土壤重金属对蚯蚓体内酶活性影响的研究进展

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　　摘 要：蚯蚓在治理土壤重金属污染过程中受到重金属的胁迫，体内会产生氧化应激反应。本文在系统分析、归纳总结国内外相关领域研究成果的基础上，综述了重金属与蚯蚓体内酶活性变化的关系，主要包括：不同种类重金属对酶活性的差异性影響，重金属与酶活性的作用机制，酶活性与重金属浓度和接触时间的关系。通过该研究，以期了解蚯蚓在土壤重金属污染治理中的阈值。
　　关键词：蚯蚓 重金属 毒害作用 酶活性
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0126-02
　　土壤中的蚯蚓会因环境污染而受到重金属的胁迫效应，但在不同的胁迫条件下蚯蚓体内的酶种类及活性会产生不同的变化，这些酶的变化使得蚯蚓对重金属具有一定的耐受性，同时，当重金属浓度超过一定限值时也会诱导丙二醛产生，使蚯蚓机体发生脂质过氧化反应，造成蚯蚓机体的死亡。研究蚯蚓体内酶种类和活性随重金属胁迫的变化，有利于从更深层次了解蚯蚓在重金属污染土壤治理中应用的可能性及局限性，为构建蚯蚓修复土壤重金属技术体系提供理论依据。
　　1 不同种类重金属对酶活性的差异性影响
　　蚯蚓体内的不同种酶活性受重金属的影响具有明显的差异。王振中等[1]通过研究染毒实验对蚯蚓同工酶活性的影响发现，蚯蚓体内过氧化物酶同工酶活性在Cd、Pb中毒后增加，而脂酶同工酶的活性在Cd中毒后减弱，在Pb中毒后增加。在不同的蚯蚓体内，各种酶活性的变化趋势具有明显差异。在同一种蚯蚓体内，不同重金属在不同条件下对各种酶的影响具有显著差异。林少琴等[2]研究表明，Zn2+、Fe3+、Mn2+在体外对蚯蚓过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）有抑制作用，Mg2+、Hg2+、Cd2+则对CAT有激活作用，但在体内Zn2+、Fe3+则对CAT为激活作用；Zn2+、Fe3+、Mn2+、Hg2+等在体外对蚯蚓超氧化物歧化酶（SOD）有强烈的抑制作用，但在体内却表现为不同程度的激活作用。
　　2 重金属与酶活性的作用机制
　　蚯蚓与重金属接触后体内产生活性氧（ROS）或丙二醛（MDA）等对机体有毒害作用的酶，受到这些活性氧物质的作用时，蚯蚓会启动抗氧化防御体系来防御过氧化物造成的损伤。在抗氧化防御体系中，起作用的酶类主要是SOD酶、CAT酶以及谷胱甘肽硫转移酶（GST）等。但是，当生物体无法及时清除活性氧物质时，就会对生物体本身产生危害，从而导致蚯蚓的死亡。陈娴等人[3]研究发现，Cd胁迫能诱导蚯蚓体内产生ROS并导致蛋白质氧化损伤，但SOD酶、CAT酶和GST酶活性呈现先降后升的“U”型剂量效应。
　　3 酶活性与重金属浓度的关系
　　重金属在一定浓度条件下会诱导蚯蚓体内的酶产生防御机制，对蚯蚓机体不会造成太大的损伤。但是，当重金属浓度超过一定限度时，蚯蚓的防御系统将会受到破坏，与防御相关的酶将会受到抑制，而对机体有毒害作用的酶含量将会增加，最终对蚯蚓造成损害。蚯蚓受到Hg作用后，体内SOD酶和GSH-PX酶活性受到一定的抑制，但CAT酶活性无影响；但随着Hg浓度的增加，脂质过氧化最终产物MDA含量明显增加，汞胁迫造成了蚯蚓机体细胞的氧化损伤[4]。
　　4 酶活性与接触时间的关系
　　重金属浓度相同，但在不同的接触时间下，蚯蚓体内的酶活性也会发生较大的变化。刘丽艳等[5]研究了不同接触时间条件下蚯蚓受Cd2+胁迫后体内酶的变化，在受胁迫的1～3d时，蚯蚓体内的CAT酶占据主导地位，4～5d时MDA占据主导地位，6～7d时过氧化物酶（POD）占据主导地位，在8d时是GST和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX），在9～10d时是CAT，而在长期试验中，蚯蚓体内氧化应激酶占据主导地位的则是GPX。Zhou等[6]的研究也发现，在短期作用下，蚯蚓对Cd2+氧化应激反应产生的酶主要是CAT酶，MDA，POD酶，GST酶，GSH-Px，而在长期作用下，氧化应激反应产生的酶主要是GSH-Px。从不同接触时间下酶种类的变化可以看出，在短时间接触条件下，蚯蚓体内的防御系统降低了重金属对机体的伤害，但随着Cd2+对蚯蚓胁迫时间的延长，蚯蚓体内的氧化-抗氧化系统彻底崩溃，从体内的过氧化氢的分解到发生完全的脂质过氧化反应，使蚯蚓的自我修复作用不足以减少重金属对机体的毒害，从而引起蚯蚓机体的死亡。
　　5 结语
　　蚯蚓体内各种酶的种类和活性受到多种因素的影响，通过对酶种类和活性的分析，可以以蚯蚓作为指示性生物监测环境重金属污染，同时也可为蚯蚓治理重金属污染提供理论支撑。
　　参考文献
　　[1] 王振中，张友梅，胡觉莲，等.土壤重金属污染对蚯蚓（Opisthopora）影响的研究[J].环境科学学报，1994，14（2）：236-243.
　　[2] 林少琴，兰瑞芳.金属离子对蚯蚓CAT、GSH-Px及SOD酶活性的影响[J].药理，2001，13（2）：23-25.
　　[3] 陈娴，王晓蓉，季荣.蚯蚓（Eisenia fetida）对水稻土中Cd的富集及其氧化应激[J].农业环境科学学报，2015，34（8）：1464-1469.
　　[4] 唐浩，刘钊钊，李银生，等.土壤汞污染胁迫对蚯蚓体内几种抗氧化酶活性的影响[J].上海交通大学学报：农业科学版，2017.35（3）：17-24.
　　[5] 刘丽艳，宁玉翠，邬欣慧，等.基于因子分析的Cd2+胁迫下赤子爱胜蚓氧化应激响应[J].生态学杂志，2017，36（7）：1923-1932.
　　[6] Zhou D.， Ning Y.， Wang B.， et al. Study on the influential factors of Cd（2+） on the earthworm Eisenia fetida in oxidative stress based on factor analysis approach[J]. Chemosphere， 2016（157）：181-189.
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