模擬酸雨脅迫對油冬菜生理特性的影響

水德聚 王曉艷 邵勤 葉利勇 孫繼 汪炳良

摘要：【目的】研究模擬酸雨脅迫對油冬菜葉片生理特性的影響，為制定油冬菜酸雨防治措施提供參考依據(jù)?！痉椒ā繉ε柙杂投似贩N黑油冬分別噴施pH為5.6、4.5、3.5和2.5的模擬酸雨，以噴施清水（pH 7.0）為對照（CK），測定分析不同酸度模擬酸雨處理的油冬菜生理生化指標(biāo)?！窘Y(jié)果】隨著模擬酸雨酸度的增強(qiáng)，油冬菜葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量及丙二醛（MDA）含量均呈先升高后降低的變化趨勢，前三者在模擬酸雨pH 4.5時升至最高，MDA含量在模擬酸雨pH 3.5時達(dá)最高；脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖含量呈先降低后升高的變化趨勢，前二者在模擬酸雨pH 4.5時降至最低，可溶性糖含量在模擬酸雨pH 5.6時降至最低；類胡蘿卜素含量持續(xù)降低；在pH 4.5的模擬酸雨脅迫下，油冬菜脯氨酸和可溶性糖含量均出現(xiàn)急劇變化，分別比CK降低58.37%和50.89%?！窘Y(jié)論】pH 4.5可能是酸雨對油冬菜造成隱性傷害的閾值，適度酸雨脅迫可激發(fā)油冬菜自身的抗逆系統(tǒng)。酸雨較重的南方地區(qū)可在油冬菜定植前選用適量石灰改善土壤酸性，也可采用設(shè)施栽培來避免酸雨對其葉片產(chǎn)生危害。

關(guān)鍵詞： 油冬菜；模擬酸雨；脅迫；生理特性

中圖分類號： S636.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）07-1155-04

0 引言

【研究意義】酸雨一般是指pH低于5.6的雨水，通常包括雪、霧及冰雹等其他形式的酸性降水（鄧偉等，2009）。酸雨是當(dāng)今世界面臨的重大環(huán)境污染問題之一，我國現(xiàn)已成為繼歐洲和北美之后世界第三大酸雨區(qū)。我國南方土壤偏酸性，加上酸雨偏多且酸性重，嚴(yán)重影響了植物的正常生長。油冬菜是十字花科蕓薹屬葉用蔬菜，因其口感軟糯、營養(yǎng)豐富、易栽培及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)而深受消費(fèi)者喜愛，是華東和華南地區(qū)冬季的主栽蔬菜品種之一，但南方的酸性環(huán)境是制約其產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要因素。張新民等（2010）統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，全國每年因酸雨造成蔬菜減產(chǎn)損失達(dá)22.187億元，占蔬菜減產(chǎn)總損失的60.0%。因此，開展模擬酸雨對油冬菜生理特性影響研究，對揭示其酸化脅迫機(jī)理及制定酸雨防治措施具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】劉建福等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，酸雨可增加南方紅豆杉細(xì)胞膜透性，改變其體內(nèi)酶的活性及葉肉細(xì)胞中細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致南方紅豆杉葉片產(chǎn)生可見傷害。陳志國（2013）研究發(fā)現(xiàn)，酸雨會抑制蔬菜作物種子萌發(fā)。王菊等（2013）研究認(rèn)為，酸雨可影響小白菜的營養(yǎng)品質(zhì)并抑制其葉綠素形成。王強(qiáng)等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，酸雨降低了烏藥幼苗的光飽和點(diǎn)及光合能力。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于模擬酸雨對植物生理生化特性的研究較多，但模擬不同酸度酸雨對油冬菜影響的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以油冬菜品種黑油冬為材料，通過盆栽試驗(yàn)，探討模擬酸雨對其生理特性的影響，為進(jìn)一步開展酸化環(huán)境對蔬菜生長發(fā)育的脅迫機(jī)理研究及制定酸雨防治措施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試材料為溫州地方油冬菜品種黑油冬，由溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。模擬酸雨是根據(jù)浙江省酸性降雨主要以硫酸根為主的特點(diǎn)并參照有關(guān)溫州地區(qū)酸雨資料（吳賢篤等，2004），先將分析純H2SO4和HNO3按照摩爾比1∶1配制成酸雨母液，再加蒸餾水稀釋成pH分別為2.5、3.5、4.5和5.6的酸雨溶液。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)于2014年10月～2015年1月在溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜研究所基地進(jìn)行。油冬菜于2014年10月25日定植于花盆中，待植株返青至生長旺期開始對葉片噴施各pH的酸雨，于11月25日噴施第1次（以葉片上液滴欲滴為宜），以后每隔7 d噴施1次，持續(xù)1個月，期間進(jìn)行常規(guī)管理；每處理噴5株，3次重復(fù)，噴施時間一般在16：00～18：00。為防止相互干擾，不同酸度處理的植株間用塑料薄膜隔開，噴施最后1次酸雨后1周進(jìn)行葉片取樣。

