全 文 ：中国生态农业学报 2014年 2月 第 22卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2014, 22(2): 193−200


* 国家自然科学基金项目(41071158)资助
** 通讯作者: 郜红建, 主要从事土壤环境化学与污染生态研究。E-mail: hjgao@ahau.edu.cn
马静静, 研究方向为土壤环境化学与污染毒理学。E-mail: majingjing@ahau.edu.cn
收稿日期: 2013-08-28 接受日期: 2013-12-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30840
土壤苯并[a]芘多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞
抗氧化酶的毒性效应*
马静静1 张 伟1 郑 彬1 葛高飞2 檀华蓉2 郜红建1**
(1. 安徽农业大学资源与环境学院 合肥 230036; 2. 安徽农业大学生物技术中心 合肥 230036)
摘 要 苯并[a]芘(B[a]P)是具有典型“三致”效应的持久性有机污染物, 在土壤中逐步累积, 对土壤环境质量
造成潜在的威胁。一次污染条件下, B[a]P 进入土壤的过程与较低剂量逐步累积的污染过程存在一定差异, 在
一定程度上会高估 B[a]P的环境风险。本试验采用一次污染和多次累积污染 2种方法, 模拟污染物在土壤中逐
步累积的过程, 研究土壤 B[a]P叠加污染的有效性特征及其在蚯蚓(Eisenia foetida)体内的富集规律, 分析蚯蚓
体腔细胞超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的毒性效应。结果表明, 随着土壤中 B[a]P 培养时间的延
长, B[a]P有效含量、蚯蚓富集量和蚯蚓体腔细胞 SOD、POD活性均呈逐渐下降的趋势。在多次叠加污染和一
次污染条件下, 土壤 B[a]P有效含量在培养前期(1~28 d)下降速率分别为 2.37 μg·kg−1·d−1和 3.35 μg·kg−1·d−1, 后
期(28~56 d)下降速率逐步减缓为 0.24 μg·kg−1·d−1和 0.53 μg·kg−1·d−1; 蚯蚓体内B[a]P富集量在培养前期(1~28 d)
下降速率分别为 6.94 μg·kg−1·d−1 和 14.84 μg·kg−1·d−1, 后期(28~56 d)逐步减缓为 0.73 μg·kg−1·d−1 和 1.64
μg·kg−1·d−1。蚯蚓体内 B[a]P富集量与土壤 B[a]P有效含量(Tenax吸附提取量)之间呈极显著正相关(P<0.01), 相
关系数(R2)为 0.914 7。蚯蚓体腔细胞 SOD和 POD活性与土壤 B[a]P有效含量和蚯蚓体内 B[a]P富集量之间分
别呈极显著正相关(P<0.01), 相关系数(R2)分别为 0.754 3(SOD)、0.829 6(POD)和 0.704 0(SOD)、0.727 1(POD)。
在叠加污染条件下 , 土壤 B[a]P 有效含量比一次污染低 17.1%~38.6%(P<0.05), 蚯蚓富集量比一次污染低
22.6%~46.8%(P<0.05), 蚯蚓体腔细胞 SOD 和 POD 活性分别为一次污染酶活性的 49.6%~82.7%和
75.5%~109.6%, 差异达到显著水平(P<0.05)。这表明土壤 B[a]P多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞的毒性效应低于
一次污染。
关键词 苯并[a]芘 多次叠加污染 生物有效性 富集量 蚯蚓体腔细胞 抗氧化酶活性
中图分类号: X53 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)02-0193-08
Toxic effects of soil benzo(a)pyrene multi-time superimposed pollution on
antioxidant enzymes activities of Eisenia fetida coelomocytes
MA Jingjing1, ZHANG Wei1, ZHENG Bin1, GE Gaofei2, TAN Huarong2, GAO Hongjian1
(1. School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;
2. Biotechnology Center of Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)
Abstract Benzo(a)pyrene (B[a]P), one of the most persistent organic pollutants (POPs), accumulates in soil and thereby poses a
serious threat to soil environment quality. There have been frequent overestimations of environmental risks of B[a]P due to the
over-evaluated toxic effects of available fractions with one-time imposed pollution method. In this paper, we proposed a new
multi-time addition method aimed at reliable simulation of the process of B[a]P infiltration into soils. Furthermore, soil available
B[a]P contents, accumulated B[a]P in earthworms (Eisenia fetida) and the toxic effects on superoxide dismutase (SOD) and
peroxidase (POD) activities in earthworms coelomocytes were investigated by using superimposed multi-time and one-time
pollution methods. The results suggested that the contents of available B[a]P and its accumulated amounts in earthworms sharply
declined in 1−28 d and then slowly decreased in the following 28−56 d of incubation time under both superimposed multi-time
194 中国生态农业学报 2014 第 22卷


and one-time pollution methods. The rates of decrease of soil available B[a]P were 2.37 μg·kg−1·d−1 and 3.35 μg·kg−1·d−1 in 1−28 d
and 0.24 μg·kg−1·d−1 and 0.53 μg·kg−1·d−1 in 28−56 d for the superimposed multi-time and one-time pollution methods, respectively.
