全 文 ：异丙甲草胺及其高效体对我国南方潮土
微生物的影响 Ⅰ1 过氧化氢酶 3
周　瑛1 ,2 　刘维屏1 3 3 　王婷婷2
(1 浙江大学环境科学研究所 ,杭州 310029 ;2 浙江工业大学化工与材料学院 ,杭州 310032)
【摘要】　研究了 0、5、20 和 100 mg·kg - 1浓度的异丙甲草胺及其高效体对土壤过氧化氢酶活性的影响. 结
果表明 ,不同浓度的异丙甲草胺处理对过氧化氢酶活性的影响不同 ,20 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶
受到激活的程度最大 ,且一直处于激活状态 ,5 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶在前期受到抑制 ,后期则
100 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶受激活较强. 不同浓度的金都尔对供试土壤过氧化氢酶活性的影响
表现为先激活、后抑制、再激活 ,并且后期 100 mg·kg - 1处理的激活程度最大 ;5 mg·kg - 1和 100 mg·kg - 1处
理的异丙甲草胺对供试土壤生态环境的影响和危害可能大于金都尔 ,但 20 mg·kg - 1处理则表现出例外.
关键词 　异丙甲草胺 　金都尔 　过氧化氢酶 　手性农药 　土壤微生物
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0895 - 04 　中图分类号 　X13111 　文献标识码 　A
Effects of pesticides metolachlor and S2metolachlor on soil microorganisms in aquisols of Southern China Ⅰ.
Catalase activity. ZHOU Ying1 ,2 ,L IU Weiping1 ,WAN G Tingting2 (1 Institute of Envi ronmental Science , Zhe2
jiang U niversity , Hangz hou 310029 , China ;2 College of Chemical Engineering and M aterials Science , Zhejiang
U niversity of Technology , Hangz hou 310032 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (5) :895～898.
This paper studied the effects of different concentrations (0 ,5 ,20 ,and 100 mg·kg - 1) metolachlor and its enan2
tiomer S2metolachlor (Dual Gold) on soil catalase activity. The results showed that 20 mg·kg - 1 metolachlor had
the most successive stimulating effect ,5 mg·kg - 1 metolachlor had an inhibitory effect in the early period ,while
100 mg·kg - 1 metolachlor had a stimulating effect in the late period. Different concentrations Dual Gold displayed
a tendency stimulation2inhibition2stimulation. 5 and 100 mg·kg - 1 metolachlor might have more damage on soil
ecosystem than different concentrations Dual Gold.
Key words 　Metolachlor , S2Metolachlor (Dual Gold) , Chiral pesticide , Catalase activity , Soil microorganisms.
3 3 国家自然科学基金项目 (30270767)和国家杰出青年科学基金资
助项目 (20225721) .3 3 通讯联系人. Tel :0571286968420 ; E2mail :wliu @zjut . edu. cn
2004 - 03 - 22 收稿 ,2004 - 07 - 03 接受.
1 　引 　　言
通常 ,手性农药进入生态环境后 ,其不同对映体
在环境中的持久性和对环境中微生物的生化过程影
响存在差异. 以前在研究手性污染物的环境行为 ,以
及生态效应时 ,几乎把它们当作纯的单一化合物来
看待 ,环境法规亦是如此[2 ]1 但近年来 ,国外学者已
开始在对映体水平上关注手性农药的环境行
为[1 ,3～5 ,12 ,14 ] ,Kohler 等[15 ]提出 ,对手性污染物的
环境归缩应考虑其化学结构的立体选择性 ;Lewis
等[16 ]通过研究手性农药不同对映体对土壤微生物
遗传基因的影响 ,指出土壤环境的变化影响手性污
染物的降解. 因此 ,对于手性农药的环境行为 ,以及
生态影响研究应考虑到对映体差异 ,而国内在这一
领域的研究尚未深入到对映体水平.
