（生态学专业论文）模拟酸雨对杜仲的生理生态特性的影响.pdf

模拟酸雨对杜仲( e u c o m m i au l m o i d e so l i v e r ) 的 生理生态特性的影响。 专业：生态学 指导教师：钟章成教授 摘要 研究方向：植物生理生态 作者：齐泽民 本实验在高酸雨区重庆设置p h 5 0 、4 5 、4 0 、3 5 、3 0 、2 5 和一个 对照p h 5 6 ( c k ) 共七个模拟酸雨梯度，通过春夏秋季对用紫色土盆栽的一 年生杜仲苗进行酸雨胁迫处理，研究了模拟酸雨对杜仲的生理生态特性的 影响。 叫研究结果表明，在模拟酸雨胁迫下，春夏两季土壤p h 值变化不大，秋 季达显著。秋季除p h 2 5 处理组产生一定程度的铝毒害作用外，其余酸雨 处理组未受影响。春夏秋季模拟酸雨均导致杜仲叶k + 、c a 2 + 含量和叶液p h 值降低。m d a 含量春夏秋季分别在一定p h 值酸雨胁迫下逐渐积累，表明膜 脂过氧化加剧。膜脂过氧化导致生物膜受损，杜仲叶绿体先予线粒体结构 遭破坏，质膜透性增大。杜仲叶m d a 含量及质膜透性在春夏秋季均与酸雨 p h 值呈显著负相关。膜保护护酶s o d 、c a t 、p o d 活性和膜保护物质a s a 含 量在春夏均呈单峰曲线型变化。秋季则分别在一定p h 值随酸雨酸度的降 低而降低。杜仲叶脯氨酸含量春夏秋季分别在一定p h 值酸雨胁迫下逐渐 升高，呈显著负相关。反映了杜仲对模拟酸雨具一定的抗逆性和适应性。 在模拟酸雨胁迫下对杜仲氮代谢相关酶活性及相关物质含量研究表 明，在春夏秋季杜仲叶n r 、g s 、g d h 、g p t 等氮代谢关键酶活性分别在一 定p h 值酸雨胁迫下随酸雨p h 值的降低而降低，各酶活性下降率随春夏秋 国家教蚕“誊晖计划”项目资助 时间推移和降雨量的增多而增高。三季中可溶性蛋白质和总氮含量也分别 在一定p h 值随酸雨p h 值的降低而降低( 夏秋两季可溶性蛋白质含量与酸雨p h 值呈显著正相关) ， 而游离氨基酸总量则在一定p h 值随酸雨p h 值的降低而升高( 春夏季呈显 著负相关，秋季达极显著) 。 本实验表明，杜仲叶c 0 2 补偿点、光补偿点无论春夏秋均有升高而光 饱和点、净光合速率有降低的趋势，且随着酸雨降雨量的增多和胁迫时间 的延长，升高或降低的幅度越大。杜仲叶绿体含量和叶绿素a b 值在春 夏秋均随酸雨p h 值的降低而降低，里显著正相关。希尔反应活力也在一 定p h 值酸雨胁迫下随酸雨p h 值的降低而降低。以上说明模拟酸雨胁迫对 杜仲的光合生理产生了比较显著的负面影响。 对杜仲的生长指标如根、茎、叶鲜重和干重、叶面积和株高等的测定 表明，春夏两季p h 3 0 及其以下酸雨、秋季p h 3 5 及其以下酸雨对杜仲的 生长产生明显抑制作用。而三季中p h 5 0 - 4 5 酸雨对其生长有一定的促进 作用。夏季生长明显比春秋季旺盛。说明杜仲对酸雨胁迫有较强的耐受性。 另外秋季测定表明酸雨胁迫有加速杜仲衰老或使衰老期提前的作用。 综上所述，杜仲在春夏秋季对系列梯度酸雨胁迫具不同的耐受阈限， 总体上随春夏秋胁迫时间的延长和降雨量的增多，模拟酸雨对杜仲的生理 生态特性的影响越犬 u 关键词i 杜仲、渤盆鲫嚼r 讽册捌酚电却艮l ： 模拟酸雨：膜脂过氧化： 氮代谢：生物量 e f f e c t so fs i m u l a t e da c i dr a i n o ne c o p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e i u s t i c so fe u c o 【m i au l m o i d e so l i v e m a j o r ：e c o l o g y s p e c i a l i t y ：p h y s i l o g i c a le c o l o g yo f p l a n t s u p e r v i s e r ：p r o f e s s o rz h o n gz h a n g c h e n g a u t h o r ：q i z e m i n e f f e c to f s i m u l a t e da c i dr a i no n e c o p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f e u c o m m i a u l m o i d e s i nt h es p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m nw e r es t u d i e di nt h i sr e s e a r c hi nw h i c hs e v e ng r o u p so f s i m u l a t e da c i dr a i ni n c l u d i n gp h 5 0 。