鎘脅迫對國槐的土壤酶活性影響的研究

王淑梅

【摘要】：本試驗采用盆栽的方式，以國槐為試材，研究了鎘脅迫對國槐土壤的過氧化物酶、過氧化氫酶、轉化酶活性的影響。得出以下結論：1.低濃度的鎘溶液脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的過氧化氫酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的變化趨勢。2.低濃度的鎘溶液脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的過氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的變化趨勢。3.各濃度的鎘脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的轉化酶活性呈現升高、降低、反復循環的趨勢。

【關鍵詞】：鎘脅迫 土壤酶 國槐

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）是環境污染中主要有毒重金屬，來自采礦、冶煉工業、粉塵排放、生活垃圾焚燒，這些途徑使得農田鎘污染日趨嚴重。鎘可以進入食物鏈，對人體骨骼、腎臟、肝臟、免疫系統、生殖系統產生強烈的毒害作用，甚至導致畸形、癌變，成為致癌的重要原因之一。鎘破壞土壤微生物區系失衡，加重危害植物逆境脅迫。在幾乎所有的生態系統的監測和研究中，土壤酶活性的測定已成為生態系統監測與研究中的一個重要的指標。尤其在確定污染或嚴重擾動對土壤健康的影響方面十分有用。孫慶業等（2000）等研究表明，土壤酶的脲酶活性可被當作銅污染的敏感指標。土壤酶系是指土壤微生物、植物根系和土壤中其它生物細胞產生的胞內酶和胞外酶的總稱。土壤酶活性反映了土壤中進行的各種生物化學過程的動向和強度，例如，過氧化氫酶能破壞土壤中生化反應生成的過氧化氫，減輕植物受到的脅迫。國內外關于重金屬對土壤酶活性的影響的研究已有報道（Kitagish，1981；劉樹慶，1994；劉春生等，2002）。Juma和Tabatabai分析了20種金屬對土壤酸性和堿性磷酸酶的影響，Cd、As對土壤堿性磷酸酶的抑制作用超過50% （Juma，1977）。Cd等對L-谷酰胺酶、纖維素酶和β-葡糖苷酶均產生較強的抑制作用（Deng，1977）。石貴玉等（2005）認為，鎘毒害破壞水稻保護酶系，使SOD（超氧化物歧化酶）活性下降。

但是由于鎘在土壤-植物系統內運轉、富集的復雜和多變性，以及鎘進入植物體內的毒害機制的研究的局限性，尤其是土壤微生態體系中復雜的酶系，對鎘污染的應對反應的不同，使得人們對鎘運轉、遷移、鎘對土壤酶生化反應影響機制認識存在一定的欠缺?，F在的研究主要關注在鎘對作物的生理生化特性影響和鎘在作物體內富集程度等方面。而對于不進入食物鏈的園林植物對環境中的鎘的體內富集作用，卻鮮有研究。尤其鎘對園林植物土壤酶系的影響就更少見報道。鎘脅迫下，土壤微生態酶系的變化開始成為備受關注的議題。本實驗通過鎘對園林樹種國槐的土壤酶系活性影響的研究及鎘在土壤-國槐體系內的運轉的研究，旨在初步揭示鎘對土壤酶系的影響方式和機制，分析鎘在土壤-國槐體系內的運移特征，為篩選耐鎘污染園林樹種和改良土壤酶系，提供基礎理論研究。

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：取自農田土壤。部分理化性質見下表

2.2 實驗方法和設計

2.2.1 實驗設計

土壤取回，風干，剔除植物殘體和雜物，過2mm篩。采用盆栽法，選長勢一致，生長態勢良好的兩年生國槐，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行栽植管理。

待苗木恢復生長2個月后澆灌不同濃度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。實驗設置7個處理，每個處理三次重復，每個重復8盆，隨機排列。

2.2.2 實驗方法

① 土壤過氧化氫酶 （CAT）：采用的是高錳酸鉀滴定法（嚴昶升，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，穩定未分解的H2O2。懸液過濾。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）即達終點。同時設無土和無基質對照。土壤中過氧化氫酶活性用單位土重的0.1N高錳酸鉀毫升數表示。

② 土壤過氧化物酶（POD）：采用的是鄰苯三酚比色法（嚴昶升，1988）

③ 土壤轉化酶：采用硫代硫酸鈉滴定法（嚴昶升，1988）

④ 鎘含量：原子吸收法

數據整理與分析：原始數據的整理采用Excel軟件完成；差異顯著性測驗采用SAS軟件完成。

3.實驗結果與分析

3.1 不同處理濃度土壤過氧化氫酶的變化

分別在各濃度處理后30天、60天、90天、120天，取樣測定土壤過氧化氫酶的活性。結果如表3-1所示。

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

3.1.1、 0濃度的過氧化氫酶的活性最低，而其它鎘處理的的過氧化氫酶活性都高于0處理濃度，說明當有外部毒素刺激時，能激發過氧化氫酶的應激反應機制，促使過氧化氫酶活性提高，以利于解毒。

