运用盆栽实验,对酸雨胁迫下稀土元素(REE)对小麦生理生化响应的作用进行了研究。结果表明:酸雨影响了叶绿素含量及叶绿素a/b值。叶绿素a及叶绿素总量与酸雨pH值呈正相关,POD活性随酸雨pH值减小逐渐增加,间接导致叶绿素a分解速度加快,造成叶绿素总量减少和a/b值减小,加速了叶片的老化,影响植株光能吸收、转换及碳同化。REE施用后,仍在酸雨胁迫下的植株与单一酸雨处理相比,其叶绿素含量、叶绿素a/b值、POD活性均能稳定在一定水平上。在酸雨pH>3.5的情况下REE明显地表现出对小麦体内叶绿素及过氧化物酶有一定的防护作用

严重玲

付舜珍(贵州省环境保护科学研究所)

吴善绮(贵州省环境保护科学研究所)

朱克勇(贵州省环境保护科学研究所)

杨先科(贵州省环境保护科学研究所)

林鹏

洪业汤(中国科学院环境地球化学国家重点实验室, 贵阳)

王世杰(中国科学院环境地球化学国家重点实验室, 贵阳)

Xiamen University Institutional Repository

第 卷 第 期 自然科学进展 年 月, 研究简报 ,酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用’严重玲①③ 洪业汤 ② 林 鹏① 王世杰② 付舜珍③杨先科 ③ 吴善绮③ 朱克勇③①厦门大学生物系,厦门 ②中国科学院环境地球化学国家重点实验室,贵阳 刃③贵州省环境保护科学研究所,贵阳摘要 运用盆栽实验,对酸雨胁迫下稀土元 素 对小麦生理 生化响应的作用进行 了研究 结果表明 酸雨影响了叶绿素含量及 叶绿素 值 叶绿素 及 叶绿素总量与酸雨 值呈正相关,活性随酸雨 值减小逐 渐增加,间接导致叶绿素 分解速度加快,造成叶绿素总量减少和 占值减小,加速 了叶片的老化,影响植株光能吸收、转换及碳同化 施用后,仍在酸雨胁迫下的植株与单一酸雨处理相比,其叶绿素含量、叶绿素 值、活性均能稳定在一定水平上 在酸雨的情况下 明显地表现 出对小麦体 内叶绿素及过氧化物酶有一 定 的防护作用关键词 酸雨胁迫 稀土元素 小麦 生理生化响应国内外学者就酸雨对植物尤其是作物的影响进行了大量 的研究 ’一 〕, 但是如何减轻或消除这种影响的农业防护措施至今未见报道 稀土元素 能提高作物抗逆能力,增加产量,提高品质,在生产实践中亦得到不断的证实〔一 〕, 本研究针对 能提高作物抗逆性和 中国西南地区酸雨频繁的实际,就酸雨胁迫下,对小麦生理生化响应 的作用进行研究,以探索减轻和消除酸雨对作物影响的途径、提供切实可行的农业防护措施,并为这种措施提供理论依据和实践经验材料和方法材料选择酸雨多发区常见并对酸雨敏感的植物 —小麦〔‘ 乃众‘ 贵花 号为研究对象 种子 由遵义龙坪农业推广站提供,供试稀土由河南商丘稀土微肥厂提供,其元素的组成见表卯 切一收稿,卯一砚 收修改稿国家 自然科学基金 批准号 资助项 目第 期 严重玲等 酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用表 稀土元素组成元素 含量 元素 含量 元素 含量 元素 元素肠压含量知含量朋方法酸雨配置及喷洒按文献仁 〕,设置 个处理组, , , , ,和 个对照,州 在 个酸雨处理组 的基础上,设置稀土,拌种和 浸种 个系列,盆栽在 。 