4 5 ，4 0 ，3 5 ，3 0 ，2 5 a n da l le x t r ac o n t r o l l e dp ho f 5 6 ( c k ) w e r e d e s i g n e da n d e u c o m m i au l m o t d e s s e e d l i n g s c u l t i v a t e di np o t sw j n l p u r p l e s o i lw e r eu s e d a se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s u n d e rt h es t r e s so fs i m u l a t e da c i dr a i ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa tf i r s ts h o w e dt h a tt h ep h v a l u eo fs o i li nt h es p r i n ga n ds u m m e rh a dn om o r ec h a n g eb u ti na u t u m nc h a n g e dg r e a t l y a n di na u t u m nt h et o x i ce f f e c t so f a l u m i n i u m o no nt h er o o t sd i dn o tt a k ep l a c ee x c e p tf o rt h e g r o u po fp h 2 5 o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o n t e n t so fk + ，c a 2 + a n dt h ep h v a l u eo fl e a fc e l li n l e a v e sd e c r e a s e dw i t l ld e l i n e dp hv a l u eo fa c i dr a i na n dw e r e p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hi ti n t h es p r i n g ，s u m l t l e ra n da u t u m n t h ei n c r e a s eo ft h em d ac o n t e n ta n dt h ep e r m e a b i l i t yo f m e m b r a n e l i p i dp e r o x i d a t i o nb e c a m e m o t s e r i o u sw i t ht h et i m e p a s ta n d t h ep r e c i p i r a t i o no f a c i dr a i ni n c r e a s e di nt h es r i n g ，s u m m e ra n da u t u m n h o w e v e r , t h ec h a n g eo ft h ea c t i v i t y a b o u t p r o t e c t i v ee n z y m es o d ，c a t , p o d a n dt h ec o n t e n ta b o u ta n t i o x i d e a n ta s aw e r es o l e p e a k c u r v ei nt h es p r i n ga n ds u m m e rb u ti nt h ea u t u m n t h e yw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t h t h ep hv a l u eo fa c i dr a i n ，a tt h e $ m l l et i m e , t h ec o n t e n to f p r ow e r e n e g a t i v e l yc o r r e l a t e d 、i t l l i ti nt h es p r i n g ，s u n l i n e ra n da u t u m n t h e s er e s u l t ss h o w e dt h a te u c o m m i au l m o i d e sh a d r e s i s t a n c ea n d a d a p t a b i l i t y t ot h es t r e s so f s m u l a t e da c i dr a i nt oac e r t a i nd e g r e e t h ea c t i v i t yo fs o m e k e ye n z y m e s i nn m e t a b o l i s ma n dt h ec o n t e n t so fs o m ec o r r e l a t i v e 3 s u b s t a n c e si ne u c o m m i ou l m o i d e si e a v e sw e r es t u d i e di nt h i sr e s e a r c h i tw