五酸鉀對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜的緩解效應(yīng)*

謝恩耀，衛(wèi) 慢，陳俊彤，朱志平，袁振興，張 穎，錢(qián)加越，金 琎**

五酸鉀對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜的緩解效應(yīng)*

謝恩耀1,2，衛(wèi) 慢1，陳俊彤1，朱志平1，袁振興1，張 穎1，錢(qián)加越1，金 琎1**

（1．蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院，蘇州 215009；2．上海微譜化工科技有限公司，上海 201403）

采用人工模擬酸雨的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以國(guó)家農(nóng)業(yè)地理標(biāo)志產(chǎn)品香青菜（L.）為實(shí)驗(yàn)材料，以葉片噴施蒸餾水為對(duì)照（CK），設(shè)置直接噴施pH3.0的酸雨（SY）和10mg·L?1濃度五酸鉀溶液預(yù)處理后再?lài)娛﹑H3.0的酸雨（WS）兩個(gè)處理組。測(cè)定并比較分析各處理組香青菜根系活力、質(zhì)膜透性（MP）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性、超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率和脯氨酸（PRO）含量，研究酸雨脅迫對(duì)香青菜主要生理指標(biāo)的影響和五酸鉀對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜的緩解效應(yīng)，從而探索五酸鉀對(duì)酸雨脅迫下植物幼苗的防護(hù)效果。結(jié)果表明，葉面噴施濃度10mg·L?1的五酸鉀溶液能夠顯著提高酸雨脅迫下香青菜根系活力、CAT活性，保護(hù)了細(xì)胞質(zhì)膜，有效降低香青菜體內(nèi)PRO含量及超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率。說(shuō)明五酸鉀可緩解酸雨對(duì)香青菜的生理傷害，對(duì)提高香青菜抗酸雨傷害能力具有優(yōu)良效果。

香青菜；酸雨脅迫；五酸鉀；理化指標(biāo)；化控減災(zāi)

酸雨污染發(fā)端于18世紀(jì)60年代的英國(guó)產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期，其后拓展到歐洲、北美等地區(qū)。伴隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，中國(guó)已躍然成為世界第三大酸雨區(qū)，年酸雨平均出現(xiàn)頻率高居全球第二且酸雨區(qū)面積達(dá)到總國(guó)土面積的12.6%[1]。酸雨對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響已經(jīng)到了不容忽視的地步，其對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響巨大，已有研究報(bào)道，酸雨可引起作物生理紊亂、生長(zhǎng)不良、減產(chǎn)乃至死亡[2-5]。篩選培育抵御酸雨傷害的抗性作物品種，并采取一定的化控減災(zāi)手段就顯得尤為必要。相較于新型作物品種篩選的漫長(zhǎng)周期，當(dāng)下使用外界化學(xué)防控手段在時(shí)間及效果上更為顯著，能夠更好地調(diào)節(jié)作物生理功能、增強(qiáng)作物抗逆性。因此，見(jiàn)效快、成本低的化控減災(zāi)手段，更符合中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。

以往研究過(guò)程中，化控減災(zāi)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育亦取得了不菲的成就。常青山等研究指出，在高羊茅[(Shreb) Darbysh.]種子發(fā)芽過(guò)程中添加適當(dāng)劑量Ca2+浸種可減輕模擬酸雨對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響[6]；唐麗發(fā)現(xiàn)，在酸雨脅迫過(guò)程中多種苗木脯氨酸（PRO）含量隨著酸雨pH值下降而大幅增加[7]，因此，PRO可以作為驗(yàn)證酸雨脅迫下植物生理活動(dòng)的一個(gè)重要指標(biāo)；金琎等研究顯示，La3+可以有效緩解酸雨對(duì)玉米（L.）幼苗產(chǎn)生的不良影響，對(duì)酸雨脅迫下玉米幼苗根系、葉片生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用[8]。使用La和Ce可減輕酸雨對(duì)供試植株代謝生理的損害，促進(jìn)植株幼苗光合、呼吸作用并能有效提高抗氧化保護(hù)酶活性[9]。張玉濤等研究表明，除稀土外，多數(shù)抗酸雨脅迫的化學(xué)產(chǎn)品均含有絡(luò)合基團(tuán)，有機(jī)物分子中配位官能團(tuán)根據(jù)絡(luò)合能力的大小參與反應(yīng)，從而對(duì)酸雨脅迫下的植株起到一定保護(hù)作用[10]。

