Влияние различных концентраций кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов на урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

Кадмий - ТМ, который даже в низких концентрациях действует как кумулятивный яд, оказывает токсичное воздействие на живые организмы (Волошин, 1998).

Ингибирование активности каталазы ТМ (Mn, Pb, Fe, Cu, Zn) было установлено работами на черноземной почве Н. Ф. Павлюковой, В. Н. Гришко (2001), Е. И. Новоселовой и др. (2013).

Наблюдаемое авторами снижение активности каталазы указывает на то, что Cd в почве характеризуется подвижным состоянием. Как изучено, уровень токсичности металлов, прямо пропорционален уровню подвижности (Водяницкий и др., 2008; Кузьмина и др., 2011).

В образцах урбанизированной почвы, загрязненной различными концентрациями Cd, показали аналогичное снижение активности фермента каталазы, как и со Pb в течение всего модельного опыта (рис.6).

активность каталазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Рис. 6. Активность каталазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Особенно сильное снижение разложения перекиси водорода по сравнению с незагрязненной почвой отмечается через год с начала эксперимента.

Объясняется это тем, что Cd способен из активного центра фермента активизировать процесс замещения им двухвалентного железа. Достоверное снижение активности фермента отмечается через 3 суток при концентрации 10, 20 мг/кг почвы.

Через 90 суток и в последующие временные промежутки, концентрация токсиканта, начиная с 5 мг/кг почвы, достоверно ингибирует активность каталазы относительно контроля.

Нами установлена обратная зависимость между активностью каталазы и дозой Pb и Cd, однако как видно из рис. 3 и 6 Cd проявляет более сильное токсичное действие на ферментативную активность почвы.

Это также доказывает рис. 6.1при сравнении с рис. 3.1. Как видим из рис. 6.1 процент снижения через 3 суток составляет от 9 до 24%, через 90 11-26%, в 180 сутки 11-39% и 13-40% через 360 суток.

Максимальная токсичность Cd проявляется в конце экспиремента.

процент снижения активности каталазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Рис. 6.1 Процент снижения активности каталазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Наблюдаемое нами снижение каталазы обратно пропорционально росту концентрации Cd в почве. Объясняется это тем, что Cd в почве находится по сравнению со Pb в более подвижном состоянии, несмотря на то, что они вносились в почву в виде водного раствора соли. Аналогичная закономерность была установлена работами Н. Ф. Павлюковой, В. Н. Гришко (2001), Е. И. Новоселовой и др. (2013).

Аналогичная картина в изменение активности пероксидазы с Cd в течение полугода (рис. 4 и 7).

Достоверное повышение активности фермента через 3 и 90 суток после поступления Cd в почву относительно контроля выявлено при концентрации 40 и 60 мг/кг почвы. В дальнейшем через 180 суток достоверно увеличивается, начиная с концентрации 20 мг/кг почвы.

активность пероксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Рис. 7. Активность пероксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Через 360 суток активность пероксидазы понижается достоверно при дозе кадмия 60 мг/кг почвы. Вероятно, с начала эксперимента в почве создаются условия для снижения уровня токсичности Cd для живых объектов и он переходит в малоподвижное состояние.

Известно, что ТМ в почве могут находиться в различных формах, как более, так и менее токсичных, что зависит от ряда факторов: pH среды, содержания гумуса и глинистых минералов, концентрации и др. При рН выше 7,5, сорбированный почвой Cd, перестает быть легкоподвижным (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Одной из предпосылок может служить потенциальная кислотность, составляющая в нашей урбанизированной почве в разных образцах в пределах 7,5-7,8 (табл. 1), которая может перейти в актуальную, при протекании активных процессов в почве. В данном случае выявление закономерностей этого процесса не входило в задачи нашего исследования и требует дальнейшего анализа и изучения.

Процент повышения активности фермента относительно контроля показано на рис. 7.1 и составляет через 3 суток от 3 до 19% (Pb: 6-22%), через 90 суток 2-12% (Pb: 2-20%), через 180 4-20% (Pb: 9-26%), через 360 суток идет снижение: 0-12% (рис. 7.2), тогда как у Pb повышалась от 11до 41%.

процент повышения активности пероксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Рис. 7.1. Процент повышения активности пероксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

процент снижения активности пероксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Рис. 7.2. Процент снижения активности пероксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Как и с Pb у Cd не наблюдается достоверных изменений в активности полифенолоксидазы через 3 суток при всех дозах загрязнителя. Однако, если у Pb через 3 суток активность выше по сравнению с контролем, то Cd оказывает ингибирующее влияние в начальные сроки и сохраняет в течение всего эксперимента (рис. 5 и 8).

активность полифенолоксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Рис. 8. Активность полифенолоксидазы в урбанизированной почве, загрязненной различными концентрациями кадмия

Понижение активности фермента полифенолоксидазы также как с Pb (рис. 5) связано с процессом вытеснения меди из активного центра фермента кадмием (Нечаева и до, 2015). Наблюдается достоверное понижение при низкой дозе загрязнителя 5 мг/кг почвы через 90 и в последующие сроки, которое сохраняется в течение всего модельного опыта. В урбаноземе, который сам по себе обладает низкой буферной емкостью, при загрязнении Cd происходит снижение активности полифенолоксидазы, приводящие к нарушению процессов превращений органических соединений в компоненты гумуса (Хазиев, 2004).

Более наглядное снижение активности полифенолоксидазы приводится в процентном соотношении (рис. 8.1). Процент снижения через 3 суток составляет от 0 до 7%, через 90 11-35%, через 180 12-38% и через 360 суток 11-38%. Токсичность кадмия нарастает на 90 сутки и сохраняется на этом уровне в остальные сроки наблюдения. У Pb проявляется закономерность только через 90 суток и составил от 8 до 19%, в 180 сутки 3-15%, через 360 суток - 11-25%.

процент снижения активности полифенолоксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Рис. 8.1. Процент снижения активности полифенолоксидазы в урбаназеме, загрязненном различными концентрациями кадмия

Cd аккумулируется в гумусовой толще почв Вынос его за пределы почвенного профиля невелик. Характер распределения в почвенном профиле и ландшафте, видимо, имеет много общего с другими металлами, в частности, с ходом распределения свинца (Кочетков, Лазарева 1999). Наши исследования показали, что кадмий проявляет сходное влияние со свинцом на окислительно-восстановительные процессы в почве. Однако, действие ТМ на ферменты проявляется выборочно, т. е. при одном и том же содержании металлы ингибируют активность фермента каталазы, полифенолоксидазы и повышают активность пероксидазы. Известно, что кадмий закрепляется в почвенном профиле менее прочно по сравнению со свинцом, чем и объясняется его более токсическое проявление на ферментативную активность (Сущук, 2012).

Похожие статьи




Влияние различных концентраций кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов на урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

Предыдущая | Следующая