1. 2. 2 生理生化指標(biāo)測定 采用混合取樣法，每處理選取植株中部功能葉，去除主葉脈，剪碎混合后用于生理特性指標(biāo)測定（李合生，2002）。葉綠素及類胡蘿卜素含量采用紫外分光光度計法測定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮提取法測定（曹春信等，2010），可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定。

1. 3 統(tǒng)計分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計，利用SPSS 17.0進(jìn)行差異顯著性分析（Duncans多重比較）。

2 結(jié)果與分析

2. 1 模擬酸雨對油冬菜葉綠素含量和類胡蘿卜素含量的影響

葉綠素含量常用作植物在逆境脅迫下受傷害程度的生理指標(biāo)。由表1可知，隨著酸雨酸度的增強(qiáng)，油冬菜的葉綠素a、葉綠素b含量及葉綠素總含量均呈先升高后降低的變化趨勢，且均在pH 4.5時最高，分別比CK升高了23.00%、42.34%和27.10%，差異顯著（P<

0.05，下同）；隨著酸雨酸度的增加，油冬菜類胡蘿卜素含量呈持續(xù)下降趨勢，均顯著低于CK，在pH 2.5時降至最低，比CK降低了37.90%，說明酸雨會抑制類胡蘿卜素合成，雖然pH 4.5與pH 5.6處理的類胡蘿卜素含量差異不顯著（P>0.05，下同），但均顯著高于pH 2.5～ 3.5。說明一定酸度（pH 4.5～5.6）的酸雨脅迫可促進(jìn)油冬菜葉綠素a、葉綠素b合成，有利于油冬菜生長，因此采用溫室、大棚等設(shè)施栽培方式可避免酸度過重酸雨對油冬菜造成危害。

2. 2 模擬酸雨對油冬菜葉片生理特性的影響

由表2可知，隨著酸雨酸度的增強(qiáng)，油冬菜的MDA含量呈先緩慢升高后降低的變化趨勢。在pH 5.6時MDA含量雖高于CK，但差異不顯著；在pH 3.5時MDA含量最高，比CK提高了40.25%，差異顯著；在pH 2.5時顯著降低，但仍顯著高于CK。說明油冬菜可能通過自身的調(diào)節(jié)功能來抵御低酸度（pH 5.6）酸雨的脅迫，而高酸度（pH<3.5）酸雨脅迫對油冬菜細(xì)胞膜造成一定的傷害，出現(xiàn)MDA含量升高現(xiàn)象。

隨著酸雨酸度的增加，油冬菜葉片脯氨酸含量及可溶性糖含量均呈先降低后升高的變化趨勢，且均在pH 4.5時下降至最低值，分別比CK下降了58.37%和50.89%，差異顯著。表明pH 4.5可能是酸雨對油冬菜造成隱形傷害的閾值，在酸雨脅迫下油冬菜可能通過降低體內(nèi)脯氨酸及可溶性糖含量來適應(yīng)酸化環(huán)境，其中低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨脅迫下油冬菜以消耗大量的可溶性糖來適應(yīng)酸化環(huán)境，而高酸度（pH 2.5）酸雨脅迫下油冬菜通過產(chǎn)生大量的可溶性糖來增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力以抵御傷害。

隨著酸雨酸度的增加，油冬菜的可溶性蛋白含量出現(xiàn)升高趨勢。在低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨脅迫下，油冬菜葉片的可溶性蛋白含量雖降低但與CK差異不顯著，而在高酸度（pH 2.5～3.5）酸雨脅迫下，其可溶性蛋白含量急劇升高，分別比CK升高了35.37%和42.18%，差異顯著。說明油冬菜能通過加快可溶性蛋白的消耗以緩解pH 5.6和pH 4.5酸雨的脅迫，而在pH 3.5和pH 2.5酸雨脅迫下油冬菜機(jī)體通過提高可溶性蛋白含量來增加細(xì)胞滲透勢，進(jìn)而提高對酸雨的抗性。

