全 文 ：中国生态农业学报 2009年 9月 第 17卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sept. 2009, 17(5): 1051−1053


* 江苏省教育厅项目“高等学校大学生实践创新训练”(20070730)资助
** 通讯作者: 周青(1959～), 男, 教授, 主要研究方向为农业环境生态。E-mail: zhouqeco@yahoo.com.cn
余慧(1988~), 女, 学士, 研究方向为农业环境生态。E-mail: jstx880423@163.com
收稿日期: 2008-09-01 接受日期: 2008-12-12
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.01051
La(Ⅲ)对酸雨胁迫下大豆萌发种子
能量代谢的影响*
余 慧 1 王 惠 2 周 青 1,2**
(1. 江南大学工业生物技术教育部重点实验室 无锡 214122; 2. 江南大学环境与土木工程学院 无锡 214122)
中图分类号: S565.1; Q591.8 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)05-1051-03
Effect of La(Ⅲ) on energy metabolism in germinating soybean
seeds under acid rain stress
YU Hui1, WANG Hui2, ZHOU Qing1,2
(1. Key Laboratory for Industrial Biotechnology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;
2. School of Environment and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
(Received Sept. 1, 2008; accepted Dec. 12, 2008)
酸雨(Acid rain, AR)已成为国际性的环境问题,
由此引发世界各国政府与科学家的广泛关注。种子
萌发是作物生命历程的起点, 其萌发率高低、萌发
生理进程改变等皆关乎作物后期生育状况, 乃至最
终经济产量。国内外研究显示, 当 AR强度大于萌发
伤害阈值时, 种子发芽率(势)、发芽指数与活力指数
等萌发指标明显趋劣[1−3]。前期研究证实[4], AR可降
低过氧化物酶(POD)及淀粉酶活性 , 从而使贮藏物
质水解、运转及消耗过程受抑。探讨缓解土壤酸化
危害、增强植物抵御 AR胁迫能力, 成为减轻 AR伤
害植物研究的热点之一。稀土元素可提高种子中与
萌发相关酶的活性, 从而加快大分子物质代谢, 提
供种子萌发所需能量和养分, 促进种子萌发 [5]。能
量代谢为种子萌发时有机物分解、合成与营养物质
运输提供条件, 但有关稀土和酸雨对种子萌发时能
量代谢影响的相关报道较少 [6−8]。本文以大豆种子
为对象 , 以稀土元素 La(Ⅲ )为调控手段 , 研究
La(Ⅲ)对 AR 胁迫下种子萌发时能量代谢的影响 ,
以求了解稀土对 AR抑制种子萌发的生物学效应与
机理。
1 材料与方法
1.1 模拟酸雨的配制
先配制 pH1.0 的模拟酸雨母液, 母液中硫酸和
硝酸体积比为 4.7∶1。将母液调制成 pH 2.0、2.5、
4.0 的 AR 溶液, 并经 PHS-29A 酸度计(上海精密科
学仪器有限公司)校准。对照(CK)为与母液离子成分
相同的中性溶液(pH 7.0)。
1.2 试验材料处理
选取均匀饱满的“台湾 292”大豆种子 , 用
0.1%HgCl2溶液消毒 5 min, 去离子水洗净。设置 AR
和 La(Ⅲ)+AR 2 个处理组。AR 组 pH 分别为 2.0、
2.5和 4.0, 并设 pH 7.0的对照, 先用去离子水浸种,
La(Ⅲ )+AR 复合组先用前期筛选出的最适浓度
LaCl3 (1 mg·kg−1)溶液浸种, 时间均为 24 h。将大豆
种子均匀排列在直径 12 cm、垫有两层滤纸的培养皿
中, 每皿 100粒, 恒温培养箱中(20±1.0 ℃)萌发, 之
后进行AR胁迫。每天更换相应酸液, 萌发 1周结束。
萌发结束后, 测定种子萌发呼吸速率、呼吸商、CAT
活性、线粒体活性、ATP 和能荷。试验中所有处理
与 CK皆 3次重复。
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1.3 测试方法
呼吸速率、呼吸商(RQ)和过氧化氢酶(CAT)活性
分别采用呼吸比重瓶法和滴定法测定 [9], 线粒体蛋
白、ATP 及能荷<([ATP]+1/2[ADP])/([ATP]+[ADP]+
[AMP])>测定方法参考文献[10,11]; 所有数据经统
计学处理并用 LSD进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 La(Ⅲ)对大豆种子呼吸速率的影响
随 AR 胁迫强度增加, 萌发种子呼吸速率呈渐
降变化(图 1)。pH2.0、2.5、4.0的 AR组, 大豆种子
呼吸速率分别较 CK 下降 93.6%、72.3%和 43.2%。
AR强度对呼吸速率影响呈剂量−效应关系。La(Ⅲ)+
AR 组萌发种子呼吸速率虽也低于 CK, 但高于对应
的 AR组, 表明 La(Ⅲ)可在一定程度上缓解 AR对种
子呼吸作用的伤害。但在高强度 AR胁迫下, 作用不
明显(图 1)。
2.2 La(Ⅲ)对大豆种子 CAT活性的影响
随 AR胁迫强度增大, 萌发种子 CAT活性下降,
但降幅小于呼吸速率。La(Ⅲ)+AR组的 CAT活性虽
低于 CK, 但高于对应的 AR 组, 表明 La(Ⅲ)对 AR
胁迫下萌发种子 CAT 活性有促进作用, 其效果受
AR强度影响, 高强度 AR胁迫下作用不明显(图 2)。
2.3 La(Ⅲ)对大豆种子能量代谢的影响
随 AR 胁迫强度增加, 大豆种子线粒体蛋白含