a sf o u n dt h a t u n d e rac e r t a i np hv a l u eo fs i m u l a t e da c i dr a i ns t r e s st h ea c t i v i t yo f n r ，g s ，g d ha n dg p t d e c r e a s e di nt h es p r i n g s u m m e ra n da u t u m nw i md e c l i n e dp hv a l u eo fa c i dr a i n ，a n dt h e d e c r e a s i n gr a t eo f t h e s ee n z y m e si n c r e a s e dw i t l lt h es p r i n g s u m m e ra n da u t u m np a s t i tw a s a l s of o u n dt h a ti nt h es p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m nt h ec o n t e n t so fs o l u b l ep r o t e i na n dt o t a l n i t r o g e nd e c r e a s e dw i m d e c l i n e dp hv a l u eo fa c i dr a i n ( t h ec o n t e n t so fs o l u b l ep r o t e i ni nt h e s u m m e ra n da u t u m nw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e d 谢t 1 1t h ep hv a l u eo fa c i dr a i n ) ，b u tt h e c o n t e n t so ft o t a lf r e ea m i n ea c i di nt h es p r i n g ，s u l t l m e ra n da u t u m ni n c r e a s e dw i t l ld e c l i n e d p h v a l u eo fa c i dr a i n ( t h e yw e r ec o r r e l a t e dw i t ht h ep hv a l u eo fa c i dr a i ns i g n i f i c a n t l yi nt h e s p r i n ga n d s u m m e ra n de v e rm o r ei nt h e a u t u m n ) u n d e rt h es t r e s so fs i m u l a t e da c i dr a i ni nt h es p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m n ，t h ec 0 2 c o m p e n s a t i o np o i n t sa n d t h e l i g h tc o m p e n s a t i o np o i n t so f e u c o m m i a u l m o i d e sh e i g h t e n e db u t t h el i g h ts a t u r a t i o na n dt h en e tp h o t o s y n t h e t i cr a t ed r o p p e d ，a n dw i t ht h ep r e c i p i t a t i o no fa c i d r a i ni n c r e a s e da n dt h es t r e s st i m e p r o l o n g e d ，t h e yi n c r e a s e do rd r o p p e dg r e a t l y f u r t h e r m o r e ， t h ec h l o r o p h l lc o n t e n t t h er a t i oo fc h la c h lba n dt h ea c t i v i t yo fh i l lr e a c t i o nd e c r e a s e d u n d e rt h es t r e s so fac e r t a i np hv a l u eo fa c i dr a i ni nt h es p r i n g ，s b m m e ra n da u t u m na n dw e r e a l l p o s i t i v e l yc o r r e l m e dw i t ht h ep h v a l u eo fa c i dr a i n t h e s er e s u l t e si n d i c a t e dt h a tt h e s i m u l a t e da c i dr a i nh a ds