The accumulated B[a]P in earthworms declined at the rates of 6.94 μg·kg−1·d−1 and 14.84 μg·kg−1·d−1 in 1−28 d, and 0.73 μg·kg−1·d−1
and 1.64 μg·kg−1·d−1 in 28−56 d under the superimposed multi-time and one-time pollution methods, respectively. The highly
significant positive correlation (R2 = 0.914 7, P < 0.01) was noted between accumulated amounts of B[a]P in earthworms and Tenax
extracted contents of B[a]P from soils. Moreover, SOD and POD activities in earthworms were positive correlated with soil available
B[a]P contents, with best-fit regression equations of y = 0.118 6x + 3.595 and y = 0.114x + 17.727 (where y is enzyme activity and x
is the available B[a]P content in soil) and correlation coefficients R2 = 0.754 3 and 0.829 6, respectively. Also SOD and POD
activities in earthworms were positively correlated with accumulated amounts of B[a]P in earthworms, with best-fit regression
equations of y = 0.028 9x + 4.524 8 and y = 0.026 9x + 18.803 (where y is enzyme activity and x is accumulated quantity in
earthworm) and correlation coefficients R2 = 0.704 0 and 0.727 1, respectively. Although soil available B[a]P content was
significantly (P < 0.05) correlated with enriched B[a]P amount in earthworms under the superimposed multi-time pollution method,
the correlation coefficient was lower for superimposed multi-time pollution than for one-time pollution assay. Under superimposed
multi-time pollution, soil available B[a]P content and accumulated amounts of B[a]P in earthworms were 17.1%−38.6% (P < 0.05)
and 22.6%−46.8% (P < 0.05) lower than those under one-time pollution, respectively. The ranges of SOD and POD activities in
earthworm coelomocytes under superimposed multi-time pollution were respectively 49.6%−82.7% and 75.5%−109.6% lower than
those under one-time pollution method during the entire incubation time. The results suggested that soil available B[a]P content and
its toxicity to earthworms under superimposed multi-time pollution were lower than those under one-time pollution.
Keywords Soil B[a]P; Superimposed multi-time pollution; Bioavailability; Accumulated amount; Earthworm coelomocyte;
Antioxidant enzyme activity
(Received Aug. 28, 2013; accepted Dec. 3, 2013)
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbon, PAHs)
是指分子中含有2个或2个以上苯环的稠合碳氢化合
物, 是具有疏水性、生物难降解性和典型“三致”效应