图 1 La对酸雨胁迫下萌发大豆种子呼吸速率的影响
Fig. 1 Effect of La on respiration rate of germinating
soybean seeds under acid rain stress

图 2 La对酸雨胁迫下萌发大豆种子 CAT活性的影响
Fig. 2 Effect of La on CAT activity of germinating
soybean seeds under acid rain stress

量呈下降趋势(图 3), 表明 AR 对大豆萌发种子线粒
体有较大伤害。La(Ⅲ)+AR 组的线粒体蛋白含量低
于 CK, 但高于对应的 AR 组, 表明 La(Ⅲ)对 AR 胁
迫下种子线粒体有一定的保护作用。AR胁迫对种子
萌发时 ATP和能荷的影响规律与线粒体蛋白含量近
似(图 3), 区别在于 pH2.0时 ATP与能荷值均为 0。
La(Ⅲ)+AR组的 ATP含量与 EC低于 CK, 同样高于
对应的 AR组, 表明 La(Ⅲ)有缓解 AR胁迫下种子萌
发时 ATP 含量与能荷下降效应, 且减轻低强度 AR
的伤害效果优于高强度 AR。
3 讨论与结论
种子萌发过程中, 原生质由凝胶态转为溶胶态,
生理生化反应加强, 呼吸速率提高, 水解贮藏物以
满足细胞生长、分裂, 新酶合成, 以及组织、器官构
建对能量与物质的需求。CAT 能催化细胞氧化还原
过程产生的 H2O2 发生歧化反应, 生成水和氧分子,
使细胞免受 H2O2毒害。细胞质膜具有选择通透功能,
也是细胞外周物质转运与能量代谢场所。AR 抑制
CAT活性, 使自由基积累增加, 加速 O2−、H2O2转化
为毒性更强的·OH 自由基, 诱发细胞生物膜过氧化
分解, 膜与细胞超微结构破坏[12−14]。线粒体蛋白含
量是线粒体活性的反映[15], 酸雨胁迫下, 线粒体蛋
白含量下降, 种子呼吸强度下降, 导致能量合成效
率(能荷)降低, 最终抑制种子萌发。La(Ⅲ)或可通过
直接清除 O2−, 间接清除·OH 而降低脂质过氧化作


图 3 La对酸雨胁迫下萌发大豆种子能量代谢的影响
Fig. 3 Effect of La on energy metabolism of germinating soybean seeds under acid rain stress
第 5期 余 慧等: La(Ⅲ)对酸雨胁迫下大豆萌发种子能量代谢的影响 1053


用, 保护生物膜和蛋白质, 从而保护了线粒体的功能,
提高大豆抗酸雨胁迫能力, 该结论与稀土铈对盐胁
迫下小麦线粒体功能保护作用的结果相近[16]。大量研
究证实[5,17], 在逆境胁迫中, 稀土具有稳定植物细胞
膜结构、增强抗氧化酶(CAT、POD、SOD)清除自由
基能力、促进细胞内物质合成与分解、物质转运和能
量代谢等多种生物学作用。这是本试验中 La(Ⅲ)缓解
AR降低种子萌发呼吸速率、线粒体蛋白、ATP和能
荷, 提高种子抗 AR胁迫伤害能力的生理生化基础。
至于 La(Ⅲ)对 pH2.5~2.0 高强度 AR 的作用不明显,
可能与高强度 AR对线粒体结构不可逆伤害有关。
综合所述, AR能够降低大豆种子萌发过程中呼
吸速率、线粒体蛋白、ATP和能荷, 且 AR强度与上
述指标间存在剂量−效应关系 ; La(Ⅲ)浸种可缓解
AR胁迫下上述各指标降幅, 减轻低强度 AR伤害的
效果优于高强度 AR。
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