全 文 ：模拟酸雨条件下 Pb2+和 Cr6+对蕹菜
光合作用及品质的影响＊
郑有飞＊＊　李　璐　梁　骏
(南京信息工程大学环境科学与工程学院 , 南京 210044)
摘　要　以蕹菜(IpomoeaaquaticaForsk.)为供试对象 ,通过盆栽试验 ,研究了不同酸度模
拟酸雨(AR)条件下 , Pb2+和 Cr6+对其光合作用 、营养品质及食用安全性的影响。结果表
明:酸雨条件下 ,重金属对蕹菜叶片光合作用和品质的胁迫表现为 Pb>Pb+Cr>Cr;随酸度
增加 , AR+Pb和 AR+Pb+Cr处理的危害性显著增加 , pH=3.5时 , AR+Pb+Cr处理的胁
迫性明显大于其他处理水平 ,对蔬菜造成伤害;3个光合作用参数均随酸雨酸度增加有不同
程度的下降 ,但对胁迫的敏感性存在差异;pH<5.6时 ,蕹菜中蛋白质和游离氨基酸含量与
pH值呈正相关;随酸度增加 ,可溶性糖含量增加 ,而还原性糖含量下降 ,表现出对环境胁迫
的应激反应;除了 Cr污染处理外 , Pb污染和 Pb+Cr污染都能显著促进蕹菜中硝态氮积累 ,
其含量随酸雨酸度上升而增加;蕹菜中 Pb和 Cr存在竞争吸附作用 ,且随着酸雨酸度下降 ,
蕹菜对 2种重金属的富集有加快趋势 。
关键词　模拟酸雨;重金属;蕹菜;光合作用;品质
中图分类号　X503.1　文献标识码　A　文章编号　1000-4890(2008)09-1580-07
ImpactsofPb2+andCr6+onthephotosynthesisandqualityofIpomoeaaquaticaForsk.
undersimulatedacidrain.ZHEHGYou-fei, LILu, LIANGJun(ColegeofEnvironmental
ScienceandEngineering, NanjingUniversityofInformation＆Technology, Nanjing210044, Chi-
na).ChineseJournalofEcology, 2008, 27(9):1580-1586.
Abstract:ApotexperimentwasconductedtostudytheimpactsofPb2+andCr6 +onthephoto-
synthesis, nutritionalquality, andfoodsafetyofwaterspinach(IpomoeaaquaticaForsk.)under
simulatedacidrain(AR)withdiferentacidity.TheresultsshowedthatunderAR, thestressof
testheavymetalsonthephotosynthesisandqualityofthespinachdecreasedintheorderPb>Pb
+Cr>Cr.WithincreasingacidityofAR, theimpactoftreatmentsAR+PbandAR+Pb+Cr
increasedremarkably, andthestressefectoftreatmentAR+Pb+Crwasgreaterthanthatofthe
othertreatmentsunderpH=3.5.Comparedwiththecontrol, threeparametersofphotosynthesis
decreasedwithincreasingacidityofAR, buthaddiferentsusceptivitytothestress.Theprotein
andfreeaminoacidcontentsinthespinachhadpositivecorelationswithpHwhenthepHwas<
5.6, and, withincreasingacidity, thesolublesugarcontentincreasedwhilereductivesugarcon-
tentdecreased, beingakindofresponsetotheenvironmentalstress.TreatmentsPbandPb+Cr
notablypromotedthenitratenitrogenaccumulation, andthenitratenitrogencontentinthespin-
achincreasedwiththeacidityofAR.ThereexistedacompetitionbetweentheadsorptionofPb
andCrinthespinach, andtheenrichmentofthetwoheavymetalswouldbespedupwithdecrea-
singacidityofAR.
Keywords:simulatedacidrain;heavymetal;IpomoeaaquaticaForsk.;photosynthesis;
quality.
