模拟酸雨胁迫对油冬菜生理特性的影响

水德聚 王晓艳 邵勤 叶利勇 孙继 汪炳良

摘要：【目的】研究模拟酸雨胁迫对油冬菜叶片生理特性的影响，为制定油冬菜酸雨防治措施提供参考依据。【方法】对盆栽油冬菜品种黑油冬分别喷施pH为5.6、4.5、3.5和2.5的模拟酸雨，以喷施清水（pH 7.0）为对照（CK），测定分析不同酸度模拟酸雨处理的油冬菜生理生化指标。【结果】随着模拟酸雨酸度的增强，油冬菜叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量及丙二醛（MDA）含量均呈先升高后降低的变化趋势，前三者在模拟酸雨pH 4.5时升至最高，MDA含量在模拟酸雨pH 3.5时达最高；脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖含量呈先降低后升高的变化趋势，前二者在模拟酸雨pH 4.5时降至最低，可溶性糖含量在模拟酸雨pH 5.6时降至最低；类胡萝卜素含量持续降低；在pH 4.5的模拟酸雨胁迫下，油冬菜脯氨酸和可溶性糖含量均出现急剧变化，分别比CK降低58.37%和50.89%。【结论】pH 4.5可能是酸雨对油冬菜造成隐性伤害的阈值，适度酸雨胁迫可激发油冬菜自身的抗逆系统。酸雨较重的南方地区可在油冬菜定植前选用适量石灰改善土壤酸性，也可采用设施栽培来避免酸雨对其叶片产生危害。

关键词： 油冬菜；模拟酸雨；胁迫；生理特性

中图分类号： S636.9 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）07-1155-04

0 引言

【研究意义】酸雨一般是指pH低于5.6的雨水，通常包括雪、雾及冰雹等其他形式的酸性降水（邓伟等，2009）。酸雨是当今世界面临的重大环境污染问题之一，我国现已成为继欧洲和北美之后世界第三大酸雨区。我国南方土壤偏酸性，加上酸雨偏多且酸性重，嚴重影响了植物的正常生长。油冬菜是十字花科芸薹属叶用蔬菜，因其口感软糯、营养丰富、易栽培及高产优质而深受消费者喜爱，是华东和华南地区冬季的主栽蔬菜品种之一，但南方的酸性环境是制约其产量和品质提高的重要因素。张新民等（2010）统计发现，全国每年因酸雨造成蔬菜减产损失达22.187亿元，占蔬菜减产总损失的60.0%。因此，开展模拟酸雨对油冬菜生理特性影响研究，对揭示其酸化胁迫机理及制定酸雨防治措施具有重要意义。【前人研究进展】刘建福等（2012）研究发现，酸雨可增加南方红豆杉细胞膜透性，改变其体内酶的活性及叶肉细胞中细胞器的结构，导致南方红豆杉叶片产生可见伤害。陈志国（2013）研究发现，酸雨会抑制蔬菜作物种子萌发。王菊等（2013）研究认为，酸雨可影响小白菜的营养品质并抑制其叶绿素形成。王强等（2013）研究发现，酸雨降低了乌药幼苗的光饱和点及光合能力。【本研究切入点】目前，关于模拟酸雨对植物生理生化特性的研究较多，但模拟不同酸度酸雨对油冬菜影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以油冬菜品种黑油冬为材料，通过盆栽试验，探讨模拟酸雨对其生理特性的影响，为进一步开展酸化环境对蔬菜生长发育的胁迫机理研究及制定酸雨防治措施提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试材料为温州地方油冬菜品种黑油冬，由温州市农业科学院蔬菜研究所提供。模拟酸雨是根据浙江省酸性降雨主要以硫酸根为主的特点并参照有关温州地区酸雨资料（吴贤笃等，2004），先将分析纯H2SO4和HNO3按照摩尔比1∶1配制成酸雨母液，再加蒸馏水稀释成pH分别为2.5、3.5、4.5和5.6的酸雨溶液。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 试验于2014年10月～2015年1月在温州市农业科学研究院蔬菜研究所基地进行。油冬菜于2014年10月25日定植于花盆中，待植株返青至生长旺期开始对叶片喷施各pH的酸雨，于11月25日喷施第1次（以叶片上液滴欲滴为宜），以后每隔7 d喷施1次，持续1个月，期间进行常规管理；每处理喷5株，3次重复，喷施时间一般在16：00～18：00。为防止相互干扰，不同酸度处理的植株间用塑料薄膜隔开，喷施最后1次酸雨后1周进行叶片取样。