i g n i f i c a n te f f e c t so n p h o t o s y n t h e t i cp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f e u c o m m i au l m o i d e s t h eg r o w t hi n d e x e ss u c ha st h ef r e s ho rd r yw e i g h to fr o o t s ，s t e m sa n dl e a v e s ，t h el e a f a r e aa n dh e i g h tw e r ee x a m i n e di nt h es p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m n i ti n d i c a t e dt h a tt h eg r o w t h o fe u c o m m i au l m o i d e sw a sr e s t r a i n e db y p h 3 0o ru n d e r p h 3 0a c i dr a i ni nt h es p r i n ga n d s u m m e ra n d p h 3 5o ru n d e r p h 3 5a c i dr a i ni nt h ea u t u m n ，b u t a c c e l e r a t e db y p h 5 0a n d 4 5 a c i dr a i ni nt h r e es e a s o n s i tw a sa l s os h o w e dt h a ti ns u m m e re u c o m m i au l m o i d e sg r o w e d m o s tl u x u r i a n t l yi nt h r e es e a s o n s t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h o u g he u c o m m i au l m o i d e sh a d t h e c a p a b i l i t y t o r e s i s t t h es t r e s s o f a c i d r a i n ，b m t h e s t r e s s o f a c i d r a i n m a d e i t d e c l i n e r a p i d l y o rb e c o m eo l dm o r ee 缸l yi nt h ea u t u m n i naw o r d ，e u c o m m i au l m o i d e sh a dd i f f e r e n tt h r e s h o l do fr e s i s t a n c et ot h es e r i e so fa c i d r a i ns t r e s si nt h es p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m n w i n lt h ea c c u m u l a t i o no ft h et i m ea n d p r e c i p i t a t i o n ，t h ee c o - p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fe u c o m m i au l m o t d e sw e r ea f f e c t e d g r e a t l yb y s i m u l a t e da c i dr a i n k e y w o r d s ：e u c o m m mu l m o i d e so l i v e ；s i m u l a t e da c i dr a i n ；m e m b r a n el i p i dp e r o x i d a t i o n ； n - m e t a b o l i s m ；b i o m a s s 前言 杜仲( e u c o m m i au l m o i d e s0 1 i v e ) 是单属、单种、第三纪孑遗珍贵树种，为我国 特产的经济林木，国家二级保护植物( 周政贤1 9 8 0 ) 。杜仲多分布于长江中下游各省及 广东、贵州、云南等地。多生长在海拔3 0 0 1 3 0 0 米范围内，个别地区如滇北可达2 5 0 0 米( 熊文愈等1 9 9 3 ) 。杜仲为落叶乔木，成株株高可达l o m 以上。杜仲喜光，不耐荫。 最适生长的土壤p h 值为5 o 7 5 ( 全国中草药汇编组1 9 9 8 ) 。按树皮特征可分为粗皮 杜仲和光皮杜仲两种类型。粗皮杜仲( 青冈皮) 8 年后树皮褐色，具条状深裂纹，颇似 栎类树皮。光皮杜仲( 白杨皮18 年后树皮灰白色，仅树干基部有浅纹裂，颇似杨树皮。 而光皮杜仲是一种优良品种，是选优和繁殖对象( 崔树德等1 9 9 2 ) 。