＊国家留学回国人员科研项目 、江苏省 “ 333”工程项目和江苏省六大人才高峰资助项目。
＊＊通讯作者 E-mail:ameylilu@ 163.com
收稿日期:2007-11-12　　接受日期:2008-05-12
生态学杂志 ChineseJournalofEcology　2008, 27(9):1580-1586　　　　　　　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.2008.0294
　　酸雨和土壤重金属超标是当今影响农业生产环
境的 2个重要因素 。在自然状况下 ,这 2种因素共
同存在 ,酸雨通过淋溶作用和酸沉降等一系列物理
化学过程 ,与土壤中的重金属接触 ,影响着重金属的
化学性质和活性(杜宇国等 , 1992;黄游等 , 2006)。
近年来 ,工业和交通的发展导致大气中硫氧化物和
氮氧化物含量升高 ,酸雨的影响范围和程度进一步
加深(Larssenetal., 2000)。同时 ,工业废物排放 、
污水灌溉 、大气沉降和长期施用磷肥也引起土壤中
多种重金属的过量累积 ,共同导致了农作物生长条
件的进一步恶化(郭朝晖等 , 2003)。目前 ,对于酸
雨和重金属单一污染和复合污染 ,国内外进行了大
量研究 ,这些研究从酶系统(王丽红等 , 2005)、分子
学(Tarhanenetal., 1999;Gabaraetal., 2003)的角
度阐述了酸雨酸度增加 、土壤中重金属含量上升对
植物生长 、生理特性等的影响 ,并论证了酸雨与重金
属共同作用对植物生理生长的胁迫效应(Koricheva
etal., 1997;Liaoetal., 2005)。研究表明 ,酸雨可以
直接作用于土壤介质的 pH值 ,成为影响重金属迁
移性和生物有效性的重要因素(薛艳等 , 2005)。此
外 ,酸雨还可以引起土壤中重金属在植物体内的活
性发生变化 ,造成重金属在植物体内的累积差异
(曾敏等 , 2005)。但是 ,在自然状态下 ,酸雨和重金
属对农作物生长不可能单独发生作用 ,土壤中的各
种重金属也不是单独存在的。因此 ,探究酸雨作用
下 ,多种重金属对农作物的复合污染 ,对农业生产中
的污染防治具有更为实际的意义。蔬菜是农产品中
的重要组成部分 。目前 ,关于酸雨与重金属复合污
染对蔬菜光合作用的影响 ,进而对作物中营养物质
合成及有害物质含量累积的影响研究尚不多见 。而
环境污染对农作物品质的影响是当今农业发展急需
解决的问题之一 (成杰民等 , 2000;何江华等 ,
2003),也直接关系到人类健康和生活水平的提高 ,
因此有必要给以重视。
通过盆栽试验 , 以茎叶类常见蔬菜蕹菜 (Ipo-
moeaaquaticaForsk.)为研究对象 ,研究在模拟酸雨
作用下 ,土壤中 Pb2+和 Cr6+对蕹菜茎叶光合作用强
度 、主要碳氮有机物含量以及蔬菜中硝态氮累积和
重金属富集的影响 ,以期全面分析酸雨和重金属复
合作用对蕹菜品质的胁迫 ,为农业环境污染治理提
供科学依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料
供试的蔬菜种子为南京绿领种业有限公司出品
的蕹菜。供试土壤采自校园北郊农田(表 1)。除了
对蔬菜消煮所用试剂为优级纯外 ,其余试剂均为分
析纯 。
1.2　模拟酸雨的配制
模拟酸雨采用 SO42 -和 NO3 -按 5∶1的比例配
制成母液 ,再根据南京地区主要酸雨成分(郑有飞
等 , 2007)配制成模拟酸雨(表 2)。模拟酸雨(AR)
分别设置 pH3.5、4.5和 5.6 3种酸度水平 ,并设蒸
馏水喷施为对照组(CK)。
1.3　重金属污染处理液的配制
在不同 pH值模拟酸雨中分别添加一定量的重
铬酸钾和硝酸铅 ,配制成 Cr6+浓度相当于 50 mg·
L-1的含铬处理液(AR+Cr)和 Pb2 +浓度相当于 50
mg· L-1的含铅模拟酸雨(AR+Pb)。以及 Cr2+浓
度和Pb2+浓度分别为 50 mg· L-1和 50 mg· L-1的