　　手性农药异丙甲草胺 (又名都尔和甲氧毒草胺 ,
化学名称 22乙基262甲基2N (12甲基222甲氧基乙基)
氯代乙酰替苯胺 ,英文通用名为 Metolachlor ) 是
1976 年开始广泛使用的选择性芽前除草剂 ,可用于
大豆、棉花、玉米、甜菜等作物田防除一年生单子叶
及部分双子叶杂草. 其结构式如图 1. 由于它有一个
手性 C 原子和手性轴 ,使得它具有 4 个对映体 ,并
且只有 S 体的 C 手性对映体具有除草活性. 20 世纪
90 年代由瑞士先正达公司研制开发出异丙甲草胺
高效异构体 (1’S 对映体) ———金都尔 (英文通用名
为 S2Metolachlor ,英文商品名为 Dual Gold) . 金都尔
96 %乳油的杀草谱和使用范围与 72 %都尔相同 ,活
性比都尔提高 1 倍以上 ,大大减少了单位面积用量 ,
减轻对环境的污染. 目前 ,国内外对异丙甲草胺在土
壤中的吸附、迁移、降解、残留等行为以及土壤性质
和 环 境 因 素 对 它 的 影 响 进 行 了 大 量 研
究[6～8 ,11 ,17 ,19 ,20 ,22 ,26 ] ,而有关该除草剂及其高效体
金都尔对土壤微生物及其土壤生物化学过程影响的
研究[9 ]则较少 ,我国在这方面的研究更加薄弱 . 对
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶895～898
　图 1 　异丙甲草胺对映体的空间立体结构
Fig. 1 Structure of the four stereoismers of metolachlor.3 手性中心 The chiral elements.
于农业生态系统来说 ,土壤生物学参数将很有潜力
成为土壤生态系统变化的预警及敏感指标 ,土壤酶
的专一性和综合性可能使其成为土壤生物指
标[10 ,13 ,21 ,25 ,29 ] . 土壤中过氧化氢酶广泛存在于土壤
和生物体内 ,能有效地防止对生物体的毒害. 此外 ,
过氧化氢酶活性还与土壤的呼吸作用和微生物活性
有关. 近年来 ,以此来评价外来物质对土壤的污染程
度以及可能对生态环境造成的影响研究很活
跃[18 ,24 ,27 ,30 ] . 因此 ,为了考察异丙甲草胺不同对映
体对生态环境影响的差异 ,科学评价手性农药使用
的环境安全性 ,本研究比较了不同浓度的异丙甲草
胺及其高效体金都尔对土壤中过氧化氢酶的影响 ,
为更科学地了解异丙甲草胺及其高效体对土壤微生
物的影响 ,以及可能对土壤生态环境造成的危害提
供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 供试土壤 　土样采集于浙江工业大学西配楼花园 2～
10 cm 深层土壤 ,土壤颜色为黄褐色 ,属于潮土 [23 ] 1 新鲜土
样采集后 ,拣去植物残体 ,分成两部分 :一部分立即过 2 mm
筛 ,混合均匀 ,供培养实验用 ;一部分土样经风干后 ,研磨过
筛 ,用于土壤理化性质的分析测定. 该供试土壤 p H 值 712 ,
有机质含量为 1182 % ,粘土矿物 1713 %.
21212 农药与试剂 　异丙甲草胺 (95 %) ,工业纯 (杭州农药
厂) ,经实验室进一步提纯后纯度 ≥98 % ;金都尔 ,96 %乳油
(瑞士诺华公司) ,经实验室进一步提纯后纯度 ≥98 % ;其它
化学试剂均为分析纯.
212 　研究方法
21211 培养试验 　称取一定量的异丙甲草胺和金都尔 ,分别
溶于 9915 %的分析纯甲醇中 ,配制成浓度为 3 mg·ml - 1的异
丙甲草胺或金都尔的甲醇溶液. 取 50 ml 配制好的除草剂甲
醇溶液 ,加入 150 g 风干土样中 ,混匀 ,在室温下持甲醇完全
蒸发后 ,分别称取除草剂处理土样 1、4 和 20 g 加入装有新
鲜土样的烧杯中 ,使各烧杯中的总土样量相当于风干土 200
g ,混匀 ,使土壤中除草剂浓度分别为 5、20 和 100 mg·kg - 1 ,
加适量水将土壤含水量调节到田间最大含水量的 60 % ,置
于 25 ±1 ℃的生化培养箱中恒温培养 ,每天通过称重法补充
培养过程中损失的水分 ,定期取样测定土壤过氧化氢酶. 实
验平行设置 3 组 ,同时作空白对照.
