光分光光度計(jì)法測定［27］；土壤脫氫酶活性采用戴濡伊等［28］改進(jìn)的TTC還原法測定；土壤脲酶活性采用納氏試劑比色法測定；土壤蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法測定；土壤中性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉-鐵氰化鉀-氨基安替吡啉比色法測定［29］。

1.3數(shù)據(jù)與處理

采用Exce1 2007和SAS 8.1對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和差異性檢驗(yàn)，采用Origin 8.5作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1CTAB和SDS處理對菠菜地上部生物量的影響

與對照相比，隨著CTAB處理濃度的增加，菠菜生物量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢（圖1）。50、100、250 mg·kg-1CTAB濃度處理的生物量顯著高于對照處理（P＜0.05，下同），分別比對照增加了17%、22%和18%，但是，這三個(gè)處理之間沒有顯著差異。500、750、1000 mg·kg-1CTAB濃度處理的生物量顯著低于對照處理，分別比對照減少了59%、93%和95%。750、1000 mg·kg-1CTAB濃度處理之間沒有顯著差異，但都顯著低于500 mg·kg-1濃度處理。5000 mg·kg-1CTAB濃度處理生物量為零，說明在這個(gè)濃度條件下，CTAB完全抑制了菠菜生長。

隨著SDS處理濃度的增加，菠菜生物量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢（圖1）。然而，50、100、250、500 mg·kg-1SDS濃度處理時(shí)生物量顯著大于對照處理，分別比對照處理增加了89%、62%、53%和23%。750、1000 mg· kg-1SDS濃度處理時(shí)生物量小于對照處理，但是差異并不顯著。5000 mg·kg-1SDS濃度處理時(shí)生物量顯著小于對照處理，比對照減少了76%。不同濃度SDS處理之間相比，生物量也存在顯著差異：50 mg·kg-1處理的生物量最大，并顯著高于其他SDS濃度處理；5000 mg·kg-1處理的生物量最小，并顯著小于其他SDS濃度處理。

圖1　不同濃度CTAB和SDS處理下菠菜地上部生物量（鮮重）Figure 1 Biomass of aboveground Parts of sPinach in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

2.2CTAB和SDS處理對菠菜葉片抗氧化酶活性的影響

2.2.1超氧化物歧化酶活性

與對照相比，50、100、250、500、750、1000 mg·kg-1CTAB濃度處理時(shí)SOD活性分別增加了22%、29%、40%、26%、51%和25%，差異均達(dá)到了顯著水平（圖2）?？傮w上來看，隨著CTAB濃度的增加SOD活性呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，750 mg·kg-1CTAB濃度處理時(shí)SOD活性最大，并顯著高于其他濃度處理。但是500 mg·kg-1與50、100 mg·kg-1CTAB濃度處理時(shí)SOD活性相比差異不顯著，且顯著低于250 mg·kg-1濃度處理時(shí)SOD的活性。

與CTAB處理相似，與對照處理相比，所有SDS濃度處理SOD活性均顯著增加，50、100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1濃度處理分別增加了38%、38%、38%、33%、36%、29%和22%。當(dāng)SDS處理濃度＜1000 mg·kg-1時(shí)，各處理間SOD活性無顯著差異；1000 mg·kg-1SDS濃度處理時(shí)SOD活性低于750 mg· kg-1濃度處理，但差異不顯著，5000 mg·kg-1SDS濃度處理時(shí)SOD活性顯著低于1000 mg·kg-1濃度處理。

2.2.2過氧化氫酶活性

總體來看，呈現(xiàn)出CTAB處理濃度越高，CAT活性越大的趨勢（圖3）。1000 mg·kg-1CTAB濃度處理時(shí)CAT活性最大，并顯著高于其他處理。與對照相比，除50、500 mg·kg-1CTAB濃度處理時(shí)CAT活性略有降低外，100、250、750、1000 mg·kg-1CTAB濃度處理CAT活性均增加，增幅分別為6%、13%、10%和26%，其中250、1000 mg·kg-1處理時(shí)活性顯著增加。添加SDS處理，隨著SDS濃度的增加，菠菜葉片CAT活性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢（圖3）。與對照相比，50、100、250、500、750 mg·kg-1SDS濃度處理的CAT活性分別增加了13%、9%、20%、29%和5%，其中50、250、500 mg·kg-1處理時(shí)活性顯著增加。1000、5000 mg· kg-1SDS濃度處理時(shí)CAT活性與對照相比分別下降了40%和10%，并均達(dá)到了顯著水平。