稀土作為戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源，將其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效價(jià)比相對(duì)較低，因此，尋找可替代的抗酸雨脅迫化學(xué)調(diào)節(jié)劑迫在眉睫，而新型化合物五酸鉀含有多個(gè)羧基與豐富的絡(luò)合基團(tuán)，五酸鉀可吸收H+，釋放移動(dòng)性較強(qiáng)的K+，同時(shí)能穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)金屬元素[11]。因此，從結(jié)構(gòu)及原理上推測(cè)，五酸鉀能緩解一定強(qiáng)度酸雨對(duì)植物造成的脅迫傷害。

為此，本研究采用模擬酸雨（pH3.0）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以國(guó)家農(nóng)業(yè)地理標(biāo)志產(chǎn)品香青菜（L.）為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用生理生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，從細(xì)胞抗氧化傷害視角，初步研究酸雨脅迫對(duì)香青菜根系活力、質(zhì)膜透性（MP）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性、氧自由基產(chǎn)生速率和脯氨酸（PRO）含量等5種生理生化指標(biāo)的影響，以及噴施五酸鉀（10mg·L?1）對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜上述指標(biāo)的緩解效應(yīng)，以期為酸雨危害的化控減災(zāi)技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試材培養(yǎng)

選用香青菜（L.）品種為黑葉香青菜，將其種子在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞中消毒5min，后經(jīng)去離子水沖洗，吸干表面水分，置三層紗布培養(yǎng)皿中，在恒溫培養(yǎng)箱中（溫度為26±1℃）萌發(fā)[12]。約7d后，待其根長(zhǎng)達(dá)3cm時(shí)移入黑色塑料杯（直徑10cm）中并轉(zhuǎn)入光照培養(yǎng)室培養(yǎng)。

培養(yǎng)室溫度為25±3℃，光子通量密度為2000μmol·m?2·s?1，光暗比12h/12h，每杯2株，每2日換水一次[12]。至第二片真葉出現(xiàn)，改用1/2Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培育，早晚各通氣一次，并用去離子水補(bǔ)水以保證生長(zhǎng)過(guò)程中水分充足，每3d更換一次培養(yǎng)液，培養(yǎng)30d后用于試驗(yàn)處理。

1.2 試材處理

根據(jù)文獻(xiàn)[13]，按照SO42?:NO3?=4.8:1的體積比配制成濃度為1.0mol·L?1的AR母液，充分研究蘇州市土壤緩沖極限和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣等外界條件影響[14-17]，最終在培育過(guò)程中在母液中加入蒸餾水經(jīng)PHS-29A酸度計(jì)調(diào)節(jié)pH=3.0，以此溶液作為模擬酸雨。

五酸鉀（Potassium pyridine- 2,3,4,5,6 –pentacarboxylate），由蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院提供，其結(jié)構(gòu)式為

前期預(yù)實(shí)驗(yàn)已篩選出10mg·L?1濃度的五酸鉀對(duì)植物幼苗萌發(fā)具有最為顯著的效果，因此配制10mg·L?1五酸鉀溶液向香青菜噴施，以驗(yàn)證對(duì)幼苗的酸雨防護(hù)效果。

選取萌發(fā)長(zhǎng)勢(shì)一致的香青菜對(duì)其處理，共設(shè)置3個(gè)處理組，每個(gè)處理組設(shè)置5個(gè)平行處理，每個(gè)平行處理10株幼苗。對(duì)照組（CK）采取蒸餾水預(yù)噴施，24h后對(duì)其采用蒸餾水噴施處理；酸雨組（SY）采取蒸餾水預(yù)噴施，24h后對(duì)其采用pH=3.0的酸雨噴施處理；五酸鉀（WS）組采取10mg·L?1的五酸鉀溶液預(yù)噴施，24h后對(duì)其采用pH=3.0的酸雨噴施處理，每次噴施均宜將葉片全部打濕，用液量約為15mL。

對(duì)香青菜進(jìn)行酸雨噴施處理24h后作為實(shí)驗(yàn)第1天（記為1d），即開(kāi)始相關(guān)指標(biāo)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中分別對(duì)5組平行樣品進(jìn)行同等測(cè)定，每組樣品設(shè)置3組平行以減少誤差，后續(xù)第6天（6d）、第11天（11d）、第16天（16d）分別測(cè)試并記錄相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 根系活力測(cè)定

選取香青菜幼苗根尖約5mm，單次采樣0.2g，在0.4%TTC溶液和磷酸緩沖液中暗反應(yīng)3h，以1mol·L?1硫酸終止反應(yīng)，研磨后用乙酸乙酯定容，在485nm下比色，測(cè)定根系活力[18]，當(dāng)3組平行樣的RSD≤15%時(shí)，取其均值進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，否則重新測(cè)定。

