苦参碱对土壤酶活性的影响

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　　摘    要：土壤酶活性是影响土壤代谢的重要因素，为探讨植物源农药对土壤酶活性的影响，本文以苦参碱为试材，在实验室条件下探究其对土壤脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性的影响。结果表明：随着苦参碱处理时间的延长，各处理土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的变化趋势基本与对照一致;但同一处理时间不同浓度苦参碱处理相关酶活性的表现并不一致。至苦参碱处理14 d时，各浓度对土壤脲酶活性均表现为促进作用，且随着处理浓度的降低呈先升后降的趋势，在10 mg·kg-1处理最高;不同浓度的苦参碱及其对土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的影响率存在剂量-效应关系，均以500 mg·kg-1处理时促进效应最大。综上所述，在土壤酶活性基本上趋于稳定的14 d时，苦参碱在一定的浓度范围（50～500 mg·kg-1）内，有助于提高土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性。
　　关键词：苦参碱;脲酶;过氧化氢酶;多酚氧化酶
　　中图分类号：S482          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.03.009
　　Effect of Matrine on Soil Enzyme Activties
　　LI Hang， CUI Xinyi， ZHAO Dandan
　　（Tianjin Agricultural University， Tianjin 300380， China）
　　Abstract： Soil enzyme activity is an important factor affecting soil metabolism. In order to investigate the effect of plant-derived pesticides on soil enzyme activity， this paper studied the influence of Matrine on soil urease， catalase and polyphenol oxidase activities under laboratory conditions. The results showed that with the extension of Matrine treatment time， the change trend of urease， catalase and polyphenol oxidase activity in the soil was basically the same as that in the control group; but the expression of the enzyme activity of Matrine at different concentrations in the same treatment time was not consistent. When treated with Matrine for 14 days， each concentrations showed auxo-action on soil urease activity， and with the reduce of treatment concentration， it increased first and then decreased， and the highest concentration was at 10 mg·kg-1.There was a dose-effect relationship between the influence rate of Matrine at different concentrations on the activity of catalase and polyphenol oxidase in soil， and the maximum promoting effect was obtained when treated with 500 mg·kg-1.In summary， Matrine in a certain concentration range （50～500 mg·kg-1） at 14 d， when the soil enzyme activity was basically stable， was helpful to improve the activities of soil urease， catalase and polyphenol oxidase.
