Cu和Cd胁迫对小麦生长过程中土壤过氧化氢酶活性的影响

安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2009,37(20):9422-9424责任编辑　常俊香　责任校对　卢瑶

Cu和Cd胁迫对小麦生长过程中土壤过氧化氢酶活性的影响

张双,肖昕,白兴雷,贾红霞　(中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州221008)

摘要　采用盆栽试验研究Cu、Cd单独及复合污染对不同生长时期小麦根区、非根区土壤CAT酶活性的影响。结果表明,小麦抽穗期以前,Cu、Cd胁迫下根区、非根区土壤CAT酶活性呈上升趋势,酶活性最大值出现在抽穗期或成熟期;Cu、Cd单独及复合污染条件下,小麦根区土壤的CAT酶活性大于非根区。关键词　Cu;Cd;小麦;过氧化氢酶中图分类号　S512.1　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)20-09422-03EffectsofCuandCdStressonSoilCatalaseActivityduringWheatGrowth

ZHANGShuangetal　(ChinaUniversityofMiningAndTechnology,JiangsuKeyLaboratoryofResourceandEnvironmentalInformationEn2gineering,Xuzhou,Jiangsu221008)

Abstract　PottestwastakentostudytheeffectsofsingleandcombinedpollutionbyCuandCdonCATactivityofrhizosphereandnon2rhizo2spheresoilindifferentgrowthstagesofwheat.TheresultsshowedthattheCATactivitiesofrhizosphereandnon2rhizospheresoilshowedincreas2ingtrendbeforeheadingstageofwheat,themaximumvalueofenzymeactivityappearedinheadingstageormaturity.TheCATactivityofrhizo2spheresoilwashigherthanthatofnon2rhizospheresoilundersingleandcombinedpollutionbyCuandCd.Keywords　Cu;Cd;Wheat;Catalase

　　土壤重金属污染已成为世界性的重大环境问题,土壤重金属可通过食物链进入人体危害人体健康。目前土壤重金属污染研究已成为环境领域的热点问题

[1-2]

分别于小麦不同生长时期(Ⅰ:幼苗期;Ⅱ:拔节期;Ⅲ:抽穗期;Ⅳ:成熟期)取根区、非根区土壤进行测定。黏附在小麦,从植株间隙采集的土壤,土

[11]

(CO4滴定法测定,以每1

。土壤酶是土

壤的重要组成部分,在降解土壤有毒物质、消除土壤污染等方面发挥着重要作用。其中,某些土壤酶可较敏感地反映土壤受重金属的污染情况,近年来,脲酶、转化酶、义

[6-9]

[-5g.1MnO4的体积(ml)表示。　结果与分析

2.1　Cu胁迫对小麦生长过程中土壤CAT酶活性的影响

。,解除过氧化氢

[10]

　无重金属污染条件下(CK),小麦根区、非根区土壤CAT酶活性整体上随小麦生长时期的推移呈先升高后降低的趋势

(图1),这与高秀君等的研究结果相似

[12]

对生物体的毒害作用,是生物防御体系的关键酶之一,且其活性与土壤呼吸作用及土壤微生物活动密切相关

,可以

,小麦抽穗期非根

表征土壤总的生物活性。国内外学者对重金属污染条件下土壤酶活性的变化进行了大量研究,但有关植物生长过程中重金属污染对植物根区、非根区土壤酶活性的影响研究较少。因此,笔者通过盆栽试验研究了小麦生长过程中Cu、Cd及其交互作用对小麦根区、非根区土壤过氧化氢酶活性的影响,旨在为植物根际与土壤酶活性研究及土壤环境质量评价提供理论依据。