圖2　不同濃度CTAB和SDS處理下菠菜葉片SOD活性Figure 2 Activity of SOD in sPinach 1eaves in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

2.2.3過氧化物酶活性

與對照相比，50 mg·kg-1CTAB處理POD活性顯著增加，增幅為44%。其他CTAB濃度處理POD活性顯著降低，但沒有明顯的劑量關(guān)系，100、250、500、750、1000 mg·kg-1CTAB處理POD活性分別比對照降低了43%、63%、26%、28%和39%（圖4）。與對照相比，1000 mg·kg-1SDS處理時(shí)POD活性顯著增加，增幅為30%。其他SDS濃度處理時(shí)POD活性均受到抑制，50、100、250、500、750、5000 mg·kg-1SDS處理POD活性分別比對照降低了30%、29%、37%、16%、8%和23%，其中50、100、250、5000 mg·kg-1濃度處理都達(dá)到了顯著水平。

圖3　不同濃度CTAB和SDS處理下菠菜葉片CAT活性Figure 3 Activity of CAT in sPinach 1eaves in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

圖4　不同濃度CTAB和SDS處理下菠菜葉片POD活性Figure 4 Activity of POD in sPinach 1eaves in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

2.3CTAB和SDS處理對土壤酶活性的影響

2.3.1土壤脫氫酶活性

圖5　不同濃度CTAB和SDS處理下土壤脫氫酶活性Figure 5 Activity of soi1 dehydrogenase in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

CTAB處理對土壤脫氫酶活性的影響表現(xiàn)出低濃度刺激而高濃度抑制的特征（圖5）。與對照相比，50 mg·kg-1CTAB處理時(shí)土壤脫氫酶的活性增加了33%，并且差異顯著；100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1CTAB處理時(shí)土壤脫氫酶活性均降低，降幅分別為13%、42%、22%、27%、27%和30%。SDS對土壤酶活性均表現(xiàn)出激活效應(yīng)（圖5）。與對照相比，50、100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1SDS處理時(shí)土壤脫氫酶活性分別增加了17%、36%、17%、12%、15%、32%和136%，并均達(dá)到了顯著的程度。SDS處理濃度與土壤脫氫酶活性之間沒有顯著的劑量效應(yīng)，但5000 mg·kg-1SDS處理時(shí)土壤脫氫酶活性顯著大于其他濃度處理，分別是50、100、250、500、750、1000 mg·kg-1處理時(shí)的2.0、1.7、2.1、2.1、1.8倍。

2.3.2土壤脲酶活性

CTAB對土壤脲酶活性有顯著的抑制作用，與對照相比，50、100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1CTAB處理的脲酶活性分別降低了8%、14%、31%、54%、59%、67%和62%，并表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)，但是5000 mg·kg-1CTAB處理時(shí)脲酶的活性高于1000 mg·kg-1CTAB處理（圖6）。SDS對土壤脲酶活性也有抑制作用，與對照相比，50、100、250、500、750、1000、5000 mg·kg-1SDS處理的脲酶活性分別降低了18%、4%、14%、53%、59%、68%和44%，除100 mg·kg-1SDS處理差異不顯著外，其他SDS處理差異都達(dá)到顯著水平?？傮w來看，土壤脲酶活性與SDS濃度也表現(xiàn)出一定的劑量效應(yīng)，然而5000 mg·kg-1SDS處理時(shí)土壤脲酶活性較500、750、1000 mg·kg-1SDS處理時(shí)顯著增加。

圖6　不同濃度CTAB和SDS處理下土壤脲酶活性Figure 6 Activity of soi1 urease in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

