模擬酸雨對(duì)大麥幼苗部分生理特性的影響

李曉科

（晉中學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西晉中030600）

酸雨是指由于空氣中的SO2，NOx等引起的pH值小于5.6的酸性降水[1]。近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)化石燃料的需求日益增加，其在燃燒后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)嚴(yán)重影響了大氣質(zhì)量，導(dǎo)致我國(guó)酸雨問題日趨嚴(yán)重，酸雨面積超過國(guó)土面積的29%，而且面積仍在擴(kuò)大，降水酸性繼續(xù)升高[2]。由于酸雨為害，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)受到了較大影響，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到的影響更為突出。

大麥?zhǔn)且环N適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量較高的禾谷類作物，在保健食品和釀造工業(yè)中廣泛使用，在世界各大洲均有種植[3]。目前，酸雨對(duì)作物的研究主要集中在水稻[4]、小麥[4-5]、油菜[4-5]及園林樹木[6-7]等方面，而酸雨對(duì)大麥幼苗生長(zhǎng)影響的研究少見報(bào)道。

本試驗(yàn)通過研究模擬酸雨條件下大麥幼苗葉片細(xì)胞膜透性、丙二醛含量、抗氧化酶活性及葉綠素含量等生理特性的變化，初步探討了酸雨影響大麥幼苗部分生理特性的機(jī)理，為進(jìn)一步開展酸化環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的脅迫研究提供一定的參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所用的試驗(yàn)材料為大麥（Hordeum vulgare），品種為晉科571，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院品種資源研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.2 材料的處理 將比較飽滿、大小基本一致的大麥種子在NaClO溶液中處理0.5 h后，用蒸餾水洗2～3次，放入溫水中浸泡5 h左右，然后在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，控制溫度為28℃，使大麥種子萌發(fā)。在種子露白后，將40粒大小一致的種子鋪在培養(yǎng)皿中，且在培養(yǎng)皿中放幾層濾紙，用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，白天用自然光，溫度控制在25℃，晚上溫度控制在20℃。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.3 噴淋方法 采用噴霧法模擬酸雨，用噴霧器向受試材料葉面噴灑不同pH值的模擬酸雨，對(duì)照噴灑等量去離子水。根據(jù)預(yù)備試驗(yàn)的脅迫效應(yīng)表現(xiàn)程度，噴灑頻率為每1d噴1次，共噴5次，每次均噴至葉片滴液為度，在8：00—10：00進(jìn)行噴淋。

1.2.4 測(cè)定方法 模擬酸雨處理5 d后，分別取大麥幼苗上部生長(zhǎng)一致的葉片測(cè)定生理指標(biāo)，每個(gè)測(cè)定3個(gè)重復(fù)，結(jié)果取平均值。細(xì)胞膜透性、丙二醛含量、葉綠素含量采用李合生[8]的方法測(cè)定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法，在725型分光光度計(jì)470 nm波長(zhǎng)處測(cè)光密度值；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用南京建成生物工程研究所研制的超氧化物歧化酶活性測(cè)定試劑盒（黃嘌呤氧化酶法）進(jìn)行測(cè)定；過氧化氫酶（CAT）活性采用南京建成生物工程研究所研制的過氧化氫酶活性測(cè)定試劑盒（可見光法）進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)方法 試驗(yàn)結(jié)果采用SPSS 16.0和Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對(duì)大麥幼苗葉片細(xì)胞膜透性（CMP）和丙二醛（MDA）含量的影響

植物細(xì)胞外滲液的電導(dǎo)率可作為植物細(xì)胞膜透性（CMP）的變化及損傷的生理指標(biāo)之一。并且不良環(huán)境下的植物器官常會(huì)發(fā)生膜脂過氧化，最終會(huì)產(chǎn)生丙二醛，而它的含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[9]。從圖1、圖2可以看出，與對(duì)照相比，不同pH值的模擬酸雨處理5 d后，大麥幼苗葉片的MDA含量及相對(duì)電導(dǎo)率均隨各酸雨處理pH值的減小而上升，有一定的劑量效應(yīng)關(guān)系。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，pH值為5.0酸雨處理的丙二醛（MDA）含量及相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照之間無明顯差異，而pH≤4.0的酸雨處理使這2項(xiàng)生理指標(biāo)與對(duì)照之間差異達(dá)顯著水平。而且，二者達(dá)極顯著水平，R2＝0.997，但各處理的MDA含量變幅大于相對(duì)電導(dǎo)率的變幅，說明MDA含量的積累先于膜透性的增加。

