全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月 309
木麻黄幼苗对模拟酸雨胁迫的响应和Ca2+ 的调节作用
周希琴*
肇庆学院生物学系，广东肇庆 526061
提要 随着酸雨 pH 值的下降，木麻黄幼苗中超氧化物歧化酶(SOD)活性、叶绿素含量和叶绿素 a/b 值逐渐下降，过氧化
物酶(POD)活性、可溶性蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量和超氧阴离子自由基(O2－· )含量逐渐增加， 过氧化氢酶(CAT)活
性和脯氨酸含量先升后降。在同一强度酸雨胁迫下，经 0.1 和 1 mmol·L-1 Ca(NO3)2 处理的 SOD 活性、CAT 活性、叶绿素
含量和叶绿素 a/b 值相对较高，POD 活性、蛋白质含量、MDA 含量、O2－· 含量和脯氨酸含量相对较低，Ca2+ 可缓解酸雨
对木麻黄幼苗的伤害。
关键词 Ca2+；模拟酸雨胁迫；木麻黄幼苗；生理响应
Response to Simulated Acid Rain Stress in Casuarina equisetifolia Seedlings
and Regulation of Ca2+
ZHOU Xi-Qin*
Department of Biology, Zhaoqing College, Zhaoqing, Guangdong 526061, China
Abstract Under simulated acid rain, the activity of superoxide dismutase (SOD), the chlorophyll content and
chlorophyll a/b ratio decreased gradually. The activity of peroxidase (POD) and the soluble protein,
malondialdehyde (MDA) and superoxide anion (O2·¯ ) contents increased. The activity of catalase (CAT) and the
proline content increased firstly and decreased afterwards. However, under the same acid rain coercion, in the
Casuarina equisetifolia seedlings pretreated with 0.1 and 1 mmol·L-1 Ca(NO3)2, the activities of SOD and CAT,
the chlorophyll content and chlorophyll a/b ratio increased relatively; the activity of POD and the soluble
protein, MDA, O2·¯ and proline contents decreased relatively. The Ca
2+ pretreatment could reduce the harmful
effect of acid rain on Casuarina equisetifolia seedlings.
Key words Ca2+; simulated acid rain stress; Casuarina equisetifolia seedlings; physiological effect
收稿 2005-01-11 修定 　2005-04-21
资助 肇庆市科技创新项目(2005003)。
*E-mail: zhouxiqin666@163.com, Tel: 0758-2811052
我国是世界上酸雨的重灾区之一，其面积已
占国土面积的40%左右[1]，不同程度地对森林、水
体和农田生态系统造成伤害。因此，人们对植物
在酸雨条件下的各种反应及其机制作了大量工
作[1~5]，相比之下，有关钙对酸雨胁迫效应的研究
较少[6~8]，而对木麻黄幼苗抗酸雨的生理效应目前
未见报道。本文研究酸雨胁迫下木麻黄幼苗生理
生化变化及Ca2+对酸雨胁迫的生理效应，为减轻酸
雨对作物苗期的伤害和采用防护措施提供参考。
材料与方法
实验材料为普通木麻黄(Casuarina equiseti-
folia)品种“惠安1号”。苗高12~40 cm 时移植
入盆，每盆装 5 kg 固土和沙土的混合土，每盆
植 3 株，放在温室中培养。约 3 d 浇水 1 次，培
养温度：白天 26~38℃，黑夜 25~30℃。培养 3
个月后，作模拟酸雨胁迫和 C a 2 + 处理。分析纯
Ca(NO3)2配成 0、0.01、0.1、1、10 mmol·L-1 溶
液。模拟自然降雨中各种离子浓度(酸雨中离子浓
度，单位：mmol·L-1)为：K+ 15，Na+ 18，Ca2+
50，Mg2+ 15.5，NH4+ 40.5，H+ 36.5，O42- 140，
NO3- 21，Cl- 7.5，F- 7，用稀硫酸液配制酸雨[2]，
pH 值分别为4.5、4.0、3.5、3.0、2.5和 6.5(对
照)。以医用喷雾器将各种浓度Ca2+均匀喷洒于木
麻黄幼苗上，以滴水为度；钙处理后 24 h，将
酸雨均匀喷洒于整株幼苗上，根据自然降雨量的
平均数进行喷洒，每周 2~3 次，每次酸雨量 10
mm，每处理 6 个重复。处理 90 d 后取幼苗测定
各种生理指标。
