酸雨對小麥影響的研究進(jìn)展

張清華，肖　磊，蘇玉環(huán)，劉保華（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北　邯鄲　056001）

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酸雨對小麥影響的研究進(jìn)展

張清華，肖磊*，蘇玉環(huán)，劉保華
（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北邯鄲056001）

摘要：闡述了酸雨對小麥種子萌發(fā)、麥苗生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及生理特性的影響，以及酸雨與重金屬復(fù)合作用對小麥的影響；探討了抵御酸雨逆境脅迫的方式；分析了目前酸雨對小麥影響研究存在的主要問題，并對研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：酸雨；小麥；研究進(jìn)展

從1872年英國化學(xué)家史密斯首次提出“酸雨”以來[1]，有關(guān)酸雨的研究逐漸展開。酸雨實(shí)質(zhì)上為酸性沉降，是指pH值約5.6的雨、雪、霧、雹等大氣降水[2，3]。酸雨是工業(yè)高度發(fā)展的副產(chǎn)物，是人類大量使用的煤、石油及天然氣等化石燃料燃燒后產(chǎn)生的氮、硫氧化物，經(jīng)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)形成硫酸或硝酸氣溶膠而來[4]。因此，酸雨也是環(huán)境污染的產(chǎn)物。酸雨會對建筑物、雕塑及文物古跡等造成巨大危害，損害土壤系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)，且會對人類賴以生存的農(nóng)作物造成不同程度的傷害[5]。

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物。近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，酸雨面積迅速擴(kuò)增，酸雨對小麥的影響引起了許多學(xué)者廣泛的關(guān)注并開展了深入研究，并取得了重要研究進(jìn)展。就酸雨對小麥影響的進(jìn)展進(jìn)行闡述，以期為開展相關(guān)研究提供信息參考。

1　酸雨對小麥的影響

1.1對小麥萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是農(nóng)作物生活史的起點(diǎn)，對生物量的形成起到了關(guān)鍵的作用[6]。因此，探討酸雨對小麥種子萌發(fā)的影響，對保障小麥安全生產(chǎn)具有一定的參考價值。研究表明，以pH值為2.0的模擬酸雨處理小麥種子，種子不能萌發(fā)；當(dāng)pH值為2.5時，小麥種子只有異狀發(fā)芽；當(dāng)pH值為2.5～5.0時，小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)均隨酸雨pH值的上升而提高，小麥種子異狀發(fā)芽率隨酸雨pH值的上升而降低；在pH值分別為3.0、3.5和4.0時，小麥的發(fā)芽勢較對照（未處理）分別降低了13.00%、6.98%和2.85%。而pH值為3.0～5.0時，小麥芽長和根長抑制指數(shù)均與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，其中，小麥芽和根的最大抑制指數(shù)分別為34.84%和87.36%[7～10]。曾慶玲等[11]研究了酸雨脅迫時間對小麥種子萌發(fā)的影響發(fā)現(xiàn)，在pH值為2.5～4.0時，小麥種子根長和芽長抑制指數(shù)均隨脅迫時間的延長而提高。且小麥根長及芽長對酸雨脅迫時間的響應(yīng)時間均為3 d[12]。

1.2對小麥生長發(fā)育的影響

許多學(xué)者就酸雨對小麥生長發(fā)育狀況的影響開展了深入研究，模擬酸雨處理小麥植株可引起小麥株高變矮、葉片受害、次生根減少、根系活動下降以及幼苗生物量降低，且影響程度隨酸性的增強(qiáng)而增強(qiáng)[13，14]。薛忠財(cái)?shù)萚15]運(yùn)用光譜分析技術(shù)研究了模擬酸雨對小麥生理特性的影響。酸雨可傷害小麥葉片的結(jié)構(gòu)和功能，降低小麥葉片的葉綠素含量、葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，致使小麥葉片可溶性糖和還原糖的合成受抑制，影響小麥光能吸收、轉(zhuǎn)換及碳同化，進(jìn)而降低小麥的光合速率[14～19]。