杜仲在我国传统 医学上被列为上品，是全株均含有一种硬橡胶( 杜仲胶) 以及多种药用成分的名贵中药 材。研究表明杜仲根、茎、叶均具有类似的药理功效( 徐长根等2 0 0 0 1 。 中药杜仲主要是其干燥的树皮。杜仲化学成分主要包括两大类：木脂素类和环烯 醚萜类，其它成分还有挥发油、多糖、氨基酸、有机酸、甾醇、磷脂、维生素、微量 元素以及杜仲胶等( 周政贤1 9 9 3 ，中国医药科学院药物研究所1 9 7 2 ) 。目前已从杜仲 皮和叶中分离出1 5 种木脂索和木脂紊甙以及l o 种环烯醚类。现代药理学证明杜仲具 有多种药理功效。如补肾、降压、健腰、强筋、壮骨、安胎等功效，且疗效平稳、无 毒、无副作用，被认为是当今世界上最好的天然降压药物；杜仲环烯醚萜甙类中的桃 叶珊瑚甙等具有预防和治疗肿瘤、抗菌利尿的功效：所含绿原酸具更强的抗菌和一定 的降压作用；杜仲多糖能兴奋网状内皮系统，增强机体非特异性免疫功能：杜仲生药 煎剂还具有抗脂质过氧化作用，促进人体皮肤骨骼和肌肉胶原蛋白新成代谢的功效， 能用于预防宇航员因太空失重而引起的骨骼和肌肉衰退( 范维衡和徐远祥1 9 7 9 ，朱丽 青和张黎明等1 9 8 6 ，t a k e s h i 和1 ) e y a m a l 9 8 5 和1 9 8 6 1 。目前就杜仲的开发利用研究主 要集中在中国、日本、英国等国，尤以日本领先。国际上已获1 9 项专利。如1 9 9 2 年 日本研制出复方杜仲叶减肥茶( 易拉罐饮料) ，我国研制出杜仲叶袋泡茶。英国于1 9 9 3 年从杜仲叶提取出血管紧张素转化酶抑制剂等( 唐建军等1 9 9 8 ) 。除药用外。杜仲也是 重要的特种工业原料。全株所含的杜仲胶具有高度绝缘性和很高的强度以及耐碱耐腐 的特点。是用于高压输电，制造海底电缆以及各种电器的最佳绝缘材料。另外，杜仲也 是良好的家用和建筑用材同时也是优美的观赏和良好的水土保持树种( 张康健1 9 9 0 ) 。 目前国内外许多科研工作者对杜仲的研究主要集中在资源调查、育种、药理及保 健功能、炮制、化学成分分析、组织培养、遗传特性等方面( 张维涛等1 9 9 4 ，徐俊文 1 9 8 9 ，李容辉1 9 9 3 ，李川等1 9 9 0 ，苟显慧等1 9 9 3 ，郝继容等1 9 8 7 ，郑光涛等1 9 8 9 ) 。 而旨在提高有用化学成分含量的次生代谢调控及生物工程研究显得不足。而在生理生 态特性特别是逆境生理方面的研究报道较少。目前仅见谈锋等( 1 9 9 6 ) 在干旱胁迫、 李淑容等( 1 9 9 6 ) 和郭连旺等( 1 9 9 4 ) 在不同光照条件下对杜仲的光合、呼吸及蒸腾 等生理活动和适应性作了初步研究。 随着人类社会的发展与进步，人类社会赖以生存的地球环境却日趋恶化。由各种污 染所带来的生态问题急待解决。酸雨的污染是当代国际性的重大生态环境问题，在国 外被喻为“空中死神”。据相关报道，酸雨对许多国家森林危害的数字是惊人的，如原 西德占5 2 ，瑞士占3 3 ，荷兰占5 0 。奥地利专家经过5 年研究，于1 9 9 0 年第一次定 量指出到下世纪欧洲每年将因酸雨损失i 1 8 1 0 8 m 3 的术材。最近，美国、) j l j 拿大、幽 美、东南亚和日本的报告表明，这些国家因受酸雨污染而衰退的森林面积也在增加。 因此关于酸雨的污染问题目前已成为一个研究的热点。人类早在1 9 世纪就发现了酸雨。 随着其污染及生态影响的日益扩大，直到2 0 世纪人们才开始对其进行研究。到目前为 止，人们在酸雨对水生生态系统、陆地生态系统、人体健康、天然或人造结构与材料 的危害及机理都作了广泛的研究。我国在8 0 年代主要对酸雨和s 吼单一生态影响作了 较系统的探讨，而在9 0 年代主要研究酸雨+ s 0 2 两因素复合效应对植物的影响( 高吉喜 等1 9 9 8 ) 。就单一和复合污染而言国外均比我冒早几十年。 目前国内外在酸雨对陆地生态系统中魄植物一土壤系统的研究主要有以下儿个方 面：( 1 ) 酸雨对不同土壤物理化学的影响。当酸雨沉降于土壤中时，可引起土壤p h 值 和盐基饱和度的降低，金属阳离子淋溶强度增大。汪雅各等( 1 9 8 9 ) 研究表明受重金 属污染的灰潮土在模拟酸雨胁迫下渗滤水中c a 、m g 、m n 、z n 、c u 、p b 和c d 的含量随 酸雨p h 的降低而明显增加。d w h a n s o n 等( 1 9 8 2 ) 研究指出，土壤中金属阳离子对 酸雨的敏感性顺序为：a i m n c a m g z n n a 。在不同p h 值的酸雨胁迫下，不同类 型的土壤对酸雨的物理化学反应是不同的，因此对酸雨的耐受性也是不同的。s m h a n s o n 等( 1 9 7 0 ) 发现在高度风化的土壤中s 0 2 。几乎被永远吸附。d w j o h a n s o n 等( 1 9 7 9 ) 研究证实热带森林土壤对s o , 的吸附约为温带森林土壤的2 倍( 2 ) 黢雨导致土壤酸 化进而对植物的影响酸雨对土壤金属的淋溶作用能造成檀物对一些元素的过量吸收， 同时也造成植物对土壤中一些可利用元素的吸收减少而使植物受害其原因一方面是 酸雨淋溶使土壤中植物可利用元素淋失，另一方面是由于活性铝含量增加而使植物受 害( 铝离子在植物的吸收过程中与一些离子竞争结合位点发生竞争抑制) 。