1.3.2 質(zhì)膜透性（MP）及過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定

香青菜葉洗凈去葉脈后采用葉片打孔器制成1mm2左右葉片碎片，0.15g葉片放置在7mL去離子水中在抽真空環(huán)境下保持10min，通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)定法對(duì)其MP參數(shù)進(jìn)行測(cè)定[18]。利用H2O2在240nm處吸收的原理，將0.3g葉片在pH=7的緩沖液中充分研磨后取上清液，加入H2O2采用紫外吸收法對(duì)CAT活性進(jìn)行檢測(cè)[19]。

1.3.3 超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率及脯氨酸（PRO）含量測(cè)定

超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率的測(cè)定過(guò)程參照羥胺氧化法[19]，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中稱(chēng)取1g葉片充分研磨，將提取液和磷酸緩沖液、鹽酸羥胺充分反應(yīng)，在加入對(duì)氨基苯磺酸和α-萘胺水浴后在530nm波長(zhǎng)下測(cè)定其OD值用以得出超氧陰離子自由基含量；脯氨酸含量的測(cè)定參照茚三酮法[19]，取0.5g葉片充分研磨取其上清液，加入冰醋酸和酸性茚三酮水浴加熱，后續(xù)加入甲苯，在520nm處測(cè)定PRO含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 22計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和相對(duì)值，單因素方差分析其差異性，最小顯著性差數(shù)法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用Excel繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 五酸鉀對(duì)酸雨脅迫下香青菜超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率的影響

超氧陰離子自由基過(guò)度積累會(huì)造成植物體膜脂的過(guò)氧化作用，阻礙核酸合成，給植株造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害[20]。從圖1可以看出，氧自由基產(chǎn)生速率隨著香青菜的生長(zhǎng)發(fā)育總體呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，在11d和16d時(shí)，酸雨組（SY）的氧自由基產(chǎn)生速率出現(xiàn)異常升高的現(xiàn)象，分別達(dá)到對(duì)照組（CK）的135%、142%，五酸鉀組（WS）的121%、114%，而隨著五酸鉀的施加，香青菜體內(nèi)氧自由基產(chǎn)生速率得到了較為顯著的抑制（11d和16d）。

由此可見(jiàn)，隨著香青菜生長(zhǎng)發(fā)育的后延，香青菜機(jī)體自身亦會(huì)衰老，因此氧自由基產(chǎn)生速率會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐步增加，與此同時(shí)，酸雨脅迫環(huán)境對(duì)香青菜產(chǎn)生了一定程度的不利影響，加速了植物體的衰老進(jìn)程。而五酸鉀的噴施則有效降低了香青菜機(jī)體中氧自由基的產(chǎn)生速率，雖然相較于對(duì)照組依然差異顯著，但總體來(lái)說(shuō)五酸鉀依然起到了良好的保護(hù)作用。

注：小寫(xiě)字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note: Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2 五酸鉀對(duì)酸雨脅迫下香青菜質(zhì)膜透性（MP）的影響

細(xì)胞質(zhì)膜是植物進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)吸收和代謝廢物排放的一條重要通道，能夠輔助細(xì)胞更好地維持體內(nèi)的離子平衡，在植物體內(nèi)具有不可替代的作用[20]。在1、6、11和16d時(shí)，五酸鉀組（WS）MP分別為對(duì)照組（CK）的83.57%、95.56%、71.80%、90.54%，為酸雨組（SY）的80.62%、116.89%、51.59%、82.72%。從圖2可以看出，噴灑初期，酸雨并未對(duì)香青菜的MP產(chǎn)生較為顯著的影響，甚至6d時(shí)酸雨組（SY）電導(dǎo)率還有著較為顯著的降低。而在11d和16d時(shí)，五酸鉀組（WS）相對(duì)電導(dǎo)率均維持在相對(duì)較低的水平，而與此同時(shí)酸雨組（SY）的電導(dǎo)率則顯著高于對(duì)照組，達(dá)到了對(duì)照組的129.8%和117.6%，說(shuō)明五酸鉀對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜具有可靠的修復(fù)作用，緩解了酸雨脅迫對(duì)香青菜細(xì)胞膜的損傷。

2.3 五酸鉀溶液對(duì)酸雨脅迫香青菜根系活力的影響

根系活力是衡量植物根系生理狀況、影響植株生長(zhǎng)的重要指標(biāo)[21]。圖3顯示，酸雨組（SY）噴灑酸雨1、6、11和16d時(shí)，香青菜苗的根系活力分別為對(duì)照組（CK）的55.70%、30.69%、30.83%和28.80%，酸雨對(duì)香青菜幼苗根系傷害顯著。而五酸鉀處理組（WS）其1、6、11和16d時(shí)根系活力均顯著高于酸雨處理組（S）（P<0.05），分別為酸雨組的190.37%、318.74%、352.81%和476.56%，且與CK處理中的根系活力水平基本一致，分別為對(duì)照組的106.04%、97.82%、108.77%和137.25%，差異均不顯著。說(shuō)明噴施五酸鉀溶液對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜有明顯緩解作用，且防護(hù)效應(yīng)隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng)，五酸鉀的施加達(dá)到了對(duì)香青菜根系保護(hù)的目的。

