酸雨对小麦影响的研究进展

张清华，肖　磊，苏玉环，刘保华（邯郸市农业科学院，河北　邯郸　056001）



酸雨对小麦影响的研究进展

张清华，肖磊*，苏玉环，刘保华
（邯郸市农业科学院，河北邯郸056001）

摘要：阐述了酸雨对小麦种子萌发、麦苗生长、产量、品质及生理特性的影响，以及酸雨与重金属复合作用对小麦的影响；探讨了抵御酸雨逆境胁迫的方式；分析了目前酸雨对小麦影响研究存在的主要问题，并对研究方向进行了展望。

关键词：酸雨；小麦；研究进展

从1872年英国化学家史密斯首次提出“酸雨”以来[1]，有关酸雨的研究逐渐展开。酸雨实质上为酸性沉降，是指pH值约5.6的雨、雪、雾、雹等大气降水[2，3]。酸雨是工业高度发展的副产物，是人类大量使用的煤、石油及天然气等化石燃料燃烧后产生的氮、硫氧化物，经复杂化学反应形成硫酸或硝酸气溶胶而来[4]。因此，酸雨也是环境污染的产物。酸雨会对建筑物、雕塑及文物古迹等造成巨大危害，损害土壤系统和水生生态系统，且会对人类赖以生存的农作物造成不同程度的伤害[5]。

小麦是我国重要的粮食作物。近年来，随着工业的发展，酸雨面积迅速扩增，酸雨对小麦的影响引起了许多学者广泛的关注并开展了深入研究，并取得了重要研究进展。就酸雨对小麦影响的进展进行阐述，以期为开展相关研究提供信息参考。

1　酸雨对小麦的影响

1.1对小麦萌发的影响

种子萌发是农作物生活史的起点，对生物量的形成起到了关键的作用[6]。因此，探讨酸雨对小麦种子萌发的影响，对保障小麦安全生产具有一定的参考价值。研究表明，以pH值为2.0的模拟酸雨处理小麦种子，种子不能萌发；当pH值为2.5时，小麦种子只有异状发芽；当pH值为2.5～5.0时，小麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数均随酸雨pH值的上升而提高，小麦种子异状发芽率随酸雨pH值的上升而降低；在pH值分别为3.0、3.5和4.0时，小麦的发芽势较对照（未处理）分别降低了13.00%、6.98%和2.85%。而pH值为3.0～5.0时，小麦芽长和根长抑制指数均与pH值呈显著负相关，其中，小麦芽和根的最大抑制指数分别为34.84%和87.36%[7～10]。曾庆玲等[11]研究了酸雨胁迫时间对小麦种子萌发的影响发现，在pH值为2.5～4.0时，小麦种子根长和芽长抑制指数均随胁迫时间的延长而提高。且小麦根长及芽长对酸雨胁迫时间的响应时间均为3 d[12]。

1.2对小麦生长发育的影响

许多学者就酸雨对小麦生长发育状况的影响开展了深入研究，模拟酸雨处理小麦植株可引起小麦株高变矮、叶片受害、次生根减少、根系活动下降以及幼苗生物量降低，且影响程度随酸性的增强而增强[13，14]。薛忠财等[15]运用光谱分析技术研究了模拟酸雨对小麦生理特性的影响。酸雨可伤害小麦叶片的结构和功能，降低小麦叶片的叶绿素含量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，致使小麦叶片可溶性糖和还原糖的合成受抑制，影响小麦光能吸收、转换及碳同化，进而降低小麦的光合速率[14～19]。

1.3对小麦产量的影响

经酸雨处理的小麦，其结实率、穗粒数、千粒重、生物产量及经济产量均受到严重影响。当酸雨pH值臆3.5时，小麦产量显著低于对照；pH值为2.0的酸雨处理的小麦减产19.1%[14，15，20]。卞雅姣等[21]研究了酸雨对不同小麦品种产量的影响，经pH值2.0的酸雨处理后，宁麦13单穗粒数和单茎产量较对照下降了48.6%和56.7%，徐麦31单穗粒数和单茎产量较对照下降了31.2%和39.7%，表明不同小麦品种对酸雨的响应存在一定的差异。

1.4对小麦品质的影响

酸雨降落会接触小麦及其赖以生存的土壤基质，影响小麦生长发育及光合物质建成，进而影响小麦品质。卞雅姣等[21]采用模拟酸雨的方式研究了酸雨的影响，经酸雨处理的小麦虽然籽粒总蛋白含量得到了提高，但会引起谷蛋白和谷/醇降低，进而降低小麦籽粒的加工品质。