高吉喜等 ( 1 9 9 2 ) 在活性铝对马尾松生长状况影响的研究中表明，a l ”明显抑制马尾松对c a 、k 、 f e 、m n 、z n 等矿质元素的吸收和转运并对马尾松的生长有明显的抑制作用。廖利平等 ( 1 9 9 2 ) 研究表明髓酸雨p h 值的降低 l 舢禽羹增高，c a 2 + 、2 + 、k + 、n 8 + 等含量下降， 杉木和木荷韵搌系生长受抑制、生物量降低。( 每) 酸雨对不同植物种群个体地上部分 生理生化的影响酸雨进入植物叶片，使细胞内环境p h 值降低- 引起光和色素的分解、 降低生理代谢相关酶活性以及膜保护酶活性使细胞膜系统损伤、生理代谢失调而伤 害植物。而不同的植物对酸雨的抗性悬不同的( 此部分研究现状见后面) 。( 4 ) 从系统 整体的角度对黢雨对森林的影响进行综合研究并借助计算机构建数学模型。如高映新 等( 1 9 9 2 ) 根据森林嚣层反应过程建立了麓沉降一森林冠层反应模型目前有关这方 面的研究报道不多( 5 ) 从生态系统角度对酸雨对植物的危害进行研究。如 a l e x a n d e r ( 1 9 8 0 ) 研究指出，酸雨会影响土壤中微生物活动和生化过程，硝化作用随酸 度下降而减弱，进而影响植物的生长。另有研究表明，酸雨抑制土壤中氨化细菌的生 长，也阻碍了固氮蕾的生长，嗣氮速率也下降另外一些分解有机碳、氮、磷的真菌 6 的生长在酸雨下受到明显抑制。这就可能导致有机养分的有效分解造成营养循环中土 壤营养含量下降而影响植物生长。s k r i n e r 和c o w l i n g ( 1 9 8 0 ) 研究表明，植物寄主与 病原体关系随酸雨而变。酸雨所引起的植物伤害可促进对病害的感染进而加重植物的 伤害。从总体上看，从系统角度研究酸雨对植物生长的影响的报道还不多。 迄今为止，研究者们在酸雨对植物地上部分( 光合器官) 的影响及伤害机理进行了 以下几个方面的研究：、( 1 ) 酸雨对植物宏观及显微和亚显微结构的伤害。许多研究者 对不同植物叶在模拟酸雨胁迫下的可见伤害、叶面损伤量、生物量等方面的影响进行 了研究，并根据伤害阈限或伤害值对不同树种对酸雨的敏感性或抗性作了等级划分， 即分为抗性植物、中等抗性植物和敏感植物( 冯宗炜等1 9 8 8 ，单运锋等1 9 8 9 ) 。另外 一些研究者对不同p h 值酸雨胁迫对植物光合器官一叶的形态结构如角质层、表皮层、 栅栏组织、海绵组织的厚度及细胞形态以及叶绿体、线粒体的形态结构等的伤害进行 了研究( 王玮1 9 8 8 ) 。( 2 ) 酸雨对植物膜脂过氧化、膜保护酶活性与自由基平衡的影响。 目前在酸雨伤害植物机理方面的研究比较多，普遍认为酸雨对植物的伤害在于改变植 物细胞内环境的p h 值，降低膜保护酶活性，使活性氧代谢平衡失调，膜脂过氧化加剧， 膜结构破坏而使植物生理代谢紊乱( 刘燕云和曹洪法1 9 9 3 ，王建华和徐同1 9 9 3 ，杨礼 锐等1 9 8 9 ) 。( 3 ) 酸雨对植物光合与呼吸、物质代谢的影响。酸雨减少植物的光合面积， 同时使叶绿素含量叶绿素a b 值降低( 赵远池1 9 8 5 ，汪雅各和王玮1 9 8 7 ) 。酸雨对 光合色素和同化组织的影响必将反映到光合作用中。研究表明：酸雨对光合速率的影 响随酸雨p h 、植物种类及其发育阶段等因素变化而变化( r w f e r e n b a u g h 等1 9 7 6 ) 。 酸雨对植物呼吸作用有较明显的影响。如单运锋等( 1 9 8 6 ) 研究指出马尾松和杉木经 p h 2 0 模拟酸雨处理后呼吸速率分别增加5 5 1 和3 4 8 。酸雨对植物光合呼吸的影响 必然影响其它代谢的正常进行研究表明：酸雨对植物碳水化合物代谢、蛋白质代谢、 脂肪代谢以及矿质代谢等影响明显( 张延毅等1 9 8 6 ，郑有斌和青长乐1 9 9 1 ，陈玉谷等 1 9 8 9 ，t w o o d 等1 9 7 5 ) 。 纵观目前对酸雨对植物的影响研究现状。本人认为在酸雨对植物伤害的机理研究方 面有待进一步拓展。目前酸雨对植物代谢中的氮代谢、核酸代谢以及一些重要的次生 代谢等方面的影响报道极少。同时，有关酸雨对植物分子遗传上的影响研究报道也极 少。另外，用系统的方法研究酸雨对森林的影响方面报道不多，特别是与计算机相结 合对酸雨对森林系统的各要素的影响以及各要素对森林的综合影响建立模型进而对酸 雨的影响作出预期评估的研究有待进一步开展。 以前的研究多以农作物、蔬菜类、部分经济作物和森林树种为研究对象( 华筠等 1 9 8 7 。曹洪法1 9 8 9 ，李德成1 9 9 8 ，陈玉谷等1 9 8 9 ，陈树元等1 9 9 8 ) ，而对药用植物少 有研究。本工作在高酸雨区重庆以我国传统名贵中药材杜仲年生苗为研究对象，在 系列梯度酸雨胁迫下，通过对相关的酶活性、抗性指标和物质含量的测定，初步探讨 酸雨对杜仲的伤害机理以及生理生态特性，为重庆地区以杜仲叶为经济目标的杜仲早 期栽培提供理论参考。 7 实验材料与方法 ( 一) 材料 于1 9 9 9 年1 2 月5 闩将贵州遵义林场一年生杜仲实生苗栽于高2 3 c m 、上口径2 5 c m 、 下口径1 3 c m 的花钵中共1 4 0 盆( 栽培土为紫色壤土) 。