土壤重金屬對蚯蚓體內酶活性影響的研究進展

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，體內會產生氧化應激反應。本文在系統分析、歸納總結國內外相關領域研究成果的基礎上，綜述了重金屬與蚯蚓體內酶活性變化的關系，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制，酶活性與重金屬濃度和接觸時間的關系。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。

關鍵詞：蚯蚓 重金屬 毒害作用 酶活性

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

土壤中的蚯蚓會因環境污染而受到重金屬的脅迫效應，但在不同的脅迫條件下蚯蚓體內的酶種類及活性會產生不同的變化，這些酶的變化使得蚯蚓對重金屬具有一定的耐受性，同時，當重金屬濃度超過一定限值時也會誘導丙二醛產生，使蚯蚓機體發生脂質過氧化反應，造成蚯蚓機體的死亡。研究蚯蚓體內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用的可能性及局限性，為構建蚯蚓修復土壤重金屬技術體系提供理論依據。

1 不同種類重金屬對酶活性的差異性影響

蚯蚓體內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]通過研究染毒實驗對蚯蚓同工酶活性的影響發現，蚯蚓體內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，各種酶活性的變化趨勢具有明顯差異。在同一種蚯蚓體內，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）有強烈的抑制作用，但在體內卻表現為不同程度的激活作用。

2 重金屬與酶活性的作用機制

蚯蚓與重金屬接觸后體內產生活性氧（ROS）或丙二醛（MDA）等對機體有毒害作用的酶，受到這些活性氧物質的作用時，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移酶（GST）等。但是，當生物體無法及時清除活性氧物質時，就會對生物體本身產生危害，從而導致蚯蚓的死亡。陳嫻等人[3]研究發現，Cd脅迫能誘導蚯蚓體內產生ROS并導致蛋白質氧化損傷，但SOD酶、CAT酶和GST酶活性呈現先降后升的“U”型劑量效應。

3 酶活性與重金屬濃度的關系

重金屬在一定濃度條件下會誘導蚯蚓體內的酶產生防御機制，對蚯蚓機體不會造成太大的損傷。但是，當重金屬濃度超過一定限度時，蚯蚓的防御系統將會受到破壞，與防御相關的酶將會受到抑制，而對機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，脂質過氧化最終產物MDA含量明顯增加，汞脅迫造成了蚯蚓機體細胞的氧化損傷[4]。

4 酶活性與接觸時間的關系

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

5 結語

蚯蚓體內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測環境重金屬污染，同時也可為蚯蚓治理重金屬污染提供理論支撐。

參考文獻

[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].環境科學學報，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的富集及其氧化應激[J].農業環境科學學報，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幾種抗氧化酶活性的影響[J].上海交通大學學報：農業科學版，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激響應[J].生態學雜志，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.