镉胁迫对国槐的土壤酶活性影响的研究

王淑梅

【摘要】：本试验采用盆栽的方式，以国槐为试材，研究了镉胁迫对国槐土壤的过氧化物酶、过氧化氢酶、转化酶活性的影响。得出以下结论：1.低浓度的镉溶液胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的过氧化氢酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的变化趋势。2.低浓度的镉溶液胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的过氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的变化趋势。3.各浓度的镉胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的转化酶活性呈现升高、降低、反复循环的趋势。

【关键词】：镉胁迫 土壤酶 国槐

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.研究目的与意义

镉（Cd）是环境污染中主要有毒重金属，来自采矿、冶炼工业、粉尘排放、生活垃圾焚烧，这些途径使得农田镉污染日趋严重。镉可以进入食物链，对人体骨骼、肾脏、肝脏、免疫系统、生殖系统产生强烈的毒害作用，甚至导致畸形、癌变，成为致癌的重要原因之一。镉破坏土壤微生物区系失衡，加重危害植物逆境胁迫。在几乎所有的生态系统的监测和研究中，土壤酶活性的测定已成为生态系统监测与研究中的一个重要的指标。尤其在确定污染或严重扰动对土壤健康的影响方面十分有用。孙庆业等（2000）等研究表明，土壤酶的脲酶活性可被当作铜污染的敏感指标。土壤酶系是指土壤微生物、植物根系和土壤中其它生物细胞产生的胞内酶和胞外酶的总称。土壤酶活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的动向和强度，例如，过氧化氢酶能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢，减轻植物受到的胁迫。国内外关于重金属对土壤酶活性的影响的研究已有报道（Kitagish，1981；刘树庆，1994；刘春生等，2002）。Juma和Tabatabai分析了20种金属对土壤酸性和碱性磷酸酶的影响，Cd、As对土壤碱性磷酸酶的抑制作用超过50% （Juma，1977）。Cd等对L-谷酰胺酶、纤维素酶和β-葡糖苷酶均产生较强的抑制作用（Deng，1977）。石贵玉等（2005）认为，镉毒害破坏水稻保护酶系，使SOD（超氧化物歧化酶）活性下降。

但是由于镉在土壤-植物系统内运转、富集的复杂和多變性，以及镉进入植物体内的毒害机制的研究的局限性，尤其是土壤微生态体系中复杂的酶系，对镉污染的应对反应的不同，使得人们对镉运转、迁移、镉对土壤酶生化反应影响机制认识存在一定的欠缺。现在的研究主要关注在镉对作物的生理生化特性影响和镉在作物体内富集程度等方面。而对于不进入食物链的园林植物对环境中的镉的体内富集作用，却鲜有研究。尤其镉对园林植物土壤酶系的影响就更少见报道。镉胁迫下，土壤微生态酶系的变化开始成为备受关注的议题。本实验通过镉对园林树种国槐的土壤酶系活性影响的研究及镉在土壤-国槐体系内的运转的研究，旨在初步揭示镉对土壤酶系的影响方式和机制，分析镉在土壤-国槐体系内的运移特征，为筛选耐镉污染园林树种和改良土壤酶系，提供基础理论研究。

2.材料与方法

2.1 供试材料

供试镉：分析纯CdCl2·2.5H2O

供试土壤：取自农田土壤。部分理化性质见下表

2.2 实验方法和设计

2.2.1 实验设计

土壤取回，风干，剔除植物残体和杂物，过2mm筛。采用盆栽法，选长势一致，生长态势良好的两年生国槐，植入30cm*30cm定植盆中，每盆中装土10kg。定植后正常日照水分条件进行栽植管理。

待苗木恢复生长2个月后浇灌不同浓度CdCl2·2.5H2O水溶液。Cd浓度为0、10、20、30、40、50、60 mg·kg-1的污染土壤。实验设置7个处理，每个处理三次重复，每个重复8盆，随机排列。

2.2.2 实验方法

① 土壤过氧化氢酶 （CAT）：采用的是高锰酸钾滴定法（严昶升，1988）

取2g采集土样放三角瓶中，加40ml蒸馏水震荡。摇匀加5ml 0.3%的H2O2溶液，振荡20分钟立即加入5ml 3N硫酸，稳定未分解的H2O2。悬液过滤。取25ml清澈滤液用0.1N K2MnO4溶液滴定至溶液微红色（30秒钟不褪色）即达终点。同时设无土和无基质对照。土壤中过氧化氢酶活性用单位土重的0.1N高锰酸钾毫升数表示。