植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月310
制备酶液时，从各实验组分别取1 g 木麻黄
幼苗的叶片，加入适量62.5 mmol·L-1 磷酸缓冲液
(pH 7.8)于冰浴中研磨，以14 000×g于 4℃下离
心15 min，上清液用于测定超氧化物歧化酶(super-
oxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase,
POD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)活性，可溶性
蛋白质、超氧阴离子(O2－· )、丙二醛(malondialde-
hyde, MDA)含量。可溶性蛋白质含量测定用考马
斯亮蓝 G-250 染色法[9]。SOD 活性用 NBT 光还原
法[10]测定。POD 活性用愈创木酚法[11]测定。CAT
活性用碘量法[12]测定。叶绿素含量及a/b值测定用
丙酮乙醇浸提法[13 ]。脯氨酸含量用酸性茚三酮
法[14]测定。O2－· 按照文献 14 的方法测定。MDA 含
量用硫代巴比妥酸法[15]测定。
结果与讨论
1 酸雨胁迫下木麻黄幼苗3种保护酶活性变化和
Ca2+ 的作用
图 1 显示：
(1) 随着酸雨胁迫强度(酸度)的增加，木麻黄
幼苗的 S O D 活性逐渐下降；P O D 酶活性上升；
CAT 活性先逐渐上升，到 pH 值 3.5 时，上升到
最高点，pH 值增强到 2.5 时，CAT 活性即受抑制
并急速下降。
(2) 在同一强度酸雨胁迫下，Ca2+处理的木麻
黄幼苗 SOD 活性随着 Ca2+ 浓度的增加而升高，1
mmol ·L-1 Ca ( NO 3) 2 处理的活性最高；0.1 和
1 mmol·L-1 Ca(NO3)2处理的POD酶活性较其他Ca2+
处理的明显下降；除pH值 2.5的酸雨胁迫外，同
一强度酸雨胁迫下，0.1和 1 mmol·L-1 Ca(NO3)2 处
理的 CAT 酶活性较其他 Ca2+ 处理的明显升高。这
表明，适当浓度的Ca(NO3)2 能增强酸雨胁迫下木
麻黄幼苗清除氧自由基的能力。
2 酸雨胁迫下木麻黄幼苗叶绿素含量及叶绿素a/b
值的变化和Ca2+ 的作用
图 2 结果表明，随着酸雨 pH 值的降低，叶
绿素含量逐渐下降，叶绿素a/b值也逐渐降低，pH
值2.5时下降到最低点。同一强度酸雨胁迫下，各
种浓度Ca(NO3)2处理的叶绿素含量和叶绿素a/b值
均有回升，其中，0.1和 1 mmol·L-1 Ca(NO3)2 处理
的表现明显。这表明，适当浓度的Ca2+对酸雨破坏
叶绿素有一定的保护作用。
3 酸雨胁迫下木麻黄幼苗中可溶性蛋白质、MDA、
脯氨酸、O2－· 含量的变化和 Ca2+ 的作用
图 3~ 6 显示：
(1)在酸雨胁迫下，随着酸雨酸度的增加，可
溶性蛋白质含量随之升高。除pH值 2.5的酸雨胁
迫外，同一强度酸雨胁迫下，0.1 和 1 mmol·L-1
Ca(NO3)2 处理的可溶性蛋白质含量较其他 Ca2+ 处
理的明显下降。但 0.1 mmol·L-1 Ca(NO3)2 对 pH
2.5酸雨胁迫下的可溶性蛋白质含量无影响(图3)。
(2)酸雨胁迫下，木麻黄幼苗 MDA 含量随着
酸雨强度的增加逐渐升高。同一强度酸雨胁迫
下，各种浓度 Ca(NO3)2 处理的 MDA 含量均有下
降，其中，在 pH 4.5、4.0 和 3.5 酸雨胁迫下，
0.1和1 mmol·L-1 Ca(NO3)2处理的表现明显(图4)。
可见，适宜浓度的 Ca(NO3)2 阻止 MDA 在植物体
图1 酸雨对木麻黄幼苗 SOD、POD 及
CAT 活性的影响和 Ca2+ 的作用
Fig.1 Effects of acid rain on the activities of the SOD, POD
and CAT in C. equisetifolia seedlings and regulation of Ca2+
植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月 311
内的积累，从而降低其对细胞的毒害作用。
(3)pH 4.5、4.0、3.5酸雨胁迫处理的木麻黄
幼苗脯氨酸含量明显高，但pH为 3.0和 2.5胁迫
处理的木麻黄幼苗脯氨酸含量则低(图5)。这可能
与高酸度胁迫损伤幼苗细胞内多种功能膜及酶系
统，造成脯氨酸合成代谢紊乱有关。pH 4.5、4.0、
3.5酸雨胁迫处理下，Ca(NO3)2能明显降低脯氨酸
含量，其中0.1 和 1 mmol·L-1 Ca(NO3)2 处理的表
现明显。
( 4 ) 随着酸雨酸度的增加，木麻黄幼苗中
O2－· 含量逐渐增加。除 pH 2.5 酸雨胁迫处理外，
Ca(NO3)2 明显降低O2－· 含量，其中0.1和1 mmol·L-1
Ca(NO3)2处理的表现明显(图6)。这显示酸雨胁迫
能够影响植物体内活性氧代谢系统的平衡[2,14]，而
适宜浓度的Ca(NO3)2 能降低酸雨胁迫下植物体内
活性氧的产生，从而降低O2－· 对植物细胞的破坏，
缓解酸雨对木麻黄的危害。
酸雨对作物生理影响的机制是其能加剧膜脂
的过氧化，以致膜保护物质降低，自由基和 MDA
大量积累，膜透性增加，因而细胞内含物外渗，
代谢失调；同时，由于酸雨的淋洗，植物叶中
的Ca2+、Mg2+ 等阳离子淋洗出来[16~18]。钙作为细
胞的结构与功能物质，尤其是第二信使在植物逆
境生理中有增强植物的生理功能。外施 Ca(NO3)2
可补充膜系统流失的钙，提高膜系统的完整性，
同时Ca2+ 还可增强 3 种抗氧化酶活性的相对稳定