2.3.3土壤蔗糖酶活性

土壤蔗糖酶活性與CTAB濃度表現(xiàn)出一定的劑量關(guān)系，即CTAB濃度越高，土壤蔗糖酶活性越低（圖7）。CTAB處理濃度為50 mg·kg-1時(shí)，土壤蔗糖酶活性較對照顯著增加，增加幅度為5%，CTAB添加濃度為100 mg·kg-1時(shí)，土壤蔗糖酶活性與對照處理相當(dāng)，CTAB添加濃度為250、500、750、1000、5000 mg·kg-1時(shí)，土壤蔗糖酶活性分別比對照下降12%、18%、8%、22%、22%，并且差異均達(dá)到顯著水平。土壤蔗糖酶與SDS濃度也表現(xiàn)出劑量效應(yīng)，SDS濃度越高，土壤蔗糖酶的活性越大（圖7）。添加SDS濃度為50 mg·kg-1時(shí)，土壤蔗糖酶活性較對照增加8%，但是差異不顯著；濃度為100、250、500、750、1000 mg·kg-1時(shí)，土壤蔗糖酶活性與對照相比分別增加了9%、13%、18%、26%、29%，并均達(dá)到顯著水平。然而5000 mg·kg-1SDS處理土壤蔗糖酶活性與對照相比無顯著差異。CTAB與SDS對土壤蔗糖酶活性呈相反的影響，原因可能是兩者的作用機(jī)理不同。

2.3.4土壤中性磷酸酶活性

圖8　不同濃度CTAB和SDS處理下土壤中性磷酸酶活性Figure 8 Activity of soi1 neutra1 PhosPhatase in treatments with different concentrations of CTAB and SDS

50 mg·kg-1CTAB處理土壤中性磷酸酶活性與對照相比幾乎沒有變化。100、250、500、750、1000 mg· kg-1CTAB處理土壤中性磷酸酶活性較對照分別降低了18%、16%、12%、6%、12%，并均差異顯著。但是，當(dāng)CTAB添加濃度為5000 mg·kg-1時(shí)，土壤中性磷酸酶活性快速增加，較對照增加了43%，且差異顯著。與對照處理相比，SDS處理基本表現(xiàn)出隨著濃度增加土壤中性磷酸酶活性先減小后增大的趨勢（圖8）。50、100 mg·kg-1SDS處理時(shí)，土壤中性磷酸酶活性與對照相比分別降低了6%和5%，并均差異顯著。750、5000mg·kg-1處理時(shí)中性磷酸酶活性顯著高于對照，分別提高了6%和18%，其余濃度處理時(shí)中性磷酸酶活性變化不大。

3　討論

3.1表面活性劑對菠菜地上部生物量的影響

CTAB和SDS對菠菜的生長在低濃度的刺激效應(yīng)可能與尿素的轉(zhuǎn)化有關(guān)。尿素在土壤中轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮后才能被植物吸收利用，轉(zhuǎn)化過程受脲酶的單一控制，因此脲酶活性的高低對尿素分解為銨態(tài)氮的速率有重要影響［22］。但是脲酶的活性過高，尿素分解轉(zhuǎn)化的速率過快，會造成銨態(tài)氮的過量。而植物根系吸收銨態(tài)氮的能力有限，過量的銨態(tài)氮會隨水流失，或生成氨逸散，使氮的利用率下降造成浪費(fèi)。彭玉凈等［30］研究發(fā)現(xiàn)脲酶抑制劑n-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）能延緩水田中尿素的水解，脲酶活性的降低推遲了銨態(tài)氮濃度峰值的出現(xiàn)日期與峰值強(qiáng)度，從而延長了尿素的肥效。盆栽試驗(yàn)中尿素是唯一的氮源。由2.3.2可知，CTAB和SDS都能降低脲酶的活性，因此，CTAB 和SDS也可看作是一種脲酶抑制劑，類似于NBPT，使脲酶的活性降低，在一定程度上使尿素分解為銨態(tài)氮的速率降低，增加了尿素在土壤中的保留時(shí)間，從而延長了尿素的肥效，促進(jìn)了菠菜的生長。但是CTAB和SDS作為一種外源添加物，當(dāng)其在土壤中達(dá)到一定濃度時(shí)，就會對菠菜的生長產(chǎn)生直接的毒性，從而抑制菠菜的生長。陳淑玲等［15］研究了不同濃度LAS對茭白生長的影響，結(jié)果表明，10、100 mg·kg-1LAS對茭白生長沒有顯著影響，1000 mg·kg-1LAS處理顯著降低了茭白的株高和葉面積。陳慶華［12］研究發(fā)現(xiàn)，SDBS在黃壤和紫色土中濃度為107 mg·kg-1時(shí)，使萵筍的生物量分別下降了18.95%和11.34%。

