（环境科学专业论文）模拟酸雨条件下重金属对蕹菜和扬花萝卜光合作用及品质的影响.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真 实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它 机构已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并 表示了谢意。 作者签名：盈立盔睦 p 日 期：五q 8 ： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索1 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：么堑芝监 日期： 逸殳星：丛至 摘要 通过盆栽试验，分析了模拟酸雨条件下重金属p b ( i i ) 、c d ( i i ) 和c r ( v i ) 污染 对蕹菜和扬花萝卜光合作用、营养品质及食用安全性的影响。试验结果表明， 随酸雨酸度的增加，胁迫性总体表现为a r + c d a r + p b + c d a r + p b a r + p b + c r a r + c r 。其中，a r + p b 、a r + p b + c d 和a r + p b + c r 复合污染 的危害性随酸雨酸度的增加而显著增加，p h a r + c d 。同时，这种影响随模拟 酸雨酸度的增加有明显增大趋势。对重金属富集的研究表明，蕹菜对p b 的富集 明显大于c r ，而且，蕹菜对各重金属的吸收随酸度下降有加快趋势；扬花萝卜 对c d 的富集量远高于p b ，富集量随模拟酸雨酸度增加而增大。a r + p b + c d 污染 最易造成扬花萝i - x 于两种重金属的累积。总体比较发现，蕹菜对复合污染更为 敏感，扬花萝l - x 寸强酸度酸雨影响的耐受性更强。 关键词：模拟酸雨，重金属，蔬菜，光合作用，营养品质，食用安全性 a b s t r a c t w i t hp o te x p e r i m e n t s ，t h ee f f e c t so fh e a v ym e t a lp b ( ) ，c d ( i i ) a n dc r ( v i ) o n t h e p h o t o s y n t h e s i s ，n u t r i t i o n a lq 豫l i t ya n df o o ds a f e t y o ft h ew a t e rs p i n a c h ( i p o m o e aa q u a t i c af o r s k 3a n dr a d i s h ( r a p h a n u ss a t i v u sl v a t r a d c u l u sp e r s 、 u n d e rs i m u l a t e da c i dr a i no fv a d o u sa c i d i t i e sw e r es t u d i e d t l l er e s u l t ss h o w e dt h a t , w i t ht h ei n c r e a s i n ga c i d i t yo ft h er a i n , e f f e c t so fd i f f e r e n th e a v ym e t a lt r e a t m e n to n t h ep h o t o s y n t h e s i sa n dq u a l i t yd i s p l a y e da s ：a r + c d a r + p b + c d a r + p b a r + p b + c r a r + c r i nw h i c h , t h ei n f l u e n c eo fa r + p b ，a j 5 c + p b + c da n d a r + p b + c rt r e a t m e n te n h a n c em o r er e m a r k a b l yw i t hi n c r e a s i n ga c i d i t y w h e n p n a r + c d , a n dt h ee f f e c tw o u l db e e n h a n c e dw i t ht h e i n c r e a s i n ga c i d i t y p br a t h e