置于西南师范大学生态园中， 海拔2 1 5 m 。根据重庆地区酸雨监测分析资料，按s o , 2 。：n 0 3 。8 ；1 配制母液，用去离 子水稀释，借助p h s 2 c 型精密酸度计测定而配制p h 为5 6 ( c k ) 、5 0 、4 5 、4 0 、3 5 、 3 0 、2 5 共七个模拟酸雨梯度。同时根据重庆地区杜仲生长周期中月平均降雨量喷施酸 雨。酸雨于2 0 0 0 年3 月2 0 日开始喷洒，一周2 次或3 次，每次降雨量1 5 m m 酸雨喷 施期间用塑料薄膜遮自然降雨。于春季5 月2 5 日左右、夏季8 月2 日左右、秋季1 0 月3 日左右采杜仲第三、四功能叶( 从上到下) 对各项指标进行三次以上重复测定。 ( 二) 研究方法 ( 1 ) 土壤p h 值测定 取表层土( 0 - 4 c m ) 、深土层( 1 0 2 0 c m ) 栽培土，分蒸馏水和i m o l k c l 浸提两种 方法，水土比为2 5 ：l ( 中国科学院南京土壤研究所1 9 8 0 ) 。 ( 2 ) 土壤c a 、a i 含量测定 c a 用i m o l n h 4 a c 浸提，经p l a s m a1 0 0 等离子体测定。交换性a i 测定采用i m o l k c l 溶液淋洗n a o h 滴定法( 中国科学院南京土壤研究所1 9 8 0 ) 。 ( 3 ) 叶绿体和线粒体的绩构观察 从c k 、p h 4 5 、p h 3 5 、p h 2 5 各处理组分别取第四功能叶，用j e m - - 1 0 0 c x i i 透 射电镜观察，摄影。 ( 4 ) 光合生理特性的测定 1 、叶绿素含量的测定一分光光度法。叶绿素的提取用提取液( 乙醇：丙酮：水= 4 5 ： 4 5 ：1 ) 遮光提取7 2 h ( 李莉2 0 0 0 ) 。 2 、光合速率、光饱和点、光补偿点、c 0 2 补偿点测定 以碘钨灯为人工光源，通过调节碘钨灯高度改变光照强度。光照强度用i n t e r n a t i o n a l l i g h ti n c 生产的i l 7 0 0 研究辐射计测定用g x h 3 0 5 便携式红外线分析仪以水封叶 室对c k 、p h 4 5 、p h 3 5 、p h 2 5 各处理组的一个枝条进行活体测定。除c o , 补偿点用 封闭气路系统测定外，其余指标均采用开放气路系统测定。 3 、h i l l 反应活力测定一分光光度法( 张志良1 9 9 1 ) 。 ( 5 ) 膜脂过氯化作用及其抗性的研究 l 、叶汁p h 值测定 称取处理好叶片( 剪碎充分混合) 3 克。研磨成匀浆，加3 0 r a l 蒸馏水，摇匀后稳 定3 0 m i n 测定提取液p h 值( 高吉喜1 9 9 8 ) 。 2 、质膜相对透性测定一电导仪法( 上海植物学生理学会编1 9 8 5 ) 。 3 、丙二醛( m d a ) 含量测定硫代巴比妥酸比色法( 王爱国等1 9 9 0 ) 。 4 、脯氨酸含量测定一按张殿忠等( 1 9 9 0 ) 方法测定。 5 、超氧化物歧化酶( s o d ) 活性用n b t 光还原法测定( c t b e a u c h a m p l 9 7 1 ) 其中略有改变：匀浆离心条件为1 3 0 0 0 2 0 r a i n ，反应液中n b t 浓度为7 5 1 0 一m o l l ，核 黄素浓度为3 0 0 1 0 - s m o l l ，e d t a 浓度为1 0u m o l l 。反应时照光条件为8 0 0 0 l x 2 0 m i n ，3 0 c 。过氧化物酶( p o d ) 活性用愈刨木酚法测定( 李瑞智等1 9 8 4 ) 。过氧化氢 酶( c a t ) 活性用氧电极法测定( 李军1 9 9 8 ) 。蛋白质含量测定用考马斯亮蓝染色法( 李 琳等1 9 8 0 ) 。 6 、抗坏血酸( a s a ) 含量用2 ，6 二氯酚靛酚法( 蔡武成等1 9 8 2 ) 。 ( 6 ) 模拟酸雨对杜仲叶氯代谢的影响 1 、氮代谢几个关键酶活性的研究 硝酸还原酶( n r ) 活性、谷酰胺合成酶( g s ) 、谷氨酸脱氯酶( g d h ) 、谷丙转 氨酶g p t ) 活性测定按黄维南( 1 9 8 5 ) 方法测定蛋白质含量测定用考马斯亮蓝染色 法( 李琳等1 9 8 0 ) 其中在g s 测定过程中y 谷氨酰基羟鼯酸国内无售，也按黄维南 ( 1 9 8 5 ) 方法制各方法如下：5 克谷酸氨和盐酸肼加到2 5 m l i 0 酒精中，置水浴上 徐徐蒸干( 约i 小时) 形成物再溶于5 m l 去离子水中，加入过量9 5 的酒精，得到的 沉淀物即为y 谷氨酰基羟鼯酸。冷却，再加5 0 的酒精重结晶，最后以丙酮和乙醚洗 涤之，得率为5 0 。 2 、氮代谢相关物质含量的研究 2 1 可溶性蛋白质含量测定 用l o n y 等( 1 9 5 1 ) 方法用牛血清白蛋白制作标准曲线。 2 2 、游离氮基酸、总氮含量婀含量的测定 采用张志良等( 1 9 9 0 ) 编著的植物生理实验指导中的方法。 ( 7 ) 模拟酸雨对杜仲生长发育的影响 l 、生物量的测定方法：分别测定根、茎、叶各部分鲜重，后再杀青、烘干、称量 测干重。 