張柳青,楊 艷,權秋梅,帥文娣,郭佳靈,李 鋒,陳 奇

(1.西華師范大學a.環(huán)境科學與工程學院，b.生命科學學院，四川 南充 637009； 2.四川農(nóng)業(yè)大學 小麥研究所，成都 611130； 3.瀘縣梁才學校，四川 瀘州 646100)

作為全球污染問題之一的酸雨，對公眾健康、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境及全球氣候變化帶來的負面影響越來越嚴重。酸雨是指pH值小于5.60的大氣降水，未被污染的降水是中性的，pH值在7.0左右[1]。酸雨的形成受人為和自然因素的影響，自然因素主要是火山爆發(fā)、海浪濺起的海鹽飛沫、森林火災等產(chǎn)生的物質(zhì)，將云內(nèi)成雨后形成的水汽吸附在SO42-、CO32-等凝結核上，經(jīng)過氧化還原反應，形成較小的硫酸雨滴和碳酸雨滴，之后又經(jīng)過云下沖刷過程，較小的硫酸雨滴和碳酸雨滴不斷吸附周圍的含酸雨滴，最后形成含酸大雨滴，降落地面形成酸雨[2]。人為因素是促成酸雨形成的主要原因，在發(fā)展工業(yè)過程中大量燃燒化石燃料，排放的SO2、NOx等成為酸雨的主要來源[3]。目前，大量研究表明酸雨會造成植物失綠，生長速度減緩，生物量降低等[4]，而關于酸雨作用于植物的方式以及植物對酸雨的響應情況仍處于研究階段[5]。

我國玉米年產(chǎn)量占世界第二位，是主要的糧食作物之一。種子萌發(fā)是植物生命的起點，研究玉米種子萌發(fā)對酸雨的響應具有較大的實踐意義。嚴重玲[6]等的研究表明，模擬酸雨會破壞種子內(nèi)部結構，抑制種子萌發(fā)。袁志忠等[7]進一步說明玉米種子的生理指標包括發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等會受到酸雨的影響，如當pH值為4.5～5.6時影響不顯著；pH值為2.5～3.5時對玉米種子的萌發(fā)有顯著的抑制作用。同時，經(jīng)pH2.5和pH3.5的模擬酸雨處理后，發(fā)芽率分別下降了41.11%和28.72%，種子出現(xiàn)了畸形、萎縮、失水等現(xiàn)象。玉米幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量會隨模擬酸雨強度的增加而減少，使得經(jīng)處理后的玉米幼苗的生長與發(fā)育受到抑制，阻礙玉米植株對氮素營養(yǎng)的吸收與同化功能，加快葉綠素的分解，降低光合作用能力，從而導致玉米植株不能正常發(fā)育[7-8]。酸雨的加劇使得我國各地區(qū)的農(nóng)業(yè)也受到不同程度的影響，玉米等糧食產(chǎn)量受酸雨的影響有減產(chǎn)的趨勢。因此，研究不同pH值酸雨對玉米種子萌發(fā)的影響能夠更好地運用于日常實踐當中。本實驗研究模擬酸雨對四川地區(qū)常見八種玉米種子和幼苗的影響，明確了八種玉米萌發(fā)的耐酸閾值范圍，分析它們在模擬酸雨下的生長情況，能進一步了解其抗酸雨能力，為減輕酸雨對玉米的脅迫作用，合理選育玉米品種，保證產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選擇pH1.0～6.0的模擬酸雨溶液，pH7.0為對照組。用98%濃硫酸和65%～68%硝酸溶液配制pH1.0的酸雨母液，根據(jù)南充市降水離子統(tǒng)計結果[9]，用蒸餾水將母液配成pH1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的模擬酸雨，pH測量儀校準，將配置好的溶液置于低溫下保存。

