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酶修复土壤农药污染的优势和局限性
hewenxiang 2009-9-27 23:43
农药生物降解主要是在微生物作用下进行的 , 归根结底是通过其分泌的酶来完成 , 直接采用酶进行农药修复比微生物、植物处理更具有优势 。如酶不受微生物代谢抑制剂影响 ; 酶对环境中营养等条件要求不高 ; 低浓度农药的酶处理更有效 ; 在微生物捕食者和毒物共存时能保持较高活性 ; 当微生物只能降解某些比较容易的化合物时 , 酶可降解一些特定的污染物 ; 酶分子在土壤中具有较大的移动性 ; 微生物吸收农药和大分子化学物质时需借助特定吸收机制 ( 扩散和渗透 ) , 而酶不需要等。当然 , 在实际应用中也存在缺点 , 酶纯化和提取技术耗时长 , 花费高 ; 酶可能不稳定 ; 需要辅酶因子 , 在应用中比较困难 ; 酶和污染物的相互作用会通过扩散受到抑制 ; 酶可能会被蛋白酶所降解。为此近年来 , 通过采用固定化技术 , 明显提高了酶的稳定性和使用期限 , 使应用日趋向简单、实用、有效和低耗的方向发展。 摘自本人发表于生态学杂志《酶修复土壤农药污染的研究进展》 2001, 20 (3) : 47- 51
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土壤酶与重金属的关系
hewenxiang 2009-9-24 10:51
酶作为土壤的组成部分,其活性的大小可较灵敏地反映土壤中生化反应的方向和强度。到本世纪 70 年代,国内外学者将土壤酶应用到土壤重金属污染的研究领域中,在许多方面取得了显著的进展。下面就此作一简单综述,以期对环境保护研究有所帮助。 1 土壤酶与重金属的关系 重金属对酶的作用机理分为 3 种类型: ( 1 )酶作为蛋白质,需要一定量的重金属离子作为辅基,此时重金属的加入能促进酶活性中心与底物间的配位结合,使酶分子及其活性中心保持一定的专性结构,改变酶催化反应的平衡性质和酶蛋白的表面电荷,从而可增强酶活性 , 即有激活作用; ( 2 )重金属占据了酶的活性中心,或与酶分子的巯基、胺基和羧基的结合,导致酶活性降低,即有抑制作用; ( 3 )重金属与土壤酶没有专一性对应关系,酶活性没有受到影响。 Kumar 等 将质量分数为 50 mg/kg 或 25 m mol/g 的不同金属离子添加到土壤中,脲酶活性均受到抑制, 作用的顺序为: Ag + ³ Hg 2+ Au 3+ Cu 2+ Cu + Co 2+ Pb 2+ 、 As 3+ 、 Pb + 、 Cr 3+ 、 Ni 2+ 其它离子;史长青 的研究表明,稻土土壤脲酶活性与 Cd 、 Cu 、 Zn 呈显著负相关,过氧化氢酶与 Pb 呈显著负相关;认为脲酶、过氧化氢酶可作为土壤污染指标。胡荣桂( 1990 )的试验发现,向红壤中投入 Cd 、 Pb ,当 Cd 质量分数为 30 mg/kg , Pb 为 750 mg/kg 时对脲酶有显著抑制作用,而低浓度 Cd 和 Pb 则有激活作用。许炼峰等 在蔬菜盆栽土壤上模拟 Cd ( 0~1.0 mg/kg) 、 Pb ( 0~10 mg/kg )污水灌溉,发现蔗糖酶比脲酶对重金属更敏感。 Lebedeva 发现质量分数为 20 mg/kg 的 Cd 不会引起脲酶活性明显降低,而 100 ~ 150 mg/kg 的 Zn 和 80 ~ 100 mg/kg 的 Pb 则使脲酶活性显著降低。沈桂琴等 的研究显示 Hg 、 Cd 、 Pb 对土壤脲酶、转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性有明显的抑制作用,而 Cr 具有激活作用,脲酶的反应最敏感;他们提出重金属的临界质量分数, Hg 为 1.5 mg/kg 、 Cd 为 3.0 mg/kg 、 Pb 为 500 mg/kg ;同时发现抗性酶活性现象,认为当重金属在土壤中达到一定质量分数时,大部分微生物死亡,而一小部分微生物在有毒物质污染下能生存下来,自行繁殖,从而产生抗性酶活性,表观上酶活性值降低后又增大,有时还会出现多个抗性峰。吴家燕 对水稻根系酶活性的研究也发现类似现象。 Todorov 等 认为 Pb 对蛋白酶活性没有影响,而明显激活脲酶活性,抑制淀粉酶。 Chandes 等 发现铜与脱氢酶活性之间关系不密切,认为脱氢酶 不能表征土壤铜污染的程度。 Rogers 等发现 Pb 、 Cu 、 Ni 、 Cd 和 Zn 复合污染均会降低脱氢酶的活性; Deng 等 指出金属对土壤纤维素酶的抑制作用不是由于 pH 的改变,而是由于微量元素与酶功能基团结合而导致的。《土壤环境质量标准》 规定当土壤酶活性的抑制率大于 25 %时,脲酶、碱性磷酸酶和蛋白酶镉的临界浓度分别为 3 、 60 和 10 mg/kg ;土壤环境容量课题组对北京草甸褐土( pH 8.0 ~ 8.1 )和沈阳草甸棕壤( pH 6.5 ~ 6.8 )上添加不同用量的汞( HgCl 2 )发现草甸褐土汞的临界浓度为 3 mg/kg ,草甸棕壤的为 0.5 ~ 6.0 mg/kg 。北京师范大学 研究显示 Cu 、 As 对脲酶抑制作用显著;在 Cu 投加量为 100 mg/kg 时, Cu 对脲酶的抑制率大于 25% ; As 对脲酶也有一定抑制影响, Cd 、 Pb 则未见规律性变化。杨志新等 发现, Cd 、 Zn 、 Pb 对土壤酶活性的抑制效应顺序为 CdZnPb ;在过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、转化酶中,脲酶受重金属的抑制作用最为敏感。由上述可见,目前提出的土壤酶监测指标有土壤脲酶、脱氢酶、转化酶、磷酸酶等,而监测结果差异较大,其原因主要是由于酶类型、土壤性质等不同而导致的。 声明:此文摘抄自本人投于《土壤与环境》2000, 9(2): 139~142的文章《土壤酶与重金属关系的研究现状》。版权所有,若需转载,请注明出处!
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