2　酸雨对小麦生理特性的影响

2.1小麦萌发过程中的生理特性变化

倩-淀粉酶在禾谷类种子萌发时形成[22]，随着萌发过程的推进，将胚乳内的贮藏物质分解成小分子糖类，最终形成根和芽[22]。研究表明，经pH值为2.0～5.0酸雨处理的小麦种子，其倩-淀粉酶活性随胁迫强度的增大而降低。此外，可溶性糖含量、还原糖含量、吸水值、呼吸速率、贮藏物质运转效率及贮藏物质消耗率均随胁迫强度的增大和胁迫时间的延长而降低[6，7，9～12，23]。进一步分析结果表明，萌发7 d的小麦种子过氧化物酶（POD）活性随胁迫强度的增大而先升高后降低，导致保护酶系统受到损伤，引起膜质过氧化产物丙二醛含量较对照升高[24]。

2.2小麦生长发育期保护酶的变化

模拟酸雨胁迫小麦幼苗，麦苗保护酶超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均随酸性的增强呈降低趋势，而酸雨诱导POD活性增加，进而降低体内活性氧清除能力[16，25，26]。唐正义等[27]运用紫外分光光度法研究了酸雨对小麦幼苗体内CAT和SOD活性的影响，发现小麦幼苗体内CAT和SOD的活性对酸雨的响应表现出诱导效应。

3　酸雨与金属离子复合作用对小麦的影响

酸雨不仅造成土壤酸化进而影响植物的生长发育，同时还能激活土壤中的Al以及环境中的Cd、Pb等重金属[28，29]，对植物产生毒害。秦海峰等[30]研究了模拟酸雨与Al、Pb、Cd的复合作用对小麦的影响，结果显示，复合处理12 d后，小麦幼苗根长、苗高、单粒萌根数分别较对照降低了54.01%～94.81%、18.88%～77.95%、21.87%～80.37%，且抑制效应随处理浓度的加大以及作用时间的延长而增强。模拟酸雨与单一金属离子处理促使幼苗根部SOD活性显著升高，而酸雨与3种金属离子复合作用致使SOD活性显著降低。酸性条件下，金属离子单独或复合处理后，小麦幼苗的POD活性显著升高，而CAT活性则明显下降[30]。

4　减少酸雨对小麦为害的方式

梁永超等[31]通过抑制土壤酸化，运用碳酸钙和硅酸钠来抵御酸雨对小麦的为害，发现碳酸钙施用量控制在2.0 g/kg为宜，否则易使土壤缺磷；而施用硅酸钠能大幅度提高土壤有效磷的含量，利于作物生长，不受施用量的限制。此外，运用植物抗逆性物质稀土元素[32]处理酸雨胁迫的小麦，小麦体内的CAT和SOD活性均有所提高，同时消弱了酸雨胁迫所引起的POD活性增加，增强了小麦抵御酸雨的能力[25，26]。而镧是稀土元素中重要且活泼的元素之一，在模拟酸雨条件下，1～100 mg/L的氯化镧可促进小麦发芽及根系生长，增加幼苗干重，并能提高根系活力和叶绿素含量，且能抑制膜质过氧化产物丙二醛及渗透物质脯氨酸的增多，对小麦抵御逆境胁迫起到重要作用[33]。

5　问题及展望

酸雨是环境污染的产物，是一种自然现象。在现阶段，其降落时间、降雨量及降落区域还难以人为控制。目前研究酸雨对小麦的影响多是在人工模拟条件下进行的，考虑的主要是pH值的影响。事实上，自然界中酸雨降落的同时会伴随着其他污染物的降落，致使酸雨与多种污染物共同作用，对小麦产生影响。因此，今后应将自然界中的酸雨作为重点研究对象，探讨其对小麦的影响。同时应由气象部门参与，做好酸雨监测、预报以及农业减灾工作。

参考文献：

［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.全球十大环境问题［J］.环境科学，1995，16（4）：86-88.

［3］单运峰.酸雨、大气污染与植物［M］.北京：中国环境科学出版社，1993.

［4］骆世娟，雷玄肆.景德镇酸雨的特征影响及防治［J］.河北农业科学，2010，14（3）：169-170.

［5］曾庆玲.模拟酸雨对不同抗性植物种子萌发的影响［D］.无锡：江南大学，2004.

［6］王丽红，周青，曾庆玲. 3类抗性种子萌发过程中糖代谢对酸雨胁迫的响应［J］.环境科学，2008，29（3）：799-803.

［7］金进，曾庆玲，周青.小麦与油菜种子萌发对酸雨胁迫的反应研究［J］.中国生态农业学报，2005，13（4）：48-51.

［8］崔兴国.小麦、玉米种子萌发对酸雨胁迫的响应［J］.安徽农业科学，2010，38（14）：7677-7678.

［9］曾庆玲，黄晓华，周青.酸雨对水稻、小麦和油菜种子萌发的影响［J］.环境科学，2005，26（1）：181-184.

［10］曾庆玲，梁婵娟，沈东兴，黄晓华，周青.酸雨对不同抗性植物种子萌发的影响［J］.农业环境科学学报，2004，23（1）：39-42.

