銅脅迫對(duì)土壤酶活性的影響

邵泉森等

摘 要：采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，研究了銅脅迫對(duì)土壤中脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響。結(jié)果表明，銅對(duì)土壤脲酶表現(xiàn)出明顯抑制影響，且隨著銅濃度的增加，抑制程度增大。銅濃度的增加對(duì)土壤磷酸酶活性抑制程度增大，但抑制程度不如脲酶明顯。銅對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶也表現(xiàn)出抑制作用，且隨著銅濃度的增加抑制程度增大，但銅對(duì)過(guò)氧化氫酶的抑制效應(yīng)是3者中最小的。

關(guān)鍵詞：銅污染；脲酶；磷酸酶；過(guò)氧化氫酶

中圖分類號(hào)：S154.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.007

隨著人們對(duì)重金屬脅迫下土壤微生物生理生化機(jī)制了解的日漸加深，采用生物毒理學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)重金屬污染土壤的環(huán)境質(zhì)量已成為當(dāng)今土壤環(huán)境生物學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)[1-2]。我國(guó)南京地區(qū)土壤銅含量一般在55.3 mg·kg-1，最高可達(dá)121.9 mg·kg-1[3]。土壤酶是土壤中重要的生物大分子，可作為養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)質(zhì)形成、能量代謝等過(guò)程的催化劑[4-12]。筆者通過(guò)研究銅脅迫對(duì)土壤中3種酶活性的影響，探討二者關(guān)系及作用機(jī)理，以期為土壤生態(tài)監(jiān)測(cè)提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

土壤取自盤錦某水稻田0～20 cm 的表層土，自然風(fēng)干磨碎，過(guò)篩孔直徑0.8 mm的篩，土壤類型為稻田土，基本物理化學(xué)性質(zhì)如表1。

1.2 試驗(yàn)方法

采用25 cm×40 cm×5 cm帶蓋白瓷盤加入500 g土壤，用0.2 mol·L-1 CuCl2的溶液噴灑，拌勻，銅濃度分別為0，50，100，200，400，800 mg·kg-1（分別記做CK，Cu1、Cu2、Cu3、Cu4、Cu5，以下同）。拌好后的土壤置于恒溫培養(yǎng)箱37 ℃培養(yǎng)，定期取樣。分別采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定試驗(yàn)土壤的脲酶活性；采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤磷酸酶活性；采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶的活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅對(duì)土壤脲酶活性的影響

銅對(duì)土壤脲酶活性的影響見(jiàn)圖1。由圖1可看出，向土壤中加入銅后，第1天至第3天由于培養(yǎng)時(shí)間較短，脲酶活性較低，處于剛被激活的狀態(tài)，故氨基氮含量很低，而一定濃度的銅可以刺激脲酶活性的激活，這種作用在Cu2組最為明顯。培養(yǎng)到第6天，酶活出現(xiàn)較大變化趨勢(shì)。CK組、Cu1組和Cu2組與之前相比較，仍然屬于線性增加的趨勢(shì)，其原因可能是添加的銅量未超出脲酶的銅適應(yīng)范圍。而Cu3組和Cu4組酶活的上升趨勢(shì)接近平緩。對(duì)于Cu5組，在培養(yǎng)第6天出現(xiàn)明顯抑制現(xiàn)象，表明此濃度的銅對(duì)脲酶活性產(chǎn)生明顯的抑制作用。并且相較CK組，其他5組測(cè)得土壤脲酶活性始終處于被抑制狀態(tài)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，CK組脲酶活性幾乎未變，Cu1組、Cu2組、Cu3組、Cu4組和Cu5組都出現(xiàn)了較為明顯的抑制現(xiàn)象。至培養(yǎng)第15天，CK組出現(xiàn)了一個(gè)較為明顯的升高趨勢(shì)，這可能是由于幾天的培養(yǎng)使得土壤中的微生物受到再次激活的原因。Cu1組和Cu2組的抑制作用已經(jīng)不明顯，Cu3組和Cu4組則保持穩(wěn)定，這主要是由于微生物在適應(yīng)銅對(duì)其的抑制作用，但相較對(duì)照組，上述4組仍處于抑制范圍。而Cu5組酶活繼續(xù)保持明顯抑制的趨勢(shì)，其原因是銅濃度過(guò)大，嚴(yán)重抑制微生物活性造成的。顯然，高濃度的銅對(duì)土壤脲酶活性會(huì)產(chǎn)生明顯的抑制現(xiàn)象。