2.4 五酸鉀對(duì)酸雨脅迫下香青菜過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的影響

CAT主要功能是對(duì)體內(nèi)生理活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫進(jìn)行分解與清除，對(duì)細(xì)胞膜起到更好的保護(hù)作用，以減少植株體內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)氧化現(xiàn)象[22]。從圖4可以看出，酸雨組香青菜幼苗CAT活性出現(xiàn)了顯著的降低，而五酸鉀處理組不僅對(duì)酸雨脅迫的這種現(xiàn)象有所緩解而且還產(chǎn)生了更為優(yōu)異的表現(xiàn)，五酸鉀組香青菜幼苗體內(nèi)的CAT活性得到了顯著的提升，從而使得植株能夠更好地清除體內(nèi)多余的過(guò)氧化氫。圖4表明，在1d和6d時(shí)，酸雨組（SY）CAT活性與對(duì)照組（CK）和五酸鉀組（WS）產(chǎn)生差異顯著，相較于二者分別升高了127.74%和43.79%，表明植物機(jī)體已經(jīng)對(duì)酸雨脅迫環(huán)境作出了相關(guān)應(yīng)答。到實(shí)驗(yàn)后期(11d和16d)，酸雨組（SY）CAT活性顯著降低，五酸鉀組的CAT活性顯著提高，五酸鉀組的CAT活性為對(duì)照組的137.53%和140.33%，且達(dá)到了酸雨組的5.44倍和10.57倍。說(shuō)明五酸鉀能夠很好地預(yù)防酸雨脅迫超過(guò)植物體自身應(yīng)答閾值范圍，從而更好地用作農(nóng)作物生產(chǎn)的化控減災(zāi)。

2.5 五酸鉀對(duì)酸雨脅迫下香青菜脯氨酸含量（PRO）的影響

脯氨酸是一種相溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植株內(nèi)能有效緩解細(xì)胞滲透壓異常的狀況，保護(hù)和提高酶類(lèi)的生物活性，增強(qiáng)胞內(nèi)穩(wěn)定性[23]。由圖5可見(jiàn)，香青菜幼苗體內(nèi)PRO含量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，結(jié)合上文結(jié)果分析可以推斷，香青菜幼苗生理生化活動(dòng)受酸雨脅迫影響依舊處于其應(yīng)答閾值范圍，酸雨所造成的脅迫效應(yīng)在體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)如CTA酶等調(diào)控下暫處于動(dòng)態(tài)平衡。從圖5還可以看出，受到酸雨脅迫影響，酸雨組（SY）PRO值較對(duì)照組普遍出現(xiàn)了較為顯著的上升，而五酸鉀組（WS）則出現(xiàn)了顯著的降低，在16d時(shí)，五酸鉀組（WS）PRO含量分別是對(duì)照組和酸雨組的84.66%和81.85%。由此判斷，五酸鉀的施加可以為植物幼苗營(yíng)造一個(gè)更加穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，從而減少PRO的產(chǎn)生。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

受酸雨脅迫影響，酸雨組香青菜幼苗機(jī)能總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。相較于對(duì)照組其超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率、MP和PRO含量出現(xiàn)了較為顯著的增長(zhǎng)，而香青菜根系活力和CAT活性均出現(xiàn)了顯著的降低。

植物體生理活性始終保持在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程中，本研究結(jié)果與王章艷等研究中的變化趨勢(shì)具有一定的相似度[13]，酸雨對(duì)植株幼苗的生理代謝過(guò)程產(chǎn)生了一定的氧化作用，從而造成植株體內(nèi)超氧陰離子自由基含量顯著升高，而五酸鉀能夠提供羥基基團(tuán)從而與部分氧化物質(zhì)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，在減少氧化物的同時(shí)能夠?qū)χ参锛?xì)胞形成較為有效的防護(hù)層，從而有效提高植株的抗逆性。