1　材料与方法

111　材料　CuSO4・5H2O、CdCl2・2.5H2O均为分析纯。供试

区土壤CAT酶活性达到最大值,之后有所下降但明显高于幼苗期。Cu胁迫下,根区、非根区CAT酶活性变化趋势与对照相似(除根区200mg/kg处理),也在抽穗期达到最大值,且CAT酶活性随Cu处理浓度升高有所下降。从幼苗期到抽穗期CAT酶活性上升幅度较大,中等处理浓度(100

mg/kg)下,根区、非根区CAT酶活性分别上升了1.81、1.89ml/(g・20min)。

Cu胁迫下,根区、非根区CAT酶活性随处理浓度不同存

在一定差异。总体来看,根区CAT酶活性在拔节期明显低于对照,与对照CTA活性差值最大为0.91ml/(g・20min),而其他生长时期CTA活性与对照差异较小(高浓度处理除外),说明Cu在小麦拔节期对根区CAT酶活性具有明显的抑制作用;在中、低浓度Cu作用下,小麦生长后期(抽穗期、成熟期)非根区CAT酶活性与对照相当,而高浓度Cu对

CAT酶活性具有抑制作用,这可能与受试作物、重金属含量

小麦品种为烟农19(购于徐州市种子公司)。供试土壤取自中国矿业大学南湖校区绿化用地,土壤总氮含量9.26g/kg,总磷含量9.95g/kg,总钾含量17.00g/kg,总铜含量49.75

mg/kg,总镉含量4.275mg/kg,总铅含量72.575mg/kg,总锌

含量212.675mg/kg。

112　方法　将12.5kg土壤与所投加的重金属混合均匀,装

入花盆,每盆播150粒麦种,在自然环境中培养。Cu处理浓度分别为25、100、200mg/kg;Cd处理浓度分别为1、5、10

(50+2)、(200mg/kg;Cu、Cd复合处理浓度分别为(25+1)、+10)mg/kg,同时设空白对照(CK)。

基金项目　中国矿业大学科技基金(D200402)。

作者简介　张双(1985-),女,河北昌黎人,硕士研究生,研究方向:环

境毒理学。

收稿日期　2009203227

及作物不同生长时期土壤重金属化学形态和微生物数量及类群不同有关利等

[17]

[13-16]

,其作用机理有待于进一步研究。Cu胁

迫下CAT酶活性总体上表现为根区大于非根区,这与孟亚

、刘登义等

[19]

[18]

的研究结果相似,该结果可能与根际土

壤中根系分泌物和根际微生物活动有关,植物根际的酶促过程较根际外强

。

37卷20期　　　　　　　　　　　　　　　　张双等　Cu和Cd胁迫对小麦生长过程中土壤过氧化氢酶活性的影响

9423

图1　Cu胁迫下根区、非根区土壤CAT酶活性

Fig.1　SoilCATactivityofrootzoneandnon2rootzonetreatedbyCu

2.2　Cd胁迫对小麦生长过程中土壤CAT酶活性的影响　麦生长较旺盛,从土壤中吸收养分较多所致。

总体来看,小麦幼苗期和成熟期根区、非根区CAT酶活性略大于对照,拔节期和抽穗期根区、非根区土壤CAT酶活性小于对照。处理浓度为5mg/kg时

,幼苗期根区、非根区

CAT酶活性分别增加了0.45、0.15ml/(g・20min),拔节期分

由图2可知,Cd胁迫下,根区、非根区土壤CAT酶活性随小麦生长时期的推移整体呈上升趋势(根区10mg/kgCd处理除外),CAT酶活性在小麦成熟期达到最大值,根区土壤CAT酶活性为(按处理浓度由低到高)5.85、5.81ml/(g・20min),非根区为5.75、5.99、5.98ml/(g・20min)。从幼苗期到抽穗期CAT酶活性增幅较大,之后趋于平缓,从幼苗期到抽穗期根区CAT酶活性分别增大了1.66、1.31、1.64ml/(g・20