rt h a nc ri sm o r el i k e l yt ob ea c c u m u l a t e db yt h ew a t e r s p i n a c h , a n dt h er a t eo fh e a v ym e t a la c c u m u l a t i o nw o u l ds p e e du pw i t ht h e i n c r e a s i n ga c i d i t y 刀1 eq u a n t i t yo fc de n r i c h m e n ti nr a d i s hw a s m u c hh i g h e rt h a n t h ep b w h i c hw o u l de n h a n c ew i t ht h ei n c r e a s i n ga c i d i t yo fa c i dr a i n a r + p b r 屺d 2 t r e a t m e n tw a sm o s t l i k e l yt oc a u s eh e a v ym e t a le n r i c h m e n ti nr a d i s h f i n a l l y , t h e w a t e rs p i n a c hw a sm o r es e n s i t i v et ot h ec o - p o l l u t i o nw h i l et h er a d i s hw a sm o r e t o l e r a b l et ot h ea c i dr a i ne f f e c tw i t hl o w a c i d i t y k e y w o r d s ：s i m u l a t e da c i dr a i n ；h e a v ym e t a l ；v e g e t a b l e ；p h o t o s y n t h e s i s ；n u t r i t i o n a lq u a l i t y ；f o o d s a f e t y 1 研究的目的及意义 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代以来，酸雨已逐步成为世界性的公害。8 0 年代中期以后， 随着经济的发展，酸雨在中国逐渐成为突出的环境问题之一。中国酸雨区主要 位于长江以南，以西南、华南地区较为突出，近年来我国酸雨面积不断扩大，长江 以南酸雨区域已连成一片，并向长江以北蔓延，降水的酸性也不断升高。国家环 境保护局1 9 9 5 年开始组织在全国范围内划分酸雨控制区和二氧化硫控制区( 简 称“两控区”) ，2 0 0 1 年，酸雨控制区的9 8 个城市降水出现酸雨，占酸雨控制区城市 数的9 1 6 【l 】o 南京地处长江下游，北纬3 2 3 7 0 ，东经1 1 8 8 3 0 ，人口密集，是中国重要的 经济中心城市也是华东重要的交通枢纽，以重化工工业为主体，也是酸雨发生 频率较高的城市。常年夏季主导风向为东南、东风，冬季主导风向为东北、东 风，多阴雨天气，是典型的梅雨发生地。降水中含有大量的矿，较高浓度的s 0 4 2 和n 0 3 ，以及多种金属阳离子，微量元素和各种有机污染物质【2 】。以往的研究 表明，酸雨不但会影响湖泊、河流的水质1 3 5 】j 腐蚀和损坏人文景观( 纪念碑、雕 像等) t 6 j ，对敏感的原始森林和农作物生长造成损害【| 卜1 0 l ，还会耗竭土壤中的营 养成分，严重影响土壤中重金属的活性、迁移和生物有效性【1 1 1 。此外，酸雨作 为良好的溶剂，可以造成吸附在大气悬浮颗粒物表面的重金属等有毒有害物质 被淋融而释放出来进入环境，造成二次污染【1 2 1 。因此，在研究酸雨直接污染的 基础上，进一步探索酸雨与重金属等其他污染物造成的复合污染是当今酸雨研 究的一个重要课题。 我国作为农业大国，农产品生产是社会生产的重要组成，也与人民生活水 平和生活质量息息相关。酸雨频率的增加，酸度的增大，成分趋于复杂都将对 作物生长和作物品质带来直接和间接的影响，并使酸雨引起的农田生态系统受 害问题日益严重【1 3 以5 1 。不仅如此，农产品生产还易受到由酸雨引起的重金属和 有机污染物等污染因子的危害，农产品品质堪忧，食品安全性也将受到威胁。 但迄今为止，国内外在这方面的综合研究尚不多见。 本研究从植株光合作用、多种营养品质含量和食用安全性三个方面入手， 研究酸雨与土壤中的外源性重金属污染对农作物的共同作用，进一步探索酸雨 5 作为污染影响因子对农业生产的间接危害，有助于人们更为全面的认识酸雨污 染的作用方式和广度。