酸雨脅迫隨著時(shí)間的推進(jìn)開(kāi)始從葉片向幼苗植株各個(gè)部位轉(zhuǎn)移，其積累的氧化物和胞內(nèi)外滲透壓的變化對(duì)植物體的細(xì)胞產(chǎn)生傷害，進(jìn)而植物體的MP會(huì)產(chǎn)生升高的現(xiàn)象。而本研究結(jié)果表現(xiàn)出先揚(yáng)后抑的現(xiàn)象，與羅子渝等對(duì)冬青葉片中MP表現(xiàn)結(jié)果相悖[24]，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因與植物體自身所具有的抗逆性有著一定的關(guān)聯(lián)性，培育過(guò)程中當(dāng)酸雨脅迫環(huán)境未超出植物體自身修復(fù)作用的閾值時(shí)，植物自身會(huì)進(jìn)行一定程度的應(yīng)答反應(yīng)[25]，本研究MP值在6d時(shí)出現(xiàn)峰值，隨后出現(xiàn)回落，隨著培育時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體轉(zhuǎn)運(yùn)作用的影響下，噴施在葉片的酸雨被大幅轉(zhuǎn)運(yùn)到根部，被植物體充分吸收從而造成植株體內(nèi)生理環(huán)境紊亂，細(xì)胞質(zhì)膜出現(xiàn)破裂，進(jìn)而16d時(shí)MP又出現(xiàn)小幅上揚(yáng)的現(xiàn)象，隨著研究時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，MP值變化趨勢(shì)與羅子渝等的研究結(jié)果相類(lèi)似。

研究中根系活力在11d和16d時(shí)出現(xiàn)迅速降低的現(xiàn)象，分析原因是水培香青菜在超過(guò)30d會(huì)出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需增加通氣頻次。

隨著MP的提高，植株體作出了相應(yīng)的應(yīng)答，即進(jìn)一步提高CAT活性及PRO含量來(lái)應(yīng)對(duì)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的變化，隨著培育時(shí)間的延長(zhǎng)，為了應(yīng)對(duì)體內(nèi)代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的氧化離子，消滅此類(lèi)氧化物，香青菜幼苗體內(nèi)CAT活性總體變化趨勢(shì)呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，酸雨脅迫環(huán)境對(duì)這一生理過(guò)程產(chǎn)生了較為顯著的抑制作用，酸雨組CAT酶活性的降低是由于酸雨中的硫酸根離子氧化了環(huán)境中的部分離子，對(duì)CAT酶的關(guān)聯(lián)表達(dá)基因有著一定程度的抑制，最終造成CAT酶活性異常降低的現(xiàn)象。姚夢(mèng)婕等相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[26]，施加少量稀土元素可以有效降低CAT酶活性，強(qiáng)烈的環(huán)境脅迫會(huì)致使細(xì)胞受損從而激發(fā)CAT活性。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與其相反，綜合對(duì)照組CAT活性變化情況分析，造成此種結(jié)果的差異極大原因是由于不同實(shí)驗(yàn)材料所造成的，香青菜對(duì)照組的CAT活性隨著時(shí)間的變化不斷增加，結(jié)合前人研究判斷，香青菜CAT活性依然處于植物自身閾值范圍[12]，五酸鉀的施加在其細(xì)胞閾值范圍內(nèi)進(jìn)一步增強(qiáng)了CAT活性從而更好地清除酸雨所造成的部分氧化物質(zhì)，且在此借鑒林星谷等早年的研究成果，過(guò)氧化氫酶的關(guān)鍵表達(dá)基因在植株根、莖、葉、果之中均有不同程度的表達(dá)，但其在葉中的表達(dá)最低[27]，因此會(huì)造成一定的不利影響，從而使酸雨并未達(dá)到香青菜幼苗自身的應(yīng)答閾值。因此，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推斷五酸鉀的施加可以對(duì)香青菜抵抗酸雨脅迫起到有效的保護(hù)作用。

由五酸鉀處理組香青菜生理生化指標(biāo)的變化可知，其CAT酶的活性有著十分顯著的提高，加強(qiáng)了植物體對(duì)酸雨脅迫的應(yīng)答反應(yīng)，究其原因，本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所使用的新型化合物五酸鉀，其富含羥基基團(tuán)，易發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，可推斷當(dāng)五酸鉀量達(dá)到一定濃度時(shí)，其能夠與重金屬離子產(chǎn)生強(qiáng)烈的絡(luò)合作用，從而形成性質(zhì)穩(wěn)定的絡(luò)合物改變環(huán)境離子的特性，在更好地對(duì)植物組織細(xì)胞提供保護(hù)作用的同時(shí)，亦是將CAT酶關(guān)鍵基因的阻遏離子給予清除從而使得其更好的表達(dá)，隨著CAT活性在香青菜閾值范圍內(nèi)的不斷升高，香青菜幼苗體內(nèi)ROS得以更好地清除，因酸雨脅迫而受損組織得到防護(hù)并逐步修復(fù)，使得機(jī)體內(nèi)的氧自由基產(chǎn)生速率相較于酸雨組有著較為明顯的降低。與此同時(shí)MP指數(shù)有所下降，進(jìn)一步聯(lián)動(dòng)PRO含量降低。同時(shí)，五酸鉀對(duì)環(huán)境中的H+具有一定程度的交換作用，該過(guò)程中釋放出移動(dòng)性較強(qiáng)的K+，從而彌補(bǔ)酸雨導(dǎo)致的大量K＋流失對(duì)植物造成的營(yíng)養(yǎng)元素的匱乏，以此來(lái)提高植物幼苗的環(huán)境抗性。

