模拟酸雨对拉巴豆的生理生态特性的影响

喻佳媛，杨知建，徐华勤，欧阳玲

(湖南农业大学 草业科学研究所，湖南 长沙 410128)

模拟酸雨对拉巴豆的生理生态特性的影响

喻佳媛，杨知建，徐华勤，欧阳玲

(湖南农业大学 草业科学研究所，湖南 长沙 410128)

采用盆栽法，研究了在pH 2.5,3.5,4.5和5.6模拟酸雨淋溶条件下，拉巴豆种子萌发、生长、光合特性和酶活性等生理生态特性的变化。结果表明：在模拟酸雨胁迫下，随着pH的下降，拉巴豆种子的发芽势、发芽率、地上部鲜重、根长、根鲜重和叶片POD活性均减小；株高增长率、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均先增大后减小；叶片SOD和CAT活性均增大。在pH≤2.5的模拟酸雨生存条件下，拉巴豆种子的萌发和生长受到显著抑制(P<0.05)。

拉巴豆；模拟酸雨；种子萌发；光合特性；酶

酸雨是指pH<5.6的雨水，是我国现阶段面临的严重环境污染问题，也是影响世界生态环境最主要问题之一。近年来我国酸雨分布以城市为中心向农村蔓延，长江以南降水以pH<4.5为主，年均降水pH 5.6的区域已占国土总面积的40%，已成为我国酸雨中心之一[1-2]。酸雨胁迫会对植物产生严重危害，表现为加快呼吸速率，降低蒸腾速率，降低酶活性，降低叶绿素含量等，另外，酸雨抑制种子的萌发和幼苗生长，导致植物叶片膜透性增加[3-11]。

拉巴豆(Dolichoslablab)是高产优质牧草，原产澳大利亚，具有良好的适应性和抗逆性，具晚熟特性，能耐短期高温和霜冻，适宜在湖南、湖北等夏季短期高温、冬季寒冷的过渡性气候带栽培，有效补充了南方豆科牧草的不足，并可以补充夏季饲料作物和冬季饲料作物交替造成的饲料断档。中国南方地区是酸雨污染重灾区[12-14]，强大的酸雨背景和土壤酸化现象必然对拉巴豆的推广栽培产生影响，但目前有关酸雨对拉巴豆生理生态的影响报道不多。因此，通过设置不同pH的模拟酸雨喷淋拉巴豆，测定模拟酸雨胁迫下其生理生态特性反应，为拉巴豆在南方地区的推广和应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验在湖南农业大学草业科学研究所试验基地进行，供试材料拉巴豆品种为润高，由美国百绿集团(北京)公司提供，于2014年3月18日播种。

1.2 酸雨配置与材料培养

根据长沙市酸雨污染特征[15]，以硫酸根和硝酸根摩尔比3.68配置模拟酸雨母液，通过蒸馏水用pHB-4 pH计调节成2.5、3.5、4.5和5.6共4组处理，其中pH 5.6(CK)为自来水；pH 4.5表示未来酸雨改善情况；pH 3.5与目前长沙酸雨组成成分相近；pH 2.5表示未来酸雨加重的情况。

随机抽取拉巴豆种子550粒，将种子用75%的酒精和1%HgCl2消毒19 min，无菌冲洗5～6次后，间隔整齐地排列于高温消毒后的培养皿内(垫有滤纸)。每皿放50粒种子，每个酸雨浓度重复3次，置于16～20 ℃的恒温箱发芽。每天滴模拟酸雨2～3次，不使滤纸干涸。