表 1　供试土壤的基本理化性质
Tab.1　Physicalandchemicalpropertiesofthetestedsoil
土壤名称 采样地点 pH 有机质(g· kg-1)
速效氮
(mg· kg-1)
速效磷
(mg· kg-1)
速效钾
(mg· kg-1)
T-Pb
(mg· kg-1)
T-Cr
(mg· kg-1)
黄棕壤 南京 5.71 19.5 849.62 103.46 181.15 45.6 68.3
表 2　模拟酸雨的化学成分(mg· L-1)
Tab.2　Chemicalcompositionofthesimulatedacidrain
分组 pH F- Cl- Na+ NH4 + K+ Mg2+ Ca2+
CK 6.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
5.6 1.0 3.0 2.0 3.0 2.0 1.5 8.5
AR 4.5 1.0 3.0 2.0 3.0 2.0 1.5 8.5
3.5 1.0 3.0 2.0 3.0 2.0 1.5 8.5
混合溶液(AR+Pb+Cr)。其浓度为该重金属在植
物体内的伤害阈值浓度(唐世荣 , 2006)。
1.4　幼苗的培育
种子用 30% H2O2消毒 30 min后 ,洗净 ,并用
饱和 CaSO4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 , 相对湿度大约为
1581郑有飞等:模拟酸雨条件下 Pb2+和 Cr6+对蕹菜光合作用及品质的影响
表 3　盆栽试验因素及水平
Tab.3　Experimentalfactorandlevelinpotculture
品种 重金属水平(mg· L-1) 处理水平
蕹菜 Cr(50) CK(pH 6.8) CK+Cr pH 5.6+Cr pH 4.5+Cr pH 3.5+Cr
Pb(50) CK(pH 6.8) CK+Pb pH 5.6+Pb pH 4.5+Pb pH 3.5+Pb
Cr+Pb(50+50) CK(pH 6.8) CK+Cr+Pb pH 5.6+Cr+Pb pH4.5+Cr+Pb pH 3.5+Cr+Pb
50% ～ 60%, 人工光照强度为 240 μmol· m-2 ·
s-1。试验容器为体积 2L的塑料盆 ,每盆移栽 2 ～ 3
株幼苗 ,待长出第 6片真叶时开始处理。
1.5　试验处理
试验处理共设置 pH5.6、4.5、3.5 3个酸度水
平 ,以及正常环境酸度下的重金属处理(HM),并做
空白对照(CK)。具体试验设计见表 3。每个水平
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 50%,每盆每次的喷
洒量为 179ml,每 3 d喷 1次 ,按 1个月 8 ～ 9次计。
1.6　样品的分析测定
茎叶的光合作用采用德国 WALZ公司生产的
Diving-PAM超便携式调制荧光仪进行活体测定 。
茎叶中叶绿素含量以及蛋白质 、游离氨基酸和硝态
氮含量的测定采用离体测定。取其茎叶部分 ,用自
来水清洗 3遍去泥沙 ,再用去离子水清洗 3遍 ,在
60 ℃烘箱中烘干 ,备用。叶绿素含量的测定采用乙
醇提取法(张志良 , 1990);蛋白质含量采用紫外分
光光度法 ,氨基酸含量采用茚三酮溶液显色法;可溶
性糖含量采用蒽酮比色法;还原性糖含量采用斐林
试剂比色法;硝态氮含量采用水杨酸比色法 (李合
生 , 2003)。重金属 Pb和 Cr含量采用原子分光光度
计测定(穆华荣等 , 2004)。
1.7　数据处理
试验数据为 3次重复的平均值和标准差 ,采用
Excel和 SPSS软件进行方差分析等数据统计。
2　结果与分析
2.1　污染对光合作用的影响
2.1.1　污染对叶片中叶绿素总含量的影响　由图
1可知 ,模拟酸雨与重金属对叶绿素总量的影响表
现出协同效应 (P<0.05)。与对照相比 ,各处理组
的叶绿素总量随酸雨酸度增加而下降显著 (P<
