模拟酸雨对大麦幼苗部分生理特性的影响

李晓科

（晋中学院生物科学与技术学院，山西晋中030600）

酸雨是指由于空气中的SO2，NOx等引起的pH值小于5.6的酸性降水[1]。近年来，随着我国国民经济和工业的迅猛发展，对化石燃料的需求日益增加，其在燃烧后产生的酸性物质严重影响了大气质量，导致我国酸雨问题日趋严重，酸雨面积超过国土面积的29%，而且面积仍在扩大，降水酸性继续升高[2]。由于酸雨为害，我国国民经济受到了较大影响，尤其是农业生产受到的影响更为突出。

大麦是一种适应性广、抗逆性强、产量较高的禾谷类作物，在保健食品和酿造工业中广泛使用，在世界各大洲均有种植[3]。目前，酸雨对作物的研究主要集中在水稻[4]、小麦[4-5]、油菜[4-5]及园林树木[6-7]等方面，而酸雨对大麦幼苗生长影响的研究少见报道。

本试验通过研究模拟酸雨条件下大麦幼苗叶片细胞膜透性、丙二醛含量、抗氧化酶活性及叶绿素含量等生理特性的变化，初步探讨了酸雨影响大麦幼苗部分生理特性的机理，为进一步开展酸化环境对植物生长发育的胁迫研究提供一定的参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究所用的试验材料为大麦（Hordeum vulgare），品种为晋科571，由山西省农业科学院品种资源研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.2 材料的处理 将比较饱满、大小基本一致的大麦种子在NaClO溶液中处理0.5 h后，用蒸馏水洗2～3次，放入温水中浸泡5 h左右，然后在恒温培养箱中培养，控制温度为28℃，使大麦种子萌发。在种子露白后，将40粒大小一致的种子铺在培养皿中，且在培养皿中放几层滤纸，用Hoagland营养液培养，白天用自然光，温度控制在25℃，晚上温度控制在20℃。每个处理3次重复。

1.2.3 喷淋方法 采用喷雾法模拟酸雨，用喷雾器向受试材料叶面喷洒不同pH值的模拟酸雨，对照喷洒等量去离子水。根据预备试验的胁迫效应表现程度，喷洒频率为每1d喷1次，共喷5次，每次均喷至叶片滴液为度，在8：00—10：00进行喷淋。

1.2.4 测定方法 模拟酸雨处理5 d后，分别取大麦幼苗上部生长一致的叶片测定生理指标，每个测定3个重复，结果取平均值。细胞膜透性、丙二醛含量、叶绿素含量采用李合生[8]的方法测定；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法，在725型分光光度计470 nm波长处测光密度值；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测定试剂盒（黄嘌呤氧化酶法）进行测定；过氧化氢酶（CAT）活性采用南京建成生物工程研究所研制的过氧化氢酶活性测定试剂盒（可见光法）进行测定。

1.2.5 统计方法 试验结果采用SPSS 16.0和Excel 2003软件进行统计。

2 结果与分析

2.1 模拟酸雨对大麦幼苗叶片细胞膜透性（CMP）和丙二醛（MDA）含量的影响

植物细胞外渗液的电导率可作为植物细胞膜透性（CMP）的变化及损伤的生理指标之一。并且不良环境下的植物器官常会发生膜脂过氧化，最终会产生丙二醛，而它的含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度[9]。从图1、图2可以看出，与对照相比，不同pH值的模拟酸雨处理5 d后，大麦幼苗叶片的MDA含量及相对电导率均随各酸雨处理pH值的减小而上升，有一定的剂量效应关系。统计学分析表明，pH值为5.0酸雨处理的丙二醛（MDA）含量及相对电导率与对照之间无明显差异，而pH≤4.0的酸雨处理使这2项生理指标与对照之间差异达显著水平。而且，二者达极显著水平，R2＝0.997，但各处理的MDA含量变幅大于相对电导率的变幅，说明MDA含量的积累先于膜透性的增加。

2.2 模拟酸雨对大麦幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

SOD，POD，CAT是生物体内重要的活性氧清除酶，它们的重要作用是消除超氧化物自由基、减轻脂质过氧化和膜损伤[10]。从图3可以看出，大麦幼苗叶片中SOD酶的活性随酸雨胁迫程度的增加而上升，表现为酸雨使大麦叶片积累大量自由基O2-，从而SOD酶的活性迅速增加，增强大麦抗逆境的能力，在pH值为4.0～2.0时，大麦幼苗叶片SOD酶的活性增加幅度变小。同时，CAT酶的活性在酸雨强度较小时增加，后随酸雨强度增加而下降，而另一种保护酶POD的活性却一直在增强。

2.3 模拟酸雨对大麦幼苗叶片中叶绿素含量的影响

在植物的光合作用过程中，叶绿素能够吸收并传递光能，同时发生一系列的化学反应。而一些不良环境条件会抑制叶绿素的合成，环境特别恶劣时，叶绿素会加快分解[11-13]。图4表明，大麦幼苗叶片中叶绿素含量随酸雨强度的提高而减小，并在pH≤4.0时，与对照相比，差异达显著水平。此外，Chl a的含量和Chl b的含量相比，随相应各处理酸雨强度的升高，Chl b下降的幅度大于Chl a，表明在酸雨胁迫下，Chl b比Chl a更易降解。可能是由于叶绿素a/b蛋白复合体含量下降，从而降低了光系统Ⅱ捕获光能的效率，光抑制程度得到一定的减轻。

3 讨论

SOD，POD，CAT均是广泛存在于植物体内的氧化还原酶，主要生理功能是清除因各种原因产生的细胞内活性氧自由基的含量，抑制膜内不饱和脂肪酸的过氧化作用，维持细胞膜的稳定性和完整性，提高植物的抗逆性。植物通过加强抗氧化作用提高其对酸雨的抗性，从而防止自由基毒害[14-15]。本试验表明，在不同强度的酸雨胁迫下，诱发大麦幼苗叶片膜脂过氧化，产生大量MDA，并且使细胞膜透性增大，膜功能受损。此时，大麦幼苗叶片中3种保护酶SOD，POD，CAT在酸度低时活性表现为上升趋势，加强对氧自由基的清除。但随酸雨胁迫强度增加，CAT活性急剧下降和SOD活性上升变慢，从而更加剧了氧自由基的积累。但值得注意的是，POD作为一种保护酶，在本试验中其活性持续增强，与在其他植物中得到的结果相似[9]，其中的机理还有待进一步研究。

酸雨对植物膜系统的损伤必然会引起光合器官的伤害和功能的下降。吕均良等[9]模拟酸雨对葡萄叶片的研究也表明，重度酸雨胁迫（pH≤3.5）下，叶片叶绿素含量明显减少。本试验也发现，模拟酸雨处理下，大麦幼苗叶片叶绿素含量下降，这可能是因为酸雨通过破坏植物叶片表面的蜡质和角质层，损害植物的表皮结构，损伤植物细胞膜结构与功能，使细胞膜透性增大，细胞内电解质大量外渗，造成离子平衡失调，酸性物质扩散进入植物，H+取代卟啉环中的Mg2+，破坏叶绿素合成与分解过程的平衡，降低叶绿素的组成，导致其含量降低。

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