酸雨作为世界十大环境问题之一,已越来越受到社会及学者的关注;酸雨会引起植物体及生态系统钙流失,从而严重危害植物生长,导致森林衰退。已有研究显示,外源钙的施加可以帮助受酸雨危害过森林的恢复,但不同钙浓度下植物对酸雨抗性如何尚缺乏研究;同时,目前对酸雨危害的研究也多集中在生理水平,少见机理层次的报道。基于以上两方面研究的重要性,本文以酸雨区主要物种马尾松（Pinus massoniana）、柳杉（Cryptomeria fortunei）、杉木（Cunninghamialanceolata）、枫香（Liquidambar formosana）、华山松（Pinus armandi）、锥栗（Fagaceae henryi）种子和幼苗为研究对象,研究其在3种钙水平上对酸雨的响应;并利用荧光差异凝胶电泳（DIGE）技术,分析酸雨处理下马尾松和湿地松（Pinus elliotii）幼苗蛋白质组学的变化。主要结果如下:
pH3.0酸雨处理下,6种植物种子的活力、发芽率、发芽指数、胚根长度受到抑制;不同钙浓度对种子的发芽能力影响显著,高钙条件下种子发芽能力得到有效恢复,即钙能够缓解酸雨对植物种子的危害。不同植物对钙的喜好程度不同,恢复程度也存在种间差异。不同钙浓度下,酸雨对6种植物叶片表面伤害、叶绿素含量及净光合速率的影响程度不同,钙离子能够提高幼苗抵抗酸雨的能力;随钙浓度升高,叶片伤斑减小甚至消失,叶绿素含量升高,光合能力增强。
经pH3.0酸雨处理马尾松幼苗2月,有35个蛋白的表达变化量在2倍以上;其中,下调蛋白点14个,上调蛋白点21个。对差异蛋白进行归类分析发现,酸雨处理可以下调3个Rubisico大亚基蛋白,致使光合作用效率降低。同时,蔗糖磷酸酶、丙酮酸脱氢酶、磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸核酮糖激酶、果糖二磷酸醛缩酶、苯醌氧化还原酶表达量下降,导致糖酵解、磷酸戊糖途径、脂肪酸代谢等生理活动不能正常进行。另一方面,酸雨胁迫可以导致ATP合成酶、颗粒结合型淀粉合成酶、叶绿体苹果酸脱氢酶的表达量升高,上调机体内这些能量相关酶的表达,增加对酸雨胁迫的抗性。此外,酸雨胁迫还可以下调赤霉素氧化酶、异黄酮还原酶、胆色素脱色氨酶、脱氢奎尼酸合成酶等与次生代谢相关酶的表达。最后,酸雨胁迫下,与Ca2+有关的单二氢抗坏血酸还原酶、热激蛋白、过氧化物酶的表达量升高,致使机体对酸雨的抗性提高。
总之,酸雨胁迫对植物体的影响影响是多途径的,机体则通过降低自身能量损耗及激活其他能量途径来保证能量供应,维持正常生长;钙离子可以诱导植物体过量表达相关蛋白,提高对酸雨胁迫的抗性。