0.05),重金属对叶绿素总量的胁迫性总体表现为
Pb>Pb+Cr>Cr。pH5.6和 pH4.5时 , AR+Pb污
染对叶片叶绿素含量影响最大;pH3.5时 , AR+Pb
+Cr污染胁迫最显著 ,处理后的叶绿素总量比对照
图 1　不同处理水平下叶绿素总含量变化
Fig.1　Variationofcontentoftotalchlorophyllsunderdif-
ferenttreatments
组降低了 60.18%。而含 Cr处理危害性随酸雨酸
度的变化则相对较小 ,对叶绿素含量的胁迫也相对
最轻 。
2.1.2　污染对叶片中光合作用参数的影响　叶片
叶绿素荧光的变化是叶片光合效率变化的重要标
志。结果表明(表 4),酸雨和重金属危害可以引起
蕹菜叶片中的 PSⅡ实际光能转化效率(ΥPSⅡ )下
降 , PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)明显低于 0.85的正常
水平 (Dawson＆ Dennison, 1996),光合电子传递速
率(ETR)也受到了一定程度的胁迫。与对照相比 ,
AR+Pb+Cr、AR+Pb和 AR+Cr处理后的光量子
效率分别平均下降了 13.95%, 16.94%和 9.29%。
pH3.5 Pb+Cr时的光量子效率只相当于对照组的
74%,是 3个处理组中最低的 。说明在强酸度环境
下(pH≤3.5), Pb和 Cr复合污染对光量子效率的
影响具有协同效应。对 PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)
的分析表明 , AR+Pb对蕹菜叶片的危害最大 ,处理
后的蔬菜中平均光化学效率只相当于对照组(CK)
的 90.4%。AR+Pb+Cr对蔬菜的胁迫主要体现在
pH3.5的高酸度水平;AR+Cr处理后的光化学效
率(Fv/Fm)则没有明显差异(P>0.05)。对 ETR的
研究表明 , AR+Pb对 ETR影响最为显著。 pH3.5
Pb时 ,其光合电子传递速率(ETR)小于对照组的
50%。而 ETR受 AR+Cr污染的抑制仅体现在 pH
3.5的强酸度水平 。
1582 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 27卷　第 9期　
表 4　不同处理水平下各光合作用参数的变化
Tab.4　Variationofdifferentparametersofphotosynthesis
underdifferenttreatments
处理组 PSⅡ实际光能转化效率(ΥPSⅡ =yield)
PSⅡ光化学效率Fv/Fm
光合电子传递速率 ETR(μmol· m-2·
s-1)
CK 0.61±0.05 0.80±0.03 69.31±3.71
Pb+Cr 0.54±0.08 0.72±0.09 46.98±6.62
pH 5.6Pb+Cr 0.59±0.09 0.74±0.09 48.90±5.72
pH 4.5Pb+Cr 0.52±0.09 0.73±0.10 41.45±6.91
pH 3.5Pb+Cr 0.45±0.05 0.72±0.06 32.96±7.22
Pb 0.49±0.08 0.72±0.06 47.64±5.17
pH 5.6Pb 0.53±0.06 0.75±0.07 51.14±9.43
pH 4.5Pb 0.50±0.08 0.71±0.05 32.48±8.14
pH 3.5Pb 0.51±0.09 0.72±0.06 37.16±3.21
Cr 0.56±0.07 0.74±0.06 57.63±4.85
pH 5.6Cr 0.58±0.04 0.75±0.09 86.39±6.95
pH 4.5Cr 0.57±0.09 0.75±0.04 84.52±7.84
pH 3.5Cr 0.51±0.05 0.75±0.07 45.83±7.24
数据为平均值 ±标准差(n=3)。
2.2　污染对蕹菜中营养物质的影响
