UV-B增加与酸雨复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响

生态环境2005,14(4):[e-mail]基金项目：国家自然科学基金项目（40175029）；南京信息工程大学科研基金项目（Y410）作者简介：胡正华（1973－），男，讲师，博士研究生，主要从事全球变化生物学与生物多样性科学研究。E-mail:[e-mail]收稿日期：2005-01-31UV-B增加与酸雨复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响胡正华1，索福喜1，赵晓莉1，黎明2，郑有飞11.南京信息工程大学环境科学系，江苏南京210044；2.苏州大学生命科学学院，江苏苏州215006摘要：研究了UV-B辐射增加与酸雨的复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：UV-B辐射增加对大豆种子的萌发没有影响，酸雨处理降低了大豆种子的发芽率。UV-B辐射增加与酸雨的复合处理，降低了幼苗的株高、绿叶数、叶面积、干质量、叶绿素和蒸腾速率，复合胁迫的下降幅度明显高于单一因子胁迫，并且下降幅度受UV-B辐射强度与酸雨pH的影响。UV-B辐射增加与酸雨处理在抑制幼苗生长上具有协同作用。关键词：紫外B辐射；酸雨；大豆；种子萌发；幼苗中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（2005）04-0523-03UV-B辐射增加和酸雨（AR）污染已成为当今重大全球环境问题，引起国内外学者的广泛关注。有关UV-B和AR对植物影响的研究已经做了大量工作[1~4]。但以往的研究大多集中在单一因子作用，研究两者复合作用所产生的生物学和生态学效应将具有更重要的理论和实践意义，但这方面的报道极少[5]。本文以大豆为实验材料,研究UV-B增强与酸雨复合处理对农作物种子萌发和幼苗生长的影响。1材料与方法1.1UV-B辐射和酸雨处理采用人工增加UV-B辐射的方法，将紫外灯管悬吊于实验材料正上方。灯管由上海华德光电源厂生产，峰值为313nm，主要光谱为UV-B波段。紫外处理设对照组（自然光，CK）、处理1（T1，紫外强度比CK增加10%）、处理2（T2，紫外强度比CK增加20%）。每天紫外增强处理时间为9:00－16:00。为保持实验过程中紫外辐射增加强度不变，用UVB-313型紫外辐射计（北京师范大学光电仪器厂）测定紫外强度，不断调节灯管的悬挂高度。模拟酸雨（AR）的配制参见文献[6]。先配制pH1.0的酸雨母液，其中硫酸根和硝酸根的体积比为4.7∶1。以去离子水作为稀释液，将母液分别调制成pH3.5（AR1）和pH4.0（AR2）的酸雨[7]，并经PHS-29A酸度计（上海精密科学仪器有限公司）校准。将配制好的pH3.5和pH4.0的酸雨溶液，用喷壶均匀喷布,做种子萌发实验时以滤纸保持湿润为准（早、晚各喷1次），幼苗实验时以叶片滴液为限（隔1d喷1次），对照植株（CK）喷等量的去离子水。实验共设9组处理，即CK、T1、T2、AR1、AR2、AR1+T1、AR2+T1、AR1+T2、AR2+T2，每处理3个重复。1.2材料处理挑选均匀饱满的种子用w(HgCl2)0.1%的溶液消毒10min,无菌水漂洗3次，放入垫有3层滤纸的培养皿中，每个培养皿中50粒种子。酸雨处理组的培养皿，每天早、晚喷酸雨使滤纸保持湿润，其余的加等量去离子水维持一定的湿度。种子萌发后，将各处理组分别播种到南京信息工程大学实验田土壤中，继续处理20d后使用，测定株高、绿叶数、叶面积、干质量、叶绿素和蒸腾速率等指标。1.3指标测定随机取幼苗10株，常规方法观测株高、绿叶数、叶面积（叶面积以透明方格纸法计算而得[8]）和干质量；同样取幼苗10株测叶片叶绿素含量，测定方法见文献[9]；取10株幼苗测蒸腾速率，取其平均值，测定方法见文献[10]。2实验结果2.1对种子萌发的影响不同处理对种子萌发的影响见表1。由表1数据可见，UV-B辐射增加对种子的发芽率没有影响，其原因可能是种皮起到保护作用。酸雨降低了种子的发芽率，AR1降低了22.45%，AR2降低了18.37%，说明酸雨越强对种子发芽抑制作用越大。AR1+T1、AR2+T1、AR1+T2、AR2+T2萌发率分别降低了26.53%、16.33%、20.41%和14.29%，但UV-B与酸雨的复合处理在抑制种子萌发上并没有表现出一定的协同作用。524生态环境第14卷第4期（2005年7月）2.2对幼苗生长的影响不同处理对株高、绿叶数、叶面积和干质量的影响见表2。随着UV-B增加，植株的株高、绿叶数、叶面积和干质量均逐渐降低，可见UV-B辐射增加对大豆的生长有明显的抑制作用。酸雨处理也使株高、绿叶数、叶面积和干质量降低，AR1比AR2更显著。复合处理（AR1+T1、AR2+T1、AR1+T2、AR2+T2）对幼苗生长的影响更大，特别是AR1+T2处理使4项生长指标更显著降低。可见UV-B与AR的复合处理显著抑制了大豆幼苗的生长，其伤害具有协同作用。2.3对幼苗若干生理特征的影响由表3和图1可见，UV-B辐射增加，会降低幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)的含量及蒸腾速率，T2降幅超过T1；酸雨处理也使幼苗叶绿素含量和蒸腾速率降低，AR1比AR2更明显。二者复合处理（4种处理）的协同作用更加明显，显著降低幼苗叶片叶绿素含量和蒸腾速率，特别是AR1+T2处理。可见UV-B辐射愈强、酸雨pH值愈低则对幼苗的伤害作用愈明显。3结论（1）UV-B增加对大豆种子的发芽率没有影响，其原因可能是照射时间较短，加之种皮具有保护作用。酸雨处理会降低大豆种子的发芽率。UV-B增加或酸雨的单一处理会降低幼苗的株高、绿叶数、叶面积、干质量、叶片的叶绿素含量和蒸腾速率。（2）UV-B增加与酸雨的复合处理对大豆种子萌发的影响与单一酸雨处理相比较没有明显差异，但复合处理对大豆幼苗生长表现出更强的抑制作用，显著降低幼苗的株高、绿叶数、叶面积、干质量、叶片的叶绿素含量和蒸腾速率。