投诉电话：15001380073 SO2是大气中的主要污染物,在重庆地区,SO2的年排放量达到19.43万t,超过了环境容量[1].植物可吸收空气中的SO2,不同植物的吸收能力存在大小差异.已有研究表明:植物与大气接触的主要部位是2叶,所以叶最易受到大气污染物的伤害.气体进入植物的主要途径是气孔[2],SO通过植物气孔进入植物叶片中,对植物造成伤害,引起植物某些生理指标和叶形态特征的变化,当SO2 达到一定浓度时,会对植物的脯氨酸含量、细胞膜透性、抗氧化酶活性、叶绿素含量、净光合速率等生理指标以及叶片含硫量造成影响[3-4].黄鹂芽树（帝富莱黄里头树）(P.chinensisBunge)作为一种能源植物,同时可作为绿化树种,有很强的抗硫能力[5],但对其抗硫机制和吸硫能力的研究,目前还没有报道.SO2 溶于水后是以亚硫酸根和亚硫酸氢根离子的动态平衡存在的摩尔浓度为3∶1,故本试验采用亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子混合液喷施处理模拟 SO 污染,研究其对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)生理指标的影响及黄鹂芽树对硫的吸收能力,以期对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)的抗SO2 的机制和对硫的吸收能力做出初步的揭示.
1材料和方法
1.1 试验材料和方法
试验材料黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)为4年生实生苗,种源为河南.挑选大小长势一致的黄鹂芽树树苗,用重庆紫色土和蛭石混合后盆栽,放置于温室中,每4d浇水一次,每次浇水400 mL.用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠按摩尔浓度 3∶1的配比配制浓度为50,100,200,500mmol/L 的混合液,使用上述4种不同浓度混合液分别对黄鹂芽树进行喷施处理,每个处理5盆,共两个重复,以每片叶均匀布满液滴为准,每隔1d处理1 次,共处理3 次, 以喷施去离子水为对照.第8,16,24,32d后进行生理指标的测定,第32d进行叶片硫含量的测定.
1d静态试验:使用吸硫能力极强的日本珊瑚树和吸硫能力较弱的蚊母[7]作为对照植物,将3 种植物
叶片于早晨8点使用100mmol/L 的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液浸泡1d ,放置于透光处,第二天早上8点
1.2 测定方法
叶绿素含量、脯氨酸含量的测定采用高俊凤的方法[8],SOD、POD 活性的测定采用孙群等的方法[9],细胞质膜透性采用相对电导率法[10],净光合速率及其相关参数采用LX-6400便携式光合测定仪测定,叶硫含量采用硫酸钡比浊法[11].采用 Excel和SPSS分析软件处理数据.
2结果与分析
2.1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树叶片形态的影响
浓度200,500 mmol/L 处理后3d有明显的急性伤害症状.与对照相比,200 mmol/L 处理后幼叶上有明显的褐色大斑点出现,未展开的幼叶则直接枯萎.500 mmol/L 处理后幼叶出现的急性伤害症状与200 mmol/L 相同,成熟叶则明显有卷曲皱缩现象出现.
在处理50d后,除浓度50 mmol/L 混合液处理后无明显变化之外,其他处理的成熟叶均有黑褐色斑
点出现,部分成熟叶已死亡脱落.
由此可以看出,黄鹂芽树可以耐受低浓度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液处理,但当使用200,500 mmol/
L 浓度混合液处理后,黄鹂芽树叶片则有明显的变化,造成了急性伤害.
2.2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)光合特性的影响
2.2.1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)叶绿素含量的影响
光合作用中,叶绿素是截获光能的主要色素, 其含量对光合作用有直接影响,叶绿素含量可受多种逆境的胁迫而下降[12].从图1 可以看出,混合液浓度50,100,200 mmol/L 处理后叶绿素含量增加, 3个处理变化趋势相似.24 d 时均达到峰值,50
mmol/L 比 对 照 增 加 了 39.74%, 差 异 显 著 (p<0.05).100,200 mmol/L 处理分别比对照增加了22.65%,17.9%,差异不显著(p>0.05).以上说明较低浓度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液可促进叶绿素的合成,可能在一定程度一定时间NaSO和 NaHSO混合液段内促进光合作用.