2.2.1　污染对含碳化合物的影响　1)可溶性糖 。
在模拟酸雨胁迫下 , 3个重金属处理组的可溶性糖
含量变化趋势存在较大差异(图 2)。 AR+Cr处理
后的可溶性糖含量随酸雨酸度的变化幅度最小 ,其
差异尚未达到显著性水平(P<0.05)。 Pb+Cr处
理和 Pb处理在非酸雨条件下即表现出对可溶性糖
形成的明显抑制 ,当酸度逐渐增加时 ,这种抑制作用
转变为促进 ,可溶性糖含量随酸度增大而增大 ,并在
pH4.5时达到最大 ,但与对照组之间的差异并不显
著 。pH3.5时 ,含量不再增加 ,可能是由于酸雨对
植株的伤害抑制了可溶性糖的合成。
2)还原性糖 。酸雨和重金属可明显抑制蕹菜
中的还原性糖(单糖和麦芽糖等)含量(图 3)。其
中 , AR+Pb处理的胁迫性随酸度的变化最为显著 。
pH<5.6时 ,还原性糖含量开始显著下降 ,降幅达到
图 2　不同处理条件下蕹菜中可溶性糖含量的变化Fig.2　VariationofsolublesaccharideinIpomoeaaquaticaForsk.underdifferenttreatments
图 3　不同处理条件下蕹菜中还原性糖含量的变化
Fig.3　VariationofreductivesaccharideinIpomoeaaquati-
caForsk.underdifferenttreatments
30.92%, pH4.5降至 pH3.5的过程中其含量不再
下降 ,始终维持在一个较低水平 。AR+Pb+Cr和
AR+Cr处理后的还原性糖含量在 pH4.5的水平达
到最大值 ,酸度继续增加至 pH3.5时 ,抑制作用增
强 ,含量显著下降。尤其是 AR+Cr处理后 ,还原性
糖含量比 pH4.5时下降了 47.52%,明显低于其他
处理 。 3个重金属处理组的影响结果具有显著差异
(P<0.05)。结合可溶性糖含量变化规律可以看
出 ,还原性糖含量下降 ,导致多糖合成的受阻 ,可能
是蕹菜中总含糖量下降的直接原因之一 。
2.2.2　污染对含氮化合物的影响　1)可溶性蛋白
质。试验表明(图 4),蕹菜中蛋白质含量与模拟酸
雨 pH值表现出良好正相关关系。与对照组相比 ,
各处理组蛋白质含量均有所下降 。尤其当 pH>4.5
时 , AR+Pb+Cr、AR+Pb和 AR+Cr处理的降幅分
别达到了 31.48%、 14.46%和 28.01%(与 pH4.5
的水平相比),极为显著(P<0.05)。这说明 ,当酸
雨酸度 pH>4.5后 ,复合污染对蛋白质形成胁迫更
强。此外 , AR+Pb+Cr处理的总体胁迫性小于 AR
+Pb和 AR+Cr处理。
图 4　不同处理条件下蕹菜中可溶性蛋白质含量的变化
Fig.4　VariationofsolubleproteininIpomoeaaquatica
Forsk.underdifferenttreatments
1583郑有飞等:模拟酸雨条件下 Pb2+和 Cr6+对蕹菜光合作用及品质的影响
图 5　不同处理条件下蕹菜中游离氨基酸含量的变化
Fig.5　VariationofaminoacidinIpomoeaaquaticaForsk.
underdifferenttreatments
　　2)游离氨基酸总量。与对照组相比 , pH≥5.6
时 ,不同处理后的蕹菜中的游离氨基酸含量均有所
增加(图 5)。最高值出现在 pH5.6的酸度水平 。
结合蛋白质含量在相映酸度的变化可以看出 ,这可
能是由于游离氨基酸向蛋白质的转化受到了重金属
抑制 ,造成蛋白质含量减少而游离氨基酸累积 。当
酸雨 pH<5.6时 ,游离氨基酸的形成也开始明显受
到了抑制 ,随酸度的增加 ,含量不断下降。 pH3.5
时 , AR+Pb+Cr、AR+Pb和 AR+Cr处理分别比
pH5.6时下降了 44.93%、29.77%和 42.84%,降幅
非常显著(P<0.05)。不同酸度水平间比较表明 ,
当模拟酸雨酸度增加时 , AR+Pb+Cr对游离氨基
酸的胁迫大于 AR+Pb和 AR+Cr处理 。