同时，为酸雨污染提出相应对策，克服或减弱酸雨对农 作物品质的不良影响，以减轻农作物受害程度，提高农产品质量和经济价值。 目前，对酸雨一重金属对农作物的复合污染研究主要集中于污染对植物生理或 农业生态系统的大范围影响，而对与农业生产利益直接相关的产品品质研究较 少。本研究将酸雨一重金属污染现象与农产品经济价值和农产品质量相联系，其 结论有助于修正和完善酸雨污染对农作物影响的研究成果，降低酸雨一重金属危 害，引导农产品生产系统进行良性循环，进而为制定政策、法律提供依据，所 以具有一定的社会和经济意义。 2 国内外研究进展 2 1 主要研究趋势 自上世纪七十年代酸雨成为世界公害以来，学者们就酸雨的成因、规律、 成分和影响等开展了大量观测和试验。就酸雨对植物的影响，西方国家关于酸 雨的研究主要集中于对森林生态系统的危害【l 7 1 ，对农业的影响研究也取得了 一些成果【1 8 1 9 1 。我国学者们就酸雨对农业的危害也开展了广泛研究，成果涉及 农田生态系统【2 0 】、农作物生理生态【2 1 1 、农作物品质圈、农作物抗逆性 2 3 1 等多个 领域。近年来，对酸雨的影响逐渐向复合污染研究扩展。酸雨和臭氧【2 4 1 、酸雨 和紫外线【2 5 1 、酸雨和降尘 2 6 1 、酸雨和重金属【2 7 1 、酸雨和s 0 2 【2 8 】等复合污染对农 业的影响开始兴起，对复合污染下植株生理生化【2 7 1 、产量【2 8 1 和土壤环境跚等的 变化进行了广泛研究。 2 2 酸雨对农作物的影响 酸雨对农作物的损害主要包括由酸雨对植株导致的直接伤害以及通过破坏 农田生态环境造成的间接伤害。酸雨的影响大小主要取决于植物本身的生理特 性( 如物种与品种、生物学特征、生长发育阶段等) ，也取决于酸雨的特点，如 酸雨的化学组成、酸度、频次、作用时间和雨量等因子，以及酸雨与其它污染 物的复合作用。研究表明，酸雨可导致作物种子的呼吸值、呼吸速率和贮藏物 质运转效率随酸雨p h 值水平的下降而下降，从而降低作物的发芽率和成活率 【3 0 1 。对处于幼苗期的农作物，酸雨能够明显抑制其根系的生长【3 l 】，叶片细胞中超 常产生大量的0 2 。和h 2 0 2 自由基【2 1 1 ，使幼苗体内的碳素代谢和氮素代谢受到抑 6 制磁】。由于酸雨在作物整个生长期中显著影响了作物对n 、p 、k 等营养元素的 吸收，导致成熟期的蔬菜和粮食作物产量受到了极大影响，总生物量和粮食产 量下降【3 2 1 。从农业生态环境的角度出发，酸雨可能改变某些植物的理化性质， 降低植物的抗性和生态系统的多样性和稳定性。从而引起某些有害生物猖獗发 生【2 0 】。由此而造成的间接经济损失可能比酸雨对农林业的直接危害还要大。此 外，酸雨还与其他污染物一起对农作物的生长产生共同危害。冯宗炜等【3 3 】研究 表明，酸雨与s 0 2 的复合污染，对农作物和森林的影响程度明显大于单一的酸 雨污染，表现为协同作用。t r o i a n o 等1 3 4 】研究发现，0 3 和酸雨在降低大豆产量 方面表现为协同效应。余苹中等口7 】研究认为强酸性降雨和土壤高浓度c d 的复合 污染可能在短期内对作物小白菜和四季豆的生长产生毒害作用，主要表现在叶 片变窄变薄，失绿现象明显，植株矮化，生长发育受阻。梁婵娟等【2 5 】采用水培 实验方法研究了紫外辐射( u v b ，2 8 0 3 2 0n m ) 与酸雨单一和复合胁迫对油菜幼 苗生长的影响，结果表明紫外辐射与酸雨复合胁迫对油菜幼苗的抑制程度高于 紫外辐射或酸雨单独作用，说明两种污染因子间存在协同效应。 2 3 重金属对农作物的影响 在农业生产过程中，农作物很容易受到重金属污染的威胁。通过工业、采矿 以及汽车尾气、农田污灌等途径造成的土壤重金属污染，通过大气和水体进入 土壤，在土壤中累积，且不易被土壤生物所降解，导致农田土壤污染、生态环 境恶化、土壤动物减少【3 5 】。由于土壤重金属污染具有潜伏性、不可逆性和长期 性以及影响后果严重等特点，因而土壤重金属污染己成为环境科学领域中的热 门研究课题之一，受到高度重视 3 6 - 3 踟。重金属对农作物的污染首先表现在对植 物根系的损害。根际环境特别是重金属胁迫下的根际环境与土体存在着显著的 差异。而根际环境的物理、化学、生物学特性将直接影响到重金属的固定和活 化状态从而影响重金属在土壤一植物中的迁移转化行为。有研究表b ) j 3 9 j ，经过 相同浓度的c u 、z n 和p b 处理后，叶菜类蔬菜、根茎类蔬菜和茄果类蔬菜的根 系都受到了不同程度的抑制。