　　Key words： Matrine; urease; catalase; polyphenol oxidase
　　中國是农业大国，传统化学农药的使用对生物和环境造成了严重的危害。植物源农药的有效成分是天然物质，不仅对人、畜安全无毒，而且不污染环境，因此植物源农药将是今后发展的重点之一[1]。
　　土壤酶活性是土壤的本质属性之一，是决定土壤代谢的重要因素，它直接影响着土壤的物质转化，可以反映土壤中进行的各种生物化学过程的强度和方向。有学者发现，土壤酶具有评价土壤肥力、诊断土壤污染、评价土壤质量、培肥土壤及防治植物病虫害等方面的功能[2]。土壤脲酶可水解土壤中尿素生成氨、二氧化碳和水[2]，加速土壤中潜在养分的有效化，其活性是评价生态系统氮素转化机制及其功能演变时最常见的酶学指标[3]，因而检测土壤中脲酶活性可以作为衡量土壤肥力的指标之一，并能部分反映土壤生产力。过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关[4]，与微生物数量也有关[5]，能酶促过氧化氢的分解有利于防止过氧化氢对植物体的毒害作用[6]。因为土壤过氧化氢酶的活度与土壤有机质含量和土壤全氮量呈显著相关[6]，因此对土壤肥力特征具有表征作用[7]。据报道，土壤中过氧化氢分解的活性，有30%或40%以上是耐热的，既非生物活性，常由锰、铁引起催化作用[8]。土壤多酚氧化酶是一类以铜和锰为活性中心的氧化还原酶[9]，在土壤芳香化合物的转化方面起着关键的作用[10]，是生态系统中的重要氧化还原酶，可以反映土壤的腐殖化程度[4]。有研究显示，多酚氧化酶在碱性介质中活性最强，但在酸性土壤中不能显示最大活性[11]。苦参碱是天然植物性农药，对人畜低毒[12]，是广谱杀虫剂，具有触杀和胃毒作用，对各种作物上的黏虫、菜青虫、蚜虫、红蜘蛛有明显的防治效果，已被广泛的应用于农作物病虫害防治。但苦参碱对土壤酶研究报道较少。苦参碱系从豆科植物苦参（Sophora flavescens Ait.）的干燥根、植株、果实或平科植物广豆根（Sophora subprostrata 　　Chun et T. Chen）中分离出来的生物碱。苦参碱能溶于水、苯、氯仿、甲醇、乙醇，微溶于石油醚[13]。纯品苦参碱为白色粉末或白色晶体，农业方面一般使用母液，常用含量剂型有0.3%水剂、1%苦参碱可溶性液剂和3%苦参碱水乳剂。本文分别以土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶为土壤酶活性评价的指标，在实验室条件下设置培养试验，通过向土壤中添加不同浓度梯度的苦参碱，明确苦参碱对土壤酶活性的影响，期望通过此项研究能够对农药与土壤酶的作用机理进行探讨。
　　1 材料和方法
　　1.1 试验材料及设备
　　采用随机定点取样法，在耕作土表层（0～15 cm）取土壤样品带回实验室，自然风干后去除石块等杂质，过40目筛备用;苦参碱（2%水剂，河北瑞宝德生物化学有限公司）。
　　光照培养箱（宁波赛福实验仪器有限公司），紫外分光光度计（UH5300 UV/VIS，），三角瓶，定性滤纸。
　　1.2 试验方法
　　称取供试土壤200 g于500 mL三角瓶中，添加适量苦参碱溶液，使土壤中的苦参碱浓度分别为1，10，50，100，500 mg·kg-1，同时设置空白对照（空白试验组不添加任何农药，只填加等量的蒸馏水），每个处理重复3次。苦参碱添加入土壤后充分混匀，在培养1，3，4，5，6，7，8，9，10，14 d 时定时取样。
　　土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法[14]测定;土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法[15]测定;土壤多酚氧化酶活性采用碘量法[16]测定。
　　1.3 数据处理及统计分析
　　本文采用土壤酶活性的抑制率 （激活率）衡量苦参碱对土壤酶活性的影响，其计算公式为：
　　抑制率或激活率（%）=[（B-A）/A]×100
　　式中，A为空白对照的土壤酶活性;B为不同处理所得的土壤酶活性。结果为正值时表示激活率，为负值时表示抑制率。
　　文中数据为平均值±标准差表示，数据采用SPSS 17.0 统计软件进行分析，并对不同处理间的数据用单因素方差分析（ANOVA）和 Duncan 多重比较进行差异显著性检验（P<0.05），通过Microsoft Excel2010对数据进行分析和绘图。
　　2 结果与分析