的持久性有机污染物的主要代表。环境中有90%以
上的PAHs通过大气沉降等途径累积进入土壤, 土壤
介质逐渐成为PAHs的主要归属和储存库[1–2]。苯并[a]
芘(benzo[a]pyrene, B[a]P )是PAHs中污染最广、致癌
性最强的一种有机污染物, 它具有五环结构, 较高
辛醇−水分配系数(Kow≈1×106), 易被土壤颗粒和有
机物吸附[3], 被美国环保局列入优先控制有毒有机污
染物的黑名单。B[a]P主要通过石油开采与运输过程
的泄漏、燃煤和汽车尾气排放及大气飘尘的沉降等方
式累积进入地表而污染土壤。目前, 对B[a]P在土壤中
的残留规律、来源分析及其环境归趋已经进行了一些
研究, B[a]P对土壤生物的毒性效应多关注于土壤酶、
土壤微生物[4]及土壤蚯蚓等方面。
多数研究以一次污染条件下土壤中 B[a]P 的提
取量来评价其污染程度及生态毒性 , 这与土壤
B[a]P 以较低剂量逐步累积的污染过程存在一定差
异。由于在一次污染条件下, B[a]P与土壤颗粒接触
时间较短, 污染物的提取浓度和有效性均较高, 可
能会高估 B[a]P 的生态毒性和环境风险。采用多次
添加的方法模拟土壤 B[a]P 的污染过程 , 与土壤
B[a]P 逐步累积的实际情况相吻合, 更能客观反映
土壤污染物的真实情况 , 因为在多次叠加污染下 ,
B[a]P 与土壤颗粒接触时间较长, 老化作用充分, 污
染物提取数量及有效性更加接近真实情况。齐亚超
等 [5]研究表明, 污染土壤的危害不完全取决于污染
物总量, 而是与生物可利用部分密切相关, 用生物
可利用含量作为参数更能准确反映污染物的真实毒
性[6–7]。因此, 通过将化学方法测定的多次叠加污染
条件下污染物有效含量或生物可利用含量与生物体
内的生物指标响应情况结合起来, 可更加真实地反
映土壤 B[a]P 的毒性效应。但目前有关多次叠加污
染条件下污染物的生物有效性及其生态毒性方面的
研究较少[8]。
PAHs 在生物体内分解代谢产生活性氧(reactive
oxygen species, ROS), ROS会对细胞脂类、蛋白质和
DNA 造成氧化损害[9]。过氧化物酶(POD)、超氧化
物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等是机体内重要
的抗氧化酶, 其活性降低表明机体抗氧化能力的下降,
导致活性氧对机体产生损害。Kim 等[9]、刘泓等[10]、
张薇等[11]研究表明, 这些酶的活性与 PAHs 浓度之
间存在一定正相关, 并且对 PAHs 污染具有较高敏
感度, 可以作为评价 PAHs毒性效应的指标。蚯蚓对
土壤污染物具有较强的敏感性, 能够与土壤紧密接
触, 便于获取、培养和观察, 并且蚯蚓有较强累积土
壤污染物的能力 [12], 能够反映污染物浓度的变化 ,
已成为评价土壤污染最主要的指示生物之一[13]。
本试验模拟污染物在土壤中逐步累积的试验方
法 , 以赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)为供试生物 , 研
究 B[a]P 叠加污染对蚯蚓体腔细胞超氧化物歧化酶
第 2期 马静静等: 土壤苯并[a]芘多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞抗氧化酶的毒性效应 195


(SOD)和过氧化物酶 (POD)的影响 , 通过对土壤中
B[a]P有效含量、蚯蚓富集量及其与 SOD和 POD活
性的相关性分析, 剖析土壤 B[a]P 叠加污染对蚯蚓
的毒性效应, 为土壤 B[a]P 污染的毒性效应评价提
供理论依据。
1 材料与方法
1.1 药品与主要仪器
B[a]P 标样购自美国 Supelco 公司, SOD、POD
试剂盒购自南京建成生物研究所 , Tenax-TA(60~80
目)购自北京康林科技有限责任公司, 液相色谱纯乙
腈购自 Sigma 公司, 弗罗里硅土购自阿拉丁公司,
其他药品均购自国药集团化学试剂有限公司。
加速溶剂萃取仪(ASE300)购自美国戴安公司 ,
固相萃取柱(solid phase extraction, SPE)、高效液相色
谱仪(waters 601 controlle)、荧光检测器(waters 2475
multi fluorscence detector)和 PAHs专用柱(25 cm×4.6 mm×
5 μm)均购自美国 Supelco 公司, 冷冻离心机(Z36HK)
购自德国 Hermle 公司, 分光光度计(UV-1800)购自
日本岛津公司, 生化培养箱(SPX-150B-2 型)购自上
海博讯实业有限公司。
1.2 试验材料
1.2.1 供试生物
赤子爱胜蚓购自安徽省六安市蚯蚓养殖园, 选
用体重 0.3~0.5 g、2~3月龄、体长基本一致的健康蚯
蚓。将蚯蚓用纯水冲洗后放入铺有湿润灭菌纱布的玻
璃皿中, 用解剖针扎孔的铝箔纸封口, 置于(20±2) ℃
恒温培养箱中暗室培养 24 h, 进行清肠处理。
1.2.2 供试土壤
土壤采自安徽农业大学高新农业园, 土壤类型
为黄褐土, 过 2 mm尼龙筛, 4 ℃下保存备用。另参
照鲍士旦 [14]的方法 , 分析土壤理化性质如下 : pH
6.76, 有机质 11.78 g·kg−1, 全氮 0.69 g·kg−1, 碱解氮
61.39 mg·kg−1, 有效磷10.25 mg·kg−1, 速效钾175.49 mg·kg−1,