2 、叶面积测定；用t 叶面积仪测定。 9 结果分析 ( 一) 模拟酸雨对土壤p h 值的影响 酸雨对土壤酸度的影响主要与土壤腐殖质、土壤质地、土壤可交换性阳离子总量、 土壤含水量和蒸发量等土壤物理性质、物理化学性质以及结构有关。持续酸雨淋溶一 方面加强了代谢性养分淋失，另一方面使土壤中a 1 3 + 及一些重金属活化并毒害植物根 系以及影响其对其它营养元素的吸收。 袁1 模拟鬻对土壤p h 值的影响 ：! ! ! ! ! ! ：! ! ! 丝! ! 竺! ! ! 磐竺坚鲤! ! ! ! 罂塑! ! 鲤：! ：竺! ! ! ! ! ! 采样部位浸提方法 堡塑墼堕些篁 时间 对照5 04 54 03 53 02 5 从表l 可看出，无论是用1 - 1 2 0 还是k c l 浸提，均显示春季受影响不大，但随春夏 秋时间的推移，模拟酸雨对土壤p h 值的影响越来越大。随模拟酸雨p h 值的降低，土 壤p h 值也随之降低。经相关分析表明，秋季模拟酸雨与土壤p h 值呈正相关( 表土层： r = 0 8 9 6 一，深土层：r 卸8 1 3 一) 。另外分析表l 可知，模拟酸雨对表土层( 0 - 4 c m ) p h 值的影响比深土层( 1 0 - 2 0 c m ) 大。春季p h 3 0 以上模拟酸雨无论对表层土还是深层土 口h 值均影响不大。只有p h 2 5 模拟酸雨对其产生一定影响随着时间的延长和降雨量 的增多，夏季p h 3 0 模拟酸雨对土壤p h 值也产生了影响，秋季则上升到p h 3 5 。从杜 仲春夏秋生长季总体上看，p h 3 5 及其以上模拟酸雨对土壤p h 值无太大影响a 这可能 1 0 与紫色土有较强的对酸缓冲能力有关( 侯光炯1 9 8 6 ) 。 ( 二) 模拟酸雨胁迫下土壤中a i ：0 a 比对杜仲根系生物量的影响 a l ”能抑制植物根系生长( c d f o y 等1 9 7 4 ) 。植物受a l 毒害后。其根主轴和侧 根因受抑制变得短粗。a l ”能引起植物根冠细胞内的细胞器发生变化，阻碍植物对磷的 吸收【】，限制c a 2 + 跨膜运输，并影响对c a 2 + 的吸收。当植物吸收过量的a r 就会抑制一 些代谢酶的活性，同时a l “对d n a ，r n a 和许多单核苷酸具有高度的亲和性，因此也 影响植物核酸代谢。进而影响植物的生长，使其生物量下降( 刘东华1 9 9 5 ) 。 酸雨导致土壤酸化，使土壤中的舢从有机态释放出来，呈游离的，削( o d 2 + 和 a i ( o h ) 2 + 。它们污染土壤，毒害森林和农作物( 朱晓帆等1 9 8 9 ，刘厚田等1 9 8 8 、1 9 9 0 ， 高吉喜等1 9 9 0 ，郝鲁宁1 9 8 9 ) 。u i h c h 等( 1 9 8 0 ) 为代表的学者们提出了森林衰退的 铝毒假说，并认为a i ：c a 大于1 就可对植物根系产生伤害。在本实验中从表2 可知， 在p h 3 5 及其以上模拟酸雨、土壤p h 5 8 2 ( k c l 漫提) 及其以上酸度胁迫下，土壤中 交换性c a 、m g 含量变化不大，活性朋含量太少未被测出，a i ：c a 近似为0 ，杜仲根 系娶物量在p h 5 0 和4 5 处理下反而有升高的趋势。这可能与酸雨中硝酸根离子的增肥 效应有关。而在p h 3 0 及其以下模拟酸雨及土壤p h 5 8 2 及其以下酸度胁迫下，土壤交 换性c a 、m 8 含量因酸性淋溶有所降低，活性a l 含量上升，杜仲根系生物量下降。但 模拟酸雨p h 3 0 和2 5 处理组a i ：c a 较低，分别为0 1 0 2 和1 6 6 4 因此在本实验中可 判定酸雨对紫色土除可交换性营养离子发生一定程度淋涪外，p h 5 6 - 3 0 酸雨处理不可 能对杜仲根系产生铝毒害其根系生物量下降的原因不可能是铝毒害作用，而应该是 麦2 土壤中a i ：c _ 与牲伸生量的关纛( 秋q t l l 定。群量1 1 0 0 m m ) t h b l e 2 t h er e i a t i o no f a l ：c 曩v a l u ei ni o na n dt h eb l e m a uo f e u c o m m l au l m o i d e s 模拟酸雨土壤p h 值交换性c a 交换性m g 活性a i a l ic a 根系生物量 丛笪旦坦鉴旦生也塑! ：l ! 唑兰蛰 ! g ：楚：! ! c k6 9 56 2 73 2 8 50 7 1 500 2 3 1 3 5 o6 9 l6 2 53 2 7 80 7 1 900 2 4 1 7 4 56 9 26 2 33 2 8 30 7 1 3 002 6 8 5 4 06 9 16 2 33 2 8 60 7 0 6 002 3 0 3 3 56 8 86 2 03 1 9 40 6 9 50 0 9 8 0 0 3 81 9 1 3 3 06 6 25 8 21 5 3 20 3 6 70 1 5 7 0 1 0 21 6 3 6 2 56 3 35 5 60 5 1 8 0 1 0 30 8 6 21 6 6 4 1 4 8 6 模拟酸雨对杜仲地上部分的伤害造成物质合成减少所致。只有p h 2 5 强