并且UV-B辐射越强、酸雨pH值越低则抑制作用越明显。说明二者对大豆幼苗生长的伤害作用具有协同性。表1UV-B辐射与AR复合处理对大豆种子萌发的影Table1EffectofenhancedUV-Bradiationandacidrainonseedgerminationofsoybean发芽种子数CKT1T2AR1AR2AR1+T1AR2+T1AR1+T2AR2+T2发芽第1天1191013911121014发芽第2天232021241917221720发芽第3天413630272824292632发芽第4天494443313532363138发芽第5天494849384036413942发芽第6天494849384036413942表2UV-B辐射与AR复合处理对大豆幼苗生长的影响Table2EffectofenhancedUV-Bradiationandacidrainongrowthofsoybeanseedling处理株高/cm相对值绿叶数相对值叶面积/(cm2·株-1)相对值干质量/(g·株-1)相对值CK21.90±0.32100.0014.20±0.22100.00217.6±6.3100.001.371±0.031100.00T118.65±0.1385.1612.45±0.3287.67188.2±3.586.471.216±0.21088.71T216.24±0.3274.1610.85±0.1776.39165.2±4.775.931.090±0.12779.52AR116.57±0.6175.6610.94±0.0977.06172.5±1.279.261.113±0.02981.18AR217.98±0.1782.1011.35±0.0379.92180.9±3.783.151.234±0.31590.07AR1+T115.89±0.2172.5610.13±0.1171.31162.7±2.574.751.061±0.04477.38AR2+T116.31±0.0274.4710.82±0.2276.18175.7±1.380.741.161±0.12884.65AR1+T215.83±0.4672.2810.38±0.3073.13156.2±3.171.801.005±0.00773.34AR2+T215.77±0.2472.019.95±0.2370.04158.7±5.772.931.052±0.07376.70表3UV-B辐射与AR复合处理对大豆幼苗叶绿素含量的影响Table3EffectofenhancedUV-BradiationandacidrainonthechlorophyllcontentofsoybeanseedlingCKT1T2AR1AR2AR1+T1AR2+T1AR1+T2AR2+T2叶绿素a19.216.013.814.216.912.714.712.012.6叶绿素b10.39.18.89.39.89.59.69.39.4叶绿素a+b29.525.122.623.526.722.224.321.322.000.020.040.060.080.10.120.140.160.18CKT1T2AR1AR2AR1+T1AR2+T1AR1+T2AR2+T2不同处理幼苗蒸腾速率/(g·cm-2·h-1)图1UV-B辐射与AR复合处理对大豆幼苗蒸腾速率的影响Fig.1EffectofenhancedUV-Bradiationandacidrainontranspirationrateofsoybeanseedling胡正华等：UV-B增加与酸雨复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响525参考文献：[1]KrizekDT,GaoW.UltravioletRadiationandTerrestrialEcosys-tems[J].PhotochemistryandPhotobiology,2004,79(5):379－381.[2]冯宗炜.中国酸雨的生态影响和防治对策[J].云南环境科学,2000,19(增刊):1－6.FENGZW.EcologicaleffectsandcontrolstrategiesofacidrainonecosystemsinChina[J].YunnanEnvironmentalScience.2000,19(S):1－6.[3]赵晓莉,郑有飞,王传海,等.UV-B增加对菠菜生长发育和品质的影响[J].生态环境,2004,13(1):14－16.ZHAOXL,ZHENGYF,WANGCH,etal.EffectsofenhancedUV-Bradiationonthegrowthandqualityofspinach[J].EcologyandEnvironment,2004,13(1):14－16.[4]余春珠,温达志,彭长连.三种木本植物对酸雨的敏感性和抗性[J].生态环境,2005,14(1):86－90.YUCZ,WENDZ,PENGCL.Sensitivityandresistanceofthreewoodyspeciestoacidrainpollution[J].EcologyandEnvironment,2005,14(1):86－90.[5]梁婵娟,周青,沈东兴,等.UV-B辐射与酸雨复合胁迫对油菜幼苗生长的影响[J].农业环境科学学报,2004,23(2):231－234.LIANGCJ,ZHOUQ,SHENDX,etal.EffectofUV-BradiationandacidrainonRapeseedlinggrowth[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2004,23(2):231－234.[6]张耀民,吴丽英,王晓霞,等.酸雨对农作物的叶片伤害及生理特性的影响[J].农业环境保护,1996,15(5):197－208.ZHANGYM,WULY,WANGXX,etal.E