有效态 B[a]P 3.32 µg·kg−1。
1.3 试验方法
1.3.1 试验设计
土壤 B[a]P 累积污染采用本实验室建立的方法[15]
进行: 取一定量的风干土样制备成高浓度(10 mg·kg−1)
B[a]P污染土壤。叠加污染时, 取相当于 1 kg风干土
重的新鲜土样, 高温灭菌后, 加入一定量 B[a]P高浓
度(10 mg·kg−1)污染土壤, 使 B[a]P 的初始污染浓度
达到 100 µg·kg−1, 充分混匀后移至无菌培养室内避
光培养(25 )℃ 。在第 2 周、4 周、6 周、⋯⋯、22
周后, 采用相同方法向初始污染浓度为 100 µg·kg−1
的土壤中再添加一定量 B[a]P 高浓度污染土壤
(10 mg·kg−1), 使土壤中 B[a]P的浓度增加 100 µg·kg−1,
通过 12次叠加污染后, 土壤 B[a]P的最终添加浓度
达到 1 200 µg·kg−1。B[a]P一次污染的土壤制备方
法为: 另取相当于 1 kg风干土重的新鲜土样, 一次
加入一定量高浓度 B[a]P(10 mg·kg−1)污染的土壤 ,
使 B[a]P浓度一次达到 1 200 µg·kg−1。2个处理的
污染土壤分别混匀后, 在恒温(25 ℃) 、无菌条件下
避光培养。每 3 d 用称重差减法补充去离子水, 以
保持土壤含水量的恒定(田间最大持水量的 50%)。2
个处理分别设 3 次重复, 同时以没有污染的土壤作
为空白对照。
1.3.2 土壤有效 B[a]P的提取方法
在多次叠加污染和一次污染结束后的第1 d、7 d、
14 d、28 d和56 d, 分别取2个处理的土壤, 土壤B[a]P
有效组分参照本实验室改进的方法[15]提取。
1.3.3 蚯蚓培养与体内 B[a]P富集液的提取方法
多次叠加污染和一次污染结束后的第1 d、7 d、
14 d、28 d和56 d, 分别取B[a]P叠加污染和一次污
染的土壤60 g放入100 mL烧杯中, 加入体型一致的
赤子爱胜蚓5条。烧杯用解剖针扎孔的铝箔纸封口,
恒温(25 )℃ 、避光培养7 d。每3 d补充一次水分, 保
证土壤湿润环境, 以利于蚯蚓生长。培养试验结束
后 , 蚯蚓体内B[a]P富集液的提取采用改进吕正勇
等[16]的方法。
1.3.4 B[a]P的固相萃取纯化与 HPLC(high perfor-
mance liquid chromatography)测定方法
土壤有效B[a]P和蚯蚓体内富集B[a]P提取溶液
采用固相萃取法[15]纯化, HPLC法[15,17]定量分析。
1.3.5 蚯蚓体腔液 SOD、POD活性的测定
蚯蚓体腔液 SOD、POD活性和蛋白质含量的测
定均采用南京建成生物研究所提供的试剂盒。蚯蚓
体腔细胞酶液参考卜元卿等[18]的方法提取。蚯蚓体
腔细胞 SOD活性测定采用氮蓝四唑法[19], 以 50%抑
制率的酶量为一个酶活力单位(U), 在 550 nm 下吸
光值计算酶活性, 单位为 U·mg−1(以 prot 计); 过氧化
物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法, 3 500 r·min−1
离心 10 min, 取上清液于 420 nm处比色, 以每分钟
吸光度的变化值表示酶活力大小, 单位为 U·mg−1(以
prot 计)。体腔液蛋白质含量的测定采用二辛可酸
(bicinchoninic acid, BCA)法, 以 562 nm下吸光值计
算样品蛋白质的浓度, 单位为 μg·mg−1。
1.3.6 数据分析
B[a]P 在土壤和蚯蚓体内的含量分别以干质量
和鲜质量计算(μg·kg−1)表示。蚯蚓体腔细胞中超氧化
物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性用单位蛋白
质的酶活性 U·mg−1(以 prot 计)表示, 每个处理中均
设置 3次重复, 取平均值。数据和图表经 Excel 2003
196 中国生态农业学报 2014 第 22卷


和 SPSS 17.0 软件进行统计分析, 单因素方差分析
采用 Duncan多重比较分析。
2 结果与分析
2.1 土壤 B[a]P有效含量随时间的变化规律
图 1 表明, 在多次叠加和一次污染条件下, 土
壤 B[a]P的有效含量随培养时间的延长呈前期(1~28
d)下降速率较快, 后期(28~56 d)下降速率减缓的趋
势。土壤 B[a]P 的平均有效含量呈一次污染(95.93
µg·kg−1)>多次叠加污染 (69.28 µg·kg−1)>对照土壤
(2.13 µg·kg−1)的规律。

图 1 B[a]P多次叠加污染条件下土壤 B[a]P有效含量随
时间的变化规律
Fig. 1 Temporal changes of the available B[a]P content in soil
under B[a]P multi-time superimposed pollution
不同大写字母表示同一处理、不同时间之间差异显著(P<0.05);
不同小写字母表示相同时间、不同处理间的差异显著(P<0.05);
下同。Different capital letters mean significant difference among
different incubation time under the same treatment (P < 0.05).