　　2.1 苦参碱对脲酶活性的影响
　　供试土壤脲酶活性的变化见图1，随着苦参碱处理时间的延长，各处理（包括对照）土壤脲酶活性基本上呈现出降低-升高-降低-升高的趋势;同一处理时间，土壤脲酶活性在不同浓度苦参碱处理下的表现并不一致。与对照相比，500 mg·kg-1苦参碱处理在第3，4，10天，及100，1 mg·kg-1苦参碱处理在第4天时显著下降，表现为对土壤脲酶活性的抑制;10 mg·kg-1苦参碱处理在第9，10天时显著升高，表现为对土壤脲酶活性的促进作用;其他各处理时间苦参碱各处理无显著变化。处理后第14天，各苦参碱处理土壤脲酶活性均高于CK，且随着处理浓度的增加呈先升后降的趋势，在10 mg·kg-1处理最高。计算各浓度处理不同处理时间对土壤脲酶活性的影响率（图2），苦参碱处理在第5，7，14天基本上表现为正效应，而其他时间正负效应均存在。
　　2.2 苦参碱对过氧化氢酶活性的影响
　　供试土壤过氧化氢酶活性的变化见图3，随着苦参碱处理时间的延长，各处理（包括对照）土壤脲酶活性基本上呈现出升高-降低-升高-降低的趋势;同一处理时间，土壤脲酶活性在不同浓度苦参碱处理下的表现并不一致。随着苦参碱处理浓度的降低，处理后第1～5天土壤过氧化氢酶活性基本呈先降低后升高的趋势，处理后第7～8天基本呈先升高后降低的趋势，而处理后第9～14天则呈现降低的趋势。与对照相比，500 mg·kg-1苦参碱处理后第1，9～14 天时土壤过氧化氢酶活性显著增加，50，100 mg·kg-1处理在第3天显著下降而第9～14天显著增加，10 mg·kg-1处理在第9天显著增加。由图4可知，100，500 mg·kg-1苦参碱处理对过氧化氢酶的作用表现为：激活-抑制-激活，而10，50 mg·kg-1苦参碱处理对过氧化氢酶的作用表现为：抑制-激活。培养6，7 d时，所有浓度的苦参碱对过氧化氢酶的活性均表现为抑制作用;而培养9，10 d时，所有浓度的苦参碱对过氧化氢酶的活性产生一定的刺激作用，而且浓度越高，激活作用越强烈;至培养14 d时，其变化趋势与9，10 d一致，但1 mg·kg-1处理表现为抑制，其他浓度处理均表现为促进作用，且苦参碱与土壤过氧化氢酶活性之间存在明显的剂量效应。
　　2.3 苦参碱对多酚氧化酶活性的影响
　　苦参碱对土壤中多酚氧化酶活性的影响见图5，不同浓度苦参碱处理土壤多酚氧化酶活性随处理时间的延长其变化趋势不同;随着苦参碱处理浓度的不同，土壤多酚氧化酶活性在处理后第1，3，6天基本呈现先降低后升高的趋势，第4，5，9天基本呈现降-升-降的趋势，第7 天呈先升高后降低的趋势，第8，10～14 天均呈下降趋势。与对照相比较，100 mg·kg-1苦参碱处理在第3，6，9天，10 mg·kg-1和50 mg·kg-1处理在第6天，1 mg·kg-1处理在第7，9，14天土壤多酚氧化酶活性显著降低，而500 mg·kg-1苦参碱处理在第8，10，14天，100 mg·kg-1处理在第8，10天，50 mg·kg-1处理在第10天时显著升高。由图6可知，在苦参碱处理后第4，6，9天，所有浓度处理均表现为对土壤多酚氧化酶活性的抑制，至第8，10，14天，苦参碱对土壤多酚氧化酶活性的影响率随着浓度增加而下降，至14 d时，50，100，500 mg·kg-1处理均表現为对土壤多酚氧化酶活性的促进作用。
　　3 结论与讨论
　　土壤酶常被作为生态毒理学指标来判断化学污染物对土壤生态环境造成的影响，在污染物的监测与净化方面发挥着重要的作用。 　　土壤脲酶活性是表征土壤供氮能力的重要指标[2]。本研究中，随施入苦参碱时间的延长，各处理（包括对照）土壤脲酶活性基本上呈现出降低-升高-降低-升高的趋势;同一处理时间，土壤脲酶活性在不同浓度苦参碱处理下的表现并不一致，至第14天时，各苦参碱处理土壤脲酶活性均高于对照且随着苦参碱浓度的降低呈先增后降的趋势。
　　本试验施用苦参碱后，土壤过氧化氢酶活性先被抑制达到抑制高峰（第4天）后逐渐恢复，接着抑制作用再次增强达到峰值（第7天）后开始表现为激活作用，至处理后第14天，苦参碱处理除1 mg·kg-1处理表现为抑制外其他浓度均表现为激活，且苦参碱的浓度越高，对土壤过氧化氢酶活性的激活作用越大。郑巍等[17]也做过吡虫啉及代谢产物对土壤过氧化氢酶活性的影响研究，其结果与此试验结果类似。
　　本试验中，随着苦参碱施入时间的延长，其对土壤多酚氧化酶影响变化幅度较大，在促进和抑制作用的交替中最终（14 d）表现为其苦参碱影响率随着浓度的增加而增加，其中50，100，500 mg·kg-1处理表现为正效应，且此时苦参碱与土壤多酚氧化酶呈现明显剂量-效应关系，与石瑛等[18]研究1， 4-二氯苯与土壤多酚氧化酶活性之间关系结论一致。
　　
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