土壤中单一或多种重金属对农作物的复合影响会 引起植物生物量的变化差异【4 0 】，叶绿素含量和光合作用受到抑制，碳氮代谢活 力下降，作物中有机物质含量降低【4 l 】。重金属还会在作物体内的不同器官中进 行累积，其含量随部位不同和生长期的不同有所差异【4 2 j ，最终导致农作物品质 的损害及经济价值的下降。近年来的研究还进一步表明，大气污染引起的农作 物重金属污染压力逐渐加重，大气降尘和酸雨中的重金属成为直接作用于农作 7 物植株茎叶的污染方式【垃4 3 , 4 4 。土壤中的重金属污染还会由于酸雨的淋溶作用， 活性增大，植物可吸收态比例增加，污染性增强【4 5 , 4 6 1 ，体现出酸雨和重金属之 间的有机联系。因此，研究酸雨条件下重金属对农作物的危害具有深远的意义。 3 问题的提出和研究展望 国内外在酸雨对农作物的影响研究方面所做的大量的研究工作，已经取得 了许多有意义的研究成果。具体分析这些研究成果，不难发现，还具有继续发 展和深化的必要。首先，从研究对象的范围来看，大部分与农业相关的研究更 多关注小麦、水稻、油菜等大型粮食和经济作物，对于各种蔬菜的影响研究相 对较少，或缺乏深度。例如，蔬菜品种单一，不具有代表性，或是对品质的认 识仅停留在产量或重金属累积量层面，对品质的内容缺乏全面的研究。选取研 究的重金属种类也比较单一，对于酸雨条件下的重金属的复合影响认识也比较 有限。其次，从研究目标上来看，对于酸雨单因素的污染目前的研究成果已经 十分丰富，但对于酸雨和多种重金属等交叉污染可能带来的危害，以及酸雨影 响后和酸雨影响前重金属对农作物危害程度的对比研究相对较少。最后，从研 究方法上来看，以往的研究往往将植物的生理活动和品质分开讨论，没有充分 体现二者的因果关系。因此，未来对酸雨的农业危害研究将更为深入广泛。首 先，研究的对象从种类和数量上都将增大，农田蔬菜污染现状的调查数据将与 实验室研究结果相结合，使研究结论更富有实际意义；在品质共性研究的基础 上将开展不同蔬菜品质的个性化研究，并探索蔬菜的某些特殊物质含量对污染 的响应，尤其对关系人体健康的，且易受影响的微量物质含量更为重视；将对 污染机理做进一步探索，为特定重金属耐性种的蔬菜选育工作提供宝贵资料。 4 本研究的主要内容和预期目标 4 1 本研究的主要内容 4 1 1 分析酸雨和重金属胁迫下蕹菜和扬花萝卜叶绿素及光合作用等的变化规 律。根据不同胁迫条件对蔬菜叶片光合作用不同方面影响的观测资料以及室内 生化实验的数据资料，得出酸雨酸度增加和重金属污染对不同种类蔬菜光合作 用影响的规律性。 4 1 2 研究模拟酸雨和重金属复合胁迫下，蔬菜中糖类和蛋白质等主要碳氮有机 物的含量变化。具体分析随酸雨酸度增加，多种重金属处理下蔬菜中营养品质 的变化规律。 4 1 3 研究蔬菜对重金属的富集是直接影响蔬菜食用安全性的因素。对比不同蔬 菜品种、不同重金属及不同酸雨酸度影响下的富集量差异。 4 2 本研究的预期目标 本项研究是酸雨对农作物影响研究的一个重要组成部分。它采用盆栽试验、 室内生化试验与数理分析相结合的方法。根据盆栽试验和室内生化试验的资料 用数理方法处理和分析，获得不同p h 值模拟酸雨条件下，复合重金属对叶菜类 蔬菜蕹菜和根菜类蔬菜扬花萝b 光合作用、碳氮有机物含量及重金属累积情况 的影响的基础资料，通过资料分析揭示酸雨和重金属影响下，蔬菜品质的变化 规律性，并比较两种叶菜类蔬菜和根菜类蔬菜对复合影响的敏感性差异。 9 第二章模拟酸雨条件下p b 、c r 污染对蕹菜光合作用的影响 1 材料与方法 1 1 试验材料 供试的蔬菜种子为南京绿领种业有限公司出品的蕹菜( i p o m o e aa q u a t i c a f o r s k ) 。供试土壤采自校园北郊农田，其基本理化性质见表2 1 。该农田常年用 于种植蔬菜，其位置远离公路和厂矿等污染源，土质接近南京江北地区一般土 质状况，作为试验背景土质具有一定的代表性。装盆前，土壤中施用基肥为复 合肥( 江苏南化永大实业公司产) 和尿素( 南京栖霞化肥厂产) ，各2 5 k g 亩， 施用后的拌匀，取表层土各盆等量分装。除消煮( 优级纯) 外，试验所用试剂 为分析纯。 表2 1 供试土壤的基本理化性质 1 2 栽培方法 蕹菜种子用3 0 h 2 0 2 消毒3 0 r a i n 后，洗净，并用饱和c a s 0 4 溶液浸泡过 夜，第2 天，洗净后播种于石英砂中，待幼苗长出2 片真叶时，移栽至土壤中 进行培养。植物在室内条件下生长，保持各处理组温湿和光照条件均匀。试验 容器为体积2 l 的塑料盆。