Different small letters mean significant difference among different
treatments in the same incubation time (P < 0.05). The same below.

多次叠加污染和一次污染结束后 1 d、7 d、14 d、
28 d和 56 d时, 土壤中B[a]P的有效含量分别为初始添
加量(1 200 µg·kg−1)的 3.23%~9.34%和 3.90%~12.97%,
差异达显著水平(P<0.05)。在 B[a]P 多次叠加和一次污染
条件下, 土壤B[a]P在 28 d时的有效含量(45.66 µg·kg−1、
61.70 µg·kg−1)分别比培养 1 d时下降了 66.4 µg·kg−1
和 93.91µg·kg−1, 下降速率分别为 2.37 µg·kg−1·d−1 和
3.35 µg·kg−1·d−1; 而 28~56 d时, 土壤 B[a]P有效含量的
下降速率分别为 0.24 µg·kg−1·d−1和 0.53 µg·kg−1·d−1, 低
于培养前期(1~28 d)的下降速率。多次叠加污染条件下,
1 d、7 d、14 d、28 d和 56 d土壤中 B[a]P的有效含量
比一次污染低 17.05%~38.60%(P<0.05)。这可能与 B[a]P
在土壤中的老化有关。
2.2 蚯蚓体内 B[a]P富集量随时间变化规律及其与
土壤 B[a]P有效含量的相关性
图 2 表明, 在多次叠加和一次污染条件下, 蚯
蚓体内 B[a]P 的富集量随培养时间延长呈现初始
(1~28 d)下降速率较快, 后期(28~58 d)逐步减小的规
律。蚯蚓体内 B[a]P 平均富集量表现为: 一次污染
(379.17 µg·kg−1)>多次叠加污染(231.47 µg·kg−1)>对
照土壤(3.78 µg·kg−1)的规律。
在多次叠加污染条件下, 蚯蚓体内 B[a]P 的富
集量在 28 d时比初始(1 d)降低了 194.37 µg·kg−1, 下
降速率为 6.94 µg·kg−1·d−1; 在 28~56 d时, 蚯蚓体内
B[a]P富集量的下降速率为 0.73 µg·kg−1·d−1, 是 1~28 d
内下降速率的 10.52%。而在一次污染条件下, 蚯蚓
体内 B[a]P的富集量在 28 d时比初始(1 d)时下降了
415.61 µg·kg−1, 下降速率为 14.84 µg·kg−1·d−1; 在
28~56 d时, 蚯蚓体内 B[a]P的富集量的下降速率为
1.64 µg·kg−1·d−1, 是 1~28 d下降速率的 11.05%。蚯
蚓体内 B[a]P的富集量在 1~7 d和 14~28 d的差异达
显著水平(P<0.05)。

图 2 B[a]P多次叠加污染条件下蚯蚓体内 B[a]P富集量随时间的变化规律及其与土壤 B[a]P有效含量的相关性
Fig. 2 Temporal changes of B[a]P accumulation in earthworms and the relationship between the available B[a]P content in soil and
B[a]P accumulation in earthworms under B[a]P multi-time superimposed pollution
第 2期 马静静等: 土壤苯并[a]芘多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞抗氧化酶的毒性效应 197


在整个培养时间(1~56 d), 蚯蚓体内 B[a]P在多
次叠加污染条件下的富集量分别是一次污染的
53.19%~77.42%。这与多次叠加污染条件下土壤
B[a]P有效含量低于一次污染的规律一致。蚯蚓体内
B[a]P富集量在 B[a]P多次叠加和一次污染条件下分