21212 测定方法 　过氧化氢酶测定方法参考文献 [28 ] ,其活
性以单位干土重消耗 0102 mol·L - 1高锰酸钾毫升数 (对照与
试样测定之差)表示.
3 　结果与讨论
311 　异丙甲草胺对过氧化氢酶活性的影响
与对照土壤相比 ,施用 20 mg·kg - 1异丙甲草胺
的土壤过氧化氢酶活性基本上处在激发状态 ,31 d
后才逐渐被抑制. 刚施用异丙甲草胺 1 d 时 ,5 mg·
kg - 1处理的土壤过氧化氢酶活性表现出一定的激
活作用 ,而 100 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶活
性受到抑制 ,随后 ,5 mg·kg - 1和 100 mg·kg - 1处理
的土壤过氧化氢酶活性都处于抑制 ,22 d 时 ,则均
表现出一定的激活作用 ,25 d 时 ,100 mg·kg - 1处理
的土壤过氧化氢酶的活性激活程度达到最大值. 这
是由于高浓度的异丙甲草胺能更长时间地提供微生
物生长所需的碳源和能源 ,微生物代谢旺盛 ,释放出
来的酶的数量和活性均有一定增加 ,从而使土壤的
活性保持 ,31 d 后 ,高浓度处理的土壤过氧化氢酶
的活性下降 ,可能是经过长时间培养后 ,土壤中的通
气恶化 ,可提供的农药及土壤中其它营养物质的消
耗和有害代谢产物的积累 ,使土壤微生物及其酶的
活性降低. 由图 2 可见 ,20 mg·kg - 1处理的土壤过
氧化氢酶的活性激活的程度最大.
312 　金都尔对过氧化氢酶活性的影响
与对照土壤相比 ,施药第 1 天 ,各浓度处理金都
尔土壤过氧化氢酶活性均表现出一定的激活作用 ,
但随后 3 个处理过氧化氢酶活性都产生一定的抑制
作用 ,其中 ,20 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶活
性受到的抑制最大 ,100 mg·kg - 1处理则最小 ,第 22
天时 ,各处理普遍又被激活 ,并且 100 mg·kg - 1处理
的激活程度最大. 由图 2 可见 ,金都尔是先激活过氧
化氢酶的活性 ,然后抑制 ,再激活 ,再抑制. 这说明最
初加农药后 ,对土壤过氧化氢酶的活性影响不大 ,随
后 ,金都尔对土壤过氧化氢酶的活性有一定的抑制
698 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
图 2 　异丙甲草胺 (A)和金都尔 (B)对土壤过氧化氢酶活性的影响
Fig. 2 Influence of Metolachlor (A) and Dual Gold (B) on catalase activi2
ty in soil.
a) 5 mg·kg - 1 ;b) 20 mg·kg - 1 ;c) 100 mg·kg - 1 ; d) 对照 Control. 下同
The same below.
作用 ,但很久才使其活性恢复或增强.
313 　异丙甲草胺和金都尔对过氧化氢酶活性影响
的比较
比较 5 mg·kg - 1异丙甲草胺和金都尔对土壤过
氧化氢酶活性的影响 (图 3a) 可见 ,第 1 天 ,异丙甲
草胺和金都尔对土壤过氧化氢酶活性的影响均表现
出一定的激活作用 ,异丙甲草胺受激发的程度大于
金都尔 ;随后 ,土壤过氧化氢酶活性均受到抑制 ,异
丙甲草胺受到抑制的程度大于金都尔 ;至第 22 天 ,
土壤过氧化氢酶活性开始受到激发 ,激发程度几乎
相同. 这表明 5 mg·kg - 1异丙甲草胺对过氧化氢酶
活性的影响要大于同浓度的金都尔 ,对供试土壤生
态环境的影响和危害可能大于同浓度的金都尔.