每盆移栽5 1 0 株幼苗，待长出第6 片真叶时开始处理。 一个半月后采样测定。 1 3 模拟酸雨的配置 模拟酸雨采用s 0 4 2 和n 0 3 按5 ：1 的比例配制成母液，再根据南京地区主要酸 雨成分【2 】，配制成模拟酸雨( 表2 2 ) 。模拟酸雨( a c i dr a i n ，a r ) 分别设置p m 5 、 4 5 和5 6 ，3 种酸度水平，并以蒸馏水喷施设为对照组( c k ) 。 l o 表2 2 模拟酸雨的化学成分( r a g l ) 1 4 重金属处理液的配置 试验选取土壤中常见重金属p b ( i i ) 、c r ( v i ) 作为研究对象，浓度设置为该重 金属在植物体内的伤害阈值浓度 4 7 1 。具体以对应p h 值的模拟酸雨为母液，分别 添加一定量的重铬酸钾、硝酸铅，配制成c ，浓度相当于5 0 m g l 的含铬处理液 ( a r + c r ) 和p b 2 + 浓度相当于5 0 m g l 的含铅模拟酸雨( a r + p b ) 。 1 5 试验处理方式及水平 模拟酸雨共设置p h 5 6 、4 5 、和3 5 ，3 个酸度水平，并做空白对照。又设 置非酸雨环境下的重金属处理组( h e a v ym e t a l ，h m ) ，以进行对比。具体处理水平 设置见表2 3 。每个处理设置3 个重复。根据南京地区的年平均降雨量，并假设 酸雨发生频率为5 0 ，每盆每次的喷洒量设置为1 7 9 m l ，每3 天喷一次。 表2 3 盆栽试验因素及水平 1 6 叶绿素含量的测定 取2 0 0 r a g 待测物质，浸入9 5 的乙醇溶液，充分研磨，提取上层清液，定 容稀释至2 5 m l ，选择吸收波长为6 4 9 n m 、6 6 5 n m 、4 7 0 r i m 分别测定，根据公式： 叶绿素浓度ca _ ( 1 3 9 5xo d 6 6 5 - 6 8 8x0 0 6 4 9 ) ( m g l ) 叶绿素b 浓度cb _ ( 2 4 9 6 o v 6 4 9 - 7 3 2 o d 6 6 5 ) ( r a g l ) 叶绿素总浓度c t = ca + cb ( m g l ) 计算出叶绿素的浓度，再根据样品量和提取液体积进一步计算出单位质量的样 品中叶绿素的含量( m g g ) 【4 s 】。式中0 d 6 6 3 和o d 6 4 5 分别为6 6 3 和6 4 5 毫微 米波长下测定的光密度值。 1 7 叶绿素荧光参数的测定 叶绿素荧光分析技术是以光合作用理论为基础、利用体内叶绿素作为天然 探针，研究和探测植物的光合生理状况及各种外界因子对其细微影响的新型植 物活体测定和诊断技术。正常情况下，大部分吸收的光能用来进行光化学反应， 仅有少部分以热或荧光的形式耗散掉。但当植物受到胁迫时，光化学反应下降， 而热耗散和叶绿素荧光形式的耗散增加。因此叶绿素荧光的变化可以反映植物 受胁迫的情况【4 9 】。本试验中植物的叶绿素荧光采用德国w a l z 公司生产的 d i v i n g p a m 超便携式调制荧光仪进行活体测定。采用的参数主要有p si i 的实际 光能转化速率( c p s i i = y i e m ) 、p si i 的最大光化学速率( 胍) 、光合电子传递 速率( e t r ) 【5 0 。 p s 的实际光能转化速率( 口p s i i 翦k 砌) ：作用光存在时p si i 的实际量 子效率，即p si i 反应中心电荷分离的实际的量子效率。这个参数不仅与碳同化 有关，也与光呼吸及依赖0 2 的电子流有关。 p s 的最大光化学速率( ) ：就是p si i 每吸收一个光量子反应中心发 生电荷分离的次数或电子的个数。经过充分暗适应的p s 的光化学效率数值最 大。没有遭受环境胁迫并经过充分暗适应的植物叶片p si i 最大的或潜在的量子 效率指标是比较恒定的，一般在0 8 0 0 8 5 之间。f 洒m 低于o 8 指示的光合抑制 有可能来自于光保护或者光系统i i 反应中心受损【5 l 】( d a w s o nsp & d e n n i s o nw c 。1 9 9 6 ) ，在许多环境胁迫中，如干早胁迫【5 2 j ( k a r a v a t a ss & m a n e t , a sy ，1 9 9 9 ) 、 温度胁赳5 3 1 ( 梁英等，2 0 0 6 b ) 、盐胁迫嗍( 梁英等，2 0 0 6 a ) 、光胁迫【5 4 1 ( p e n g cl & g i l n l l o r eam ，2 0 0 3 ) ，均发现f 加m 的值随胁迫程度的加深而降低。 