别降低了 214.85 µg·kg−1和 461.49 µg·kg−1, 下降速率
分别为 3.84 µg·kg−1·d−1和 8.24 µg·kg−1·d−1。进一步分
析表明, 蚯蚓体内 B[a]P的富集量与土壤 B[a]P的有
效含量之间呈极显著正相关(P<0.01), 相关系数(R2)为
0.914 7。这可能是污染物通过扩散作用和蚯蚓的摄食
作用进入蚯蚓体内, B[a]P在蚯蚓体内富集造成的。
2.3 蚯蚓体腔细胞 SOD和POD活性随时间的变化规律
图 3表明, 在B[a]P多次叠加和一次污染条件下,
蚯蚓体腔细胞 SOD 和 POD 的活性随培养时间的延
长而下降 , 这与土壤 B[a]P 有效含量和蚯蚓体内
B[a]P 富集量的变化规律一致。SOD 平均酶活性表
现为: 一次污染(15.31 U·mg−1)>多次叠加污染(9.60
U·mg−1)>对照土壤(7.12 U·mg−1); POD平均酶活性表
现为: 一次污染(27.87 U·mg−1)>多次叠加污染(25.47
U·mg−1)>对照土壤(20.25 U·mg−1)。

图 3 B[a]P多次叠加污染条件下蚯蚓体腔细胞 SOD和 POD活性随时间的变化规律
Fig. 3 Temporal changes of SOD and POD activities in earthworms under B[a]P multi-time superimposed pollution
在 B[a]P 多次叠加和一次污染条件下, 蚯蚓体
腔细胞 SOD酶活性在 14 d分别比培养初期(1 d)下降
42.76%和 64.63%, 下降速率分别为 0.43 U·mg−1·d−1
和 1.28 U·mg−1·d−1, 其中一次污染在 7~14 d达到显
著水平(P<0.05)。之后(14~28 d)逐渐恢复, 在随后的
28~56 d缓慢下降, 下降速率分别为 0.18 U·mg−1·d−1
和 0.12 U·mg−1·d−1, 其中叠加污染达到显著水平
(P<0.05)。到达 56 d时, 蚯蚓体腔细胞 SOD酶活性
分别是初始(1 d)的 27.97%和 28.78%。蚯蚓体腔细胞
POD 酶活力在培养初期 (1~28 d)下降速率 (0.34
U·mg−1·d−1和 0.52 U·mg−1·d−1)较快。培养后期(28~56
d)下降速率缓慢, 降幅分别为 19.65%和 0.35%, 到
达 56 d时, 蚯蚓体腔细胞 POD活性分别是初始培养
(1 d)的 55.94%和 61.00%。
在整个培养时间(1~56 d)内 , 多次叠加污染条
件下蚯蚓体腔细胞 SOD 活性分别是一次污染的
51.07%、64.93%、82.66%、79.14%和 49.62%, 差异
达显著水平(P<0.05)(除 14 d外); 而多次叠加污染条
件下蚯蚓体腔细胞 POD 活性分别是一次污染的
82.35%、97.58%、109.55%、93.66%和 75.52%。即
在 B[a]P 多次叠加污染条件下, 蚯蚓体腔细胞 SOD
和 POD的活性低于一次污染。
2.4 蚯蚓体腔细胞 SOD、POD 活性与土壤 B[a]P
有效含量和蚯蚓富集量的相关性
图 4 表明 , 蚯蚓体腔细胞 SOD 活性与土壤
B[a]P的有效含量和蚯蚓体内 B[a]P的富集量之间呈
极显著正相关(P<0.01), 相关系数(R2)分别为 0.754 3
和 0.704 0; 而蚯蚓体腔细胞 POD活性与土壤 B[a]P
的有效含量和蚯蚓体内 B[a]P 富集量之间也呈极显
著正相关(P<0.01), 相关系数(R2)分别为 0.829 6 和
0.727 1。即随着土壤 B[a]P有效含量升高, 蚯蚓体内
的富集量增加, 对蚯蚓产生较强的胁迫作用, 蚯蚓
体内的 SOD和 POD活性增加, 以缓解 B[a]P对蚯蚓
的毒害。
3 讨论
随着 B[a]P 与土壤接触时间的延长, 其有效含