2.3　污染对蕹菜中有害物质累积的影响
2.3.1　污染对硝态氮累积的影响　由图 6可以看
出 ,随酸雨酸度的增加 , AR+Pb污染和 AR+Pb+
Cr污染均对蕹菜中的硝态氮积累有更为显著的促
进作用 ,而 Cr处理后的硝态氮累积量在酸雨施加前
后没有明显变化。其中 , AR+Pb对硝态氮形成的
促进最为显著 ,硝态氮含量随酸度增大而明显增加 ,
pH3.5时其含量比对照组增加了近 200%。 AR+
Pb+Cr对硝态氮的影响也随酸度增大而增大 。说
明酸雨酸度增大对于促进重金属活化 ,增加硝态氮
含量 ,降低蕹菜食用安全性方面的危害显著。
图 6　不同重金属污染对蕹菜硝态氮含量的影响随酸雨酸
度的变化
Fig.6　DiferenteffectsofheavymetalsonnitricnitrogenofswampcabbageaspHvalueofsimulatedacidrainchan-
ging
2.3.2　不同酸度环境下蕹菜对 Pb和 Cr的富集性
差异　由表 5可以看出 ,蔬菜可食用部分对于不同
的重金属累积效率不同 。酸雨引起的环境酸度变化
可以显著影响蔬菜对重金属的吸收 。对于施加 Pb
污染和 Cr污染的处理组 ,与对照组相比 ,各酸度下
Pb富集量的平均增长率为 511% ～ 918%,平均增幅
678%;而对 Cr的平均富集增长率为 1232%,达到
极显著水平(P<0.01)。但蕹菜中 Pb的绝对富集
作量明显大于 Cr。与 AR+Pb和 AR+Cr相比 , AR
+Pb+Cr处理后的 Pb平均富集率略有上升 ,而 Cr
则略有下降。说明 2种重金属之间可能存在竞争吸
附。此外 ,随 pH值下降 ,两种重金属的富集量几乎
都有一个先上升再下降 ,然后再上升的过程。在正
常环境酸度条件下 , 单纯施加重金属污染 , Pb+Cr
组和 Pb组蕹菜体内的 Pb含量由对照组的 0.28 mg
·kg-1 ,分别增加至 2.48和 1.99 mg· kg-1;Pb+Cr
组和 Cr组蕹菜中的 Cr含量也由 0.08 mg· kg-1分
别上升至 0.73和 0.82 mg· kg-1 , 增加显著 。 pH
5.6时 ,蕹菜中 2种重金属含量均略有下降 。 pH<
5.6时 ,随着模拟酸雨 pH值的下降 ,蕹菜体内的重
金属含量不断上升。 Cr富集随酸度的变化更为显
著。由不同酸度的组间差异还可以看出 , 对于 Pb
吸收 , 从 pH5.6到 pH4.5 , 平均富集量上升了
表 5　不同处理下蕹菜体内重金属含量(mg· kg-1)
Tab.5　Heavymetalconcentrationinswampcabbageunderdifferenttreatments
处理水平 Pb含量 (国家标准:0.20)Pb+Cr组 Pb组 Cr组
Cr含量 (国家标准:0.50)
Pb+Cr组 Pb组 Cr组
CK 0.28±0.07 0.28±0.07 0.28±0.07 0.08±0.01 0.08±0.01 0.08±0.01
HM 2.48±0.47 1.99±0.22 0.40±0.10 0.73±0.06 0.13±0.02 0.82±0.13
pH 5.6 2.05±0.20 1.74±0.26 0.33±0.04 0.55±0.19 0.10±0.03 0.80±0.09
pH 4.5 2.32±0.42 2.22±0.46 0.46±0.09 1.01±0.15 0.18±0.04 0.97±0.09
pH 3.5 3.23±0.74 2.89±0.71 0.78±0.13 1.72±0.53 0.24±0.05 1.87±0.27
数据为平均值 ±标准差(n=3)。
1584 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 27卷　第 9期　
26.76%,从 pH4.5到 pH3.5,平均富集量则上升
了 45.98%;对于 Cr吸收 ,其平均富集量也分别升