上 口 直径 高 的营养钵中 株 盆,每处理 次重复,盆栽,以简易塑料棚遮盖,使之不受 自然降雨的影响 叶绿素测定按 卿 法 单位· 一 ’·活性测定按文献 〔 的方法 单位一 ‘·一 结果与讨论酸雨胁迫下 对小麦叶绿素含 的作用实验结果 表 表明,酸雨明显地影响叶绿素含量 随着酸雨酸度的增大,单一酸雨处理中,叶绿素含量逐渐减少 叶绿素含量与酸雨 的 值存在显著的正相关 施用后,处在酸雨胁迫下的植株,体内的叶绿素含量受酸雨影响有明显减小的趋势 各处理间植株体内叶绿素变化幅度相对减小 的施用使酸雨对小麦叶绿素含量的影响明显受到限制 然而随着酸雨胁迫强度的增大,的这种作用虽有所减弱,但其叶绿素含量仍高于相同的单一酸雨处理植株表 酸雨 对小麦抽穗期叶绿素含量及稀土元素 的作用处理 一一一一一一一一一一一一一塑一—单一酸雨士 士 士 士 士 士 仿酸雨 拌种 士 士 士 土 士 士酸雨 拌种 士 士 ’ 士 土 士 土酸雨 浸种 士 士 士 士 土 士单位· 一 ‘酸雨对叶绿素的影响是通过叶汁 州 酸化而实现的,过多的十离子致使叶绿素中心叶琳环上的 扩 离子从叶绿素中失去叫 在叶绿素合成,原叶绿素转化成叶绿素中起着催化作用,同时能够改善叶绿体膜内环境,增加 叶绿素 的含量及其发射的荧光强度 本研究中 施用后减弱 了酸雨对叶绿素造成的影响是否 由于 扮演了“犷”的角色,还是促进了叶绿素蛋 白复合体的形成,还有待进一步研究酸雨影响叶绿素总量,也影响了叶绿素 值 表 在小麦的拔节期、抽穗期随着酸雨胁迫强度的增大,叶片中叶绿素 值逐渐减小 叶绿素 与酸雨胁迫强度大小成显著正相一 关 和 施用 后,叶绿素 值显著增大,虽然叶绿素 值也随着酸雨胁迫强度的增大而表现出逐渐减小的趋势,但对照与处理间以及各处理之间的差异 变化幅度 显著减小 说明 在一定程度上缓解 了由于酸雨的胁迫所造成叶绿素 的分解 使叶自然科学进展 第 卷绿素 值在酸雨胁迫下仍能保持在一定水平上表 酸雨对拔节期、抽穗期叶绿素 值的影响及 的作用生育期 处理 相关系数一一一卯一卯男八曰一八曰门一弓胜一的一‘一甘单一酸雨酸雨 十 拌种酸雨 十 】 拌种拔节塑抽酸雨 十 田 浸种单一酸雨酸雨 十 拌种酸雨 十 拌种酸雨 十 浸种穗期有研究表明,能增加叶绿素 。 的含量氏“〕 由于叶绿体膜的荧光发射几乎全部来 自叶绿素,而荧光发射强度是光合作用中光能转化的指针川 所以叶绿素 含量的增大 即叶绿素 值的增大 将促进光合作用 中光能的转化,而利于碳同化作用 的加强 叶绿素总量的减小,以及叶绿素 值的减小是植株叶片衰老 的一个重要生理特征之一风一川 本研究表明酸雨致使植株叶片中叶绿素含量减小,从而加速 了叶片的老化 能够增加叶绿素含量,使叶绿素 含量增大并稳定在一个相对水平上,明显地抑制了酸雨促进 叶片老化的作用,而表现出一定的防护作用酸雨胁迫下 对 活性的作用记 是一种普遍存在于植物体中的氧化还原酶,它不仅在植物的生长发育过程中发生明显的变化,而且对各种环境胁迫也 十分敏感 活性受 玩仇 诱导,在酸雨或仇 等环境胁迫下往往会上升 ’ 本研究中,酸雨对小麦 活性 的影响也明显地表现 出随着酸雨 的减小其活性逐渐升高,表明了酸雨使植物体中积累了过多的 玩仇 使细胞内发生了一系列过氧化反应〔‘“〕,也就是说酸雨胁迫与过氧化反应相关 施用 后,在酸雨胁迫下的植株,虽然叶片中 活性也随着 值的减小而逐渐增加,但增加幅度相对于单一酸雨处理组来说小得多,总体水平也较单一酸雨处理低 这说明 对酸雨影响植物 印 活性有一定减缓作用本研究还发现,所测定的 个生育期中 拔节期、孕穗期和成熟期 图,随着植株生长至成熟,包括 在内,体内 活性逐渐增加,明显地表现出与器官幼嫩老化有关,并与生长速率呈负相关 这说 明 活性除了受酸雨影响外,植物叶片正常衰老亦引起 活性增加 酸雨影响作物生长,其 中一个原 因是 具有叫噪 乙酸氧化酶的作用,它可 以氧化 的生长素 ’,】,酸雨增加 印 活性从而破坏和减少 了 的含量,或将其转变为不活跃的物质,改变了植物体内生长素含量 而较低的 活性可以减少 的损失 由于 认 还控制其他与生长相关的酶而表现出对作物生长的影响,这也说明酸雨,活性与作物生物量间存在着一定的相关性,即 