量呈前期下降速率(2.37~3.35 µg·kg−1·d−1)较快, 后
期(0.24~0.53 µg·kg−1·d−1)逐渐减缓的趋势。这与前人
研究结果一致: 即 DDT[20]、芘和 PAHs[21]在土壤中
的生物有效性与其停留在土壤中的时间呈反比, 且
下降速率逐渐减小。究其原因可能与污染物在土壤
中的老化作用有关。老化效应的产生与污染物和土
壤组分之间的吸附作用、扩散分配作用和微孔间的
物理捕获作用有关。这可能是污染物与土壤组分之
间从弱的吸附位点到强的吸附位点重新分布, 从容
易解吸或具有生物有效性的结合位点迁移到不容易
解吸或有效性低的位点, 甚至进入不可逆区域的结
果[22]。污染物及其降解产物可能与土壤组分结合形
198 中国生态农业学报 2014 第 22卷



图 4 B[a]P多次叠加污染条件下蚯蚓体腔细胞 SOD和 POD活性与土壤 B[a]P有效含量和蚯蚓富集量的相关性
Fig. 4 Correlations between SOD and POD activities and the available B[a]P contents in soil, B[a]P accumulated in earthworms
under B[a]P multi-time superimposed pollution
成共价键, 增强了污染物的化学稳定性, 也可能是
化合物被土壤中的有机质和矿质晶格的物理“捕
获”[23−24]。污染物老化后, 部分化学物质因与土壤紧
密结合, 被提取量下降, 生物有效性降低。
本文的研究结果表明, 在多次叠加污染条件下,
土壤 B[a]P 的有效含量显著低于一次污染。这可能
是因为, B[a]P 以多次叠加的方式进入土壤, 其与土
壤颗粒相互作用时间较长, 老化作用充分, B[a]P 被
吸附到土壤颗粒内部, 扩散“陷入”到土壤的微孔或
分配进入土壤有机质的玻璃刚性结构中[25], 进入更
深的吸附位点, 从而被束缚其中, 很难再解吸出来,
导致有效性下降[26]。而在一次污染条件下, 高浓度
的 B[a]P一次进入土壤, 土壤颗粒接触时间较短, 土
壤的吸附位点很快饱和; B[a]P也未来得及扩散到有
机质和黏土颗粒的微孔, 仍有大量 B[a]P 存在于土
壤液相或者表面很容易解吸或者扩散出来, 表现出
较高的生物可利用性。在 56 d的培养时间内, 蚯蚓
体内B[a]P的富集量在多次叠加污染条件下比一次污
染低 53.2%~77.4%, 这与多次叠加污染条件下土壤
B[a]P的有效含量显著(P<0.05)低于一次污染有关。
污染物被生物体利用可分为 2 个过程: 污染物
在沉积物与孔隙水之间的分配过程和孔隙水与生物
体之间的分配过程[27]。Kottler 等[28]研究表明, 被土壤
锁定的 B[a]P只有 41.9%可以提取出来; Janger等[12]认
为, 孔隙水中的化合物是蚯蚓可利用的部分, 土壤
中吸附的化合物只有解吸到土壤孔隙水中才能被蚯
蚓吸收利用, 蚯蚓通过皮肤的扩散和摄食作用, 从
土壤中吸收的污染物数量减少。White 等[29]对土壤
中菲(phenanthrene)进行生物有效性测试后发现, 蚯
蚓生物积累量随着老化时间而下降。Johnson 等[21]
研究表明, 采用化学萃取如索氏萃取、超声萃取、
快速溶剂萃取及超临界流体萃取技术等, 往往过高
地估计了有机污染物持久性残留的生态风险, 不能
准确预测 PAHs 的生物有效性。Tang 等[30]发现, 温
和的固相萃取法更能真实体现污染物与蚯蚓摄取量
的相关性; 吕正勇等[16]研究证明, Tenax提取 6 h所
获得的组分对于预测土壤中持久性有机污染物的生
物有效性具有较好的相关性。本文的研究证实, 土
壤中 Tenax 吸附提取的 B[a]P 含量与蚯蚓体内富集
量呈正相关, 相关系数(R2)为 0.914 7, 达极显著相