种子消毒后，在育苗盒中发芽生长，育苗盒土壤为风干菜园土壤，每天浇灌不同浓度的模拟酸雨100 mL/盒，长出4片真叶后，选择各浓度生长均匀一致的拉巴豆幼苗，移栽至塑料盆(高20 cm×宽25 cm)；每盆装过5 mm筛孔的菜园土壤5 kg。移植于湖南农业大学草业基地种植槽，搭置通风挡雨的塑料棚。采用人工喷雾器均匀喷洒模拟酸雨至叶面和土壤，根据长沙市常年月均降水量确定模拟酸雨喷淋量，1次/d喷洒，喷淋量约120 mL/盆。培养持续3个月，由苗期至成熟期，常规田间管理，每盆1株，每个浓度酸雨重复5次。

1.3 观测项目与方法

发芽势、发芽率测定：拉巴豆种子发芽标准，有正常的，比种子本身长的幼根，最少有一个子叶与幼根连接的，才能列为发芽种子。记录1～10 d种子发芽的数量，第10 d结束；于拉巴豆种子发芽率的测定实验中，取1～5 d的发芽种子数来计算种子发芽势。

株高测定：试验期间，每7 d记录一次不同浓度模拟酸雨条件下拉巴豆株高，计算株高增长率，持续3个月，由苗期至成熟期，各浓度的模拟酸雨取3株测定。

地上部鲜重、根长、根鲜重的测定：模拟酸雨结束喷洒后的第2 d，不同浓度模拟酸雨各取3株，对每株材料进行地上部鲜重、根长、根鲜重的测定。

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性采用南京建成生物工程研究所研制的活性测定试剂盒测定。

模拟酸雨结束喷洒后的第2 d，选择每株材料从顶端向下的第3叶，中间叶和从底部向上的第3叶，共9小叶，使用美国Li-cor公司LI-6400XT光合仪进行净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的测定[16]。

1.4 数据分析

采用SPSS 16.0软件对所测数据统计分析，用平均值和标准误差表示测定结果，分别对不同模拟酸雨淋溶条件下的拉巴豆处理进行单因素方差分析，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较；Word 2007制图。

2 结果与分析

2.1 模拟酸雨对拉巴豆发芽率、发芽势和生长的影响

随着pH的下降，各处理拉巴豆发芽率和发芽势均降低(表1)。与对照相比pH 2.5和pH 3.5的发芽势分别下降了57.14%，22.86%，发芽率下降了21.43%和9.52%，均差异显著(P<0.05)。pH 4.5的发芽势、发芽率差异不显著。pH 2.5、pH 3.5、pH 4.5处理地上部鲜重比对照分别减少了15.20%、11.56%和11.23%；差异显著(P<0.05)；pH 2.5和pH 3.5的处理根长比对照分别减少了13.35%和18.55%，根鲜重比对照分别减少了48.69%和46.16%。差异显著(P<0.05)。模拟酸雨对株高的影响不明显，其中pH 4.5处理的株高最高，比对照增加了0.19%，只有pH 2.5处理有差异显著(P<0.05)；说明强酸性的酸雨对拉巴豆的种子萌发，株高、地上部鲜重、根长和根鲜重增长有一定的抑制作用。

表1 模拟酸雨处理下拉巴豆生长指标Table1 Effects of simulation acid rain on growth characteristics of Dolichos lablab

注：数据均以平均值±标准差表示，同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

2.2 模拟酸雨对拉巴豆生理特性的影响

2.2.1 模拟酸雨对拉巴豆光合特性的影响 模拟酸雨对拉巴豆净光合速率、气孔导度，胞间CO2浓度和蒸腾速率的影响随着pH的降低呈先增后减趋势(表2)。与对照相比，pH 4.5处理下拉巴豆净光合速率和蒸腾速率总含量是对照的103.54%和101.39%，并没有显著差异，气孔导度和胞间CO2浓度总含量是对照的1.16倍和1.75倍，有显著差异(P<0.05)；pH 3.5和pH 2.5的拉巴豆的净光合速率、气孔导度，胞间CO2浓度和蒸腾速率均降低，且差异显著(P<0.05)，说明高浓度的酸雨对拉巴豆光合特性有较大的抑制。

