华中生态公园等在镉对土壤脱氢酶抑制机理研讨中拿走进展,马尔默植物园成功出让一项发明专利手艺

中科院华南植物园等 镉对土壤脱氢酶抑制机理研究获进展,Cd对土壤DHA的抑制机理随土壤类型而改变,利用耐镉真菌在镉污染土壤中进行生态修复的方法

科学 2

中科院华南植物园等 镉对土壤脱氢酶抑制机理研究获进展

土壤酶是土壤的重要组成部分,已被国际经济合作和发展组织和国际标准化组织列为测试土壤污染物生态毒性的重要手段之一。然而,已有研究表明镉对土壤酶活性存在激活、抑制、不变三种作用,且通过剂量-效应曲线得到的生态剂量值也存在较大的变幅。因此,亟需从更深层次揭示Cd对土壤酶毒性的作用机制,阐明土壤酶对Cd毒性响应差异的成因,为土壤酶的应用提供依据。

9月28日,中国科学院武汉植物园与湖北楚蒡源生态农业有限公司签署了一份专利转让及合作研究协议,首次成功转让一项发明专利——“利用耐镉真菌在镉污染土壤中进行生态修复的方法”(国家专利号ZL
201310538617.4)。

本报讯(记者朱汉斌
通讯员周飞)中科院华南植物园博士后谭向平在研究员申卫军的指导下,与西北农林科技大学教授何文祥、韦革宏课题组合作,在镉对土壤脱氢酶抑制机理研究方面取得新进展。相关成果近日发表于《危险材料杂志》。研究对了解镉的生态毒理及镉污染的生物修复具有重要意义。

中国科学院华南植物园博士后谭向平在研究员申卫军的指导下,与西北农林科技大学教授何文祥、韦革宏课题组合作,利用我国15个不同类型的典型农田土壤,通过外源添加Cd盐,采用酶动力学手段较为系统地分析了Cd对土壤脱氢酶活性的抑制机理。研究结果表明:Cd对土壤DHA的抑制机理随土壤类型而改变,对酸性土壤DHA为非竞争性抑制,表明Cd污染虽然对酶-底物的亲和力无影响,但减弱了酶-底物复合物的分解能力,从而削弱酶促反应初速度,从本质上减弱酶促反应的进行。对中性和碱性土壤DHA为线性混合型抑制,表明Cd污染不仅降低了酶与底物的亲和力,同时减弱了酶-底物复合物的分解能力,更快地改变酶促反应的初速度,从而抑制DHA活性;土壤Cd含量与DHA动力学参数之间呈现显著的剂量-效应关系。相比Vmax和Km,反应速度常数能够更好地指示外源Cd污染程度;对ED25与土壤性质和抑制常数的多元回归分析表明,土壤有机碳含量和抑制常数是影响Cd对DHA毒性的主要控制因素。

镉是毒性最强的重金属污染物之一,土壤中过量的镉不但会抑制植物的正常生长,还可通过食物链影响人类健康。随着近年来镉污染事件的频发,对镉污染土壤的治理也日益受到国内外的广泛重视。而目前常用的镉污染土壤修复方法(包括工程、物理及化学方法等)均具有一定的局限性,难以大规模实施,且会导致土壤结构破坏,生物活性下降以及土壤肥力的退化。

土壤酶是土壤的重要组成部分,现有研究表明镉对土壤酶活性存在激活、抑制、不变三种影响,且通过剂量—效应曲线得到的生态剂量值也存在较大的变幅。

以上结果将对了解Cd的生态毒理及Cd污染的生物修复具有重要意义,也为预测重金属毒害下土壤微生物活性以及土壤养分和环境质量的变化提供了理论依据。

针对上述问题,经过反复筛选和试验,中科院武汉植物园“百人计划”入选者傅金民和课题组成员罗宏基、娄燕宏等共同提出了“利用耐镉真菌在镉污染土壤中进行生态修复的方法”,并于2015年6月10日获得国家发明专利授权。该发明利用耐镉真菌对镉污染土壤进行生态修复,采取镉污染地区优势植物的根际土壤进行耐镉微生物的筛选,解决了耐镉微生物对污染土壤的环境适应性问题;同时,利用既有一定耐镉能力,又与耐镉真菌具有兼容性的植物,克服了植物-微生物间的排斥作用;将耐镉真菌接种到锯末中进行施用,不仅确保了微生物的养分需求,还可有效利用废弃物。利用该发明专利进行镉污染土壤的生态修复,成本低廉、操作简便,不会破坏土壤的物理结构,可大规模推广实施,具有良好的社会、生态综合效益,应用前景广阔。

研究人员利用我国15个不同类型的典型农田土壤,通过外源添加镉盐,系统分析了镉对土壤脱氢酶活性的抑制机理。研究结果表明,镉对土壤DHA的抑制机理随土壤类型而改变,对酸性土壤DHA为非竞争性抑制,表明镉污染虽然对酶—底物的亲和力无影响,但减弱了酶—底物复合物的分解能力,从而削弱酶促反应初速度,从本质上减弱酶促反应的进行。

相关结果已近期发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials上。

科学,对中性和碱性土壤DHA为线性混合型抑制,表明镉污染不仅降低了酶与底物的亲和力,同时减弱了酶—底物复合物的分解能力,更快地改变酶促反应的初速度,从而抑制DHA活性;土壤镉含量与DHA动力学参数之间呈现显著的剂量—效应关系。

论文连接

《中国科学报》 (2017-10-10 第4版 综合)

科学 1

土壤采样地点位置图

科学 2

铬对供试土壤脱氢酶Km、Vmax和k的影响