2.2 模擬酸雨對(duì)大麥幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

SOD，POD，CAT是生物體內(nèi)重要的活性氧清除酶，它們的重要作用是消除超氧化物自由基、減輕脂質(zhì)過氧化和膜損傷[10]。從圖3可以看出，大麥幼苗葉片中SOD酶的活性隨酸雨脅迫程度的增加而上升，表現(xiàn)為酸雨使大麥葉片積累大量自由基O2-，從而SOD酶的活性迅速增加，增強(qiáng)大麥抗逆境的能力，在pH值為4.0～2.0時(shí)，大麥幼苗葉片SOD酶的活性增加幅度變小。同時(shí)，CAT酶的活性在酸雨強(qiáng)度較小時(shí)增加，后隨酸雨強(qiáng)度增加而下降，而另一種保護(hù)酶POD的活性卻一直在增強(qiáng)。

2.3 模擬酸雨對(duì)大麥幼苗葉片中葉綠素含量的影響

在植物的光合作用過程中，葉綠素能夠吸收并傳遞光能，同時(shí)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。而一些不良環(huán)境條件會(huì)抑制葉綠素的合成，環(huán)境特別惡劣時(shí)，葉綠素會(huì)加快分解[11-13]。圖4表明，大麥幼苗葉片中葉綠素含量隨酸雨強(qiáng)度的提高而減小，并在pH≤4.0時(shí)，與對(duì)照相比，差異達(dá)顯著水平。此外，Chl a的含量和Chl b的含量相比，隨相應(yīng)各處理酸雨強(qiáng)度的升高，Chl b下降的幅度大于Chl a，表明在酸雨脅迫下，Chl b比Chl a更易降解?？赡苁怯捎谌~綠素a/b蛋白復(fù)合體含量下降，從而降低了光系統(tǒng)Ⅱ捕獲光能的效率，光抑制程度得到一定的減輕。

3 討論

SOD，POD，CAT均是廣泛存在于植物體內(nèi)的氧化還原酶，主要生理功能是清除因各種原因產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的含量，抑制膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過氧化作用，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和完整性，提高植物的抗逆性。植物通過加強(qiáng)抗氧化作用提高其對(duì)酸雨的抗性，從而防止自由基毒害[14-15]。本試驗(yàn)表明，在不同強(qiáng)度的酸雨脅迫下，誘發(fā)大麥幼苗葉片膜脂過氧化，產(chǎn)生大量MDA，并且使細(xì)胞膜透性增大，膜功能受損。此時(shí)，大麥幼苗葉片中3種保護(hù)酶SOD，POD，CAT在酸度低時(shí)活性表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)氧自由基的清除。但隨酸雨脅迫強(qiáng)度增加，CAT活性急劇下降和SOD活性上升變慢，從而更加劇了氧自由基的積累。但值得注意的是，POD作為一種保護(hù)酶，在本試驗(yàn)中其活性持續(xù)增強(qiáng)，與在其他植物中得到的結(jié)果相似[9]，其中的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

酸雨對(duì)植物膜系統(tǒng)的損傷必然會(huì)引起光合器官的傷害和功能的下降。呂均良等[9]模擬酸雨對(duì)葡萄葉片的研究也表明，重度酸雨脅迫（pH≤3.5）下，葉片葉綠素含量明顯減少。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨處理下，大麥幼苗葉片葉綠素含量下降，這可能是因?yàn)樗嵊晖ㄟ^破壞植物葉片表面的蠟質(zhì)和角質(zhì)層，損害植物的表皮結(jié)構(gòu)，損傷植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能，使細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)大量外滲，造成離子平衡失調(diào)，酸性物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入植物，H+取代卟啉環(huán)中的Mg2+，破壞葉綠素合成與分解過程的平衡，降低葉綠素的組成，導(dǎo)致其含量降低。

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