光合电子传递速率( 既r ) ：单位是i it o o l 电子m - 2 s ，它是根据y i e l d 和p a r 计算出来的： e ，n b y i e l d x p a r x 0 5x 0 8 4 上式满足如下假设： 一y i e l d 代表全部光合量子产量； - p a r 代表入射到样品的光合有效辐射强度，单位为l at o o l m - 2 s - i ； 1 2 传递一个电子需要吸收两个光子，因为光合电子传递需要两个光系统的 参与( 系数o 5 ) ； 入射光强有8 4 被叶片吸收( 系数0 8 4 ) ； e t r 可以与c 0 2 的固定速率和0 2 的释放速率进行比较，每固定一分子c 0 2 或释放一分子0 2 要传递4 个电子。 2 结果与分析 2 1 模拟酸雨条件下p b 、c r 污染对蕹菜的外在伤害 模拟酸雨与重金属污染对蕹菜植株的外在伤害主要体现在对茎、叶组织的 伤害上。观察发现，实施污染2 8 d 后，p h 4 5 和p h 3 5 酸度水平下的各重金属处 理组中，蕹菜部分叶片出现针孔大小的白、淡黄色斑点。斑点主要分布在叶龄 相对较长的叶片表面。随处理天数增加，出现病斑的叶片数增加，叶面卷曲， 叶片出现黄化和提早衰败掉落的现象，体现出p b ( i i ) 污染和c r ( v i ) 污染的典型症 状。此外，与对照组相比，受污染越严重，蔬菜对病虫害的抗性越差，其嫩叶 蛀洞较多，或被虫类寄生，影响蔬菜的外观和产量。 2 2 模拟酸雨条件下p b 、c r 污染对蕹菜叶绿素含量的影响 2 2 1 对蕹菜叶绿素总量的影响 砸 硼5 6p h 4 - 5曲3 - 5 模拟酸雨处理水平 图2 1 不同重金属污染对蕹菜叶绿素的影响随酸雨酸度的变化 由图2 1 可知，模拟酸雨与重金属对蕹菜叶绿素总量表现出共同胁迫 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 仉n仉n吼n仇吼仉 (暑_l，暑。喇缸翟懈蝾舌 p p b ( i i ) + c r ( v 1 ) c r ( v o 。p h 4 5 时， a r + p b 污染对叶片叶绿素含量影响最大，叶绿素总含量平均降低了2 5 1 7 。 p h 3 5 时，a r + p b + c r 污染胁迫最显著，处理后的叶绿素总量比对照组降低了6 0 1 8 。而含c r 处理危害性随酸雨酸度的变化则相对较小，对叶绿素含量的影响也 相对最轻。 2 2 2 对蕹菜叶绿素a 和叶绿素b 含量的影响 鼬 凹 昌 删 钿 日 懈 袋 古 导 耗| 糕 凹 吕 删 缸 o 懈 骠 古 导 粕| i 糕 o 6 0 c kh m p h 5 6p h 4 5p h 3 5 不同处理水平 ( a ) c kh m p h 5 6p h 4 5p h 3 5 不同处理水平 c o ) 图2 2 模拟酸雨条件下不同重金属处理对叶绿素a 和叶绿素b 含量的影响 1 4 结果表明( 图2 2 ) ，a r + p b 处理后，叶绿素a 含量随酸度增加平均降低了 3 5 8 3 ，叶绿素b 含量平均下降了2 0 2 3 且各酸度水平间含量无显著差异； a r + c r 污染对叶绿素a 和叶绿素b 的影响比a r + p b 污染要小，仅当p h 4 5 时， 才能明显抑制叶片中两种色素含量。a r + p b + c r 污染效应介于以上两者之间。 此外，叶绿素a 对酸度更为敏感，在p h 5 6 p b + c r 时含量随即模拟酸雨酸度增大 而显著下降；叶绿素b 含量则在p h 0 0 5 ) ；对光合 电子传递速率( e t r ) 的研究表明，a r + p b 对e t r 影响最为显著。p h 3 5 p b 时， 其电子的传递速率小于对照组的5 0 。而光合电子转化速率受a r + c r 污染的抑 制仅体现在p h 3 5 的强酸度水平。 表2 4 不同处理水平下各光合作用参数的变化 一新粕( 西p 墩s i i 做) s 搿篡率 3 讨论 3 1 模拟酸雨对p b 、c r 污染胁迫性的影响差异 由光合色素和光合作用效率的随酸雨酸度变化的趋势可以得出p b o i ) 污染、 c r ( v i ) 污染及p b ( i i ) + c r ( v i ) 复合污染的胁迫性受酸度影响的变化趋势。其中， p b + c r 污染的胁迫性与酸雨p h 值具有良好的线性关系：p b ( i i ) 污染的胁迫性在 p h 5 6 降至p h 4 5 的过程中即大幅提升，导致叶绿素含量和光合效率下降，体现 了对酸度变化的敏感性，也说明a r + p b 污染在自然环境下更易对蔬菜生理造成 较大危害。