PRO相關(guān)研究結(jié)果與王艷章等在對(duì)水稻研究過(guò)程所得結(jié)果有所出入[13]，但其用于維護(hù)植株體胞液平衡過(guò)程的作用原理與謝恩耀等研究所使用的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑相類(lèi)似[28]。究其原因，五酸鉀中K+的釋放使植物體細(xì)胞內(nèi)緩沖區(qū)間變大，加上抗氧化酶系的不斷作用使植物細(xì)胞內(nèi)外滲透壓區(qū)域在一個(gè)較為穩(wěn)定的波動(dòng)區(qū)間內(nèi)，因此PRO才會(huì)出現(xiàn)顯著的降低，從而更好地提高植物的抗逆性。

3.2 結(jié)論

（1）酸雨污染對(duì)香青菜幼苗產(chǎn)生顯著傷害，根系活力、CAT活性顯著降低，MP、PRO含量、超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率顯著升高；（2）噴施五酸鉀可明顯緩解酸雨對(duì)香青菜幼苗的不利影響，其根系活力、CAT活性、MP、PRO、氧自由基產(chǎn)生速率在五酸鉀的作用下逐步恢復(fù)，能夠很好地提高植株幼苗自身的抗逆性；（3）五酸鉀緩解酸雨對(duì)香青菜生理傷害之效應(yīng)，為酸雨危害的化控減災(zāi)提供了一條新思路。

[1] 向仁軍.中國(guó)南方典型酸雨區(qū)酸沉降特性及其環(huán)境效應(yīng)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2012.

Xiang R J.Study on acid precipitation characteristics and environmental effects in typical Acid rain areas in South China[D].Changsha:Central South University,2012.(in Chinese)

[2] 劉麗欣.模擬酸雨對(duì)不同基因型大豆生長(zhǎng)及生理特性的影響[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

Liu L X.Effects of simulated acid rain on growth and physiological characteristics of soybean with different genotypes[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University, 2013.(in Chinese)

[3] 卞雅姣.模擬酸雨對(duì)小麥抽穗后生長(zhǎng)和生理特性的影響[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

Bian Y J.Effects of simulated acid rain on growth and physiological characteristics of wheat after heading[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University,2012.(in Chinese)

[4] 張帆,周青.酸雨脅迫對(duì)大豆萌發(fā)種子糖代謝動(dòng)態(tài)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(2):240-243.

Zhang F,Zhou Q.Effects of acid rain stress on glucose metabolism dynamics of soybean germination[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2010,31(2):240-243.(in Chinese)

[5] 楊維,周青.La(Ⅲ)對(duì)酸雨脅迫下水稻萌發(fā)種子能量代謝的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(1):25-27.

Yang W ,Zhou Q.La(Ⅲ) seed germination of rice under acid rain stress the influence of the energy metabolism[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2010,31(1):25-27.(in Chinese)

[6] 常青山,張利霞,萬(wàn)濤,等.模擬酸雨脅迫下鈣離子對(duì)高羊茅種子發(fā)芽的影響[J].草業(yè)科學(xué),2012,29(12):1903-1909.

Chang Q S,Zhang L X,Wan T,et al.Effects of calcium ions on seed germination of fescue under simulated acid rain stress[J].Pratacultural Science,2012,29(12):1903-1909.(in Chinese)

[7] 唐麗,曹福祥,刑偉一,等.酸雨脅迫對(duì)植物危害的研究[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,1999(2):50-52.

Tang L,Cao F X,Xing W Y,et al.Study on plant damage under acid rain stress[J]. Central South Forest Inventory and Planning,1999(2):50-52.(in Chinese)

[8] 金琎,周靜.鈰、鑭對(duì)酸雨脅迫下玉米保護(hù)酶影響的比較[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(1):74-76.

Jin J,Zhou J.Cerium,anthanum comparing corn protective enzyme under acid rain stress effect[J]. Jiangsu Agricultural Sciences,2012,40(1):74-76.(in Chinese)

[9] 朱迎迎,金琎,朱勇良.兩種葉面肥對(duì)酸雨脅迫下水稻分蘗期生理指標(biāo)影響[J].分子植物育種,2018,16(14):4785-4792.

Zhu Y Y,Jin J,Zhu Y L.Effects of two foliar fertilizers on physiological indexes of rice in tillering under acid rain stress[J].Molecular Plant Breeding,2018,16(14):4785-4792. (in Chinese)

[10] 張玉濤,李琪琪,張曉娟,等.汞離子與土壤富里酸的絡(luò)合反應(yīng)及影響因素[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(21):272-274.