min),非根区CAT酶活性分别增大了1.52、1.34、1.55ml/(g・20min);而从抽穗期到成熟期根区CAT酶活性分别

别下降了1.26、1.19ml/(g・20min),抽穗期分别下降了

0.22、0.26ml/(g・20min),成熟期分别增加了0.26、0.56ml/(g・20min)。这说明CdCAT酶活性的作用呈

“--激活,但具体原因还Cd胁迫下根区CAT酶活性增加了0.09、0.1ml/(g・20min),非根区加了0.08、0.4、0.08m

l/(,图2　Cd胁迫下根区、非根区土壤CAT酶活性

Fig.2　SoilCATactivityofrootzoneandnon2rootzonetreatedbyCd

图3　Cu2Cd交互作用下根区、非根区土壤CAT酶活性

Fig.3　SoilCATactivityofrootzoneandnon2rootzonetreatedbycompoundpollutionofCu2Cd

2.3　Cu2Cd胁迫对小麦生长过程中土壤CAT酶活性的影幼苗期酶活性值。非根区CAT酶活性随小麦生育期的推移呈上升趋势且趋于平缓,幼苗期至抽穗期上升幅度较大,最高上升了1.58ml/(g・20min),而抽穗期至成熟期最高仅上升了0.12ml/(g・20min)。

响　Cu2Cd交互作用下,根区、非根区CAT酶活性随小麦生育期的推移变化趋势不同(图3)。根区CAT酶活性呈先升高后降低的趋势,抽穗期酶活性最大,之后大幅度下降,趋于

9424

　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年

Cu2Cd交互作用下,根区、非根区CAT酶活性随处理浓一定差异。

(4)总体来说,在小麦整个生长过程中,Cu、Cd胁迫下根

度的不同存在一定差异。小麦成熟期根区CAT酶活性明显低于对照,酶活性值最大下降了1.17ml/(g・20min),而非根区CAT酶活性高于对照,最大增加了0.49ml/(g・20min),说明Cu2Cd交互作用对成熟期根区CAT酶活性具有显著的抑制作用,而对非根区CAT酶活性具有激活作用。其机理可能是Cu2Cd复合污染促使小麦根系产生了某种分泌物,抑制了根区土壤微生物的生长和繁殖,减少了小麦对CAT酶的合成和分泌,最终导致CAT酶活性下降杂

[18]

[19-20]

区CAT酶活性大于非根区,但也出现了非根区大于根区的现象,特别是在成熟期Cu2Cd交互作用下表现显著,其原因有待于进一步研究。参考文献

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,但植物根际

环境使重金属复合污染对土壤酶活性的影响变得更为复

,其具体原因尚待进一步研究。Cu2Cd交互作用下,根

区CAT酶活性在小麦生长前3个时期大于非根区,而在小麦成熟期明显小于非根区。

小麦生长前期,低浓度Cu2Cd交互作用均增大了Cd单因素作用下的CAT酶活性(根区、非根区);而小麦生长后期高浓度Cu2Cd交互作用下,则减弱了Cd单因素作用下的

CAT酶活性。表明与单因素相比,Cu2Cd交互作用对根区、

非根区CAT酶活性的影响不同,并随处理浓度的不同存在一定差异。

3　结论

(1)总体来看,Cu、Cd胁迫下土壤CAT酶活性随小麦生

长时期推移的变化趋势为:Cu胁迫下根区、非根区CAT性均呈先上升后下降趋势;CdCAT性均呈逐渐上升趋势;先上升后下降趋势,,酶活性最大值出现在抽穗期或成熟期。

(2)Cu、Cd胁迫下,CAT酶活性(根区、非根区)在幼苗

期接近或高于对照,表现出一定的激活作用,拔节期Cu、Cd单因素胁迫对CAT酶活性具有抑制作用;小麦生长后期(除根区Cu2Cd交互作用)趋于对照,但大部分在成熟期表现出对CAT酶活性的激活作用。

(3)重金属对土壤酶活性的影响与重金属种类、浓度、土

壤酶种类等有关,因此Cu2Cd交互作用与对Cu、Cd单独作用对根区、非根区CAT酶活性的影响,随处理浓度的不同存在

(上接第9392页)

　　该研究用PCR2SSCP技术检测了猪CACMA2D1基因第

14外显子和内含子部分序列在6个品种及1个资源家系,共

有355头猪的单核苷酸呈多态性,共发现了3种基因型,这3种基因型在不同肉质类型的猪种间差异显著(P

A),这个新发现位点的多态信息含量为0137,为中度多态位

点

[10]

,表明该位点具有较高的遗传变异程度,有一定的选择

潜力

[11]

。

参考文献

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