CTAB和SDS使菠菜生物量下降的濃度分別是500、1000 mg·kg-1，且濃度為5000 mg·kg-1時(shí)，CTAB處理菠菜完全不能生長，而SDS處理菠菜生長雖然受到很大抑制，但仍能生長。這說明，CTAB對菠菜的生態(tài)毒性要大于SDS。Singh等［10］研究結(jié)果也表明，陽離子型表面活性劑對水生生物的毒性要大于陰離子型表面活性劑。

3.2表面活性劑對菠菜葉片抗氧化酶活性的影響

由2.1可知，高濃度的CTAB和SDS會對菠菜的生長造成明顯的抑制作用。CTAB和SDS對菠菜造成傷害的直接作用部位和機(jī)理并不清楚，但是菠菜葉片SOD活性增加（2.2.1），這一現(xiàn)象從側(cè)面反應(yīng)了CTAB和SDS脅迫下，菠菜體內(nèi)活性氧增加。作為一種保護(hù)機(jī)制，菠菜通過體內(nèi)SOD活性的增加，以清除多余的活性氧物質(zhì)。由2.2.1部分可知，隨著CTAB處理濃度增加，菠菜葉片SOD活性總體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，750 mg·kg-1處理SOD活性最大；而高濃度的SDS處理時(shí)，葉片SOD活性也顯著低于低濃度SDS處理。這表明，當(dāng)CTAB和SDS的脅迫達(dá)到一定強(qiáng)度后，活性氧物質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)量超過的菠菜體內(nèi)SOD的承受能力，并對其造成毒害。陳淑玲等［15］的研究結(jié)果也表明，隨著LAS濃度增加，美人蕉抗壞血酸氧化酶（APX）和CAT活性也呈現(xiàn)降低的趨勢。在50～750 mg·kg-1濃度范圍內(nèi)，CTAB處理菠菜葉片SOD活性變化較大，而SDS處理則較平穩(wěn)，這也從另一個(gè)側(cè)面證明了CTAB對菠菜的毒性要大于SDS。

CAT和POD也是植物體內(nèi)重要的活性氧清除酶。然而除250、1000 mg·kg-1CTAB濃度處理，其余濃度CTAB處理時(shí)，CAT活性并沒有顯著提高，菠菜葉片CAT并沒有表現(xiàn)出對CTAB脅迫的明顯的保護(hù)反應(yīng)。這可能與CAT活性的測定時(shí)間有關(guān)。根據(jù)陳淑玲等［15］的研究結(jié)果，隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，LAS脅迫下美人蕉CAT活性在14 d時(shí)達(dá)到最大值，在28 d降低至與對照處理相近的水平。本試驗(yàn)在菠菜53 d的生長期中，只在收獲時(shí)測定了其葉片抗氧化酶的活性，因此很可能錯(cuò)過了菠菜葉片CAT活性顯著增加的時(shí)期。SDS處理，菠菜葉片CAT活性與SOD活性類似，表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，且在較低濃度時(shí)都顯著大于對照的菠菜葉片CAT活性。這再次證明CTAB對菠菜的毒性大于SDS。無論是CTAB還是SDS，除個(gè)別濃度時(shí)菠菜葉片的POD活性顯著高于對照處理外，大部分處理菠菜葉片POD活性顯著低于對照或與對照無顯著差異。原因也可能與測定時(shí)間有關(guān)。陳淑玲等［15］的研究結(jié)果顯示，LAS脅迫下，美人蕉POD活性在7 d時(shí)達(dá)到最大，時(shí)間延長后，POD活性迅速下降，且不同LAS濃度間POD活性相對大小變化沒有規(guī)律。