Zhang Y T,Li Q Q,Zhang X J,et al. Complexation reaction between mercury ions and soil fulic acid and its influencing factors [J].Jiangsu Agricultural Sciences,2017, 45(21):272-274.(in Chinese)

[11] 劉晟波,虞春妹,李理. 吡啶-2,3,4,5,6-五甲酸二鉀化合物及其制備方法[P]. 江蘇：CN104710441A,2015-06-17.

Liu S B,Yu C M,Li L. Pyridine-2,3,4,5, 6-pentanoic acid dipotassium compound and its preparation method [P]. Jiangsu: CN104710441A, 2015-06-17. (in Chinese)

[12] 王桃云,蔣偉娜,顧華杰,等.不同香青菜品種苗期耐熱性分析與評(píng)價(jià)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,44(10):211-213.

Wang T Y,Jiang W N,Gu H J,et al.Analysis and evaluation of heat resistance of different cultivars of Brassica chinensis L. at seedling stage[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2016,44(10):211-213.(in Chinese)

[13] 王章艷,金琎.稀土微肥對(duì)酸雨脅迫下水稻發(fā)育期Ⅰ的影響[J].分子植物育種,2017,15(6):2341-2347.

Wang Z Y,Jin J.Rare earth micronutrient fertilizer on rice growth period under acid rain stressⅠinfluence [J]. Molecular Plant Breeding,2017,15(6):2341-2347.(in Chinese)

[14] 林曉敏,關(guān)笑芳.模擬酸雨和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)苗期蔬菜生長(zhǎng)的影響[J].中學(xué)理科,2002(8):48.

Lin X M,Guan X F.Simulation of the effects of acid rain and motor vehicle exhaust on the growth of vegetables at seedling stage[J].Middle School Science,2002(8):48.(in Chinese)

[15] 丁煥新,陳吉,孫永泉,等.蘇州市農(nóng)田重金屬污染防治現(xiàn)狀與對(duì)策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2020,48(6):71-73.

Ding H X,Chen J,Sun Y Q,et al.Current situation and countermeasures of prevention and control of heavy metal pollution in farmland in Suzhou[J].Anhui Agricultural Science,2020,48(6):71-73.(in Chinese)

[16] 葛婳姣.蘇州市吳江區(qū)農(nóng)村土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查分析及評(píng)價(jià)[D].蘇州:蘇州大學(xué),2017.

Ge H J.Investigation and analysis of heavy metal pollution in rural soil in Wujiang District,Suzhou city[D]. Suzhou: Suzhou University,2017.(in Chinese)

[17] 韓雪梅,張蓉蓉,俞映倞,等.蘇州市吳中區(qū)土壤地力評(píng)估及適宜氮肥投入量估算[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2019,47(7): 256-261.

Han X M,Zhang R R,Yu Y J,et al.Assessment of soil fertility and estimation of appropriate nitrogen fertilizer input in Wuzhong district,Suzhou[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2019,47(7):256-261.(in Chinese)

[18] 蔡永萍.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2014:153-155.

Cai Y P.Experimental guidance of plant physiology[M]. Beijing:China Agricultural University Press,2014:153-155. (in Chinese)

[19] 張志良,瞿偉菁,李小方.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2009:268-271.

Zhang Z L,Qu W J,Li X F.Plant physiology experiment guide(4th ed)[M].Beijing:Higher Education Press,2009: 268-271.(in Chinese)

[20] 周冰謙,盧恒,劉峰,等.不同溫度脅迫對(duì)金銀花細(xì)胞膜透性、活性氧代謝及其有效物質(zhì)積累的影響[J].中國(guó)中藥雜志,2019,44(18):3935-3941.

Zhou B Q,Lu H,Liu F,et al.Effects of different temperature stress on cell membrane permeability,active oxygen metabolism and accumulation of active substances in Flos lonicerae[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2019(18):3935-3941.(in Chinese)

[21] 江曉東,姜琳琳,華夢(mèng)飛,等.噴施不同化學(xué)制劑對(duì)水稻葉片抗高溫脅迫的效果分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(2): 92-99.

Jiang X D,Jiang L L,Hua M F,et al.Effects of spraying different chemical agents on the resistance of rice leaves to high temperature stress[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2018,39(2):92-99.(in Chinese)

[22] 劉奎,何正峰,莫日彬,等.酸雨脅迫對(duì)桉樹(shù)純林及混交林r土壤pH和酶活性的影響[J].防護(hù)林科技,2018 (8):5-8.