② 土壤过氧化物酶（POD）：采用的是邻苯三酚比色法（严昶升，1988）

③ 土壤转化酶：采用硫代硫酸钠滴定法（严昶升，1988）

④ 镉含量：原子吸收法

数据整理与分析：原始数据的整理采用Excel软件完成；差异显著性测验采用SAS软件完成。

3.实验结果与分析

3.1 不同处理浓度土壤过氧化氢酶的变化

分别在各浓度处理后30天、60天、90天、120天，取样测定土壤过氧化氢酶的活性。结果如表3-1所示。

表3-1中的结果显示，不同镉处理浓度的过氧化氢酶活性在同一处理时间上有差异。

3.1.1、 0浓度的过氧化氢酶的活性最低，而其它镉处理的的过氧化氢酶活性都高于0处理浓度，说明当有外部毒素刺激时，能激发过氧化氢酶的应激反应机制，促使过氧化氢酶活性提高，以利于解毒。

3.1.2、 在处理后30天时，10浓度镉处理后的过氧化氢酶活性高于其它各浓度处理的过氧化氢酶活性，过氧化氢酶活性达到最大，说明在短时间内，低浓度的镉处理确实可以提升过氧化氢酶的活性，使得过氧化氢酶的解毒作用达到最强。

3.1.3、 在處理60天时，处理浓度50、与30、40、60的酶活性差异没有达到极显著，但与0、10、20的过氧化氢酶活性差异达到极显著水平，说明随处理时间的增加，高浓度处理后的过氧化氢酶活性有所保持，以利于过多毒素的解毒。处理90天时，处理浓度10、30、40、50、60的过氧化氢酶活性和0浓度的过氧化氢酶活性相比均达到极显著水平。

3.1.4、 不同处理浓度，随着处理时间的增加，普遍表现出先增加，后减少，再略有回升，最后减弱的规律。

3.2 不同处理浓度土壤过氧化物酶的变化

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中的结果显示，不同处理浓度的过氧化物酶活性在同一处理时间内存在差异。

3.2.1、 0浓度的土壤过氧化物酶的活性最高，显著高于其它处理浓度的过氧化物酶活性。说明，镉毒害会抑制过氧化物酶的活性。

3.2.2、 在处理90天以内，各处理浓度均表现出过氧化物酶活性持续降低的状态。过氧化物酶活性受抑制，表明腐殖质形成过程减弱，形成更复杂的腐殖质结构变难。

3.3 不同处理浓度土壤转化酶的变化

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 从表3-3数据中显示，除了20浓度处理外，其余各个浓度处理都与0浓度处理存在差异。说明镉胁迫下，一定程度下能激活转化酶的活性。40、50、60处理浓度的差异不显著，说明随着镉浓度的增加，高浓度的镉胁迫对转化酶的活性变化影响比较一致。

3.3.2 除了30浓度外，各个处理浓度均表现出，在处理90天内，转化酶浓度持续增加，到120天时，浓度下降的趋势。

4.讨论

本实验采用盆栽的方式，分别取0、10、20、30、40、50、60不同浓度的镉溶液，对国槐的不同生长时间30、60、90、120d的土壤酶活性进行的研究。得出结论：

1.低浓度的0，10，20，30镉溶液胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的过氧化氢酶活性均呈先升高，后降低，然后再升高的变化趋势。

2.低浓度的0，10，20，30镉溶液胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的过氧化物酶活性均呈先降低，后升高，然后再降低的变化趋势。

3.各浓度的0、10、20、30、40、50、60镉胁迫下，不同生长时期的国槐土壤的转化酶活性呈现升高、降低、升高、降低、再次升高、再次降低的趋势

4.当有外部毒素刺激时，能激发过氧化氢酶的应激反应机制，促使过氧化氢酶活性提高，以利于解毒。而且短时间内，低浓度的镉处理使得过氧化氢酶的解毒作用达到最强。

5. 0浓度的土壤过氧化物酶的活性最高，说明，镉毒害会抑制过氧化物酶的活性。

6.镉胁迫下，一定程度下能激活转化酶的活性。但随着镉浓度的增加，高浓度的镉胁迫对转化酶的活性变化影响比较一致。

7.本实验所选取生长时间对于树木生长全周期，只是极少时间段。因而在生长的其后的长时间中，是否有新的突发折点，还没有办法明确。

8.本实验所选取时间间隔为30天，持续120天。能够得出土壤酶的活性变化趋势。但变化的拐点，即变化的最高峰值，没有断定。这需要进一步加密实验次数，减少时间间隔。如果能确定时间的峰值拐点，可以作为国槐绿化效果维护、更新的辅助参考。

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