酸雨條件下鈣離子對(duì)油菜體內(nèi)鈣形態(tài)的影響

陸文龍，王振平，賈 丹*

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，吉林吉林132022;2.中石油昆侖燃?xì)庥邢薰炯址止?，吉林吉?32021)

近年來(lái)，隨著酸雨污染的加劇，除了在全國(guó)酸雨污染比較嚴(yán)重的南方地區(qū)，酸雨正在逐步向北方蔓延，酸雨對(duì)我們的環(huán)境危害和影響非常大，對(duì)我們的農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡系統(tǒng)和農(nóng)作物的危害也日益增大.酸雨會(huì)使作物減產(chǎn)，每年僅僅是蔬菜減產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失就占全部損失的一半以上［1］.如今，我國(guó)已經(jīng)成為繼歐洲和北美之后的又一大酸雨重災(zāi)區(qū)，約占國(guó)土面積40%的地區(qū)出現(xiàn)了酸雨現(xiàn)象［2］.酸雨對(duì)植物的影響主要集中在農(nóng)作物與蔬菜等上，這將直接威脅到我們的身體健康.油菜含維生素和礦物質(zhì)最豐富，能滿足人所需的維生素、胡蘿卜素、鈣、鐵等，為保證身體的生理需要提供物質(zhì)條件，有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫能力.油菜所含粗纖維可促進(jìn)大腸腸壁蠕動(dòng)，幫助消化，增加大腸內(nèi)毒素的排出，達(dá)到防癌抗癌的作用.東北地區(qū)的雨季夏秋季正是其主要農(nóng)作物的生長(zhǎng)期，本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)模擬酸雨條件下油菜對(duì)不同濃度鈣的抵抗能力，為進(jìn)一步開(kāi)展酸化和降水環(huán)境對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的條件機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為正確評(píng)估酸雨給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的影響提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試土壤和材料

實(shí)驗(yàn)用土壤采自遼河源頭區(qū)保安村實(shí)驗(yàn)區(qū)(125°25'42″，42°56'32″)，土壤為暗棕壤，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1.供試油菜品種為中雙9號(hào).

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)研究區(qū)2013年雨水監(jiān)測(cè)資料，試驗(yàn)設(shè)淋酸雨P(guān)H為5.6，5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共30個(gè)小區(qū)，每個(gè)種植小區(qū)面積為1 m×3 m，小區(qū)行距為50 cm，株距15 cm.配成五種不同濃度的Ca2+離子溶液，再分別將0.1倍、1倍、2倍、5倍、10倍(相對(duì)于土壤背景值)的Ca2+離子溶液濃度對(duì)應(yīng)的均勻施到 T1、T2、T3、T4、T5的土壤中.從油菜生長(zhǎng)兩周起，用小型噴霧器仿造自然降雨，隔天分別噴淋混合酸雨，噴水量根據(jù)研究區(qū)2013年平均降雨量計(jì)算得出，為每月74.4 mm，則每次每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)澆水約5 L.

1.3 測(cè)定方法

土壤中的總鈣的測(cè)定采用硝酸-高氯酸消煮法［2］，用 AShimadzuAA-6000CF 原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定.各個(gè)形態(tài)鈣的測(cè)定采用逐步浸提方法測(cè)定［3］.

2 結(jié)果分析

2.1 酸雨條件下Ca2+對(duì)油菜體內(nèi)總鈣的影響

噴酸雨前后油菜體內(nèi)總鈣的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1.由總鈣的變化趨勢(shì)可以看出，施加的Ca2+使得油菜體內(nèi)總鈣的濃度均有所上升，而T5處理施加過(guò)高的鈣濃度使得油菜體內(nèi)吸收鈣的量降低，過(guò)高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對(duì)鈣的吸收.模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的總鈣濃度隨酸雨作用時(shí)間的累積而增大;而T5處理，油菜體內(nèi)積累的總鈣濃度增長(zhǎng)緩慢.

圖1 油菜體內(nèi)總鈣的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

2.2 酸雨條件下Ca2+對(duì)油菜體內(nèi)水溶性鈣的影響

噴酸雨前后油菜體內(nèi)水溶性鈣的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2.

圖2 油菜體內(nèi)水溶性鈣的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

油菜體內(nèi)水溶性鈣的含量會(huì)隨酸雨條件時(shí)間的累積而減少;除T5處理外，同濃度鈣的背景下，隨著模擬酸雨時(shí)間的增強(qiáng)，水溶性鈣的濃度越小.T5處理的水溶性鈣變化不是很顯著.