Liu K,He Z F,Mo R B,et al.Effects of acid rain stress on soil pH and enzyme activity in pure and mixed eucalyptus forests[J]. Protection Forest Science and Technology, 2018(8):5-8.(in Chinese)

[23] 王麗,張斌武,桂翔,等.不同鹽堿脅迫下阿拉善荒漠區(qū)3種沙生植物幼苗體內(nèi)脯氨酸變化規(guī)律的研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2018,47(6):40-44.

Wang L,Zhang B W,Gui X,et al. Study on the changes of proline in seedlings of three kinds of sandy plants in Alashan Desert under different saline-alkali stress [J]. Journal of West China Forestry Science,2018,47(6):40-44. (in Chinese)

[24] 羅子渝,任維莉.酸脅迫對(duì)冬青葉片葉綠素含量和膜透性的影響[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2020,40(3):25-27.

Luo Z Y,REN W L.Effects of acid stress on chlorophyll content and membrane permeability of Holly leaves[J]. Agriculture & Technology,2020,40(3):25-27.(in Chinese)

[25] Tajima Y,Loo P I,Saijo Y.Plant physiological and molecular mechanisms in cross-regulation of biotic-abiotic stress responses[M].Priming-Mediated Stress and Cross-Stress Tolerance in Crop Plants,2020.

[26] 姚夢(mèng)婕,金琎.鈰對(duì)酸雨脅迫下水稻幼苗期防護(hù)與修復(fù)作用[J].環(huán)境化學(xué),2016,35(12):2553-2558.

Yao M J,Jin J.Protective and remediation effects of cerium on rice seedling stage under acid rain stress[J]. Environmental Chemistry,2016,35(12):2553-2558.(in Chinese)

[27] 林星谷,孔德倉(cāng),龐曉明,等.冬棗過(guò)氧化氫酶基因的克隆及表達(dá)分析[J].西北植物學(xué)報(bào),2012,32(6):1086-1092.

Lin X G,Kong D C,Pang X M,et al.Cloning and expression analysis of catalase gene of winter jujube[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2012,32(6):1086-1092.(in Chinese)

[28] 謝恩耀,顧嘉豪,饒福清,等.新型化合物對(duì)六種植物種子萌發(fā)及生理指標(biāo)的影響[J].分子植物育種,2019,17(5): 1703-1710.

Xie E Y,Gu J H,Rao F Q,et al.Effects of new compounds on seed germination and physiological indexes of six plant species[J].Molecular Plant Breeding,2019,17(5):1703-1710.(in Chinese)

Mitigative Effect of Pyridine-2,3,4,5,6-Pentacarboxylate on theL. under Acid Rain Stress

XIE En-yao1 2, WEI Man1, CHEN Jun-tong1, ZHU Zhi-ping1, YUAN Zhen-xing1, ZHANG Ying1, JIN Jin1

(1. School of Chemical Biology and Materials Engineering, Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215009, China；2. Shanghai Weipu Chemical Technology Co., LTD, Shanghai 201403)

In this paper, the simulating acid rain (pH3.0) pollution was used,L., a national agricultural geographical indication product, regarded as the model material. The leaves which were sprayed distilled water regard as the control (CK). One treatment is the leaves were sprayed of pH 3.0 artificial acid rain (SY). Another treatment is the leaves were sprayed with 10mg·L?1Pyridine-2,3,4,5,6-pentacarboxylate solution and pH3.0 artificial acid rain (WS) in sequence. The root activity, plasma membrane permeability (MP), catalase (CAT) activity, oxygen free radical producing rate and proline (PRO) content were studied under the condition of acid rain stress and pyridine-2,3,4,5,6-pentacarboxylate protection. The results showed that the leaf which sprayed 10mg·L?1pyridine-2,3,4,5,6-pentacarboxylate solution could significantly improve the root activity and CAT activity, protect the cytoplasm membrane, and effectively reduce the PRO content and oxygen free radical production rate in broccoli under acid rain stress. The comprehensive comparison shows that pyridine-2,3,4,5,6-pentacarboxylate have a positive effect on relieving the physiological damage under the acid rain stress and improving the ability of resisting acid rain.

L.；Acid rain stress; Pyridine-2,3,4,5,6-pentacarboxylate; Physical and chemical indexes; Chemical control and disaster reduction

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.03.005

謝恩耀,衛(wèi)慢,陳俊彤,等.五酸鉀對(duì)酸雨脅迫傷害香青菜的緩解效應(yīng)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2021,42(3):213-220

2020?08?25

蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SYN201413）；江蘇省教育廳“高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練”（601630002）

金琎，副教授，研究方向?yàn)橹参锬婢成韺W(xué)，酸雨、重金屬等對(duì)植物的損傷及其修復(fù)，E-mail: 871564458@qq.com

謝恩耀，E-mail:editortak@163.com