越小,活性相应增高,两者的变化又直接或间接地导致植株生长受抑制,造成植株相对矮小 〔’ 〕 同时酸雨使抗氧化酶系统中另两种主要酶,活性减小【’ 〕,使各种酶活比不协调,造成体内活性氧清除能力减弱,生成量增加,导致体内活性氧积累,减少,衰老速度加快 由于生物量积累减小,直接抑制幼穗的分化和发育,降低第 期 严重玲等 酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用一 穗小花数,增加花粉粒败育数,造成穗有效粒数下降,导致籽粒产量下降,引起减产 「’ 〕‘产内、︸气,‘︺沙于助日、塑牌口值自斗气、,‘,︸︺沙于助已、到牌八曰沐于助日、荤雌值 值图 酸雨对小麦拔节期、抽穗期、成熟期 活性的影响及稀土元素的作用—单一酸雨处理,酸雨 十 稀土拌种,—酸雨十 稀土拌种冲一一 酸雨 稀土浸种一玩仇 分解系统参与了叶绿素的降解 〔’ 〕,并与叶绿素含量高度负相关〔’”,’ 】,叶绿素含量的降低能被 呀,玩仇 的清除剂 ’仇 的淬灭剂 抗坏血 酸, 一生育酚 所阻抑 「’ 】因此酸雨胁迫致使 姚仇 增多,印 活性增大,含量减少,叶绿素降解速度加快,含量降低,值减小,加上 活性增加造成的 含量减小,衰老加快,作物光合作用产物因为 场固定钝化而减弱,而 施用后抑制了一姚仇 系统,从而也抑制了叶绿素的分解 亦可看成是增强 了小麦抗酸雨胁迫的能力 在本实验中 表现出对植物体内 印 有一定抑制作用 从而在一定程度上减缓 了由于酸雨所造成 活性增大所导致 的对体内 的氧化,使作物体内 认 保持在一定水平而利于植物的生长和发育 因此施用 后,在酸雨的情况下植物的抗氧化酶及叶绿素含量明显地表现出相对的稳定性,变化幅度减小,使作物对酸雨敏感性减弱,明显地表现出对酸雨影响的防护作用自然科学进展 第 卷参 考 文 献巧曹洪法,高映新,舒俭民,等 模拟酸雨对农作物生产和产量影响的初步研究 植物生态与地植物学报, ,、刘燕云,曹洪法 酸雨和 仇 作用下 酶活性与菠菜叶片损伤相关性研究 应用生态学报,男, 一叼 卜 哈 压况 幼耐撅 玫佣” 朗 毓 功“, ,严重玲,李瑞智,钟章成 模拟酸雨对绿豆、玉米生理生态特征的影响 应用生态学报,卯,增刊 一倪嘉绩 稀土生物无机化学 北京 科学出版社,男郭伯生,竺伟民,熊炳昆,等 农业中的稀土 北京 中国农业出版社, 一吴兆明 斓和叫噪丙酸对月季扦插生根的影响 园艺学报, ,沈傅礼,戴新宾 稀土对小麦叶绿体光学反应的效应 稀土,望衬, 一严重玲,钟章成,付舜珍,等 土壤中、掩 及其相互作用对烟草叶片抗氧化酶的影响 环境科学学报, ,严重玲,洪业汤,付舜珍,等、巧 胁迫对烟草叶片中活性氧清除系统的影响 生态学报, , 一张丽欣,宗汝静 四种叶菜衰老期间呼吸、乙烯产生、和过氧化酶的变化及相互关系 植物生理学报, ,、哈 讨 只 , ‘互闷卯班‘刀 刊阳 物‘, , 一 田明, 刊。汕 加,己 记 呵 田, 一严重玲,洪业汤,杨先科,等 稀土元素对酸雨胁迫小麦抗氧化酶的生物学效应 科学通报, ,肠 一 朋, 团恤 曰‘ 咖 哪 『必川 喀 而·, ,曾诏西,王 以柔,刘鸿先 低温光照下与黄瓜子叶叶绿素降低有关的酶促反应 植物生理学报, ,蒋明义,杨文英,徐 红,等 渗透胁迫下水稻幼苗叶叶绿素降解的活性氧损伤作用 植物学报, 望科 ,

酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用

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酸雨胁迫下稀土元素对小麦生理生化响应的作用

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