2.3 酸雨條件下Ca2+對(duì)油菜體內(nèi)果膠酸鈣的影響

模擬酸雨的條件下，隨著外施鈣濃度的增加，油菜體內(nèi)果膠酸鈣的濃度也在相應(yīng)增加，而T5處理油菜體內(nèi)果膠酸鈣的濃度有所下降，因?yàn)檫^(guò)高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對(duì)鈣的吸收，導(dǎo)致形成的果膠酸鈣的量也有所減少.在噴酸雨前后，油菜體內(nèi)果膠酸鈣的含量相對(duì)于水溶性鈣來(lái)說(shuō)較多，酸雨作用1～2周后適量的Ca2+濃度促進(jìn)了果膠酸鈣的形成，果膠鈣在維持細(xì)胞壁的功能方面具有重要的作用.豐富的果膠鈣能提高細(xì)胞壁剛性，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性.在高鈣環(huán)境下，不僅能夠吸收大量的鈣，以果膠酸鈣的形式存儲(chǔ)于細(xì)胞壁中，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，同時(shí)還能將鈣以沉淀的形式阻隔于原生質(zhì)外，讓原生質(zhì)免受高鈣環(huán)境的侵害［4］.植物細(xì)胞中胞質(zhì) Ca2+濃度能影響細(xì)胞壁的合成［5］.因此在酸雨條件的過(guò)程中，果膠酸鈣可以提高細(xì)胞壁剛性，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，這可能是鈣離子能抵御酸雨最基本的原理之一.

圖3 油菜體內(nèi)果膠酸鈣的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

2.4 酸雨條件下Ca2+對(duì)油菜體內(nèi)殘?jiān)鼞B(tài)鈣的影響

模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的殘?jiān)鼞B(tài)鈣濃度隨施加Ca2+濃度的增大而增大，達(dá)到濃度峰值后有所下降，且在較強(qiáng)酸雨條件下增加程度更明顯.殘?jiān)鼞B(tài)鈣較水溶性鈣來(lái)說(shuō)，濃度要高出很多，而且變化趨勢(shì)和前幾種形態(tài)的鈣相類似.有研究表明［6］植物細(xì)胞受到外界信號(hào)刺激時(shí)，從胞外鈣庫(kù)通過(guò)質(zhì)膜鈣離子通道或從胞內(nèi)鈣庫(kù)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)膜上的鈣通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，使得細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子含量升高.還有研究表明［7］硝酸鈣和氯化鈣等無(wú)機(jī)鈣是植物體中容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng).因此，模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)總鈣濃度增大，而當(dāng)酸雨進(jìn)入細(xì)胞組織后與水溶性鈣反應(yīng)生成沉淀即變成殘?jiān)鼞B(tài)鈣，從而在一定程度上水溶性鈣濃度有所下降，殘?jiān)鼞B(tài)鈣的濃度有所增加.

圖4 油菜體內(nèi)殘?jiān)鼞B(tài)鈣動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)施加合適濃度的Ca2+可以使油菜體內(nèi)各形態(tài)鈣(包括總鈣)的濃度有所上升，施加過(guò)高的鈣濃度使得油菜體內(nèi)吸收鈣的量降低，過(guò)高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對(duì)鈣的吸收.同酸度的模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的總鈣濃度隨酸雨作用時(shí)間的累積而增大;而油菜體內(nèi)水溶性鈣的含量隨酸雨條件時(shí)間的累積而減少，可能是由于水溶性鈣與模擬酸雨中的SO2-4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO4沉淀(即殘?jiān)鼞B(tài)鈣)有關(guān);果膠酸鈣濃度隨施鈣濃度的升高而升高，達(dá)到峰值后開(kāi)始下降，在酸雨持續(xù)時(shí)間條件下增加程度更明顯.模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)總鈣濃度增大，而當(dāng)酸雨進(jìn)入細(xì)胞組織后，與水溶性鈣反應(yīng)生成沉淀即變成殘?jiān)鼞B(tài)鈣，所以水溶性鈣濃度有所下降，殘?jiān)鼞B(tài)鈣的濃度有所增加.

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)是在大棚內(nèi)進(jìn)行，只是根據(jù)模擬酸雨實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)判斷植物體內(nèi)鈣的影響，因此本實(shí)驗(yàn)存在一定的局限性，因?yàn)槟M自然生態(tài)系統(tǒng)中的包括酸雨在內(nèi)的多種多樣的污染物質(zhì)以及各種環(huán)境因子綜合作用，而且本實(shí)驗(yàn)只是短期的模擬條件;況且對(duì)植物來(lái)說(shuō)，環(huán)境污染物是不可能單獨(dú)存在的，污染物對(duì)植物的綜合影響可能具有相加、相乘、協(xié)同或拮抗作用.總之，適宜濃度鈣離子能增強(qiáng)油菜抗酸雨的能力.

［1］ 邱棟梁，劉星輝，郭素枝.模擬酸雨對(duì)龍眼坐果的影響及鈣調(diào)節(jié)［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2002，8(1):20-25.

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