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3土壤酶对重金属污染的指示作用
众所周知,重金属在生态系统中具有长期的毒性作用且对土壤酶催化过程有着负面的影响。它们通过抑制其催化反应活跃的基团、改变蛋白质的构象或与其他金属共同参与破坏酶复合物的形成从而破坏土壤酶的活性。Marzadori及 Aoyama 和 Naguno指出, 土壤脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶都对土壤重金属污染 比较敏感,是指示土壤重金属污染的指标。土壤脱氢 酶活性更易受到土壤 Pb 和 Cd 积累的影响,较适合 用于反映土壤中 Pb 和 Cd 污染程度。Pankhurst发现芳基硫酸酯酶可被用作土壤重金属污染的敏感 指标。还有研究发现 L-谷氨酰胺酶、纤维素酶和 β-葡糖苷酶活性受 Hg、Ag、Cr 和 Cd 等金属元素抑制。杨志新等发现中壤质潮褐土中随Cd、Zn复合浓度的增加,过氧化氢酶活性显著降低。龙建等发现矿区红壤受 Cu、Zn、Pb、Cd 混合污染后,土 壤多酚氧化酶活性降低。罗红等对 Ni、Cu、Cd 复合污染的深层红壤进行研究,发现 Ni 浓度增加抑制 土壤转化酶的活性,随 Cu 浓度的增加蛋白酶活性显著降低,Cd 对蛋白酶活性具有明显抑制作用。Frankenberger 和 Tabatabai发现重金属如 Hg、Ag、Cr、Cd 对 L-天冬酰胺酶和硫酯酶均有抑制作用;Bardgett 等也发现这 4 种重金属可抑制酸性磷酸酶和脲酶活性;Al-khafaji 和Tabatabai也发现 其对芳基硫酸酯酶有抑制作用。Füsun 和 Esin发现芳基硫酸酯酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性与 Pb、Cr、Mn 总含量呈显著负相关。
但也有研究表明,土壤酶活性在重金属污染土壤的修复中有一定的积极作用。如在Cd、Zn、Pb 复合污染的中壤质潮褐土中过氧化氢酶活性随着 Pb 浓度增加而增加;Gao 等发现Cd、Cu、Ni 对磷酸酶活性均表现出一定的激活效应;Mikanova发现蛋白酶和脲酶活性受重金属的抑制较弱。在红壤中重金属 Cu、Zn、Pb、Cd 污染对土壤转化酶影响不大。
结论与展望
众多的研究都表明,化肥、农药、污水污泥、城市固体垃圾和重金属会对土壤酶活性产生不同的影响,其作用表现为 3 种趋势,即促进、抑制或没有影响(表 1),同一种酶在同一类污染物的作用下,也可能表现出相反的趋势,这是由于污染物浓度、持续时间、土壤类型的差异造成的。在常涉及的 20 多种酶类中,对各种污染物都较敏感的酶类有脱氢酶、过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、β-葡糖苷酶(表 1)等,可以考虑用这些酶类来指示污染后土壤环境质量的变化,但目前的研究仅限于酶活性的变化,对酶活性的作用机制较少涉及,能否真正用其来指示土壤环境质量的变化可能还需要一些分子生物学机制的研究。
除此之外,土壤中还有大约 40 ~ 50 种酶类的特性是我们所不了解的,这些酶类是否对土壤环境有指示作用也有待于去研究发现,弄清酶活性特征与土壤的关系,寻找一个敏感的、普遍适用的综合指标,是土壤酶学主要的研究方向。
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