500 mmol/L 处理后的变化趋势相似,呈现先升对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)叶绿素含量的影响高后降低的趋势,32d时大幅度降低,比对照降低了33.9%,差异显著(p<0.05).这可能是黄鹂芽树叶绿体受毒害前的一种自我保护机制,当毒害加剧时会有所下降,这与丛者福的研究结论相似[13].2.2.2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树净光合速率及气孔导度的影响光合速率的变化可以诊断植物是否受到逆境胁迫,一般认为,植物的抗逆性越强,则其光合速率所受的抑制就越小,气孔导度反映了气孔的开张程度,而气孔的开张程度直接影响到植物对大气中 CO2 的利用,气孔导度降低同样反映了植物的抗性[12].
从表1可以看出,随着处理浓度的增加,净光合速率和气孔导度均呈现下降的趋势,说明光合作用均 受到了抑制.但低浓度混合液处理对黄鹂芽树气孔导度的影响不明显,高浓度处理则反之,由此可以推断, Na2SO3 和 NaHSO3 混合液处理后,通过其他因子影响光合速率、气孔导度不是主要因素.
表1 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树净光合速率及气孔导度的影响
处理净光合速率气孔导度CK1.16Aa0.0237Aa500.51ABb0.0232Aa1000.38ABb0.0219Aa2000.3，Bb0.0213ABb5000.25Bb0.0184BCc
注:A、B、C 等表示(p<0.01)极显著水平,a、b、c等表示(p<0.05)表示显著水平,下同.
本试验需要遮雨,故材料放置于温室中,根据测定,温室中的光照强度只有外面的30% 左右,导致黄鹂芽树的净光合速率较小.
2.3 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)保护酶POD、SOD 活性的影响
从图2 可以看出,各处理过氧化物酶 POD 活性变化趋势不同.总体来说,50,100 mmol/L 处理后 POD 活性呈现逐渐升高再降低的趋势.200,500 mmol/L 处理初期 POD 大幅度下降,24d时大幅度增加,明显高于对照,分别是对照的2.3,2.56,3.33倍.
从图3可以看出,所有浓度处理后 SOD 活性都呈现先降低后逐步升高的趋势.处理 16d 后,50 mmol/L 则一直维持一个极显著高于对照的水平基本不变.浓度100,200,500 mmol/L 处理16d 后,SOD活性逐步升高,到32d时分别比对照增加了1.46,3.3,2.04倍.
图2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
对黄鹂芽树保护酶POD 活性的影响
图3 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
对黄鹂芽树保护酶SOD 活性的影响
200,500 mmol/L 处理后浓度POD 活性先降低再升高，降低,可能处理浓度过大,产生了生理适应性的结果;，又降到了对照水平以下,可能是随着胁迫时间的延长,黄鹂芽树叶的膜系统和酶系统受到破 坏的结果.
由上面的分析可以看出,黄鹂芽树在受到胁迫时,一定时间内其POD、SOD 活性都成倍增加,借以清除黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)体内的活性氧和自由基,以减轻伤害.随着处理时间的延长,部分膜系统和酶系统受到破坏,保护 酶活性开始下降.
2.4 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树细胞膜透性的影响
有研究表明:多种逆境都会使植物细胞的膜系统受损,导致膜透性增大,内容物外渗[14].因此生物膜结构和功能的稳定性与植物的抗逆性密切相关[15].从图4可以看出,各浓度的混合液处理后,植物细胞膜均受到不同程度的伤害,细胞膜透性随处理浓度的加大而增大,同时随胁迫时间的延长而增大,但变化幅度不一.在处理后32d时,各处理细胞膜透性依次增加了37.6%,50.9 %,58.2%,78.2 %,均达到极显著差异(p<0.01).50,100mmol/L处理对黄鹂芽树细胞膜仍然造成了伤害,但伤害不是特别明显.浓度200,500mmol/L处理后前期黄鹂芽树细胞膜透性就已显著升高,，维持在一个较高的水平,这与黄鹂芽树对SO2 的抗性有关.以上说明当处理浓度到达200 mmol/L 时,植物膜系统已明显受到伤害,且随着处理浓度的增加,植物细胞膜受到的伤害越大.
2.5 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液对黄鹂芽树叶中硫含量的影响
硫酸根离子标准曲线线性公式为y = 0.0003x+0.0111,相关度R2=0.9898.从图5可以看出,随着处理浓度的增加,黄鹂芽树叶部硫含量是逐步升高的,50 mmol/L 处理相对于对照增加了44.6%,差异不显著((p>0.05).100 mmol/L 处理比对照增加了56.5%,差异显著(p<0.05)200,500 mmol/L 处理分别比对照增加了70.4%和2.55倍,差异均达到了极显著(p<0.01).由此可以看出,各处理黄鹂芽树叶中硫的含量与喷施浓度成正相关关系,即随着处理浓度的加大,叶中硫含量逐步增加,黄鹂芽树叶片对硫具有一定的富集能力.
