銅脅迫對土壤酶活性的影響

邵泉森等

摘 要：采用室內培養方法，研究了銅脅迫對土壤中脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性的影響。結果表明，銅對土壤脲酶表現出明顯抑制影響，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。銅對土壤過氧化氫酶也表現出抑制作用，且隨著銅濃度的增加抑制程度增大，但銅對過氧化氫酶的抑制效應是3者中最小的。

關鍵詞：銅污染；脲酶；磷酸酶；過氧化氫酶

中圖分類號：S154.2 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.007

隨著人們對重金屬脅迫下土壤微生物生理生化機制了解的日漸加深，采用生物毒理學指標評價重金屬污染土壤的環境質量已成為當今土壤環境生物學的一個熱點[1-2]。我國南京地區土壤銅含量一般在55.3 mg·kg-1，最高可達121.9 mg·kg-1[3]。土壤酶是土壤中重要的生物大分子，可作為養分循環、有機質形成、能量代謝等過程的催化劑[4-12]。筆者通過研究銅脅迫對土壤中3種酶活性的影響，探討二者關系及作用機理，以期為土壤生態監測提供相關依據。

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，自然風干磨碎，過篩孔直徑0.8 mm的篩，土壤類型為稻田土，基本物理化學性質如表1。

1.2 試驗方法

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箱37 ℃培養，定期取樣。分別采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定試驗土壤的脲酶活性；采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤磷酸酶活性；采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶的活性。

2 結果與分析

2.1 銅對土壤脲酶活性的影響

銅對土壤脲酶活性的影響見圖1。由圖1可看出，向土壤中加入銅后，第1天至第3天由于培養時間較短，脲酶活性較低，處于剛被激活的狀態，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。培養到第6天，酶活出現較大變化趨勢。CK組、Cu1組和Cu2組與之前相比較，仍然屬于線性增加的趨勢，其原因可能是添加的銅量未超出脲酶的銅適應范圍。而Cu3組和Cu4組酶活的上升趨勢接近平緩。對于Cu5組，在培養第6天出現明顯抑制現象，表明此濃度的銅對脲酶活性產生明顯的抑制作用。并且相較CK組，其他5組測得土壤脲酶活性始終處于被抑制狀態。隨著培養時間的增加，CK組脲酶活性幾乎未變，Cu1組、Cu2組、Cu3組、Cu4組和Cu5組都出現了較為明顯的抑制現象。至培養第15天，CK組出現了一個較為明顯的升高趨勢，這可能是由于幾天的培養使得土壤中的微生物受到再次激活的原因。Cu1組和Cu2組的抑制作用已經不明顯，Cu3組和Cu4組則保持穩定，這主要是由于微生物在適應銅對其的抑制作用，但相較對照組，上述4組仍處于抑制范圍。而Cu5組酶活繼續保持明顯抑制的趨勢，其原因是銅濃度過大，嚴重抑制微生物活性造成的。顯然，高濃度的銅對土壤脲酶活性會產生明顯的抑制現象。

2.2 銅對磷酸酶活性的影響

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

2.3 銅對過氧化氫酶活性的影響

銅對土壤過氧化氫酶活性的影響見圖3。由圖3可看出，加銅后，第1天由于培養時間較短的原因，銅未對過氧化氫酶產生很大影響，6組數據較集中未表現出抑制顯著性。培養第3天，6個組過氧化氫酶活性顯現出明顯的抑制，且隨添加至土壤中的銅量的增加，土壤過氧化氫酶活性降低越多，這說明銅對過氧化氫酶產生抑制效應。至培養第6天，6個組相較前一天的數據又出現一個較小的增勢，說明銅對過氧化氫酶影響時間較短，從此時開始出現適應微生物。到培養第10 天，6個組過氧化氫酶活性出現微弱的抑制現象。培養第15 天，CK組、Cu1組、Cu2組和Cu3組都出現了較平緩的降低，但降低最大不超過0.5。Cu4組和Cu5組則保持穩定，這說明微生物對銅的抑制作用已有較明顯的適應。因此，可看出銅對過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 結論與討論

土壤酶作為土壤中具有生物活性的物質，積極參與土壤發生與發育、土壤肥力的形成、土壤凈化等土壤系統中多種重要的代謝過程。當土壤受到重金屬污染時，由于重金屬對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。

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

通過比較銅對3種酶活性的影響，發現銅對土壤脲酶活性影響最大。這就說明脲酶對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。

參考文獻：

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通過比較銅對3種酶活性的影響，發現銅對土壤脲酶活性影響最大。這就說明脲酶對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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