供實驗玉米種子選用市場上常見的普通玉米品種：登海605、鄭單958、蠡玉86、浚單20、福德2、雅玉2、川單428和資玉2。

1.2 試驗設計和方法

將處理好的備用種子，整齊的排列在鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿放50粒種子，包括對照共有7個處理組。向每個培養(yǎng)皿中分別加入一定量的不同酸度的模擬酸雨溶液，每天早晚定時向培養(yǎng)皿中補充相應的溶液約3～5 mL。培養(yǎng)條件是光處理12 h，黑暗處理12 h，恒溫25 ℃，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在試驗過程中，連續(xù)培養(yǎng)玉米種子，每天觀察其生長情況，統(tǒng)計并做好記錄。按國家種子質(zhì)量檢驗標準[10-11]，第12 d隨機挑選每組處理下的3株玉米幼苗，分別測定苗、根和種子殘留物3個部分，做好相關記錄。

1.3 種子萌發(fā)和幼苗生理指標的測定

對樣品的發(fā)芽率，根長，種子殘留物鮮、干重，葉面積，根鮮重、干重，苗鮮重、干重進行測定。使用了電子秤、葉面積測定儀、離心機等儀器。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用單因素方差分析(One-way ANOVA)和鄧肯方差(Duncan)分析，實驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示，同時制作柱形圖和三線表。

2 結果與分析

2.1 不同pH值模擬酸雨對玉米發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率是反映種子品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標，種子萌發(fā)也是植物正常生長的前提。由表1可以看出，當酸雨pH值為1.0、2.0時，完全抑制了八種玉米種子發(fā)芽，發(fā)芽率為零。與對照組(pH=7.0)相比，pH為3.0、4.0、5.0時，種子萌發(fā)均受到不同程度的抑制。登海605的發(fā)芽率在pH為6時與對照組無顯著差異；浚單20發(fā)芽率在pH為3.0～6.0時與對照組無明顯差別；雅玉2、福德2和蠡玉86在pH=4.0的模擬酸雨下發(fā)芽率最大；資玉2和川單428在pH=5.0的模擬酸雨下發(fā)芽率最大，鄭單958在pH為4.0時的發(fā)芽率最小，其余處理條件下與對照組無明顯差別。

表1 模擬酸雨pH=1.0～7.0條件下玉米的發(fā)芽率

注：同列相同字母表示在0.05水平差異不顯著。

2.2 不同pH值模擬酸雨對玉米種子殘留物干、鮮重的影響

在不同處理條件下，雅玉2、川單428、資玉2的種子殘留物量小于其他品種。川單428在pH=6.0與對照組無顯著差異，蠡玉86在pH=5.0、6.0條件下與對照組無顯著差異，其余玉米種子殘留物鮮、干重與對照組比較均有顯著差異(P<0.01)?？?0在pH為3.0、4.0、5.0時種子殘留物鮮重無顯著差異；雅玉2在pH為2.0和3.0條件下無顯著差異，pH為5.0和6.0條件下無顯著差異。模擬酸雨pH值為1.0、2.0時，川單428和資玉2種子殘留物鮮、干重較小，福德2種子殘留物鮮重最大。pH=5.0時，川單428種子殘留物鮮重最小，pH=6.0，浚單20種子殘留物鮮重最大。種子殘留物干重是種子殘留物鮮重除去水分剩下的物質(zhì)。pH =1.0、2.0處理下，八種玉米的種子殘留物干重均大于或等于其他處理。pH=3.0、4.0、5.0條件下，浚單20種子殘留物干重物顯著差異；登海605在pH=1.0、2.0時種子殘留物干重無顯著差異；雅玉2在pH=6.0下，與CK組(pH=7.0)的種子殘留物干重無明顯差異。pH=2.0、3.0時，雅玉2、川單428和資玉2種子殘留物干重較小；pH=4.0時，福德2、雅玉2和資玉2種子殘留干重較??；pH=6.0時，鄭單958、福德2、雅玉2、川單428、資玉2的種子殘留物干重均小于0.65 mg。見圖1。