高了 59.24%(pH5.6 ～ 4.5)和 65.38%(pH4.5 ～
3.5)。可见酸度越大 ,蕹菜中的重金属吸收有加快
趋势。
3　讨　论
在模拟酸雨条件下 ,不同重金属对叶片的胁迫
性总体表现为 Pb>Pb+Cr>Cr。随酸雨酸度的增
加 , AR+Pb和 AR+Pb+Cr污染的胁迫性会随模拟
酸雨酸度的增加而显著增加 ,尤其当 pH<3.5后 ,
AR+Pb+Cr污染的胁迫性明显大于其他处理 ,对
蔬菜叶片造成巨大伤害 ,表明随着酸雨酸度增大 ,土
壤中的 Pb和 Cr污染间为协同效应 。此外 , pH5.6
时的重金属污染对蔬菜的危害小于单纯施加重金属
污染。这可能是由于 pH5.6的酸度水平增加了重
金属的淋溶流失 ,而未增加重金属的有效态含量 ,造
成蔬菜根系周围重金属含量下降。荧光参数的变化
体现了污染对叶片光合作用的影响。其中 PSⅡ光
化学效率 Fv/Fm与 CO2同化的量子效率具有良好
相关性(Baletal., 1994), PSⅡ实际光能转化效率
(ΥPSⅡ)则能反映出叶片实际吸收的光子供给 PSⅡ
反应中心的效率及开放的反应中心比例(邱栋梁 ,
等 , 2000)。相关分析表明 , 3个叶绿素荧光参数都
随污染程度的加深有不同程度的下降 ,但对胁迫强
度的敏感性存在差异 。
酸雨酸度达到一定阈值时 ,将破坏植物的微结
构 ,降低叶绿素含量和光合效率 ,出现伤害症状 ,阻
碍生长发育 ,异致减产(李德成等 , 1998)。同时酸
雨可导致土壤酸化和盐基流失 ,使植物对碳源和能
源的积累速度变慢 ,对氮素的吸收和同化能力下降
(童贯和 , 2005)。加之重金属存在对蔬菜根系生长
的抑制作用(张建新等 , 2007),蔬菜中营养物质含
量因此发生变化 ,品质下降 。酸雨条件下 ,重金属对
各营养物质的胁迫仍总体表现出 Pb>Pb+Cr>Cr
的规律性。蕹菜中的蛋白质和游离氨基酸与模拟酸
雨 pH值具有良好的正相关 ,这可能与污染抑制硝
酸还原酶 (NR)和谷氨酸合成酶(GOGAT)等酶活
性 ,阻碍有机氮的合成有关 。蕹菜中可溶性糖含量
随酸雨胁迫增强而上升 。其中 , AR+Pb处理后可
溶性糖含量随酸度的变化最为明显。但还原性糖含
量却随胁迫增强明显下降趋势 。表明可溶性糖含量
的增加是植物受到环境胁迫时的应激反应 ,在干旱 、
高温(周瑞莲等 , 1999)和铝胁迫(刘尼歌等 , 2007)
等环境条件下也有类似现象 。当胁迫强度进一步增
加时 ,可溶性糖含量就会逐渐下降 ,最后恢复到正常
水平 。
酸雨中 NO3 -的存在可以为蔬菜含氮有机物合
成提供充足氮源 ,另一方面 ,酸雨和重金属污染对蕹
菜有机氮合成相关酶活性的抑制反而加剧了蔬菜的
硝酸盐累积压力。 AR+Pb和 AR+Pb+Cr污染对
蕹菜中的硝态氮积累有显著的促进作用 。对重金属
累积的研究表明 ,蕹菜对 Pb的富集量明显大于 Cr。
但 Cr富集随酸度的变化更为显著 。两种重金属间
存在竞争吸附 。此外 ,随着酸雨酸度下降 ,蕹菜中的
重金属吸收有加快趋势 。蔬菜中重金属富集和硝态
氮的积累是两个相互独立又相互影响的过程 。重金
属存在 ,尤其是 Pb存在可以与根系周围的盐基离子
发生置换作用 ,导致蔬菜中 Mo含量显著降低(黎佳
佳等 , 2006),钼(Mo)是硝酸还原酶的金属辅基 ,缺
钼时 ,作物硝酸还原酶活性通常很低 ,硝态氮还原受
阻 ,即使植物吸收大量的硝酸盐 ,也不能被利用 ,一
方面体内累积大量硝态氮 ,另一方面却表现出含氮
有机物含量下降的现象(Notonetal., 1979)。
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作者简介　郑有飞 ,男 , 1959年生 ,教授 , 博士生导师。主要
从事大气环境与生态环境研究。 E-mail:zhengyf@nuist.
edu.cn
责任编辑　李凤芹
1586 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 27卷　第 9期