1.3對小麥產(chǎn)量的影響

經(jīng)酸雨處理的小麥，其結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、千粒重、生物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均受到嚴(yán)重影響。當(dāng)酸雨pH值臆3.5時，小麥產(chǎn)量顯著低于對照；pH值為2.0的酸雨處理的小麥減產(chǎn)19.1%[14，15，20]。卞雅姣等[21]研究了酸雨對不同小麥品種產(chǎn)量的影響，經(jīng)pH值2.0的酸雨處理后，寧麥13單穗粒數(shù)和單莖產(chǎn)量較對照下降了48.6%和56.7%，徐麥31單穗粒數(shù)和單莖產(chǎn)量較對照下降了31.2%和39.7%，表明不同小麥品種對酸雨的響應(yīng)存在一定的差異。

1.4對小麥品質(zhì)的影響

酸雨降落會接觸小麥及其賴以生存的土壤基質(zhì)，影響小麥生長發(fā)育及光合物質(zhì)建成，進(jìn)而影響小麥品質(zhì)。卞雅姣等[21]采用模擬酸雨的方式研究了酸雨的影響，經(jīng)酸雨處理的小麥雖然籽?？偟鞍缀康玫搅颂岣?，但會引起谷蛋白和谷/醇降低，進(jìn)而降低小麥籽粒的加工品質(zhì)。

2　酸雨對小麥生理特性的影響

2.1小麥萌發(fā)過程中的生理特性變化

倩-淀粉酶在禾谷類種子萌發(fā)時形成[22]，隨著萌發(fā)過程的推進(jìn)，將胚乳內(nèi)的貯藏物質(zhì)分解成小分子糖類，最終形成根和芽[22]。研究表明，經(jīng)pH值為2.0～5.0酸雨處理的小麥種子，其倩-淀粉酶活性隨脅迫強(qiáng)度的增大而降低。此外，可溶性糖含量、還原糖含量、吸水值、呼吸速率、貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率及貯藏物質(zhì)消耗率均隨脅迫強(qiáng)度的增大和脅迫時間的延長而降低[6，7，9～12，23]。進(jìn)一步分析結(jié)果表明，萌發(fā)7 d的小麥種子過氧化物酶（POD）活性隨脅迫強(qiáng)度的增大而先升高后降低，導(dǎo)致保護(hù)酶系統(tǒng)受到損傷，引起膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量較對照升高[24]。

2.2小麥生長發(fā)育期保護(hù)酶的變化

模擬酸雨脅迫小麥幼苗，麥苗保護(hù)酶超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）的活性均隨酸性的增強(qiáng)呈降低趨勢，而酸雨誘導(dǎo)POD活性增加，進(jìn)而降低體內(nèi)活性氧清除能力[16，25，26]。唐正義等[27]運(yùn)用紫外分光光度法研究了酸雨對小麥幼苗體內(nèi)CAT和SOD活性的影響，發(fā)現(xiàn)小麥幼苗體內(nèi)CAT和SOD的活性對酸雨的響應(yīng)表現(xiàn)出誘導(dǎo)效應(yīng)。

3　酸雨與金屬離子復(fù)合作用對小麥的影響

酸雨不僅造成土壤酸化進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育，同時還能激活土壤中的Al以及環(huán)境中的Cd、Pb等重金屬[28，29]，對植物產(chǎn)生毒害。秦海峰等[30]研究了模擬酸雨與Al、Pb、Cd的復(fù)合作用對小麥的影響，結(jié)果顯示，復(fù)合處理12 d后，小麥幼苗根長、苗高、單粒萌根數(shù)分別較對照降低了54.01%～94.81%、18.88%～77.95%、21.87%～80.37%，且抑制效應(yīng)隨處理濃度的加大以及作用時間的延長而增強(qiáng)。模擬酸雨與單一金屬離子處理促使幼苗根部SOD活性顯著升高，而酸雨與3種金屬離子復(fù)合作用致使SOD活性顯著降低。酸性條件下，金屬離子單獨(dú)或復(fù)合處理后，小麥幼苗的POD活性顯著升高，而CAT活性則明顯下降[30]。