1. 2. 2 生理生化指标测定 采用混合取样法，每处理选取植株中部功能叶，去除主叶脉，剪碎混合后用于生理特性指标测定（李合生，2002）。叶绿素及类胡萝卜素含量采用紫外分光光度计法测定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮提取法测定（曹春信等，2010），可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定。

1. 3 统计分析

试验数据采用Excel 2003进行统计，利用SPSS 17.0进行差异显著性分析（Duncans多重比较）。

2 结果与分析

2. 1 模拟酸雨对油冬菜叶绿素含量和类胡萝卜素含量的影响

叶绿素含量常用作植物在逆境胁迫下受伤害程度的生理指标。由表1可知，随着酸雨酸度的增强，油冬菜的叶绿素a、叶绿素b含量及叶绿素总含量均呈先升高后降低的变化趋势，且均在pH 4.5时最高，分别比CK升高了23.00%、42.34%和27.10%，差异显著（P<

0.05，下同）；随着酸雨酸度的增加，油冬菜类胡萝卜素含量呈持续下降趋势，均显著低于CK，在pH 2.5时降至最低，比CK降低了37.90%，说明酸雨会抑制类胡萝卜素合成，虽然pH 4.5与pH 5.6处理的类胡萝卜素含量差异不显著（P>0.05，下同），但均显著高于pH 2.5～ 3.5。说明一定酸度（pH 4.5～5.6）的酸雨胁迫可促进油冬菜叶绿素a、叶绿素b合成，有利于油冬菜生长，因此采用温室、大棚等设施栽培方式可避免酸度过重酸雨对油冬菜造成危害。

2. 2 模擬酸雨对油冬菜叶片生理特性的影响

由表2可知，随着酸雨酸度的增强，油冬菜的MDA含量呈先缓慢升高后降低的变化趋势。在pH 5.6时MDA含量虽高于CK，但差异不显著；在pH 3.5时MDA含量最高，比CK提高了40.25%，差异显著；在pH 2.5时显著降低，但仍显著高于CK。说明油冬菜可能通过自身的调节功能来抵御低酸度（pH 5.6）酸雨的胁迫，而高酸度（pH<3.5）酸雨胁迫对油冬菜细胞膜造成一定的伤害，出现MDA含量升高现象。

随着酸雨酸度的增加，油冬菜叶片脯氨酸含量及可溶性糖含量均呈先降低后升高的变化趋势，且均在pH 4.5时下降至最低值，分别比CK下降了58.37%和50.89%，差异显著。表明pH 4.5可能是酸雨对油冬菜造成隐形伤害的阈值，在酸雨胁迫下油冬菜可能通过降低体内脯氨酸及可溶性糖含量来适应酸化环境，其中低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨胁迫下油冬菜以消耗大量的可溶性糖来适应酸化环境，而高酸度（pH 2.5）酸雨胁迫下油冬菜通过产生大量的可溶性糖来增强渗透调节能力以抵御伤害。

随着酸雨酸度的增加，油冬菜的可溶性蛋白含量出现升高趋势。在低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨胁迫下，油冬菜叶片的可溶性蛋白含量虽降低但与CK差异不显著，而在高酸度（pH 2.5～3.5）酸雨胁迫下，其可溶性蛋白含量急剧升高，分别比CK升高了35.37%和42.18%，差异显著。说明油冬菜能通过加快可溶性蛋白的消耗以缓解pH 5.6和pH 4.5酸雨的胁迫，而在pH 3.5和pH 2.5酸雨胁迫下油冬菜机体通过提高可溶性蛋白含量来增加细胞渗透势，进而提高对酸雨的抗性。