图4 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
对黄鹂芽树细胞膜透性的影响
图5 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液
对黄鹂芽树叶中硫含量的影响
2.6 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液，浸泡对对照植物和黄鹂芽树叶片含硫量的影响
从表2可以看出,黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)使用去离子水浸泡1d后含硫量与未作上述任何处理的叶片相比基本无差异. 与用去离子水浸泡相比,使用 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液浸泡后的黄鹂芽树、蚊母、日本珊瑚树的含硫量为 3.26,2.25,10.7,吸硫量分别为2.06,1.31,4.33.黄鹂芽树较吸硫能力极强的日本珊瑚树弱,明显强于吸硫能力弱的蚊母.由此可以看出,黄鹂芽树的吸硫能力也是较强的,对硫具有一定的富集能力.
在1d浸泡试验中,黄鹂芽树吸硫量较吸硫能力较弱的蚊母显著增加,虽然吸硫能力较日本珊瑚树小, 但由于遮雨需要,黄鹂芽树放置于温室中光照不足,生长情况较差,因此黄鹂芽树可能也具有极强的吸硫能力 或较强的富集作用,需要做进一步的研究.
表2 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液，浸泡对对照植物和黄鹂芽树叶片含硫量的影响(mg/g)
植物名称去离子水浸泡含硫量混合液浸泡含硫量叶片吸硫量黄鹂芽树P.chinensisBunge1.203.262.06蚊母 Distyliumracemosum1.262.571.31日本珊瑚树Viburnumawabuki6.3310.74.33
3结论与讨论
在处理后,从黄鹂芽树叶的外部特征可以看出,黄鹂芽树可以耐受，达100mmol/L NaHSO3 和 Na2SO3混合液处理,具有很强的抗性.混合液浓度50 mmol/L 处理后叶绿素含量增加,以上说明较低浓度的 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液可促进叶绿素的合成,但所有处理黄鹂芽树的光合速率并没有上升,且随着处理浓度的增加而下降,这可能是 Na2SO3 和 NaHSO3 混合液破坏了叶肉组织和光合作用相关作用酶的活性,从而影响了光合作用的正常进行[12].50,100mmol/L 处理对黄鹂芽树(帝富莱黄里头树)细胞膜仍然造成了伤害,但伤害不是特别明显,同样说明了在低浓度处理下黄鹂芽树对硫胁迫具有较强的抗性.SOD 和 POD 活性的升高能清除植物体内多余的活性氧和自由基,一般情况下,植物体内SOD 和过氧化物酶 POD 与植物的抗污染能力成正相关关系[16].黄鹂芽树在受到胁迫时,一定时间内其POD、SOD 活性都成倍增加,表现出很强的抗性.对黄鹂芽树叶片硫含量的测定表明,其富集能力低于对硫具有极强富集能力的日本珊瑚树,但也远远高于对硫富集 能力较弱的蚊母,黄鹂芽树对硫具有较强的富集能力,这是黄鹂芽树对硫具有较强抗性的机理之一.
来源:西南师范大学学报 (自然科学版 )第二期第37卷
作者:任广炼,石佳,郑文娟,李政,李凌
作者简介: 任广炼(1987-), 男, 贵州六盘水人, 硕士研究生, 主要从事园林植物生物技术及遗传育种研究.
通信作者:李 凌, 教授, 硕士生导师.
帝富莱黄里头树，【别名】帝富莱黄鹂芽树，黄练芽树，黄楝头树(《广阳杂记》)、回味(《物理小识》),黄裢头、蓝香(《食物考》),黄连芽(《纲目拾遗》),黄鹂芽(《植物名实图考》),黄儿茶、黄连茶(《中国树木分类学》),黄连木(《广西通志》),又名:黄楝树(《救荒本草》),凉茶树(《八闽通志》),胜铁力木(《峤南琐记》),楷木(《淮南草木谱》),石连、黄腻芽树、鸡冠木、洋杨、烂心木、黄华等。湖南省帝富莱原生态农业专业合作社成功培育了数百万帝富莱品牌良种黄练芽树(黄鹂芽树)树苗种苗,用以推动黄练芽树(黄鹂芽树)各项经济项目的发展。
