酸雨条件下钙离子对油菜体内钙形态的影响

陆文龙，王振平，贾 丹*

(1.吉林化工学院资源与环境学院，吉林吉林132022;2.中石油昆仑燃气有限公司吉林分公司，吉林吉林132021)

近年来，随着酸雨污染的加剧，除了在全国酸雨污染比较严重的南方地区，酸雨正在逐步向北方蔓延，酸雨对我们的环境危害和影响非常大，对我们的农业生态平衡系统和农作物的危害也日益增大.酸雨会使作物减产，每年仅仅是蔬菜减产造成的经济损失就占全部损失的一半以上［1］.如今，我国已经成为继欧洲和北美之后的又一大酸雨重灾区，约占国土面积40%的地区出现了酸雨现象［2］.酸雨对植物的影响主要集中在农作物与蔬菜等上，这将直接威胁到我们的身体健康.油菜含维生素和矿物质最丰富，能满足人所需的维生素、胡萝卜素、钙、铁等，为保证身体的生理需要提供物质条件，有助于增强机体免疫能力.油菜所含粗纤维可促进大肠肠壁蠕动，帮助消化，增加大肠内毒素的排出，达到防癌抗癌的作用.东北地区的雨季夏秋季正是其主要农作物的生长期，本实验主要通过模拟酸雨条件下油菜对不同浓度钙的抵抗能力，为进一步开展酸化和降水环境对蔬菜生长发育的条件机理研究奠定基础，同时也为正确评估酸雨给农业生产带来的影响提供参考.

1 材料与方法

1.1 供试土壤和材料

实验用土壤采自辽河源头区保安村实验区(125°25'42″，42°56'32″)，土壤为暗棕壤，其基本理化性质见表1.供试油菜品种为中双9号.

表1 土壤基本理化性质

1.2 试验设计

根据研究区2013年雨水监测资料，试验设淋酸雨PH为5.6，5个处理，每个处理3次重复，随机区组排列，共30个小区，每个种植小区面积为1 m×3 m，小区行距为50 cm，株距15 cm.配成五种不同浓度的Ca2+离子溶液，再分别将0.1倍、1倍、2倍、5倍、10倍(相对于土壤背景值)的Ca2+离子溶液浓度对应的均匀施到 T1、T2、T3、T4、T5的土壤中.从油菜生长两周起，用小型喷雾器仿造自然降雨，隔天分别喷淋混合酸雨，喷水量根据研究区2013年平均降雨量计算得出，为每月74.4 mm，则每次每个试验小区浇水约5 L.

1.3 测定方法

土壤中的总钙的测定采用硝酸-高氯酸消煮法［2］，用 AShimadzuAA-6000CF 原子吸收分光光度计测定.各个形态钙的测定采用逐步浸提方法测定［3］.

2 结果分析

2.1 酸雨条件下Ca2+对油菜体内总钙的影响

喷酸雨前后油菜体内总钙的变化趋势见图1.由总钙的变化趋势可以看出，施加的Ca2+使得油菜体内总钙的浓度均有所上升，而T5处理施加过高的钙浓度使得油菜体内吸收钙的量降低，过高的钙浓度在一定程度上抑制了油菜对钙的吸收.模拟酸雨条件下，油菜体内的总钙浓度随酸雨作用时间的累积而增大;而T5处理，油菜体内积累的总钙浓度增长缓慢.

图1 油菜体内总钙的动态变化趋势

2.2 酸雨条件下Ca2+对油菜体内水溶性钙的影响

喷酸雨前后油菜体内水溶性钙的变化趋势见图2.

图2 油菜体内水溶性钙的动态变化趋势

油菜体内水溶性钙的含量会随酸雨条件时间的累积而减少;除T5处理外，同浓度钙的背景下，随着模拟酸雨时间的增强，水溶性钙的浓度越小.T5处理的水溶性钙变化不是很显著.