3 讨论

不同pH的模拟酸雨对油冬菜叶片叶绿素、类胡萝卜素、MDA、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均有不同程度的影响。本研究发现，与CK相比，pH 5.6和pH 4.5的模拟酸雨可促进油冬菜叶绿素a、葉绿素b和叶绿素总含量升高，pH 3.5和pH 2.5的模拟酸雨使油冬菜叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量呈降低趋势，与赵栋等（2010）在茶梅上的研究结果不一致，可能是由于pH 4.5～5.6模拟酸雨中含有的N、S元素对油冬菜叶片产生保护作用，而pH 2.5～3.5的模拟酸雨胁迫一方面易造成油冬菜叶片Mg2+流失影响叶绿素合成，另一方面会加速叶绿素分解，从而降低叶绿素含量，其具体机理有待进一步探讨。模拟酸雨酸度增加致使油冬菜叶片类胡萝卜素含量降低，酸性越强，其含量越低，与刘建福（2007）对杨梅的研究结果一致，说明适度的酸雨胁迫可激发油冬菜自身的抗逆体系。

大量研究表明，MDA是膜脂过氧化过程中的分解产物，其含量反映了细胞质膜过氧化程度和植物对逆境胁迫的抵抗能力（曹春信等，2010），因此，MDA含量常用来反映质膜的过氧化程度，用作抗逆性鉴定的指标（童贯和等，2005）。本研究发现，油冬菜MDA含量随着模拟酸雨酸性的增强呈先缓慢升高而后降低的变化趋势，其中在pH 5.6和pH 4.5酸雨胁迫下升幅不明显，在pH 3.5酸雨胁迫下达最大值，说明油冬菜能通过其机体自身调节来应对一定酸度的酸雨胁迫，但高酸度的酸雨会导致机体膜系统破坏，代谢失调，产生大量过氧化产物MDA。这与何杨（2013）对花叶良姜的研究结果一致。

脯氨酸含量变化是作物抗逆性的重要参数，其含量高低一般用于衡量植物受胁迫的伤害程度（王强等，2013）。有研究表明，在酸雨胁迫下植物体内脯氨酸含量升高以适应酸雨环境（李迪等，2008）。本研究发现模拟酸雨胁迫下油冬菜脯氨酸含量呈先降低后升高的变化趋势，且在pH 4.5时降至最低，与李迪等（2008）对水稻的研究结果相反，可能是酸雨对不同植物的信号转导机理不同而引起，也可能是由于酸雨胁迫促进脯氨酸与细胞内的一些化合物发生反应，形成类似亲水胶体的聚合物以增强机体对酸雨产生抗性的缘故。

植物可通过提高可溶性蛋白含量来增加细胞渗透势和功能蛋白数量，从而有利于维持细胞的正常代谢，提高抗逆性（吴桂容和严重玲，2006），可溶性糖也可通过调节组织的渗透势来维持膜的完整性（何杨，2013）。本研究结果表明，pH 4.5～5.6的模拟酸雨胁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时降至最低，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过消耗体内可溶性蛋白和可溶性糖以进行机体自身调节来适应低酸度（pH 4.5～5.6）酸雨的胁迫，而高酸度（pH 2.5～3.5）酸雨胁迫下油冬菜机体受伤害严重，体内可溶性蛋白和可溶性糖含量升高，相应地提高细胞渗透势以抵抗酸雨胁迫。

4 结论

在模拟酸雨胁迫下，油冬菜各生理指标均在pH 4.5时发生转变，pH 4.5可能是酸雨对油冬菜造成隐性伤害的阈值。油冬菜可通过自身的抗逆系统来应对pH为4.5～5.6的模拟酸雨胁迫，而pH为2.5～3.5的模拟酸雨胁迫超过油冬菜机体自身防御能力，对油冬菜产生严重伤害。因此，酸雨较重的南方地区可在油冬菜定植前选用适量石灰改善土壤酸性，也可采用设施栽培避免酸雨对其叶片产生危害。

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（责任编辑 思利华）