关水平(P<0.01), 即土壤中 Tenax 可提取的 B[a]P 组
分(土壤 B[a]P的有效含量), 可用来表示其对蚯蚓的
生物有效性。
蚯蚓体内抗氧化酶(SOD、POD、CAT)等指标常
用来表征土壤污染物对蚯蚓的毒性效应, 随着污染
物在土壤中残留时间延长, 呈现较好的毒性效应关
系[31−32]。本试验的结果表明, 在多次叠加和一次污
染土壤条件下, 蚯蚓体腔细胞 SOD、POD活性均呈
现培养初期(1~14 d)下降速率较快, 后期(14~56 d)下
降速率减小的规律, 这与土壤中 B[a]P 的有效含量
随培养时间延长而降低相一致, 且达极显著相关水
平 (P<0.01)。在多次叠加污染中 , 蚯蚓体腔细胞
SOD、POD 活性比一次污染低, 这可能与多次叠加
污染条件下, 土壤 B[a]P 的有效含量低于一次污染,
蚯蚓可吸收利用的数量减少, 蚯蚓吸收富集量降低,
对蚯蚓的毒性减小有关。
4 结论
1)随着培养时间的延长, 土壤B[a]P有效含量呈
初期(1~28 d)下降较快, 后期(28~56 d)减缓的趋势,
土壤 B[a]P 有效含量在多次叠加污染条件下显著低
于一次污染。
2)蚯蚓体内 B[a]P 的富集量与土壤培养时间呈
反比, 与 Tenax吸附提取的 B[a]P含量呈极显著正相
关, 即土壤 Tenax可提取的 B[a]P组分, 可用来表示
其对蚯蚓的生物有效性。
第 2期 马静静等: 土壤苯并[a]芘多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞抗氧化酶的毒性效应 199


3)蚯蚓体腔细胞 SOD 和 POD 活性随土壤培养
时间的延长而逐步下降, 且在 B[a]P 多次叠加污染
条件下低于一次污染, 即 B[a]P 在叠加污染条件下
对蚯蚓的毒性效应低于一次污染, 叠加污染更能真
实反映生物的毒性效应。
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以下各位专家在 2013年度为本刊审阅稿件，在此表示衷心的感谢! (按姓氏拼音排序)
安韶山 别 墅 蔡焕杰 蔡强国 曹承富 曹卫东 柴 强 柴守玺 常志州 陈冬梅 陈家金 陈利顶
陈利军 陈 钦 陈素英 陈伟强 陈效民 陈又清 陈志彪 陈竹君 程建峰 程先富 慈 恩 崔金虎
崔秀敏 戴传超 党廷辉 邓祥征 邓振镛 董世魁 董文旭 董孝斌 窦 森 杜尧东 樊胜岳 樊卫国
范建容 冯 伟 符素华 高贤彪 高照全 高志奎 戈 峰 耿玉清 耿元波 郭 聪 郭华春 郭坚华
郭建英 郭荣君 郭世荣 郭 涛 郭 彤 郭熙盛 郭相平 郭旭东 郭忠录 韩广轩 韩淑敏 韩晓日
何丙辉 何建华 何月秋 洪坚平 侯新伟 侯有明 呼世斌 胡海波 胡荣桂 胡顺军 胡笑涛 黄道友
皇甫超河 黄东风 黄京华 黄沈发 霍治国 贾志宽 江长胜 江怀仲 江幸福 姜存仓 姜文来 姜 勇
姜远茂 蒋先军 焦念元 金 剑 金千瑜 寇太记 李春强 李发东 李凤海 李国怀 李红军 李 虎
李金才 李 军 李克斌 李 林 李鸣光 李 强 李儒海 李生才 李世清 李文均 李新海 李新平
李雁鸣 李秧秧 李永梅 李 勇 李玉荣 李章海 李兆富 李兆君 李忠佩 梁成华 梁书民 梁银丽
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刘 淼 刘明池 刘鸣达 刘 鹏 刘荣花 刘世梁 刘守龙 刘曙照 刘树庆 刘天学 刘文兆 刘向东
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卢新民 吕厚荃 吕家珑 罗怀良 罗 俊 罗其友 罗专溪 马春梅 马风云 马 琨 马 平 马文奇
马兴林 马义兵 毛培胜 毛任钊 毛小云 门明新 孟昭福 孟兆江 缪作清 南 蓬 宁堂原 牛俊玲
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