性，减少自由基和 M D A 的积累，所以，对膜系
图3 酸雨对木麻黄幼苗可溶性蛋白质
含量的影响和Ca2+的作用
Fig.3 Effects of acid rain on the soluble protein content
in C. equisetifolia seedlings and regulation of Ca2+
图 4 酸雨对木麻黄幼苗MDA含量的影响和Ca2+ 的作用
Fig.4 Effects of acid rain on the MDA content in
C. equisetifolia seedlings and regulation of Ca2+
图5 酸雨对木麻黄幼苗脯氨酸含量的影响和Ca2+的作用
Fig.5 Effects of acid rain on the proline content in
C. equisetifolia seedlings and regulation of Ca2+
图2 酸雨对木麻黄幼苗叶绿素含量及叶绿素
a/b值的影响和Ca2+的作用
Fig.2 Effects of acid rain on the chlorophyll content and
chlorophyll a/b ratio in C. equisetifolia
seedlings and regulation of Ca2+
植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月312
统的破坏表现为抗酸能力增大。另外，外源 Ca2+
还可能会补偿叶绿体被膜上流失的 C a 2 +，确保
PSII电子传递和DICP光还原反应正常进行[19,20]，缓
解叶绿素合成的受抑制，增加木麻黄幼苗中叶绿
素的含量。总之，外施Ca(NO3)2 可用于化学调控
植物代谢，增强生理功能，抵御酸雨对木麻黄幼
苗的危害。
参考文献
1 吕均良, 李三玉, 黄寿波等. 模拟酸雨对葡萄叶片和花粉的
影响.应用与环境生物学报, 1999, 5(5): 459~463
2 严重玲, 李瑞智, 钟章成等. 模拟酸雨对绿豆、玉米生理生
态特性的影响. 应用生态学报, 1995, 6(增版): 124~131
3 黄建昌, 肖艳. 模拟酸雨对6种园林植物的影响. 西南农业
大学学报, 2002, 24(4): 360~362
4 王力军. 模拟酸雨致酸土壤对莴苣某些生理性状的影响. 植
物生理学通讯, 1991, 27(1): 32~34
5 周希琴. 木麻黄幼苗对酸雨胁迫的生理效应. 山地农业生物
学报, 2004, 23(3): 210~215
6 周青, 黄晓华, 陈燕等. 钙对酸雨伤害甜瓜幼苗的影响. 植物
生态学报, 1999, 23(2): 186~191
7 邱栋梁, 刘星辉, 郭素枝. 模拟酸雨胁迫下钙对龙眼光合功
能的调节作用.应用生态学报, 2002, 13(9): 1072~1076
8 束良佐, 孙五三. Ca2+浸种对酸雨伤害玉米幼苗的影响. 中
国环境科学, 2001, 21(2): 185~188
9 李合生主编. 植物生理生化实验原理和技术. 北京:高等教育
出版社, 2000. 184~185
10 Giannopolitis CN, Ries SK. Superoxide dismutase: Purifica-
tion and quantitative relationship with water solution pro-
tein seedling. Plant Physiol, 1977, 59: 315~318
11 张志良主编. 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出版社,
1990. 154~155
12 山东农学院, 西北农学院. 植物生理学实验指导. 济南: 山东
科技出版社, 1980. 109~114
13 陈福明, 陈顺伟. 混合液法测定叶绿素总量的研究.林业科技
通讯, 1984, (2): 4~8
14 中国科学院上海植物生理研究所, 上海市植物生理学会编.
现代植物生理学实验指南. 北京: 科学出版社, 1999. 303,
308~309
15 刘祖祺, 张石诚. 植物抗性生理学. 北京: 中国农业出版社,
1990. 370~372
16 Hogan GD. Physiological effects of direct impact of acidic
deposition on foliage. Agr Ecosyst Environ 1992, 42:
307~319
17 齐泽民, 王玄德, 宋光煜. 酸雨对植物影响的研究进展. 世界
科技研究与发展, 2004, 26(2): 84~90
18 陈少裕. 膜脂过氧化对植物细胞的伤害. 植物生理学通讯,
1991, 27(2): 84~90
19 孙大业. 植物细胞信号传导研究进展. 植物生理学通讯,
1996, 32(2): 81~91
20 Ghanotakis DF, Yocum CF. Photosystem II and oxygen-
evolving complex. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol,
1990, 41: 255~276
图6 酸雨对木麻黄幼苗O2－· 含量的影响和Ca2+的作用
Fig.6 Effects of acid rain on the O2－ · content in
C. equisetifolia seedlings and regulation of Ca2+