　　20 mg·kg - 1异丙甲草胺和金都尔对土壤过氧
化氢酶活性的影响 (图 3b) 结果表明 ,第 1 天异丙甲
草胺和金都尔对土壤过氧化氢酶活性的影响均表现
出一定的激活作用 ,随后 ,施金都尔的土壤过氧化氢
酶活性受到抑制 ,直到 22 d 后受到激发 ,但激发程
度小于异丙甲草胺 ;施异丙甲草胺的土壤过氧化氢
酶活性基本上处在激发状态 ,31 d 后才逐渐被抑
制. 这表明 20 mg·kg - 1异丙甲草胺对过氧化氢酶活
性的影响主要是激发作用 ,而金都尔对过氧化氢酶
活性的影响主要是先抑制后激发.
　　100 mg·kg - 1异甲草胺和金都尔对土壤过氧化
氢酶活性的影响 (图3c) 表明 ,施药第一天 ,异丙甲
　
图 3 　不同浓度异丙甲草胺 ( Ⅰ)和金都尔 ( Ⅱ) 对土壤过氧化氢酶活
性的影响
Fig. 3 Influences of Metolachlor ( Ⅰ) and Dule Gold ( Ⅱ) from different
concentrations on catalase activity in soil.
草胺对土壤过氧化氢酶活性的影响表现出一定的抑
制作用 ;而金都尔表现出激发作用 ,随着时间的推
移 ,土壤过氧化氢酶的活性均逐渐受到抑制 ,并且施
用异丙甲草胺对土壤过氧化氢酶活性的抑制程度大
于金都尔 ,直到第 22 天 ,异丙甲草胺和金都尔对土
壤过氧化氢酶的活性的影响均表现出一定的激活作
用. 因此 ,100 mg·kg - 1的异丙甲草胺对土壤过氧化
氢酶活性的影响程度大于金都尔 ,表明其对供试土
壤生态环境的影响和危害可能大于金都尔.
4 　结 　　论
411 　不同浓度的异丙甲草胺对土壤过氧化氢酶活
性的影响不同. 在供试的浓度范围和时间内 ,20 mg
·kg - 1处理的土壤过氧化氢酶受到激活的程度最
大 ,且一直处于激活状态 ;试验初期 ,5 mg·kg - 1处
理的土壤过氧化氢酶受到抑制 ,后期则 100 mg·
kg - 1处理的土壤过氧化氢酶受激活较强.
412 　在供试的浓度范围和时间内 ,金都尔对供试土
壤过氧化氢酶活性的影响表现为先激活、后抑制、再
激活. 试验初期 ,20 mg·kg - 1处理的土壤过氧化氢
7985 期 　　　　　　　周 　瑛等 :异丙甲草胺及其高效体对我国南方潮土微生物的影响 Ⅰ1 过氧化氢酶 　　　　　　　　　　　
酶的活性受到最大抑制 ,100 mg·kg - 1处理的土壤
过氧化氢酶的活性受到最小抑制 ,随着时间的推移 ,
激活作用增强 ,并且 100 mg·kg - 1处理的金都尔对
供试土壤过氧化氢酶活性的激活程度最大.
413 　5 mg·kg - 1和 100 mg·kg - 1处理的异丙甲草胺
对土壤过氧化氢酶活性的影响大于金都尔 ,表明异
丙甲草胺对供试土壤生态环境的影响和危害可能大
于同浓度的金都尔 ,但 20 mg·kg - 1处理则例外.
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作者简介 　周 　瑛 ,女 ,1965 年生 ,博士生 ,副教授. 主要从
事环境污染化学与分析化学研究 ,发表论文 30 多篇. Tel :
0571288320147 ; E2mail :yingzhou @zjut . edu. cn
898 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