PDF《第1卷第 1期》

第1卷第

1 期2006年 3月生态毒理学报As i a n J o u r na l o f E c o t o x i c o l o g y V0 l _1 .

No.1 Ma r .2

0 o6 土壤 中草甘膦与镉 的交互作用对 3种土壤酶活性 的影响王玉军-.一,周东美 , , 孙瑞娟1,2,郝秀珍

1 ,

2 1 .中 国科 学 院南 京土 壤研究所 土壤 与农 业 可持 续发展国家重 点 实验 室,南京2100082.中 国科 学 院研 究生 院 ,北 京100039摘要:研究了两 种 土壤 中草 甘膦与镉 交互作用对土壤 三种酶活性的影 响 .结 果发现,低浓度镉略 促进乌栅 土中的脲 酶活性,而高浓 度镉 则显著抑制了其 脲 酶活 性,当与草 甘膦共存 时,草甘 膦 的存 在增强了镉 对脲酶活性的抑 制作用;

镉对红壤 中脲 酶活 性的影响较 小 ,而草 甘 膦单 一或与cd共 存时均显著抑 制了红壤 中脲 酶 的活 性 .镉抑 制了乌栅 土 中酸 性和碱性 磷酸酶活性,而草甘膦的存 在增加了镉 的毒 性,两者表现为协同作用 ;

低浓度镉促进了红壤 酸性 磷酸酶活性,而高浓 度镉则抑制了土 壤酸性磷酸酶活性 , 草甘 膦的存在 降低了红 壤 中镉 的毒 性,两者表现为颉颃作用.镉对红壤 中碱 性 磷酸 酶 的活性 影响较小 . 关键 词:土壤;

酶 活性 ;

草甘膦;

镉 ;

交互作用 文章 编号:1673―5897(

2 0

0 6)

1 ―

0 5

8 ―

0 6 中 图分 类号 : X

5 3 文献 标识码:AEf fe c t s o f Gl y p h o s a t e a n d Cd I n t e r a c t i o n o n t h e Ac t i v i t i e s o f S e v e r a l S o i l En z y me s WAN G Y u ― j u n , ,Z H O U D o n g ― me i , ,S U N R u i ― j u a n , , H AO X i u ― z h e n ,

1 .S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f S o i l a n d S u s t a i n a b l e A g r i c u l t u r e ,I n s t i t u t e o f S oi l S c i e n c e ,C h i n e s e A c a d e my o f S ci e n c e s ,N a nj i n g

2 1

0 0

0 8

2 .G r a d u a t e S c h o o l o f t h e C h i n e se A c a d e m y o f S ci e n c e s ,B e i j i n g

1 0

0 0

3 9 Re c e i v e d

2 6 J a n u a r y

2 0

06 r e c e i v e d i n r e v i s e d f o r m

1 7 Fe b r u a r y

2 0

0 6 a c c e p t e d

1 8 F e b r u a r y

2 0

0 6 A b s t r a c t : E r i e c t s o f g l y p h o s a t e ( G P S)a n d C d i n t e r a c t i o n o n s o i l u I ~ a $ e a n d p h o s p h a t a se a c t i v i t i e s w e l t ~ s t u d i e d .C a d m i u m i n a Wu s h a n s o i l( WS , A n 山roso1)s l i g h f l y p r o m o t e d a nd i n h i b i t e d u r e a s e a c t i v i t y w h e n i t s c o n c e n t r a t i o n w a s l o w e r t h a n

0 .

1 mmo l '

k g_ .a n d h i g h e r t h a n 0.

5 mmo l ・ k g― L r e s p e c t i v e l y .W h e n g l y p h o s o a t e a n d C d c o e x i s t e d i n t h e WS.t he i n h i b i t i o n o f C d t o u r ea se a c t i v i t y i n c r e a s e d .I n t h e r e d s o i l ( R ,U d i c F e r r o s o l s ) ,C d d i d n o t a f f e c t u r e a se a c t i v i ~.b u t g l y p h o s a t e s i g n i f ic a n t l y i n h i b i t e d t h e a c t i v i t y . Ca d mi u m i n h i b i t e d t h e a c t i v i t i e s o f a c i d i c a n d a l k a l i n e p h o s p h a t a s e i n t h e WS. t h e p r es e n c e o f g l y p h o s a t e e n h a n c e d t h e i n h i b i t i o n.L o w a n d h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f C d p r o mo t e d a n d i n h i b i t e d t h e a c t i v i t i e s

0 f a c i d i c p h o s p h a t a s e i n t h e R. I

1 1 e p r e s e n c e o f g l y p h o s a t e a l l e v i a t e d t he i n h i b i t i o n o f C d. Ho we v e r . C d d i d n o t s i g n i f ic a n t l y a f f e c t e d 山e a c t i v i t i e s o f a lk a li n e p h o s p h a t a s e i n t h e R. Ke y wo r d s : s o i l ;

e n z y me a c t i v i t y ;

g l y p h o s a t e ;

c a d mi u m;

i n t e r ac t i o n 收稿日期 :

2 0

0 6―

0 1―

2 6 修回日期 :

2 0

0 6―

0 2―1

7 录用日期 :

2 0

0 6―

0 2―1

8 基 金项 目:国家 重点 基础 发展 规 划项 目( N o .