4　減少酸雨對小麥為害的方式

梁永超等[31]通過抑制土壤酸化，運(yùn)用碳酸鈣和硅酸鈉來抵御酸雨對小麥的為害，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣施用量控制在2.0 g/kg為宜，否則易使土壤缺磷；而施用硅酸鈉能大幅度提高土壤有效磷的含量，利于作物生長，不受施用量的限制。此外，運(yùn)用植物抗逆性物質(zhì)稀土元素[32]處理酸雨脅迫的小麥，小麥體內(nèi)的CAT和SOD活性均有所提高，同時消弱了酸雨脅迫所引起的POD活性增加，增強(qiáng)了小麥抵御酸雨的能力[25，26]。而鑭是稀土元素中重要且活潑的元素之一，在模擬酸雨條件下，1～100 mg/L的氯化鑭可促進(jìn)小麥發(fā)芽及根系生長，增加幼苗干重，并能提高根系活力和葉綠素含量，且能抑制膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛及滲透物質(zhì)脯氨酸的增多，對小麥抵御逆境脅迫起到重要作用[33]。

5　問題及展望

酸雨是環(huán)境污染的產(chǎn)物，是一種自然現(xiàn)象。在現(xiàn)階段，其降落時間、降雨量及降落區(qū)域還難以人為控制。目前研究酸雨對小麥的影響多是在人工模擬條件下進(jìn)行的，考慮的主要是pH值的影響。事實(shí)上，自然界中酸雨降落的同時會伴隨著其他污染物的降落，致使酸雨與多種污染物共同作用，對小麥產(chǎn)生影響。因此，今后應(yīng)將自然界中的酸雨作為重點(diǎn)研究對象，探討其對小麥的影響。同時應(yīng)由氣象部門參與，做好酸雨監(jiān)測、預(yù)報(bào)以及農(nóng)業(yè)減災(zāi)工作。

參考文獻(xiàn)：

［1］Richter D D. Comments on：“acid precipitation in historicalperspective”and“effects of acid precipitation”（rebuttal）［J］. Environ Sci Technol，1984，18（8）：632-634.

［2］曹磊.全球十大環(huán)境問題［J］.環(huán)境科學(xué)，1995，16（4）：86-88.

［3］單運(yùn)峰.酸雨、大氣污染與植物［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1993.

［4］駱世娟，雷玄肆.景德鎮(zhèn)酸雨的特征影響及防治［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，14（3）：169-170.

［5］曾慶玲.模擬酸雨對不同抗性植物種子萌發(fā)的影響［D］.無錫：江南大學(xué)，2004.

［6］王麗紅，周青，曾慶玲. 3類抗性種子萌發(fā)過程中糖代謝對酸雨脅迫的響應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29（3）：799-803.

［7］金進(jìn)，曾慶玲，周青.小麥與油菜種子萌發(fā)對酸雨脅迫的反應(yīng)研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，13（4）：48-51.

［8］崔興國.小麥、玉米種子萌發(fā)對酸雨脅迫的響應(yīng)［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（14）：7677-7678.

［9］曾慶玲，黃曉華，周青.酸雨對水稻、小麥和油菜種子萌發(fā)的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2005，26（1）：181-184.

［10］曾慶玲，梁嬋娟，沈東興，黃曉華，周青.酸雨對不同抗性植物種子萌發(fā)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（1）：39-42.

［11］曾慶玲，黃曉華，周青.酸雨對不同抗性植物種子萌發(fā)過程的影響域——酸雨短程脅迫時間對植物種子4項(xiàng)萌發(fā)生理指標(biāo)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（1）：35-38.

［12］周青，曾慶玲，黃曉華，張光生，梁嬋娟，王麗紅.三類抗性種子萌發(fā)對酸雨脅迫響應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（9）：2629-2636.

［13］童貫和.模擬酸雨致酸土壤對小麥幼苗生長發(fā)育的影響［J］.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2005，21（1）：47-50.

［14］麥博儒，鄭有飛，梁駿，劉霞，李璐，鐘燕川.模擬酸雨對小麥葉片同化物、生長和產(chǎn)量的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（10）：2227-2233.

［15］薛忠財(cái)，高輝遠(yuǎn)，劉鵬，柳潔.利用冠層和葉片水平的反射光譜研究模擬酸雨對小麥的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（2）：228-235.

［16］王秀英.模擬酸雨對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響［J］.水土保持研究，2014，21（6）：265-270.

［17］嚴(yán)重玲，洪業(yè)湯，林鵬，王世杰，付舜珍，楊先科，吳善綺，朱克勇.酸雨脅迫下稀土元素對小麥生理生化響應(yīng)的作用［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，2000，10（1）：80-84.

