酸雨胁迫下La(Ⅲ)对大豆和玉米萌发种子保护酶系统的影响

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酸雨(acid rain)是全球性的污染源之一,目前我国的酸雨面积已超过国土面积的40%,根据环境保护部发布的数据显示,四川东部地区酸雨分布较集中,由此导致的生态环境的破坏及农业生产环境的污染,必然会影响作物的生长,并阻碍经济的发展。迄今为止,国内外已有大量关于酸雨对植物的生理生态影响的报道,研究的范围也很广泛,目前也涉及到对种子萌发的影响,但是大多数有关酸雨对植物生理生态影响的研究很少考虑到酸雨对种子萌发过程中其内在保护酶系统的影响。因此,研究植物种子萌发及其内在保护酶系统对酸雨胁迫的响应显得尤为重要。针对稀土元素能提高作物抗逆性及四川地区酸雨频繁的实际,本文采用模拟酸雨伤害常规种子实验研究方法,以C3植物大豆(Glycine max)“辽解1号”种子和C4植物玉米(Zea mays)’‘川单14号”种子为试材,初步考察了La(Ⅲ)对酸雨胁迫下两类种子萌发、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性及细胞质膜透性和丙二醛(MDA)含量的影响,从保护酶对种子萌发作用的角度,分析La(Ⅲ)缓解酸雨抑制作物种子萌发的环境生物学效应与机理,这将为确定稀土农用的安全浓度,为寻找合适的方法减轻酸雨胁迫对农作物的危害提供有力的科学依据。主要研究结果如下:(1)La(Ⅲ)的显效剂量筛选实验结果表现出低剂量促进高剂量抑制的现象,体现了稀土元素的Hormesis效应。5-25mg·L-1LaCl3溶液有利于大豆和玉米种子萌发,并降低细胞质膜透性;其中大豆种子最适剂量为20mg.L-1,玉米种子最适剂量为10mg.L-1。当浓度超过30mg·L-1时,大豆和玉米种子萌发受到抑制。(2)静态和动态实验结果显示,当胁时一定,大豆种子SOD、POD、CAT活性变化趋势相似,随着酸雨强度的增强表现出先升后降的趋势;玉米种子SOD、POD活性变化趋势与大豆种子相似,CAT活性却随着酸雨强度的增强不断降低。当胁迫强度不断增强时,在短时间内种子自身尚能抵御酸雨的伤害,但是随着胁迫时间的延长,这种伤害已无法修复,最终使种子失活。La(Ⅲ)能够有效地调控SOD、POD、CAT的稳定性,并可能参与到清除过量活性氧和自由基的反应中,从而有效的缓解了酸雨胁迫对种,子造成的伤害。(3)最适剂量的La(Ⅲ)处理能促进大豆种子和玉米种子萌发,调控抗氧化酶的活性,降低细胞质膜透性,减少MDA含量,从而缓解酸雨胁迫带来的伤害。两类种子在pH3.5时防护效果均显著;高强度酸雨(pH3.0时)使种子内部结构严重破坏,La(Ⅲ)的加入已无法缓解酸雨引发的伤害。(4)La(Ⅲ)能够有效地调控作物种子内部抗氧化酶的活性,从而提高活性氧清除系统的运行效率,并能改善种子内部活性氧代谢的情况,使种子细胞质膜透性和体内MDA的含量降低,减轻种子的膜脂过氧化程度。(5)大豆和玉米种子对酸雨的反应是不同的,综观SOD、POD、CAT活性、细胞质膜透性及MDA含量等指标的变化,结合两类种子萌发指标对酸雨的响应及其遗传特性,可推测出C4植物玉米种子抗酸雨胁迫能力高于C3植物大豆种子;而经La(Ⅲ)处理后,大豆种子对酸雨胁迫的缓解作用优于玉米种子。
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