土壤酶是土壤的重要組成部分,已被國際經濟合作和發展組織(OECD)和國際標準化組織(ISO)列為測試土壤污染物生態毒性的重要手段之一。然而,已有研究表明鎘(Cd)對土壤酶活性存在激活、抑制、不變三種作用,且通過劑量-效應曲線得到的生態劑量值(ED)也存在較大的變幅。因此,亟需從更深層次揭示Cd對土壤酶毒性的作用機制,闡明土壤酶對Cd毒性響應差異的成因,為土壤酶的應用提供依據。
中國科學院華南植物園博士后譚向平在研究員申衛軍的指導下,與西北農林科技大學教授何文祥、韋革宏課題組合作,利用我國15個不同類型的典型農田土壤,通過外源添加Cd鹽,采用酶動力學手段較為系統地分析了Cd對土壤脫氫酶(DHA)活性的抑制機理。研究結果表明:(1)Cd對土壤DHA的抑制機理隨土壤類型而改變,對酸性土壤(赤紅壤和棕壤)DHA為非競爭性抑制,表明Cd污染雖然對酶-底物的親和力無影響,但減弱了酶-底物復合物的分解能力,從而削弱酶促反應初速度,從本質上減弱酶促反應的進行。對中性和堿性土壤DHA為線性混合型抑制,表明Cd污染不僅降低了酶與底物的親和力,同時減弱了酶-底物復合物的分解能力,更快地改變酶促反應的初速度,從而抑制DHA活性;(2)土壤Cd含量與DHA動力學參數之間呈現顯著的劑量-效應關系。相比Vmax和Km,反應速度常數(k)能夠更好地指示外源Cd污染程度;(3)對ED25與土壤性質和抑制常數的多元回歸分析表明,土壤有機碳含量和抑制常數是影響Cd對DHA毒性的主要控制因素。
以上結果將對了解Cd的生態毒理及Cd污染的生物修復具有重要意義,也為預測重金屬毒害下土壤微生物活性以及土壤養分和環境質量的變化提供了理論依據。
相關結果已近期發表在國際學術期刊Journal of Hazardous Materials上。
土壤采樣地點位置圖
鉻對供試土壤脫氫酶Km、Vmax和k的影響
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