p h 6 甜p b 。其中， 1 9 p b ( i i ) 污染胁迫性与模拟酸雨p h 值有良好正相关关系，而c d ( i i ) 污染胁迫性受 酸雨酸度变化的影响最小但总体危害大，各酸度下的叶绿素含量均维持在一个 较低浓度水平。此外，中低酸度的模拟酸雨对p b ( i i ) + c d ( i i ) 污染的影响较大； 极酸条件下，p h 3 5 p b + c d 、p h 3 5 p b 和p h 3 5 c d 处理后的叶绿素含量最大降幅 分别达到了3 8 1 6 、4 5 5 0 和3 1 1 0 ，体现了强酸性环境对重金属危害的促 进作用。 凹 吕 棚 钿 躜 懈 熊 古 1 2 l 0 c k h m p h 5 6p h 4 5p h 3 5 模拟酸雨处理水平 图3 1 模拟酸雨条件下不同重金属污染对扬花萝卜叶绿素总量的影响 2 2 2 对扬花萝卜中叶绿素a 和叶绿素b 含量的影响 咖 钿 坼蟥 蝾 占 导 址 古 j 乙 抵 榉 辍 c kh m p h 5 6p h 4 5p h 3 5 不同处理水平 2 0 蛔l 0 2 5 缸 最0 2 蝾 事奄0 1 5 尹 故- 4 - - 3 0 1 口 j l 抵0 0 5 挺 辍0 c kh m p h 5 6p h 4 5p h 3 5 不同处理水平 ( b ) 图3 2 模拟酸雨条件下不同重金属处理对扬花萝b 叶绿素a 和叶绿素b 含量的 影响 图3 2 表明，与c k + h m 处理相比，p h 5 6 时，各重金属处理组中的叶绿素 a 含量均略有上升，这与蕹菜中叶绿素a 的反应比较一致。p h 5 6 后，a r + p b 污染和a r + p b + c d 污染下的含量变化与p h 值呈显著的正相关关系，最低值均 出现在p h 3 5 水平，与对照组相比分别下降了4 2 3 4 和4 7 3 0 。而a r + c d 污 染下叶绿素a 的变化呈现一个先下降再略上升的过程。这可能由于污染施加之 初，c d f i i ) 已具有了易被扬花萝卜吸收的化学态，酸度越大，这种有效态含量越 高，对叶绿素a 的胁迫性也就越强。当酸度继续增大时，扬花萝卜对有效态c d ( i i ) 的吸收量趋近饱和，加上植物自身对环境胁迫的应激作用，a r + c d 污染对叶绿 素a 的胁迫不再加剧，使含量维持在一个相对较低的水平。 由叶绿素b 含量变化可以看出，三个重金属污染组的影响具有更大的组间 差异。其中，a r + p b 污染对叶绿素b 的影响最小，只有当p h 触h c d 。施加模拟酸雨后，a r + p b + c d 处理和a r + p b 处理 后的最大光化学效率与p h 值成明显正相关：a r + c d 处理后的潜在光化学效率 随酸度的变化则较小。复合污染对光合电子传递速率( e 豫) 影响非常显著。 与对照组相比，p m c d 组、p b 组和c d 组平均降幅分别达到了5 3 2 5 、5 1 5 7 和5 0 3 2 ，且重金属的胁迫性均随模拟酸雨酸度的增大而显著增加。最低值 出现在p i - 1 3 5 p b + c d 处理，只有1 3 7 2 9 m o l m - ：s 1 ，体现出酸雨与重金属复合污 染的协同效应。 表3 2 不同处理水平下扬花萝卜各光合作用参数的变化 注：表中数据为平均值士标准差( n - 3 ) 3 讨论 3 1 模拟酸雨对p b 、c d 污染胁迫性的影响差异 在酸性条件下，p b 污染的胁迫性明显小于c d 污染以及p b q q 2 d 复合污染。 p h 5 6 时，随p h 下降，p b 污染的胁迫性呈线性增加。这是由于中性和碱性条 件下，p b 往往以焦磷酸盐或正磷酸盐形式存在，酸度增大，使其中的p b 2 + 溶解 度增加，污染性也较大f 7 1 。p b + c d 复合污染随酸度的变化规律与p b 污染类似， 胁迫性与酸度呈正相关，并在高酸度水平时( p h 3 5 ) 超过单一重金属处理组。c d 污染对扬花萝卜的胁迫性在中低酸性条件下明显大于另外两组，但随p h 值增加 变化并不显著。 3 2 复合污染对扬花萝卜光合作用的影响 分析结果表明，由于镉污染可以抑制植物对铁、锰、钙、镁和氮的吸收， 从而降低叶片中叶绿素的合成 4 7 1 ，因此在中低酸度条件下，c d ( i i ) 污染对扬花萝 卜光合色素含量的影响最为显著。随着酸度增加，p m d 复合污染逐渐超过重 金属单一污染，明显抑制叶绿素合成。