3.1.2、 在處理后30天時，10濃度鎘處理后的過氧化氫酶活性高于其它各濃度處理的過氧化氫酶活性，過氧化氫酶活性達到最大，說明在短時間內，低濃度的鎘處理確實可以提升過氧化氫酶的活性，使得過氧化氫酶的解毒作用達到最強。

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

3.1.4、 不同處理濃度，隨著處理時間的增加，普遍表現出先增加，后減少，再略有回升，最后減弱的規律。

3.2 不同處理濃度土壤過氧化物酶的變化

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中的結果顯示，不同處理濃度的過氧化物酶活性在同一處理時間內存在差異。

3.2.1、 0濃度的土壤過氧化物酶的活性最高，顯著高于其它處理濃度的過氧化物酶活性。說明，鎘毒害會抑制過氧化物酶的活性。

3.2.2、 在處理90天以內，各處理濃度均表現出過氧化物酶活性持續降低的狀態。過氧化物酶活性受抑制，表明腐殖質形成過程減弱，形成更復雜的腐殖質結構變難。

3.3 不同處理濃度土壤轉化酶的變化

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數據中顯示，除了20濃度處理外，其余各個濃度處理都與0濃度處理存在差異。說明鎘脅迫下，一定程度下能激活轉化酶的活性。40、50、60處理濃度的差異不顯著，說明隨著鎘濃度的增加，高濃度的鎘脅迫對轉化酶的活性變化影響比較一致。

3.3.2 除了30濃度外，各個處理濃度均表現出，在處理90天內，轉化酶濃度持續增加，到120天時，濃度下降的趨勢。

4.討論

本實驗采用盆栽的方式，分別取0、10、20、30、40、50、60不同濃度的鎘溶液，對國槐的不同生長時間30、60、90、120d的土壤酶活性進行的研究。得出結論：

1.低濃度的0，10，20，30鎘溶液脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的過氧化氫酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的變化趨勢。

2.低濃度的0，10，20，30鎘溶液脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的過氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的變化趨勢。

3.各濃度的0、10、20、30、40、50、60鎘脅迫下，不同生長時期的國槐土壤的轉化酶活性呈現升高、降低、升高、降低、再次升高、再次降低的趨勢

4.當有外部毒素刺激時，能激發過氧化氫酶的應激反應機制，促使過氧化氫酶活性提高，以利于解毒。而且短時間內，低濃度的鎘處理使得過氧化氫酶的解毒作用達到最強。

5. 0濃度的土壤過氧化物酶的活性最高，說明，鎘毒害會抑制過氧化物酶的活性。

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

7.本實驗所選取生長時間對于樹木生長全周期，只是極少時間段。因而在生長的其后的長時間中，是否有新的突發折點，還沒有辦法明確。

8.本實驗所選取時間間隔為30天，持續120天。能夠得出土壤酶的活性變化趨勢。但變化的拐點，即變化的最高峰值，沒有斷定。這需要進一步加密實驗次數，減少時間間隔。如果能確定時間的峰值拐點，可以作為國槐綠化效果維護、更新的輔助參考。

參考文獻

[1] 易建春，汪模輝，李錫坤. 土壤中鎘的污染及治理[J]. 廣東微量元素科學. 2006，13（09）：11-31

[2] 崔玉靜. 鎘對人類健康的危害及其影響因子的研究進展[J]. 衛生研究.2006，35（5）：656-659

[3] 邵國勝，MUHAMMAD Jaffar Hassan，章秀福， 等. 鎘脅迫對不同水稻基因型植株生長和抗氧化酶系統的影響[J]. 中國水稻科學.2004，18（3）：239-244

[4] 章秀福，王丹英，褚開富， 等. 鎘脅迫下水稻SOD活性和MDA含量的變化及其基因型差異[J]. 中國水稻科學，2006，20（2）：194-198

[5] 劉春生，常紅巖，孫百曄，等. 外源銅對土壤果樹系統中酶活性影響的研究[J]. 土壤學報.2002，39（1）：37-41

[6] 劉樹慶. 保定市污灌區土壤的Pb 、Cd污染與土壤酶活性關系研究[J]. 土壤學報.1996，33（2）：17-182

[7] 孫慶業，田勝尼. 尾礦污染與幾種土壤酶活性. 2000，1：54-56

[8] 嚴昶升主編. 土壤肥力研究法. 北京：農業出版社.1988，277-279

[9] 康浩，石貴玉，潘文平， 等. 鎘對植物毒害與植物耐鎘機理研究進展[J]. 安徽農業科學. 2006，34（13）：2969-2971

[10] Deng S P， et al. Cellulase activity of soil effect of trace elements. Soil Biology & Biochemistry，1995，27：977-979

[11] Juma NG， Tabatabai MA. Effects of trace elements on phosphatase activity in soils. Soil Sci Soc Am J，1977，41：343～346

[12] Kitagish. Heavy metal pollution in Soil of Japan[M]. Jokyo，Japan Scientific Societies Press，1981，89～90

[13] Tudoreanu L，Phillips CJC. Modeling cadmium uptake and accumulation in plants[J]. Advances in Agronomy，2004，84：121-157

[14] Waisberg M， et al. Molecular and cellular mechanisns of cadmium carcinogenesis[J]. Toxicology，2003，192：95-117