［11］曾庆玲，黄晓华，周青.酸雨对不同抗性植物种子萌发过程的影响域——酸雨短程胁迫时间对植物种子4项萌发生理指标的影响［J］.农业环境科学学报，2005，24（1）：35-38.

［12］周青，曾庆玲，黄晓华，张光生，梁婵娟，王丽红.三类抗性种子萌发对酸雨胁迫响应［J］.生态学报，2004，24（9）：2629-2636.

［13］童贯和.模拟酸雨致酸土壤对小麦幼苗生长发育的影响［J］.农村生态环境，2005，21（1）：47-50.

［14］麦博儒，郑有飞，梁骏，刘霞，李璐，钟燕川.模拟酸雨对小麦叶片同化物、生长和产量的影响［J］.应用生态学报，2008，19（10）：2227-2233.

［15］薛忠财，高辉远，刘鹏，柳洁.利用冠层和叶片水平的反射光谱研究模拟酸雨对小麦的影响［J］.农业环境科学学报，2011，30（2）：228-235.

［16］王秀英.模拟酸雨对小麦种子萌发和幼苗生长的影响［J］.水土保持研究，2014，21（6）：265-270.

［17］严重玲，洪业汤，林鹏，王世杰，付舜珍，杨先科，吴善绮，朱克勇.酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用［J］.自然科学进展，2000，10（1）：80-84.

［18］蔡世舫，任清文，欧红梅，滕康开.酸雨对小麦生理特性影响的研究［J］.安徽农业科学，2000，28（3）：303-304.

［19］童永忠，刘超，周志勤，傅柳松，吴杰民.酸雨对土壤-植物系统的环境效应研究——酸雨喷淋对稻和麦生理的影响［J］.浙江农业大学学报，1994，20（1）：86-91.

［20］武德传，周广成，赵振邦，李猛，蔡世舫，徐茂林.模拟酸雨对小麦生育后期经济性状及产量的影响［J］.安徽农业科学，2001，29（5）：688-689.

［21］卞雅姣，黄洁，孙其松，姜东，江海东，周琴.模拟酸雨对小麦产量及籽粒蛋白质和淀粉含量及组分的影响［J］.生态学报，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］曾庆玲，周青，戴玉锦.不同抗性种子萌发对酸雨胁迫时间的响应芋——酸雨持续胁迫对3类种子4项萌发指标的影响［J］.农业环境科学学报，2004，23（6）：1073-1076.

［24］王丽红，蔡丽单，曾庆玲，王军才，周青.酸雨对3类不同抗性种子萌发过程的影响遇——酸雨胁迫对3类种子萌发POD活性的影响［J］.农业环境科学学报，2005，24（3）：442-445.

［25］严重玲，洪业汤，杨先科，付舜珍，吴善绮.稀土元素对酸雨胁迫小麦抗氧化酶的生物学效应［J］.科学通报，1998，43（20）：2206-2209.

［26］严重玲，洪业汤，王世杰，付舜珍，杨先科，朱克勇，吴善绮.稀土元素对酸雨胁迫小麦活性氧清除系统响应的作用［J］.作物学报，1999，25（4）：504-507.

［27］唐正义，杨春萍，王丹，郑玉.模拟酸雨对小麦幼苗SOD和CAT活性的影响［J］.内江师范学院学报，2014，29（4）：30-32.

［28］孔繁翔，桑伟莲，蒋新，王连生.铝对植物毒害及植物抗铝作用机理［J］.生态学报，2000，20（5）：855-862.

［29］郭朝晖，黄昌勇，廖柏寒.模拟酸雨对红壤中铝和水溶性有机质溶出及重金属活动性的影响［J］.土壤学报，2003，40（3）：380-385.

［30］秦海峰，仪慧兰.小麦幼苗生长及其抗氧化酶活性对模拟酸雨与金属离子复合胁迫的响应［J］.西北植物学报，2008，28（2）：331-335.

［31］梁永超，沈其荣，张爱国，沈振国.钙、硅对酸雨胁迫下小麦生长和养分吸收的影响［J］.应用生态学报，1999，10（5）：589-592.

［32］倪嘉缵.稀土生物无机化学［M］.北京：科学出版社，1995.

［33］陆晓民，盛伟，杨吉.模拟酸雨下氯化镧处理对小麦发芽及幼苗生长的影响［J］.核农学报，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

中图分类号：S512.1

文献标识码：A

文章编号：1008-1631（2016）01-0097-03

收稿日期：2015-08-11

作者简介：张清华（1976-），男，河北永年人，助理研究员，主要从事农业科研管理工作。E-mail：nongkezqh@163.com。

通讯作者：肖磊（1981-），男，山东惠民人，助理研究员，硕士，主要从事小麦育种与栽培技术研究。E -mail：yanyun5995@163.com。