光合作用效率与叶绿素含量具有一定相 关性。在酸性条件下p b ( i i ) + c d ( i i ) 复合污染对三个叶绿素荧光参数的影响明显大 于重金属单因素污染。随酸度变化，三个参数又表现出不同的变化规律。其中， 与蕹菜叶片表现不同，扬花萝卜叶片的实际光能转化效率( 驴p s l l ) 受污染胁迫并 不显著，说明叶片结构的差异造成对复合污染的响应不同，所以对实际光能转 化效率所体现的植物碳同化和光呼吸【5 5 】等过程的影响也可能存在差异。各处理 中p si i 最大光化学效率( 溉) 明显低于0 8 0 0 8 5 的正常水平。尤其是含c d 处理组，在正常环境酸度下，p si i 最大光化学效率即显著下降，体现了蔬菜对 镉毒性较强的敏感度1 4 丌。光合电子传递速率( e t r ) 随酸度增加降幅也非常显 著，对其胁迫主要体现在中高酸度水平。 第四章模拟酸雨条件下p b 、c r 污染对蕹菜品质的影响 1 材料与方法 1 1 试验材料 供试的蔬菜种子为南京绿领种业有限公司出品的蕹菜( i p o m o e aa q u a t i c af o r s k ) 。 土壤基本性质及种植条件同第二章中1 1 。供试对象的栽培方法同第二章中1 2 。 1 2 试验处理水平 试验中模拟酸雨和重金属处理液的配置同第二章中1 3 和1 4 。模拟酸雨共 设置p h 5 6 、4 5 和3 5 ，3 个酸度水平，并做空白对照。又设置非酸雨环境下的 重金属处理组( h e a v ym e t a l ，h m ) ，以进行对比。具体处理水平设置同第二章中表 2 3 。每个处理设置3 个重复。根据南京地区的年平均降雨量，并假设酸雨发生 频率为5 0 ，每盆每次的喷洒量设置为1 7 9 m l ，每3 天喷一次。 1 3 指标测定方法 对于蕹菜的主要食用部分茎叶测定其中的营养物质含量。包括可溶性 蛋白质、游离氨基酸含量、可溶性糖、还原性糖含量等。并测定其中的有害物 质，硝酸盐和亚硝酸盐的前体物硝态氮含量以及重金属p b 、c r 的含量。 1 3 1 可溶性蛋白质含量的测定 考马斯亮兰g 2 5 0 法并作适当改进。考马斯亮兰g 2 5 0 测定蛋白质含量属 于染料结合法的一种。考马斯亮兰g - 2 5 0 是一种蛋白质染料，在游离状态时最 大的吸收波长是4 6 5 n m 。由于它所含有的疏水基团与蛋白质的疏水微区具有亲 和能力，通过范德瓦尔键与蛋白质结合。当它与蛋白质结合形成蛋白质染料 复合物后，其最大吸收波长从4 6 5 n m 移动至5 9 5 n m 。在一定的蛋白质浓度范围 内，蛋白质染料复合物在5 9 5 n m 处吸光度的增加与蛋白质含量成正比，故可 用于蛋白质的定量测定 4 8 1 。 试验称取鲜样0 2 5 0 5 9 ，用5 m l 蒸馏水或缓冲液研磨成匀浆后，3 0 0 0r m i n 离心1 0r a i n ，取上清液1 0m l ( 视蛋白质含量适当稀释) 于试管中，然后重复 标准曲线绘制中地2 4 步骤，以空白管调零，测定吸光度。根据吸光度查标准 曲线，求出样品中的蛋白质含量。 黼中蛋白腿慕鬻徽c 删 1 3 2 游离氨基酸含量的测定【4 明 茚三酮溶液显色法。氨基酸与茚三酮共热时，能定量地生成二酮茚胺。该 产物显示蓝紫色，成为r u h e m a n s 紫。其吸收峰在5 7 0 n m ，而且在一定范围内吸 光度与氨基酸浓度成正比。氨基酸与茚三酮的反应分两步进行，第一步：氨基 酸被氧化形成c 0 2 、n h 3 和醛，茚三酮被还原成还原型茚三酮；第二步：所形 成的还原型茚三酮与另一个茚三酮分子和氨缩合生成r u h e m a n s 紫。 取鲜样o 5 1 o g ，于研钵中加入5 m l l o 乙酸研磨成匀浆，再经稀释定量， 混匀过滤后滴加水合茚三酮和抗坏血酸，并在5 7 0 h m 波长下测定吸光度，根据 样品吸光度在标准曲线上查得含氮量。 ，、，、士摊口 钾甘掀企宦查标准曲线值提取液总体积 1 0 0 克样品中氨基酸含量= 里磊罢嚣磊嚣耋要筹x 1 0 0 1 3 3 可溶性糖含量的测定【4 聊 葸酮比色法。糖在浓硫酸作用下，可经脱水反应生成糖醛或羟甲基糠醛， 生成的糠醛或羟甲基糠醛可与葸酮反应生成蓝绿色糠醛衍生物，在一定范围内， 颜色的深浅与糖的含量成正比，故可用于糖的定量。糖类与葸酮反应生成的有 色物质在可见光区的吸收峰为6 3 0 h m ，可在此波长下进行比色。葸酮法测出的 碳水化合物含量是溶液中全部可溶性碳水化合物总量。 取鲜样o 1 0 0 3 0 9