以上分析表明，在三種抗氧化酶中，SOD活性主要取決于CTAB和SDS濃度的變化，最能反映菠菜在CTAB和SDS脅迫下自身的保護(hù)反應(yīng)，CAT活性能較好地反映菠菜對SDS脅迫反應(yīng)，而POD活性可能受時(shí)間等因素的影響較大，很難反映菠菜在CTAB 和SDS脅迫下的自我保護(hù)。

3.3表面活性劑對土壤酶活性的影響

不同濃度CTAB和SDS對不同的土壤酶活性的影響表現(xiàn)不一。外源有機(jī)污染物質(zhì)通常都在較低濃度下刺激土壤酶的活性，而較高濃度條件下抑制土壤酶的活性［21-22］。王金花等［22］研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的除草劑阿特拉津?qū)ν寥离迕赣幸欢ǖ募せ钭饔?，高濃度時(shí)則有抑制作用；彭星等［21］也有類似的結(jié)論。本研究中，當(dāng)CTAB的濃度為50 mg·kg-1時(shí)，土壤脫氫酶和蔗糖酶的活性較對照處理顯著增加，中性磷酸酶的活性沒有變化，然而土壤脲酶活性較對照處理顯著下降，原因可能是土壤脲酶對CTAB脅迫耐受性較低，濃度為50 mg·kg-1已經(jīng)開始對其活性造成抑制。除極個(gè)別的情況外，CTAB濃度繼續(xù)增加，土壤脫氫酶、脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性與對照相比都顯著降低。SDS對不同土壤酶的活性影響呈現(xiàn)兩個(gè)極端，與對照處理相比，除個(gè)別情況外，對土壤脲酶和中性磷酸酶活性都表現(xiàn)出抑制作用，與CTAB基本一致。然而，在全濃度范圍內(nèi)，SDS對土壤脫氫酶與蔗糖酶活性都有刺激作用。土壤微生物是土壤酶的一個(gè)主要來源，SDS對不同土壤酶活性影響的差異或許從側(cè)面反映了它們源自不同的土壤微生物，即不同的土壤酶其來源不同，SDS對其的影響機(jī)理也不同。SDS在土壤溶液中容易分解產(chǎn)生硫酸根（SO2-4），刺激了分泌土壤脫氫酶或蔗糖酶微生物的生長，從而間接導(dǎo)致土壤脫氫酶或蔗糖酶活性的增加，而硫酸根對分泌土壤脲酶或中性磷酸酶的微生物生長沒有刺激效應(yīng)。

CTAB和SDS對土壤酶活性的影響總體上并不完全服從劑量效應(yīng)，且在CTAB和SDS濃度很高的情況下，表現(xiàn)出與總體趨勢相反的現(xiàn)象。這均說明，表面活性劑對土壤酶活性的影響是個(gè)復(fù)雜的問題，不僅與表面活性劑的類型及濃度有關(guān)，也與土壤酶自身的性質(zhì)有關(guān)，甚至還可能受到環(huán)境因素的影響。辛承友等［31］發(fā)現(xiàn)，阿特拉津?qū)ν寥勒崽敲傅挠绊懹袝r(shí)間效應(yīng)，隨著處理時(shí)間延長呈現(xiàn)“升-降-升”的關(guān)系。王金花等［22］的研究結(jié)果也表明，低濃度的阿特拉津?qū)ν寥离迕傅拇碳ば?yīng)只在第1 d存在，處理2 d后，其刺激作用消失。此外正如前文所述，表面活性劑一方面作為酶活性抑制劑，直接抑制了土壤酶的活性，另一方面也可能通過影響土壤微生物間接地對土壤酶活性造成影響，而這種影響要復(fù)雜得多。