2 0

0 2 C B

4 1

0 8

0 8 ) ;

中 国科 学 院创 新团队国 际合作 伙伴 计 划项 目( N

0 . C X T D ― Z

2 0

0 5 ―

4 ―

1 ) 作 者简 介:王玉军 (

1 9

7 7 一),男,助研(在职博 士);

}通 讯 作者 ( C o n e s p o n d i n g a u t h0 r ) . E- ma i l : d m

0 u @i 蛐.ac.cn维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 王玉军 等 :土壤 中草甘 膦与镉 的交互作 用对 3种土壤 酶活性 的影 响591引言(Introduction) 由于金属 冶炼和污灌 ,我 国被 镉污染的耕地约有2.8*l05hm,涉 及11省 市的25个 地区.一些地方土壤和植物中的镉 含量分别达288和

4 .

8 m g・ k g 一,并有进一步升高的趋势(Zhoueta1.,2003).随着 劳动力成本的提高,化 学 除草 面积 逐年扩大 ,除草剂 的生产量 和使用量迅速增 加. 在全国化 学农 药万吨级 品种中,草 甘膦年产量位居第3位 ( 欧 阳嘉 ,2

0 0 0) .草甘膦在土壤 中 的半 衰期变化较大,平均为47天 , 主要与土壤中的微 生物种群、数 量以及农药与土壤的结合方式等有关(Carlisleeta1.,1

9 8

8 ) .研究表 明,过量使用 草甘 膦可导致 农田中泥 鳅 的绝 迹(南旭阳等,2

0 0

3 ) . A r a u j o等(2003)发现草甘膦影响了土壤微生物过程,如使 土壤 C O 释放 量增 加了10%一

1 5 %, 使FDA水 解酶活性增加了9%~

1 9 %,并增加了土壤 中放线菌 和真菌 的含量 ,而降低 了土壤 中细菌 的 含量 . 目前 , 我国农 田土壤存在草甘膦和 C d复合污 染的威 胁 ,但大多数研究仍主要 集 中在 吸附与解 吸过程方面(Zhoueta1.,2

0 0

4 ;

Wa n g e t a

1 . ,

2 0

0 4 a ) , 有关草甘膦与Cd复 合污染对土壤 微生物影响的研 究很少(Ramstedteta1.,2005).本文以草甘膦和镉的土 壤复合污染为研 究对象,探讨 其交互作用对土壤 3种酶活性 的影 响.2材料与方法(Ma t e r i a l s a n d me t h o d s )

2 .

1 供试 土壤性质乌栅土(WS ) 采自中国科学院常熟农业生态试验站实验田,红壤(R) 采 自江 西鹰潭,为荒 地土壤.所有样品经风干后 磨碎,过

2 0目筛 ,均匀 混合后储藏备用.土壤 基本理化性质见表1,其测 定参考文献 方法 ( 鲁如坤,1

9 9

9 ) . 表1供试 土壤的基 本理化性 质Ta b l e

1 S o me p h y s i c o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s o i l s t e s t e d

2 .

2 土壤脲酶活性 的测 定土壤3种 酶 活性 的测 定均参考Sannino(2001)的方法.称取1.000g土 壤于3组

5 0 m L离心管中,分 别向每组 中加 入

0、1.

0、5.0mmol・L草甘膦溶 液10mL, 然后向各 组离 心管中分 别加入

0、0.

1、0.

5、1.

0、5.0和

1 0 m m o l ・ L 镉溶液(CdCl2配制)1.0mL, 培养24h.向每 只 离心 管 中再 加入3.0mL含有

0 .

3 3

3 m o l ・ L 尿素,0.1mol・L磷酸盐 +

0 .

0 0

1 m o l ・ L E D T A( p H

7 . 0) 溶液,并加 甲苯

1 2 滴,于37℃下 培养

4 h . 拿 出后 , 立 即放 人冰箱中冷冻

1 0 m i n , 使酶失活.加入

1 0 m L的2mmol・L的KCI溶液,振荡10min, 过滤,用靛酚兰法 测定溶液中N H : 浓度,以溶液中N H : 的浓度计算土壤 脲酶 活性 .

