SO2是大氣中的主要汙染物,在重慶地區,SO2的年排放量達到19.43萬t,超過了環境容量[1].植物可吸收空氣中的SO2,不同植物的吸收能力存在大小差異.已有研究表明:植物與大氣接觸的主要部位是2葉,所以葉最易受到大氣汙染物的傷害.氣體進入植物的主要途徑是氣孔[2],SO通過植物氣孔進入植物葉片中,對植物造成傷害,引起植物某些生理指標和葉形態特徵的變化,當SO2 達到一定濃度時,會對植物的脯氨酸含量、細胞膜透性、抗氧化酶活性、葉綠素含量、淨光合速率等生理指標以及葉片含硫量造成影響[3-4].黃鸝芽樹(P.chinensisBunge)作為一種能源植物,同時可作為綠化樹種,有很強的抗硫能力[5],但對其抗硫機制和吸硫能力的研究,目前還沒有報道.SO2 溶於水後是以亞硫酸根和亞硫酸氫根離子的動態平衡存在的摩爾濃度為3∶1,故本試驗採用亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子混合液噴施處理模擬 SO 汙染,研究其對黃鸝芽樹生理指標的影響及黃鸝芽樹對硫的吸收能力,以期對黃鸝芽樹的抗SO2 的機制和對硫的吸收能力做出初步的揭示.
1材料和方法
1.1 試驗材料和方法
試驗材料黃鸝芽樹為4年生實生苗,種源為河南.挑選大小長勢一致的黃鸝芽樹樹苗,用重慶紫色土和蛭石混合後盆栽,放置於溫室中,每4d澆水一次,每次澆水400 mL.用亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉按摩爾濃度 3∶1的配比配製濃度為50,100,200,500mmol/L 的混合液,使用上述4種不同濃度混合液分別對黃鸝芽樹進行噴施處理,每個處理5盆,共兩個重複,以每片葉均勻佈滿液滴為準,每隔1d處理1 次,共處理3 次, 以噴施去離子水為對照.第8,16,24,32d後進行生理指標的測定,第32d進行葉片硫含量的測定.
1d靜態試驗:使用吸硫能力極強的日本珊瑚樹和吸硫能力較弱的蚊母[7]作為對照植物,將3 種植物
葉片於早晨8點使用100mmol/L 的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液浸泡1d ,放置於透光處,第二天早上8點
1.2 測定方法
葉綠素含量、脯氨酸含量的測定採用高俊鳳的方法[8],SOD、POD 活性的測定採用孫群等的方法[9],細胞質膜透性採用相對電導率法[10],淨光合速率及其相關參數採用LX-6400便攜式光合測定儀測定,葉硫含量採用硫酸鋇比濁法[11].採用 Excel和SPSS分析軟件處理數據.
2結果與分析
2.1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹葉片形態的影響
濃度200,500 mmol/L 處理後3d有明顯的急性傷害症狀.與對照相比,200 mmol/L 處理後幼葉上有明顯的褐色大斑點出現,未展開的幼葉則直接枯萎.500 mmol/L 處理後幼葉出現的急性傷害症狀與200 mmol/L 相同,成熟葉則明顯有捲曲皺縮現象出現.
在處理50d後,除濃度50 mmol/L 混合液處理後無明顯變化之外,其他處理的成熟葉均有黑褐色斑
點出現,部分成熟葉已死亡脫落.
由此可以看出,黃鸝芽樹可以耐受低濃度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液處理,但當使用200,500 mmol/
L 濃度混合液處理後,黃鸝芽樹葉片則有明顯的變化,造成了急性傷害.
2.2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹光合特性的影響
2.2.1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹葉綠素含量的影響
光合作用中,葉綠素是截獲光能的主要色素, 其含量對光合作用有直接影響,葉綠素含量可受多種逆境的脅迫而下降[12].從圖1 可以看出,混合液濃度50,100,200 mmol/L 處理後葉綠素含量增加, 3個處理變化趨勢相似.24 d 時均達到峰值,50
mmol/L 比 對 照 增 加 了 39.74%, 差 異 顯 著 (p<0.05).100,200 mmol/L 處理分別比對照增加了22.65%,17.9%,差異不顯著(p>0.05).以上說明較低濃度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液可促進葉綠素的合成,可能在一定程度一定時間NaSO和 NaHSO混合液段內促進光合作用.