綜合CTAB和SDS對四種土壤酶活性的影響，脲酶活性可作為土壤CTAB和SDS污染的參考指標(biāo)。CTAB和SDS對四種土壤酶活性影響的差異，從側(cè)面證明了CTAB的毒性大于SDS，因此在土壤環(huán)境檢測中CTAB要由優(yōu)先于SDS進(jìn)行。

4　結(jié)論

CTAB和SDS都對菠菜的生長表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制。CTAB對菠菜的毒性大于SDS?？傮w上說，CTAB和SDS都增強(qiáng)了菠菜葉片SOD活性；對CAT活性的影響CATB以促進(jìn)為主，而SDS表現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制；對POD活性的影響較為復(fù)雜，CTAB 和SDS都是以抑制為主；CTAB對菠菜抗氧化酶活性的毒性大于SDS。CTAB和SDS對土壤酶活性影響有所差異，除個(gè)別情況外，CTAB在不同程度上抑制了土壤脫氫酶、脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶的活性，而SDS在不同程度上促進(jìn)了土壤脫氫酶和蔗糖酶的活性，抑制了土壤脲酶和中性磷酸酶的活性；總體上CTAB對土壤酶活性的毒性大于SDS。

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Effects of ionic surfactants on spinach growth and soil enzyme activities

QI Xing-chao1，LIU Yan-1i1，JIAO An-hao2，JIA Ji-wen1，ZHANG Min1，LI Cheng-1iang1*
（1.Nationa1 Engineering Laboratory for Efficient Uti1ization of Soi1 and Ferti1izer，Co11ege of Resources and Environment，Shandong Agricu1-tura1 University，Taian，271018，China；2.Shandong Agricu1tura1 University Ferti1izer Science & Techno1ogy Co.，Ltd，Taian 271000，China）

Abstract：Ionic surfactants may Pose risks to P1ants and soi1 microbes after entering soi1. Here cety1trimethy1 ammonium bromide（CTAB）and sodium dodecy1 su1fate（SDS）were used to investigate their effects on sPinach biomass，and 1eaf antioxidant enzyme and soi1 enzyme activities in Pot exPeriment. Resu1ts indicated that both CTAB and SDS Promoted sPinach growth at 1ower concentrations but showed inhibition at higher rates. The thresho1ds for the inhibitory effect of CTAB and SDS on sPinach growth were 500 mg·kg-1and 1000 mg·kg-1，resPective1y. SuPeroxide dismutase（SOD）activity dePended on the surfactant concentrations. As CTAB concentration increased，the activity of SOD increased gradua11y and then decreased noticeab1y. However，the activity of SOD did not differ from the contro1 at SDS 1ess than 750 mg·kg-1，but decreased significant1y at higher concentrations. Basica11y，CTAB and SDS inhibited cata1ase（CAT）activity. The activity of Peroxidase（POD）was suPPressed by CTAB or SDS under most cases. Besides，the activities of soi1 dehydrogenase，urease，sucrose，and neutra1 PhosPhatase were a1most reduced or restrained by CTAB. However，SDS had the different effects on these enzymes. It Promoted soi1 dehydrogenase and surcase activities，but inhibited soi1 urease and neutra1 PhosPhatase. Genera11y，both CTAB and SDS showed certain of toxicity to soi1 eco1ogy，with CTAB being more harmfu1 than SDS. These resu1ts wou1d Provide some references for assessing and managing the soi1 eco1ogica1 security of ionic surfactants.

Keywords：biomass；antioxidant enzyme；soi1 enzyme；ionic surfactant

中圖分類號：X503.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）06-1048-08 doi∶10.11654/jaes.2016.06.005

收稿日期：2016-01-23

基金項(xiàng)目：中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2013M540562）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（2012370212003）

作者簡介：戚興超（1990—），男，山東蒙陰人，碩士研究生，主要從事表面活性劑環(huán)境行為的研究。E-mai1：qixingchao90@163.com劉艷麗并列為第一作者

*通信作者：李成亮E-mai1：cheng1iang_1i11@163.com