重金属Cd、Pb离子对土壤酶活性的抑制影响

材料和方法

1.1材料的采集与预处理

1.1.1样品来源 中国矿业大学不显山土样（未受污染土壤）。

1.1.2取样方法 五点取样法：在20m×20m的区域内选取四角和中心点，取10～15cm深处的土壤，每点取两袋样品，每袋约200g，样品放于无菌封口塑料袋中，贴好记录标签，立即带回实验室处理保存。

1.1.3土壤保存方法 将土样混匀后过2mm孔隙筛，除去植物根系和石子等杂质，平铺在报纸上，放于阴凉通风处自然风干，避免阳光暴晒。待土壤水分完全蒸发掉之后，用研钵将土壤研磨碎，盛装于样品袋中密封好，用于配制含重金属的受污染土壤以及测定土壤酶活性等实验操作。

1.2 模拟重金属污染

1.2.1 镉离子、铅离子浓度梯度 为模拟矿区周围镉、铅的污染情况，选择镉离子的浓度梯度为：11.20mg/kg、16.80mg/kg、22.40mg/kg、28.00mg/kg，铅离子的浓度梯度为：10.35mg/kg、20.70mg/kg、31.05mg/kg、41.40mg/kg。

1.2.2 不同浓度梯度含铅、镉土壤的配制 首先分别配制0.5mol/L氯化镉溶液和0.5mol/L乙酸鉛溶液各50mL，并于121℃，101MPa下灭菌20min。称取100g风干土样于150mm培养皿中，加入0.5mL氯化镉溶液，加水到将土壤完全浸没即可，浸泡24h后，放于真空干燥箱中，80℃下烘干水分，取出后用研钵将土壤研磨粉碎，装入样品袋中备用，此土壤的镉离子含量为280mg/kg。另外，称取100g风干土样于150mm培养皿中，加入0.4mL乙酸铅溶液，其余操作与配制含镉土壤相同，此土壤铅离子浓度为414mg/kg。

含Cd、Pb不同浓度土壤配制的原料比例如表1、表2。将配制好的土壤放于4℃冰箱中保存备用。

1.3土壤酶活性测定方法

分别用靛酚蓝比色法、磷酸苯二钠比色法[10]研究不同浓度重金属Cd、Pb对土壤中脲酶活性、酸性磷酸酶的影响。

1.4酶活性抑制率表征方法

为了定量反映不同浓度重金属对于土壤酶活性的抑制程度，可以采用酶活性抑制率（简称定浓抑制率）来进行表征[11]，计算公式见公式：

定浓抑制率=■       （1）

2 结果与分析

2.1 Cd、Pb离子对土壤脲酶活性的影响

测得各土壤样品的吸光值及脲酶活性，如表3：

由表3可知，培养24h后，与对照组比较，不同浓度的重金属镉离子和铅离子对于土壤脲酶的活性均有不同程度的抑制。随着铅离子和镉离子浓度的增加，土壤中脲酶活性均有下降，镉离子影响较大，脲酶活性下降了近50%。高大翔[12]等人的研究也提及土壤脲酶活性可以作为重金属汞及汞和镉复合污染程度的监测指标。可见，土壤中的脲酶对于镉离子的敏感程度相当高。

脲酶抑制率结果见表4，与未添加重金属的土壤相比，添加重金属镉离子和铅离子的土壤中脲酶活性均有下降，且不同种类的重金属导致脲酶活性的下降幅度有所差别，表现为Cd大于Pb，且随着重金属浓度的增加，土壤脲酶定浓抑制率逐渐增大。

2.2 Cd、Pb离子对土壤酸性磷酸酶活性的影响

各土壤样品的吸光值及酸性磷酸酶活性，如表5所示：

由表5中数据可以看出，镉、铅离子对于土壤酸性磷酸酶的活性均呈现抑制状态，且两种重金属的抑制作用相差不大。铅离子浓度为31.05mg/kg和41.40mg/kg时，土壤酸性磷酸酶活性几乎相同，出现这种现象的原因可能是铅离子浓度在31.05mg/kg时就已经达到了对土壤酸性磷酸酶的最大抑制浓度，所以即使提高铅离子浓度也不会再使土壤酸性磷酸酶的活性有明显的下降。

土壤酸性磷酸酶的定浓抑制率，见表6。镉和铅对土壤酸性磷酸酶的抑制范围分别是75.7%～83.9%和83.5%～85.2%，表示铅离子对土壤酸性磷酸酶的抑制程度更高，且浓度较低时抑制程度就较为显著，定浓抑制率随铅离子浓度变化量较小;而土壤中酸性磷酸酶的抑制程度与镉离子浓度呈明显正相关。

2.3 Cd、Pb离子对土壤脲酶、酸性磷酸酶活性的分析比较

由表4、表6可知，镉离子对土壤脲酶的抑制程度大于铅离子，而铅离子对土壤酸性磷酸酶活性的抑制率则大于镉离子;镉离子对土壤酶抑制作用大小为：脲酶>酸性磷酸酶，由于脲酶对镉离子污染的敏感程度最高，因此，可以作为镉污染的示警指标;铅离子对土壤酶的抑制作用大小为：酸性磷酸酶>脲酶，由于土壤酸性磷酸酶对于铅离子污染的敏感程度最高。因此，可以将酸性磷酸酶作为铅污染的示警指标。

3 结论

Cd、Pb离子对于土壤中的脲酶和酸性磷酸酶的活性均具有抑制作用，且镉离子对土壤脲酶的抑制程度大于铅离子，而铅离子对土壤酸性磷酸酶活性的抑制率则大于镉离子。其中脲酶对于镉污染的敏感程度最高，可以作为镉污染的预警指标;酸性磷酸酶对于铅污染的敏感程度最高，可以作为铅污染的预警指标。

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作者简介：杨廷章，在读本科生，研究方向：生物技术研究。

通讯作者：肖雷，博士，副教授，研究方向：生物化工及环境生物技术研究。