土壤重金屬對蚯蚓體內(nèi)酶活性影響的研究進(jìn)展

章淼　肖洪文　賈傳釗　張翔

摘 要：蚯蚓在治理土壤重金屬污染過程中受到重金屬的脅迫，體內(nèi)會產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。本文在系統(tǒng)分析、歸納總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，綜述了重金屬與蚯蚓體內(nèi)酶活性變化的關(guān)系，主要包括：不同種類重金屬對酶活性的差異性影響，重金屬與酶活性的作用機(jī)制，酶活性與重金屬濃度和接觸時間的關(guān)系。通過該研究，以期了解蚯蚓在土壤重金屬污染治理中的閾值。

關(guān)鍵詞：蚯蚓 重金屬 毒害作用 酶活性

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0126-02

土壤中的蚯蚓會因環(huán)境污染而受到重金屬的脅迫效應(yīng)，但在不同的脅迫條件下蚯蚓體內(nèi)的酶種類及活性會產(chǎn)生不同的變化，這些酶的變化使得蚯蚓對重金屬具有一定的耐受性，同時，當(dāng)重金屬濃度超過一定限值時也會誘導(dǎo)丙二醛產(chǎn)生，使蚯蚓機(jī)體發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，造成蚯蚓機(jī)體的死亡。研究蚯蚓體內(nèi)酶種類和活性隨重金屬脅迫的變化，有利于從更深層次了解蚯蚓在重金屬污染土壤治理中應(yīng)用的可能性及局限性，為構(gòu)建蚯蚓修復(fù)土壤重金屬技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 不同種類重金屬對酶活性的差異性影響

蚯蚓體內(nèi)的不同種酶活性受重金屬的影響具有明顯的差異。王振中等[1]通過研究染毒實(shí)驗(yàn)對蚯蚓同工酶活性的影響發(fā)現(xiàn)，蚯蚓體內(nèi)過氧化物酶同工酶活性在Cd、Pb中毒后增加，而脂酶同工酶的活性在Cd中毒后減弱，在Pb中毒后增加。在不同的蚯蚓體內(nèi)，各種酶活性的變化趨勢具有明顯差異。在同一種蚯蚓體內(nèi)，不同重金屬在不同條件下對各種酶的影響具有顯著差異。林少琴等[2]研究表明，Zn2+、Fe3+、Mn2+在體外對蚯蚓過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）有抑制作用，Mg2+、Hg2+、Cd2+則對CAT有激活作用，但在體內(nèi)Zn2+、Fe3+則對CAT為激活作用；Zn2+、Fe3+、Mn2+、Hg2+等在體外對蚯蚓超氧化物歧化酶（SOD）有強(qiáng)烈的抑制作用，但在體內(nèi)卻表現(xiàn)為不同程度的激活作用。

2 重金屬與酶活性的作用機(jī)制

蚯蚓與重金屬接觸后體內(nèi)產(chǎn)生活性氧（ROS）或丙二醛（MDA）等對機(jī)體有毒害作用的酶，受到這些活性氧物質(zhì)的作用時，蚯蚓會啟動抗氧化防御體系來防御過氧化物造成的損傷。在抗氧化防御體系中，起作用的酶類主要是SOD酶、CAT酶以及谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（GST）等。但是，當(dāng)生物體無法及時清除活性氧物質(zhì)時，就會對生物體本身產(chǎn)生危害，從而導(dǎo)致蚯蚓的死亡。陳嫻等人[3]研究發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫能誘導(dǎo)蚯蚓體內(nèi)產(chǎn)生ROS并導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化損傷，但SOD酶、CAT酶和GST酶活性呈現(xiàn)先降后升的“U”型劑量效應(yīng)。

3 酶活性與重金屬濃度的關(guān)系

重金屬在一定濃度條件下會誘導(dǎo)蚯蚓體內(nèi)的酶產(chǎn)生防御機(jī)制，對蚯蚓機(jī)體不會造成太大的損傷。但是，當(dāng)重金屬濃度超過一定限度時，蚯蚓的防御系統(tǒng)將會受到破壞，與防御相關(guān)的酶將會受到抑制，而對機(jī)體有毒害作用的酶含量將會增加，最終對蚯蚓造成損害。蚯蚓受到Hg作用后，體內(nèi)SOD酶和GSH-PX酶活性受到一定的抑制，但CAT酶活性無影響；但隨著Hg濃度的增加，脂質(zhì)過氧化最終產(chǎn)物MDA含量明顯增加，汞脅迫造成了蚯蚓機(jī)體細(xì)胞的氧化損傷[4]。

4 酶活性與接觸時間的關(guān)系

重金屬濃度相同，但在不同的接觸時間下，蚯蚓體內(nèi)的酶活性也會發(fā)生較大的變化。劉麗艷等[5]研究了不同接觸時間條件下蚯蚓受Cd2+脅迫后體內(nèi)酶的變化，在受脅迫的1～3d時，蚯蚓體內(nèi)的CAT酶占據(jù)主導(dǎo)地位，4～5d時MDA占據(jù)主導(dǎo)地位，6～7d時過氧化物酶（POD）占據(jù)主導(dǎo)地位，在8d時是GST和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX），在9～10d時是CAT，而在長期試驗(yàn)中，蚯蚓體內(nèi)氧化應(yīng)激酶占據(jù)主導(dǎo)地位的則是GPX。Zhou等[6]的研究也發(fā)現(xiàn)，在短期作用下，蚯蚓對Cd2+氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的酶主要是CAT酶，MDA，POD酶，GST酶，GSH-Px，而在長期作用下，氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的酶主要是GSH-Px。從不同接觸時間下酶種類的變化可以看出，在短時間接觸條件下，蚯蚓體內(nèi)的防御系統(tǒng)降低了重金屬對機(jī)體的傷害，但隨著Cd2+對蚯蚓脅迫時間的延長，蚯蚓體內(nèi)的氧化-抗氧化系統(tǒng)徹底崩潰，從體內(nèi)的過氧化氫的分解到發(fā)生完全的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使蚯蚓的自我修復(fù)作用不足以減少重金屬對機(jī)體的毒害，從而引起蚯蚓機(jī)體的死亡。

5 結(jié)語

蚯蚓體內(nèi)各種酶的種類和活性受到多種因素的影響，通過對酶種類和活性的分析，可以以蚯蚓作為指示性生物監(jiān)測環(huán)境重金屬污染，同時也可為蚯蚓治理重金屬污染提供理論支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 王振中，張友梅，胡覺蓮，等.土壤重金屬污染對蚯蚓（Opisthopora）影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1994，14（2）：236-243.

[2] 林少琴，蘭瑞芳.金屬離子對蚯蚓CAT、GSH-Px及SOD酶活性的影響[J].藥理，2001，13（2）：23-25.

[3] 陳嫻，王曉蓉，季榮.蚯蚓（Eisenia fetida）對水稻土中Cd的富集及其氧化應(yīng)激[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（8）：1464-1469.

[4] 唐浩，劉釗釗，李銀生，等.土壤汞污染脅迫對蚯蚓體內(nèi)幾種抗氧化酶活性的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)科學(xué)版，2017.35（3）：17-24.

[5] 劉麗艷，寧玉翠，鄔欣慧，等.基于因子分析的Cd2+脅迫下赤子愛勝蚓氧化應(yīng)激響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2017，36（7）：1923-1932.

[6] Zhou D.， Ning Y.， Wang B.， et al. Study on the influential factors of Cd（2+） on the earthworm Eisenia fetida in oxidative stress based on factor analysis approach[J]. Chemosphere， 2016（157）：181-189.