2.2.2 模拟酸雨对拉巴豆叶片SOD，CAT和POD活性的影响 随着pH的下降，各处理拉巴豆叶片的SOD和POD活性均增大(表3)。pH 4.5的SOD，POD和CAT活性分别高于对照60.60%，35.48%和288.52%；pH 3.5的SOD，POD和CAT活性分别高于对照87.87%，48.68%和216.30%；pH 2.5的SOD，POD和CAT活性分别高于对照127.13%，106.75%和113.62%，变化差异均显著(P<0.05)。可见不同浓度的酸雨对拉巴豆叶片内酶的含量有不同影响，随着酸胁迫的加重，拉巴豆叶片的CAT活性呈先增加后降低的趋势。

表2 模拟酸雨处理下拉巴豆的光合特性Table3 Effects of simulation acid rain on photosynthetic characteristics of Dolichos lablab

表3 模拟酸雨处理下拉巴豆的SOD，CAT和POD活性Table3 Effects of simulated acid rain on superoxide dismutase activity，peroxidase activity and catalase activity of Dolichos lablab U/(g·min)

3 讨论与结论

试验结果表明，模拟酸雨对拉巴豆种子发芽率、发芽势及生长均有明显抑制效应。其中，pH 4.5处理下种子的发芽势、发芽率和株高增长率、根长、根鲜重与对照相比虽有下降，但无显著差异，这与闫荣玲等[17]的研究结果一致。柳若安等[18]同样发现，马尾松在 pH 3.5～5.5时能正常生长，认为马尾松有一定的耐酸性，试验中，pH 4.5组酸雨条件下，拉巴豆净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度与对照相比均升高，可见pH 4.5浓度的弱酸雨对拉巴豆的光合特性有一定的促进作用，表明拉巴豆有一定的耐酸性。

植物细胞受到胁迫时，植物体内SOD，CAT和POD 3种重要保护性酶保护细胞膜系统免受损伤[19]。SOD催化O2-形成H2O2，其最终被消除主要依赖于CAT完成，此外POD等保护酶也承担部分H2O2的清除。H2O2的积累往往导致CAT消耗或失活[20]。试验中，在模拟酸雨胁迫下，随着pH的降低，拉巴豆叶片的SOD和POD活性均增加，而CAT活性先增后降，表明在一定的酸雨胁迫范围内，CAT活性增加。石福臣等[21]研究表明，活性氧增加往往是由于逆境胁迫，有关的保护酶类如POD、SOD等活性随着活性氧的产生而升高，另一方面活性氧直接破坏生物大分子，使酶活性丧失。

关义新等[22]研究认为，中、强度酸雨降低了植物的蒸腾速率并使气孔阻抗增高，同样，试验发现pH 3.5、pH 2.5组拉巴豆的蒸腾速率降低，种子的萌发和植株的生长受到显著的抑制。但有关拉巴豆在酸雨胁迫下的生理指标动态变化与酸雨酸度变化的关系还有待进一步深入研究。

[1] 谢媚.“九五”广州地区酸雨污染基本特征研究[J].环境科学研究,2002,15(1):31-33.

[2] 蒋益民,曾光明,张龚，等.长沙市大气湿沉降化学及变化特征[J].城市环境与城市生态,2003,16:23-25.

[3] 龙云,刘芸,钟章成，等.酸雨和UV-B对玉米幼苗光合速率和抗氧化酶活性的影响[J].生态学报,2009,29(9):4957-4966．

[4] 李佳,江洪,余树全，等.模拟酸雨胁迫对青冈幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J].应用生态学报,2009,20(9):2092-2096.

[5] 齐泽民,钟章成,邓君，等.模拟酸雨对杜仲叶膜脂过氧化及氮代谢的影响[J].西南师范大学学报:自然科学版,2001,26(1):151-156.

[6] 许泽宏,罗英,王昱，等.模拟酸雨对蚕豆植物生长的影响[J].中国微生态杂志,2001,13(1):26-29.