2.3 酸雨条件下Ca2+对油菜体内果胶酸钙的影响

模拟酸雨的条件下，随着外施钙浓度的增加，油菜体内果胶酸钙的浓度也在相应增加，而T5处理油菜体内果胶酸钙的浓度有所下降，因为过高的钙浓度在一定程度上抑制了油菜对钙的吸收，导致形成的果胶酸钙的量也有所减少.在喷酸雨前后，油菜体内果胶酸钙的含量相对于水溶性钙来说较多，酸雨作用1～2周后适量的Ca2+浓度促进了果胶酸钙的形成，果胶钙在维持细胞壁的功能方面具有重要的作用.丰富的果胶钙能提高细胞壁刚性，维持细胞膜的稳定性.在高钙环境下，不仅能够吸收大量的钙，以果胶酸钙的形式存储于细胞壁中，维持细胞膜的稳定性，同时还能将钙以沉淀的形式阻隔于原生质外，让原生质免受高钙环境的侵害［4］.植物细胞中胞质 Ca2+浓度能影响细胞壁的合成［5］.因此在酸雨条件的过程中，果胶酸钙可以提高细胞壁刚性，维持细胞膜的稳定性，这可能是钙离子能抵御酸雨最基本的原理之一.

图3 油菜体内果胶酸钙的动态变化趋势

2.4 酸雨条件下Ca2+对油菜体内残渣态钙的影响

模拟酸雨条件下，油菜体内的残渣态钙浓度随施加Ca2+浓度的增大而增大，达到浓度峰值后有所下降，且在较强酸雨条件下增加程度更明显.残渣态钙较水溶性钙来说，浓度要高出很多，而且变化趋势和前几种形态的钙相类似.有研究表明［6］植物细胞受到外界信号刺激时，从胞外钙库通过质膜钙离子通道或从胞内钙库通过细胞内膜上的钙通道进入细胞质，使得细胞质内钙离子含量升高.还有研究表明［7］硝酸钙和氯化钙等无机钙是植物体中容易发生化学反应.因此，模拟酸雨条件下，油菜体内总钙浓度增大，而当酸雨进入细胞组织后与水溶性钙反应生成沉淀即变成残渣态钙，从而在一定程度上水溶性钙浓度有所下降，残渣态钙的浓度有所增加.

图4 油菜体内残渣态钙动态变化趋势

通过实验，研究发现施加合适浓度的Ca2+可以使油菜体内各形态钙(包括总钙)的浓度有所上升，施加过高的钙浓度使得油菜体内吸收钙的量降低，过高的钙浓度在一定程度上抑制了油菜对钙的吸收.同酸度的模拟酸雨条件下，油菜体内的总钙浓度随酸雨作用时间的累积而增大;而油菜体内水溶性钙的含量随酸雨条件时间的累积而减少，可能是由于水溶性钙与模拟酸雨中的SO2-4发生化学反应生成CaSO4沉淀(即残渣态钙)有关;果胶酸钙浓度随施钙浓度的升高而升高，达到峰值后开始下降，在酸雨持续时间条件下增加程度更明显.模拟酸雨条件下，油菜体内总钙浓度增大，而当酸雨进入细胞组织后，与水溶性钙反应生成沉淀即变成残渣态钙，所以水溶性钙浓度有所下降，残渣态钙的浓度有所增加.

3 结 论

本实验是在大棚内进行，只是根据模拟酸雨实验结果来判断植物体内钙的影响，因此本实验存在一定的局限性，因为模拟自然生态系统中的包括酸雨在内的多种多样的污染物质以及各种环境因子综合作用，而且本实验只是短期的模拟条件;况且对植物来说，环境污染物是不可能单独存在的，污染物对植物的综合影响可能具有相加、相乘、协同或拮抗作用.总之，适宜浓度钙离子能增强油菜抗酸雨的能力.

［1］ 邱栋梁，刘星辉，郭素枝.模拟酸雨对龙眼坐果的影响及钙调节［J］.应用与环境生物学报，2002，8(1):20-25.

［2］ 龚伟，王伯初.钙离子在植物抵抗非生物胁迫中的作用［J］.生命的化学，2011，31(1):107-111.

［3］ 阳凤，薛梅，王大平.Ca2+对酸雨胁迫下茎瘤芥种子萌发和幼苗生长效应的影响［J］.安徽农业科学，2013，41(1):139-140.

［4］ 付晓萍，田大伦.酸雨对植物影响研究进展［J］.西北农林学报，2006，21(4):23-27

［5］ 黄辉晔，覃建林，林明珍，等.二甲四氯钠在甘蔗及土壤中的残留动态及残留安全性［J］.西南农业学报，2003，16(3):46-49.

［6］ 杨友军，黄瑶珠，周雪霞，等.粤糖系列甘蔗品种对25%敌草隆的敏感性差异［J］.中国糖料，2012(3):36-40.

［7］ 黄瑶珠，杨友军，黄健，等.粤糖系列甘蔗品种对80%敌阿灭净可湿性粉剂的的敏感性评价［J］.广东农业科学，2012，14:11-14.