500 mmol/L 處理後的變化趨勢相似,呈現先升對黃鸝芽樹葉綠素含量的影響高後降低的趨勢,32d時大幅度降低,比對照降低了33.9%,差異顯著(p<0.05).這可能是黃鸝芽樹葉綠體受毒害前的一種自我保護機制,當毒害加劇時會有所下降,這與叢者福的研究結論相似[13].2.2.2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹淨光合速率及氣孔導度的影響光合速率的變化可以診斷植物是否受到逆境脅迫,一般認為,植物的抗逆性越強,則其光合速率所受的抑制就越小,氣孔導度反映了氣孔的開張程度,而氣孔的開張程度直接影響到植物對大氣中 CO2 的利用,氣孔導度降低同樣反映了植物的抗性[12].
從表1可以看出,隨著處理濃度的增加,淨光合速率和氣孔導度均呈現下降的趨勢,說明光合作用均 受到了抑制.但低濃度混合液處理對黃鸝芽樹氣孔導度的影響不明顯,高濃度處理則反之,由此可以推斷, Na2SO3 和 NaHSO3 混合液處理後,通過其他因子影響光合速率、氣孔導度不是主要因素.
表1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹淨光合速率及氣孔導度的影響
處理淨光合速率氣孔導度CK1.16Aa0.0237Aa500.51ABb0.0232Aa1000.38ABb0.0219Aa2000.35ABb0.0213ABb5000.25Bb0.0184BCc
注:A、B、C 等表示(p<0.01)極顯著水平,a、b、c等表示(p<0.05)表示顯著水平,下同.
本試驗需要遮雨,故材料放置於溫室中,根據測定,溫室中的光照強度只有外面的30% 左右,導致黃鸝芽樹的淨光合速率較小.
2.3 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹保護酶POD、SOD 活性的影響
從圖2 可以看出,各處理過氧化物酶 POD 活性變化趨勢不同.總體來說,50,100 mmol/L 處理後 POD 活性呈現逐漸升高再降低的趨勢.200,500 mmol/L 處理初期 POD 大幅度下降,24d時大幅度增加,明顯高於對照,分別是對照的2.3,2.56,3.33倍.
從圖3可以看出,所有濃度處理後 SOD 活性都呈現先降低後逐步升高的趨勢.處理 16d 後,50 mmol/L 則一直維持一個極顯著高於對照的水平基本不變.濃度100,200,500 mmol/L 處理16d 後,SOD活性逐步升高,到32d時分別比對照增加了1.46,3.3,2.04倍.
圖2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
對黃鸝芽樹保護酶POD 活性的影響
圖3 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
對黃鸝芽樹保護酶SOD 活性的影響
200,500 mmol/L 處理後濃度POD 活性先降低再升高最後降低,可能處理濃度過大,產生了生理適應性的結果;最後又降到了對照水平以下,可能是隨著脅迫時間的延長,黃鸝芽樹葉的膜系統和酶系統受到破 壞的結果.
由上面的分析可以看出,黃鸝芽樹在受到脅迫時,一定時間內其POD、SOD 活性都成倍增加,藉以清除黃鸝芽樹體內的活性氧和自由基,以減輕傷害.隨著處理時間的延長,部分膜系統和酶系統受到破壞,保護 酶活性開始下降.
2.4 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹細胞膜透性的影響
有研究表明:多種逆境都會使植物細胞的膜系統受損,導致膜透性增大,內容物外滲[14].因此生物膜結構和功能的穩定性與植物的抗逆性密切相關[15].從圖4可以看出,各濃度的混合液處理後,植物細胞膜均受到不同程度的傷害,細胞膜透性隨處理濃度的加大而增大,同時隨脅迫時間的延長而增大,但變化幅度不一.在處理後32d時,各處理細胞膜透性依次增加了37.6%,50.9 %,58.2%,78.2 %,均達到極顯著差異(p<0.01).50,100mmol/L處理對黃鸝芽樹細胞膜仍然造成了傷害,但傷害不是特別明顯.濃度200,500mmol/L處理後前期黃鸝芽樹細胞膜透性就已顯著升高,最後維持在一個較高的水平,這與黃鸝芽樹對SO2 的抗性有關.以上說明當處理濃度到達200 mmol/L 時,植物膜系統已明顯受到傷害,且隨著處理濃度的增加,植物細胞膜受到的傷害越大.
2.5 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液對黃鸝芽樹葉中硫含量的影響
硫酸根離子標準曲線線性公式為y = 0.0003x+0.0111,相關度R2=0.9898.從圖5可以看出,隨著處理濃度的增加,黃鸝芽樹葉部硫含量是逐步升高的,50 mmol/L 處理相對於對照增加了44.6%,差異不顯著((p>0.05).100 mmol/L 處理比對照增加了56.5%,差異顯著(p<0.05)200,500 mmol/L 處理分別比對照增加了70.4%和2.55倍,差異均達到了極顯著(p<0.01).由此可以看出,各處理黃鸝芽樹葉中硫的含量與噴施濃度成正相關關係,即隨著處理濃度的加大,葉中硫含量逐步增加,黃鸝芽樹葉片對硫具有一定的富集能力.