2.3 不同pH值模擬酸雨對玉米根干、鮮重的影響

根系是植物重要吸收器官，其形態(tài)在一定程度上影響植物養(yǎng)分吸收功能[12]。當pH為1.0、2.0時，八種玉米種子均無法萌發(fā)。根系越發(fā)達，吸收的水分和養(yǎng)分就會增多，更能適應惡劣環(huán)境[13]。除川單428、鄭單958外，其余品種玉米的根鮮、干重均低于CK組；川單428在pH=3.0、4.0、6.0，鄭單958在pH=5.0、6.0的根干鮮大于CK組；八種玉米在pH=1.0～6.0時的根鮮、干重與CK組均有顯著差異(P<0.05)。八種玉米的根長隨著pH值的增大，呈遞增的趨勢。川單428在pH=4時的根鮮重最大，在pH=5.0時最小，其余玉米的根鮮重在pH=7.0或6.0時最大，在pH=4.0或3.0時最小。模擬酸雨對八種玉米種子的根干重的影響趨勢基本相同。pH=3.0、4.0處理下，登海605、浚單20、蠡玉86和鄭單958的根干重與CK組相比，存在顯著差異(P<0.01)。pH=5.0、6.0時，浚單20的根干重與pH=3.0、4.0時的根干重存在顯著差異(P<0.05)；蠡玉86在pH=3.0、4.0時的根干重小于pH=5.0、6.0、7.0對應的根干重，且與CK組有顯著差異；鄭單958在pH=3.0、4.0時的根干重與CK組無顯著差異，但是都小于pH=5.0、6.0時的根干重值。見圖2。

2.4 不同pH值模擬酸雨對玉米苗干、鮮重的影響

由圖3可知，與CK組相比，pH>3.0時，除川單428、福德2和蠡玉86外，其余品種玉米的苗鮮、干重均低于CK組；登海605、鄭單958和浚單20的苗生物量高于其余品種，其中登海605最大。八種玉米在pH=1.0～6.0時的苗鮮重與其CK組存在顯著差異(P<0.01)。此外登海605、浚單20、蠡玉86、雅玉2、鄭單958和資玉2的苗鮮重在pH=7.0或6.0時最大，在pH=4.0或3.0時最??；川單428和福德2在pH=4.0時苗鮮重最大，分別在pH=3.0和6.0時最小。登海605和鄭單958的苗干重在pH為3.0、5.0時最大；浚單20的苗干重在pH為4.0時最大。川單428、福德2在pH為3.0～6.0條件下，苗干重變化范圍小，即0.27mg～0.36mg；登海605的苗干重在pH=3.0、4.0、6.0無明顯差異；浚單20、蠡玉86、鄭單958的苗干重在pH為3.0～6.0時差異顯著(P<0.01)；雅玉2的苗干重在pH=4.0、5.0時，無顯著差異，與其余pH值下的苗干重存在明顯差異；資玉2在pH=3.0、5.0時，苗干重無明顯差異，與pH=4.0、6.0時的苗干重存在明顯差異。

2.5 不同pH值模擬酸雨對玉米葉面積的影響

光合作用是植物正常生長發(fā)育的重要代謝活動，植物葉片中葉綠體內(nèi)含有主要的光合色素，液泡中含有花青素。光合色素能吸收、傳遞、轉換太陽能進行光合作用，植物利用光合色素，將二氧化碳(或硫化氫)和水轉化為有機物，并釋放出氧氣(或氫氣)[14]。酸雨污染對植物葉片的生長會產(chǎn)生不同的影響，如葉片面積的減小，會降低葉片中光合色素、花青素等的含量，從而降低光合速率，影響植物的正常生長。模擬酸雨pH=1.0、2.0、3.0處理時，八種玉米均未長出葉片，導致玉米無法進行光合作用，難以成活，見圖4。隨著模擬酸雨濃度的降低，登海605、鄭單958、蠡玉86和浚單20四種玉米長葉，其葉面積基本上都小于CK組。