[7] Ferenbangh R W.Efects of simnlateed acid rain on Phaseolus vulgaris L[J]American,Tonmal Botany,1976,63(3):283-288.

[8] 聂呈荣,陈思果,温玉辉，等.模拟酸雨对花生种子萌芽及幼苗生长的影响[J].中国油料作物学报,2003,25(1):34-36.

[9] 樊后保,减润国,Kosuke W.女贞种子和幼苗对模拟酸雨的反应[J]．环境科学研究，2000，36(6):90-94.

[10] 吴杏春,林文雄,洪清培，等.模拟酸雨对草坪草若干生理指标的影响[J].草业科学,2004,21(8):88-9.

[11] 严重玲,洪业汤,王世杰，等.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):504-50.

[12] 易显凤,赖志强,关常欢，等.高产优质豆科牧草拉巴豆[J].上海畜牧兽医通讯:2011(4):65.

[13] 任继周.草业大辞典[M].北京:中国农业出版社,2008．

[14] Kanania J，Lukefahr S D，Stankoa R L．Evaluation of tropical forage legumes (Medicagosativa,Dolichoslablab,LeucaenaleucocephalaandDesmanthusbicornutus) for growing goat[J].Small Ruminant Research,2006,65(9):1-7．

[15] 李炳文.长沙酸沉降现状研究[J].现代农业科学，2009,16(3):155-156.

[16] 赵昕,宋瑞清,阎秀峰.接种AM真菌对喜树幼苗生长及光合特性的影响[J].植物生态学报，2009,33(4):783-790.

[17] 闫荣玲,廖阳,郭平安.模拟酸雨对水稻种子发芽及幼苗生长的影响[J].湖南农业科学,2012(1):90-91,92.

[18] 柳若安,刘厚田.酸度和铝对马尾松生长的影响[J].植物学报,1995,37(2):154-158

[19] 李建武,王蒂.水分胁迫对马铃薯试管苗抗氧化酶活性的影响[J].北方园艺,2008(1)：7-9.

[20] 侯麟,尚鹤,邓仕槐，等.酸雨胁迫对白兰花抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量的影响[J].四川环境,2010,29(6):11-15

[21] 石福臣,鲍芳.盐和温度胁迫对外来种互花米革(Spartinaalterniflora)生理生态特性的影响[J].生态学报,2007,27(7):2733,2741.

[22] 关义新,戴俊英,林燕.盐分胁迫下植物叶片光合的气孔和非气孔限制[J].植物生理学通讯,1995,31(4):293-297.

Effects of simulated acid rain on physiological and ecologi calcharacteristics of theDolichoslablab

YU Jia-yuan，YANG Zhi-jian，XU Hua-qin，OUYANG Ling

(PrataculturalinstituteofHunanagriculturaluniversity,Hunan,Changsha410128，China)

The paper stuided the effect of simulated acid rain with pH of 2.5,3.5,4.5 and 5.6 onDolichoslablabin pots.The seed germination,growth,photosynthetic characteristics and enzmye activity were measured under a simulated acid rain stress.The results showed that the seed germination rate,shoot fresh weight,root length,root fresh weight and leaf POD activity of Dolichos lab lab were reduced with decreasing pH value. The height growth,net photosynthetic rate,stomatal conductance,intercellular CO2concentration and transpiration rate were firstly increased and then decreased;SOD activity in leaves and CAT activity were increased.Under the conditions with pH≤2.5,the seed germination and plant growth ofDolichoslablabwas significantly inhibited.

Dolichoslablab;simulated acid rain;photosynthetic characteristics;seed germination;enzyme

2015-03-30；

2015-05-27

国家自然科学基金(31100382)资助

喻佳媛(1990-)，女，广东深圳人，在读硕士生。 E-mail：408230584@qq.com 徐华勤为通讯作者。

S 543.9

A

1009-5500(2015)04-0066-04