圖4 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
對黃鸝芽樹細胞膜透性的影響
圖5 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
對黃鸝芽樹葉中硫含量的影響
2.6 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液一天浸泡對對照植物和黃鸝芽樹葉片含硫量的影響
從表2可以看出,黃鸝芽樹使用去離子水浸泡1d後含硫量與未作上述任何處理的葉片相比基本無差異. 與用去離子水浸泡相比,使用 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液浸泡後的黃鸝芽樹、蚊母、日本珊瑚樹的含硫量為 3.26,2.25,10.7,吸硫量分別為2.06,1.31,4.33.黃鸝芽樹較吸硫能力極強的日本珊瑚樹弱,明顯強於吸硫能力弱的蚊母.由此可以看出,黃鸝芽樹的吸硫能力也是較強的,對硫具有一定的富集能力.
在1d浸泡試驗中,黃鸝芽樹吸硫量較吸硫能力較弱的蚊母顯著增加,雖然吸硫能力較日本珊瑚樹小, 但由於遮雨需要,黃鸝芽樹放置於溫室中光照不足,生長情況較差,因此黃鸝芽樹可能也具有極強的吸硫能力 或較強的富集作用,需要做進一步的研究.
表2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液一天浸泡對對照植物和黃鸝芽樹葉片含硫量的影響(mg/g)
植物名稱去離子水浸泡含硫量混合液浸泡含硫量葉片吸硫量黃鸝芽樹P.chinensisBunge1.203.262.06蚊母 Distyliumracemosum1.262.571.31日本珊瑚樹Viburnumawabuki6.3310.74.33
3結論與討論
在處理後,從黃鸝芽樹葉的外部特徵可以看出,黃鸝芽樹可以耐受最高達100mmol/L NaHSO3 和 Na2SO3混合液處理,具有很強的抗性.混合液濃度50 mmol/L 處理後葉綠素含量增加,以上說明較低濃度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液可促進葉綠素的合成,但所有處理黃鸝芽樹的光合速率並沒有上升,且隨著處理濃度的增加而下降,這可能是 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液破壞了葉肉組織和光合作用相關作用酶的活性,從而影響了光合作用的正常進行[12].50,100mmol/L 處理對黃鸝芽樹細胞膜仍然造成了傷害,但傷害不是特別明顯,同樣說明了在低濃度處理下黃鸝芽樹對硫脅迫具有較強的抗性.SOD 和 POD 活性的升高能清除植物體內多餘的活性氧和自由基,一般情況下,植物體內SOD 和過氧化物酶 POD 與植物的抗汙染能力成正相關關係[16].黃鸝芽樹在受到脅迫時,一定時間內其POD、SOD 活性都成倍增加,表現出很強的抗性.對黃鸝芽樹葉片硫含量的測定表明,其富集能力低於對硫具有極強富集能力的日本珊瑚樹,但也遠遠高於對硫富集 能力較弱的蚊母,黃鸝芽樹對硫具有較強的富集能力,這是黃鸝芽樹對硫具有較強抗性的機理之一.
來源：西南師範大學學報 （自然科學版 ）第二期第37卷
作者：任廣煉，石佳，鄭文娟，李政，李凌
作者簡介： 任廣煉（１９８７－）， 男， 貴州六盤水人， 碩士研究生， 主要從事園林植物生物技術及遺傳育種研究．
通信作者：李 凌， 教授， 碩士生導師．
黃練芽樹【別名】黃楝頭樹（《廣陽雜記》）、回味（《物理小識》），黃褳頭、藍香（《食物考》），黃連芽（《綱目拾遺》），黃鸝芽（《植物名實圖考》），黃兒茶、黃連茶（《中國樹木分類學》），黃連木（《廣西通志》），又名：黃楝樹（《救荒本草》），涼茶樹（《八閩通志》），勝鐵力木（《嶠南瑣記》），楷木（《淮南草木譜》），石連、黃膩芽樹、雞冠木、洋楊、爛心木、黃華、帝富萊黃鸝芽樹等。湖南省帝富萊原生態農業專業合作社成功培育了數百萬帝富萊品牌良種黃練芽樹（黃鸝芽樹）樹苗種苗，用以推動黃練芽樹（黃鸝芽樹）各項經濟項目的發展。
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