3 討論

不同pH的模擬酸雨對油冬菜葉片葉綠素、類胡蘿卜素、MDA、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均有不同程度的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，pH 5.6和pH 4.5的模擬酸雨可促進(jìn)油冬菜葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量升高，pH 3.5和pH 2.5的模擬酸雨使油冬菜葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量呈降低趨勢，與趙棟等（2010）在茶梅上的研究結(jié)果不一致，可能是由于pH 4.5～5.6模擬酸雨中含有的N、S元素對油冬菜葉片產(chǎn)生保護(hù)作用，而pH 2.5～3.5的模擬酸雨脅迫一方面易造成油冬菜葉片Mg2+流失影響葉綠素合成，另一方面會加速葉綠素分解，從而降低葉綠素含量，其具體機(jī)理有待進(jìn)一步探討。模擬酸雨酸度增加致使油冬菜葉片類胡蘿卜素含量降低，酸性越強(qiáng)，其含量越低，與劉建福（2007）對楊梅的研究結(jié)果一致，說明適度的酸雨脅迫可激發(fā)油冬菜自身的抗逆體系。

大量研究表明，MDA是膜脂過氧化過程中的分解產(chǎn)物，其含量反映了細(xì)胞質(zhì)膜過氧化程度和植物對逆境脅迫的抵抗能力（曹春信等，2010），因此，MDA含量常用來反映質(zhì)膜的過氧化程度，用作抗逆性鑒定的指標(biāo)（童貫和等，2005）。本研究發(fā)現(xiàn)，油冬菜MDA含量隨著模擬酸雨酸性的增強(qiáng)呈先緩慢升高而后降低的變化趨勢，其中在pH 5.6和pH 4.5酸雨脅迫下升幅不明顯，在pH 3.5酸雨脅迫下達(dá)最大值，說明油冬菜能通過其機(jī)體自身調(diào)節(jié)來應(yīng)對一定酸度的酸雨脅迫，但高酸度的酸雨會導(dǎo)致機(jī)體膜系統(tǒng)破壞，代謝失調(diào)，產(chǎn)生大量過氧化產(chǎn)物MDA。這與何楊（2013）對花葉良姜的研究結(jié)果一致。

脯氨酸含量變化是作物抗逆性的重要參數(shù)，其含量高低一般用于衡量植物受脅迫的傷害程度（王強(qiáng)等，2013）。有研究表明，在酸雨脅迫下植物體內(nèi)脯氨酸含量升高以適應(yīng)酸雨環(huán)境（李迪等，2008）。本研究發(fā)現(xiàn)模擬酸雨脅迫下油冬菜脯氨酸含量呈先降低后升高的變化趨勢，且在pH 4.5時降至最低，與李迪等（2008）對水稻的研究結(jié)果相反，可能是酸雨對不同植物的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理不同而引起，也可能是由于酸雨脅迫促進(jìn)脯氨酸與細(xì)胞內(nèi)的一些化合物發(fā)生反應(yīng)，形成類似親水膠體的聚合物以增強(qiáng)機(jī)體對酸雨產(chǎn)生抗性的緣故。

植物可通過提高可溶性蛋白含量來增加細(xì)胞滲透勢和功能蛋白數(shù)量，從而有利于維持細(xì)胞的正常代謝，提高抗逆性（吳桂容和嚴(yán)重玲，2006），可溶性糖也可通過調(diào)節(jié)組織的滲透勢來維持膜的完整性（何楊，2013）。本研究結(jié)果表明，pH 4.5～5.6的模擬酸雨脅迫可使油冬菜可溶性蛋白含量和可溶性糖含量降低，且均在pH 4.5時降至最低，而pH 2.5～3.5的酸雨可使油冬菜可溶性蛋白含量和可溶性糖含量升高，表明油冬菜可能是通過消耗體內(nèi)可溶性蛋白和可溶性糖以進(jìn)行機(jī)體自身調(diào)節(jié)來適應(yīng)低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨的脅迫，而高酸度（pH 2.5～3.5）酸雨脅迫下油冬菜機(jī)體受傷害嚴(yán)重，體內(nèi)可溶性蛋白和可溶性糖含量升高，相應(yīng)地提高細(xì)胞滲透勢以抵抗酸雨脅迫。

4 結(jié)論

在模擬酸雨脅迫下，油冬菜各生理指標(biāo)均在pH 4.5時發(fā)生轉(zhuǎn)變，pH 4.5可能是酸雨對油冬菜造成隱性傷害的閾值。油冬菜可通過自身的抗逆系統(tǒng)來應(yīng)對pH為4.5～5.6的模擬酸雨脅迫，而pH為2.5～3.5的模擬酸雨脅迫超過油冬菜機(jī)體自身防御能力，對油冬菜產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。因此，酸雨較重的南方地區(qū)可在油冬菜定植前選用適量石灰改善土壤酸性，也可采用設(shè)施栽培避免酸雨對其葉片產(chǎn)生危害。

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（責(zé)任編輯 思利華）