［18］蔡世舫，任清文，歐紅梅，滕康開.酸雨對小麥生理特性影響的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，28（3）：303-304.

［19］童永忠，劉超，周志勤，傅柳松，吳杰民.酸雨對土壤-植物系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)研究——酸雨噴淋對稻和麥生理的影響［J］.浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，20（1）：86-91.

［20］武德傳，周廣成，趙振邦，李猛，蔡世舫，徐茂林.模擬酸雨對小麥生育后期經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，29（5）：688-689.

［21］卞雅姣，黃潔，孫其松，姜東，江海東，周琴.模擬酸雨對小麥產(chǎn)量及籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量及組分的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（15）：4623-4630.

［22］Takao Murata，Akazawa T，Shikiko Fukuchi. Enzymic mechanism of starch breakdown in germinating rice seeds I. An analytical study［J］. Plant Physiology，1968，（43）：1899-1905.

［23］曾慶玲，周青，戴玉錦.不同抗性種子萌發(fā)對酸雨脅迫時間的響應(yīng)芋——酸雨持續(xù)脅迫對3類種子4項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（6）：1073-1076.

［24］王麗紅，蔡麗單，曾慶玲，王軍才，周青.酸雨對3類不同抗性種子萌發(fā)過程的影響遇——酸雨脅迫對3類種子萌發(fā)POD活性的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（3）：442-445.

［25］嚴(yán)重玲，洪業(yè)湯，楊先科，付舜珍，吳善綺.稀土元素對酸雨脅迫小麥抗氧化酶的生物學(xué)效應(yīng)［J］.科學(xué)通報(bào)，1998，43（20）：2206-2209.

［26］嚴(yán)重玲，洪業(yè)湯，王世杰，付舜珍，楊先科，朱克勇，吳善綺.稀土元素對酸雨脅迫小麥活性氧清除系統(tǒng)響應(yīng)的作用［J］.作物學(xué)報(bào)，1999，25（4）：504-507.

［27］唐正義，楊春萍，王丹，鄭玉.模擬酸雨對小麥幼苗SOD和CAT活性的影響［J］.內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，29（4）：30-32.

［28］孔繁翔，桑偉蓮，蔣新，王連生.鋁對植物毒害及植物抗鋁作用機(jī)理［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（5）：855-862.

［29］郭朝暉，黃昌勇，廖柏寒.模擬酸雨對紅壤中鋁和水溶性有機(jī)質(zhì)溶出及重金屬活動性的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2003，40（3）：380-385.

［30］秦海峰，儀慧蘭.小麥幼苗生長及其抗氧化酶活性對模擬酸雨與金屬離子復(fù)合脅迫的響應(yīng)［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2008，28（2）：331-335.

［31］梁永超，沈其榮，張愛國，沈振國.鈣、硅對酸雨脅迫下小麥生長和養(yǎng)分吸收的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，10（5）：589-592.

［32］倪嘉纘.稀土生物無機(jī)化學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1995.

［33］陸曉民，盛偉，楊吉.模擬酸雨下氯化鑭處理對小麥發(fā)芽及幼苗生長的影響［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，22（6）：851-855.

Research Progress on the Impacts of Acid Rain on Wheat

ZHANG Qing-hua，XIAO Lei*，SU Yu-huan，LIU Bao-hua
（Handan Academy of Agricultural Sciences，Handan 056001，China）

Abstract：The effect of acid rain on the seed germination，seedling growth，yield，quality and physiolog-ical characteristics of wheat. The effect of the acid rain and heavy metal combination on wheat was de-scribed and the ways to resist acid rain stress was discussed. The problems existing in the current study were analyzed and the prospects were introduced.

Key words：Acid rain；Wheat；Research progress

中圖分類號：S512.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-1631（2016）01-0097-03

收稿日期：2015-08-11

作者簡介：張清華（1976-），男，河北永年人，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)科研管理工作。E-mail：nongkezqh@163.com。

通訊作者：肖磊（1981-），男，山東惠民人，助理研究員，碩士，主要從事小麥育種與栽培技術(shù)研究。E -mail：yanyun5995@163.com。