3 討 論

3.1 pH<2.0時酸雨對玉米幼苗的影響

以經(jīng)濟產(chǎn)量為依據(jù)，玉米屬于對酸雨影響中等敏感的作物[15]。酸雨對玉米根、苗、葉等的抑制隨著其酸度的上升而增強[16]。酸雨主要是通過降低種子呼吸強度，抑制水解酶活性，進而抑制種子萌發(fā)的[17]，而且隨著酸雨酸度增強，玉米幼苗葉片葉綠素含量和葉綠素a/b比值會逐漸降低，進而影響葉片的光合作用阻礙玉米正常生長[18]。在本實驗中，用pH=1.0和2.0處理對八種玉米的萌發(fā)以及幼苗的生長完全抑制，種子發(fā)芽率均為零，種子受到嚴重腐蝕而無法萌發(fā)。由此可認為pH值越大，模擬酸雨對玉米種子發(fā)芽率的抑制作用越不明顯，而在酸性增強時就會表現(xiàn)出明顯的抑制作用，這同王秀英的結論是相符合的[19]。這可能是由于高濃度酸雨中過量的H+使玉米種皮透性增加，離子平衡失調(diào)，自由基積累，膜透性和線粒體結構被破壞，種子呼吸受抑，物質(zhì)代謝紊亂，貯藏物質(zhì)優(yōu)先用于受損胚細胞的生理修復[20-21]。

3.2 pH>3.0時酸雨對玉米幼苗的影響

袁志忠[22]等的試驗表明，玉米種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨模擬酸雨pH值的降低而減小。說明在控制其他條件相同的情況下，酸性越強的酸雨對種子萌發(fā)的影響越大。pH=3.0和4.0時，八種玉米種子受到不同程度的影響，其中發(fā)芽率最低的是資玉2，發(fā)芽率分別為40%，46%，而發(fā)芽率最高的是鄭單958和蠡玉86，分別為82%，74%，隨著pH值的增大，酸雨對發(fā)芽率的抑制作用逐漸減少，這也符合崔興國的研究[23]。模擬酸雨沒有直接接觸玉米葉片，所以酸雨可能通過直接抑制根系的分化、生長以及根對營養(yǎng)物質(zhì)特別是礦質(zhì)離子的吸收，從而間接影響到整個植株其他器官生理功能[24]。酸雨對根和苗的抑制作用也隨著酸度增強而增大，且玉米的苗比根更容易受到酸雨的影響。

3.3 不同品種玉米幼苗對酸雨的耐性

鄭單958和蠡玉86種子萌發(fā)受到的抑制作用最小。種子萌發(fā)以后，用pH=5.0和6.0的模擬酸雨處理八種玉米的生長情況比較良好，pH=3.0和4.0的模擬酸雨對玉米有明顯的抑制作用。其中，登海605、鄭單958和蠡玉86在pH=4.0～6.0時模擬酸雨條件下種子發(fā)芽率較高，且根、苗生物量大于其他品種，葉片生長較好，說明這三種玉米的耐酸能力較其他品種更強。而資玉2和雅玉2受到酸雨脅迫作用影響最大，所以不適合種植在酸度較強的地區(qū)。酸雨除了影響玉米的各個器官及系統(tǒng)，還會造成玉米中的一些酶活性降低[23]。此外，酸雨對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的作用除了受酸度的影響外，還取決于酸雨的氮硫比以及土壤環(huán)境等[13,25]。

4 結 論

(1)酸雨對玉米種子萌發(fā)的抑制閾值為pH<4.0。在抑制范圍內(nèi)，玉米種子出現(xiàn)不能萌發(fā)或根、生物量減少的現(xiàn)象。

(2)八種玉米對酸雨都表現(xiàn)出一定的耐性，在pH5.0～6.0范圍內(nèi)，酸雨能提高部分玉米對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，在生長發(fā)育過程中起到了一定程度的促進作用。

(3)通過對八種玉米種子的發(fā)芽率和幼苗生長指標的對比，鄭單958、蠡玉86 和登海605比其他幾種玉米的耐酸能力更強。但是由于玉米在生長后期對酸雨的適應能力可能會有所改變，還需要進一步探究幼苗后期生長規(guī)律。