Cd2+、Pb2+、Cr6+對崇明東灘濕地沉積物脲酶活性的Hormesis效應(yīng)研究.pdf

1、濱海濕地是海陸交互作用的敏感地帶，隨著沿海經(jīng)濟的高速發(fā)展及濱海濕地地理位置的特殊性，大量的陸源污染物，包括重金屬等在濕地積累、轉(zhuǎn)化、遷移，并產(chǎn)生顯著的環(huán)境效應(yīng)。以往有關(guān)重金屬對沉積物土壤酶的影響取得了十分重要的進展，然而，不難發(fā)現(xiàn)，這些研究大多關(guān)注于重金屬的對酶的抑制效應(yīng)，有關(guān)低劑量刺激效應(yīng)（Hormesis）的研究還很少報道。
　　本研究以崇明島東灘濕地為原型區(qū)域，采集濕地沉積物樣品，分別添加Cd2+(0.001～2.0 mg/

2、kg)、Pb2+(0.5～1000 mg/kg)、Cr6+(0.4～800 mg/kg)等不同劑量的重金屬，在不同培養(yǎng)時間觀測沉積物脲酶(Urease)活性及其酶促反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的變化，揭示重金屬-Urease的hormesis現(xiàn)象;同步研究三種重金屬對Urease標(biāo)準(zhǔn)酶活性及其酶促反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的影響，探索酶活性對重金屬響應(yīng)的應(yīng)激機制;研究Hormesis效應(yīng)劑量水平下小麥種子發(fā)芽率與生物量等的變化，評估土壤酶Hormesis效應(yīng)的傳

3、遞及可能存在的風(fēng)險。項目研究將為土壤酶是否存在Hormesis效應(yīng)提供直接證據(jù)，也無疑有助于濕地重金屬環(huán)境效應(yīng)的科學(xué)評估。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1) Cd2+、Pb2+對沉積物Urease活性均存在明顯的Hormesis效應(yīng)，二者對Urease Hormesis效應(yīng)的劑量區(qū)間為0.001-0.01mg/kg(Cd2+)和0.5 mg/kg(Pb2+)，酶活性分別高于CK16.1～38.2％(Cd2+)和15.0％(Pb

4、2+)，明顯的Hormesis效應(yīng)出現(xiàn)的時間在培養(yǎng)后的48 h。Cd2+添加量為0.1mg/kg、Pb2+添加量為5.0-50 mg/kg時，沉積物Urease活性與CK無顯著差異。可以認(rèn)為，該劑量是Urease的無效應(yīng)濃度。相比較而言，Cr6+對沉積物Urease活性不存在明顯的Hormesis效應(yīng)。
　　(2)Urease標(biāo)準(zhǔn)酶對重金屬添加的響應(yīng)表現(xiàn)為，隨著重金屬添加量的增加，標(biāo)準(zhǔn)酶活性均呈現(xiàn)遞減趨勢。添加Cd2+時，標(biāo)準(zhǔn)酶的

5、活性隨著培養(yǎng)時間的延長，出現(xiàn)先下降后升高的U型曲線;添加Pb2+、Cr6+時，標(biāo)準(zhǔn)酶活性均未隨培養(yǎng)時間延長產(chǎn)生相似變化。這表明，Urease本身對三種重金屬離子并不存在直接應(yīng)激反應(yīng)，沉積物Urease對Cd2+、Pb2+的hormesis效應(yīng)機制可能存在其他間接作用。
　　(3)沉積物Urease及標(biāo)準(zhǔn)酶酶促反應(yīng)動力學(xué)結(jié)果表明，三種重金屬離子添加后，Km值較CK下降幅度分別為6.3-57.1％(Cd2+)、6.3-57.1％(Pb

6、2+)和34.8-90.1％(Cr6+);與此同時，Vmax也顯著下降，降低幅度分別為48.2％(Cd2+)、8.2-62.2％(Pb2+)、26.1-93.0％(Cr6+)。這表明，盡管重金屬添加改善了酶與底物的親和力，但可能顯著降低了沉積物Urease的數(shù)量。因此，沉積物脲酶的hormesis效應(yīng)并非重金屬加入改善了酶與底物的親和力所致。
　　(4)重金屬添加下小麥發(fā)芽與生物量的響應(yīng)實驗結(jié)果表明，三種重金屬離子的添加，無論劑量

7、高低，都顯著的降低了小麥的發(fā)芽率。這表明，三種重金屬對Urease存在的Hormesis效應(yīng)并沒有顯著的傳遞到小麥-沉積物生態(tài)系統(tǒng)尺度，進而表現(xiàn)在對小麥發(fā)芽率的促進;三種重金屬的添加均對發(fā)芽種子的生物量產(chǎn)生影響，除了Cd2+(2.0 mg/kg)，重金屬離子的脅迫均增加了發(fā)芽種子的生物量;種了萌發(fā)后，三種重金屬離子的Hormesis劑量水平下Urease的活性均未明顯高于CK，說明三種重金屬離子對脲酶的Hormesis效應(yīng)，并沒有顯著的