2.2 銅對(duì)磷酸酶活性的影響

銅對(duì)土壤磷酸酶活性的影響見(jiàn)圖2，可以看出，在培養(yǎng)初期，高濃度的銅，即Cu3組、Cu4組和Cu5組，較CK組對(duì)磷酸酶活性呈現(xiàn)了較為明顯的激活作用，而低濃度的銅（Cu1組和Cu2組）卻出現(xiàn)了些許的抑制作用。至培養(yǎng)第6天，測(cè)得酶活出現(xiàn)整體下降趨勢(shì)。高濃度銅（Cu3、Cu4和Cu5）產(chǎn)生的抑制作用明顯強(qiáng)于低濃度銅（Cu1和Cu2）及對(duì)照（CK）組。其原因可能是銅對(duì)土壤生物呼吸代謝產(chǎn)生了影響，使得磷酸酶活性降低。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，土壤中磷酸酶活性呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，并且，銅濃度越高酶活下降的幅度越大。其原因可能是隨時(shí)間的增加，抗性微生物的出現(xiàn)。銅對(duì)磷酸酶活性的抑制性主要表現(xiàn)為高濃度Cu對(duì)土壤磷酸酶活性產(chǎn)生抑制作用，但是抑制不如脲酶顯著。

2.3 銅對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響

銅對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響見(jiàn)圖3。由圖3可看出，加銅后，第1天由于培養(yǎng)時(shí)間較短的原因，銅未對(duì)過(guò)氧化氫酶產(chǎn)生很大影響，6組數(shù)據(jù)較集中未表現(xiàn)出抑制顯著性。培養(yǎng)第3天，6個(gè)組過(guò)氧化氫酶活性顯現(xiàn)出明顯的抑制，且隨添加至土壤中的銅量的增加，土壤過(guò)氧化氫酶活性降低越多，這說(shuō)明銅對(duì)過(guò)氧化氫酶產(chǎn)生抑制效應(yīng)。至培養(yǎng)第6天，6個(gè)組相較前一天的數(shù)據(jù)又出現(xiàn)一個(gè)較小的增勢(shì)，說(shuō)明銅對(duì)過(guò)氧化氫酶影響時(shí)間較短，從此時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)適應(yīng)微生物。到培養(yǎng)第10 天，6個(gè)組過(guò)氧化氫酶活性出現(xiàn)微弱的抑制現(xiàn)象。培養(yǎng)第15 天，CK組、Cu1組、Cu2組和Cu3組都出現(xiàn)了較平緩的降低，但降低最大不超過(guò)0.5。Cu4組和Cu5組則保持穩(wěn)定，這說(shuō)明微生物對(duì)銅的抑制作用已有較明顯的適應(yīng)。因此，可看出銅對(duì)過(guò)氧化氫酶的抑制影響相較脲酶以及磷酸酶的影響程度較小。

3 結(jié)論與討論

土壤酶作為土壤中具有生物活性的物質(zhì)，積極參與土壤發(fā)生與發(fā)育、土壤肥力的形成、土壤凈化等土壤系統(tǒng)中多種重要的代謝過(guò)程。當(dāng)土壤受到重金屬污染時(shí)，由于重金屬對(duì)土壤酶的抑制作用而影響其活性，從而降低土壤的肥力水平，影響植物生長(zhǎng)。

隨著土壤銅濃度的升高，3種土壤酶活性總體呈下降趨勢(shì)。不同濃度的銅對(duì)土壤脲酶的影響整體表現(xiàn)出明顯抑制，且隨著銅濃度的增加抑制程度增大。隨時(shí)間的變化，銅對(duì)脲酶活性的影響逐漸降低。銅對(duì)土壤磷酸酶活性抑制趨勢(shì)較為明顯，隨銅濃度的增加，抑制程度增大。銅對(duì)磷酸酶的抑制作用相較脲酶較小。銅對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶的影響表現(xiàn)出抑制影響，且隨著銅濃度的增加抑制程度增大。隨時(shí)間的變化，前6 d銅對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響較大，之后銅對(duì)其影響逐漸變小。且比較上述3種酶的銅影響程度，過(guò)氧化氫酶受到的抑制影響最小。

通過(guò)比較銅對(duì)3種酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)銅對(duì)土壤脲酶活性影響最大。這就說(shuō)明脲酶對(duì)土壤銅污染最為敏感，建議可作為表征土壤銅污染的指示酶。

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通過(guò)比較銅對(duì)3種酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)銅對(duì)土壤脲酶活性影響最大。這就說(shuō)明脲酶對(duì)土壤銅污染最為敏感，建議可作為表征土壤銅污染的指示酶。

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