2 .

3 土壤酸性磷 酸酶活性的测 定称取1.000g土壤 于 3组

5 0 m L离心管中,分别向每组 中加 入

0、1.

0、

5 .

0 m m o l ・ L 一-草甘膦 溶液1.0mL ,然后向各 组离心管中分 别加入

0、0.

1、0.

5、1.

0、5.0和

1 0 m m o l ・ L 镉溶液(CdCl2配制)1.0mL,培养24h.向每 只离 心管中再 加入3.0mL含有0.033mol・L对硝基苯磷酸二钠的pH6.5的通 用缓冲试剂,加甲苯

1 ― 2滴 培养

1 h后,立即放入冰箱中冷冻

1 0 m i n , 使酶失活.向离心管 中加 入1.0mL

0 .

5 mo l ・ L~ C a C I

2 和4.0mL 0.

5 t oo l ・ L N a O H溶液 , 振荡

1 m i n , 过滤 , 使 用分光光度计 ( U V

9 2

0 0,北京瑞利)于

4 1

0 n m处测定对硝基苯酚浓度 ,以生 成 的对 硝基苯酚浓 度来计算酸性磷酸酶活性 .

2 .

4 土 壤碱 性磷酸酶活性的测 定 称取

1 .

0 0

0 g土壤 于 3组

5 0 m L离心管中,分别向每组 中加 入

0、1.

0、5.0mmol・L--草甘膦 溶液1.0mL,然 后向各组离心管中分别加入

0、0.

1、0.

5、1.

0、

5 . 0和10mmol・L镉溶液(CdCl2配制)1.0mL,培养

2 4 h .向每只离心管中加 入3.0mL含有0.033mol・L对硝基苯磷酸二钠的pHll的通用 缓冲试剂,加甲苯 l 2滴培养1h后 , 立即维普资讯 http://www.cqvip.com

6 0 生态毒理学报第1卷放人冰箱中冷 冻10min,使酶失活.向离 心管中加 入1.0mL0.5mol・L的CaCl2和

4 .

0 mL

0 .

5 m

0 l ・ L 的NaOH溶液,振荡lmin,过滤,使用分光光度计(UV9200,北京瑞利)于410nm处测定对硝基 苯酚浓度,以 生成的对 硝基苯酚浓度来计 算 碱性 磷酸酶的活性 .

3 结果 ( R e s u l t s )

3 .

1 草甘膦 与镉 交互作 用 对土 壤 脲酶 活性的影 响图1(A,B) 分别显示了草甘 膦 与镉 交互作用(A) 图1对乌栅土和红 壤 中脲 酶活性的影 响.镉的加入显著影响了土壤脲酶 活性 ,在乌栅土上低浓度镉对 土 壤脲 酶活 性 有一 定 的刺 激 作用 .当镉 含 量为

0 .

1 m m o

1 . 一一时,土 壤脲酶活性较对照增加了18%;

但随着土壤镉 含量 的增 加,脲酶活性逐渐降低.当 土壤镉含量分别为0.

5、1.

0、5.0和 l

0 m m o l ・ k s 一时 ,土壤 脲酶 相对 于对 照分别 降低 了16%,32%,54%和

7 4 %.而镉对红壤脲酶活性的影响较 小,可能是 红壤中的微 生物活性 较低,仅为乌栅 土 中的

1 /

1 0左右.…00.

1 O.

5 1

5 1 O 镉含量, ( m mo l '

k g ) ( B) 镉含 量,(mmo l ・ k g ) 镉与草甘膦( G P S ) 交互作用对土壤脲酶活性的影响( A :乌栅土 . B :红壤 ;

口GPS含量

0 m m o ! ・ l '

g ~ , 口GPs含量1 .

0 m m o l ・ l '

g 一. G 】 P s 含量5 .

0 mm o l ・ l '

g 一)Fig.1 E f f e c t o f C d a n d g l y p h o s a t e i n t e r a c t i o n O i l s o i l u r e a s e a c t i v i t y ( A: WS, B : R) 草甘膦的存 在显著影响土壤 脲酶的活性 .随含量的增 加 ,其 对两 种 土壤 脲酶的活性均有明显的抑 制作用.当存 在5.0mmo]・kg的草甘膦时,乌栅土中脲酶活性 降低 了12%,而红壤中脲酶活 性降低了95%. 当镉与草甘膦共存时 ,它们对 土壤 脲酶 活性 的影 响更 为显著.在乌栅 土中当0.1mmol・kg一-镉与1.0mmo l ・ k g 一草 甘膦共存 时,虽然脲 酶 活性 较对照还是 增加了,但是较0.1mmol・kg一-镉时(GPS含量

0 mm o l ・ k g )降低 了11%,........