韓 陽(yáng),果永超,李鴻江,陳慶飛

(遼寧大學(xué) 生命科學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

赤松對(duì)汽車尾氣脅迫的生理響應(yīng)

韓 陽(yáng),果永超,李鴻江,陳慶飛

(遼寧大學(xué) 生命科學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

以遼寧仙人洞自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)、距離路邊3米左右的成年赤松為材料，以針葉葉綠素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量及保護(hù)酶活性為指標(biāo)，研究交通尾氣脅迫對(duì)赤松的影響及植物的響應(yīng).結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相比，植物葉綠素含量沒有顯著差異，但是實(shí)驗(yàn)組葉綠素a/b比對(duì)照升高了8.55%；MDA含量比對(duì)照組高74.34%；實(shí)驗(yàn)組脯氨酸含量是對(duì)照的4.27倍，實(shí)驗(yàn)組SOD和CAT活性分別降低47.48%、36.73%，POD活性升高57.90%.

赤松；生理響應(yīng)；汽車尾氣

0 引言

赤松是遼寧仙人洞國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的地帶性鄉(xiāng)土樹種，所形成的赤松林亦是地帶性植物群落.保護(hù)區(qū)現(xiàn)有的大面積的天然赤松林是目前保存比較完好的植物群落，其物種組成和數(shù)量比例相對(duì)穩(wěn)定，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層次較多，而且能充分有效地利用周圍的資源，與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件相適應(yīng)，是仙人洞自然保護(hù)區(qū)有代表性的地帶性植被，也是本區(qū)保護(hù)的主要對(duì)象.但是近年來，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，車輛數(shù)量劇增，車輛產(chǎn)生的交通尾氣對(duì)赤松的生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的影響，部分靠近公路的赤松出現(xiàn)了針葉枯黃、蟲害加重的現(xiàn)象，這在一定程度上增加了對(duì)赤松的保護(hù)難度.為了探究交通尾氣對(duì)赤松生長(zhǎng)發(fā)育的影響，本研究以保護(hù)區(qū)內(nèi)道路兩邊赤松為研究對(duì)象，對(duì)赤松針葉部分抗逆性指標(biāo)及保護(hù)酶活性進(jìn)行測(cè)定，旨在為赤松可持續(xù)利用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

在遼寧仙人洞自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)，選取距離路邊3 m左右、胸徑30 cm的赤松為樣樹；以在保護(hù)區(qū)核心區(qū)，生長(zhǎng)環(huán)境與樣樹相似的、同等大小的赤松為對(duì)照進(jìn)行試驗(yàn).在每株樹的東西南北四個(gè)方向上，選取樹干中部的枝條，采集生長(zhǎng)狀況良好的針葉，采集后于4 ℃保存，在3天內(nèi)完成試驗(yàn).于2015年10月中上旬，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照區(qū)采樣.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 葉綠素含量的測(cè)定

葉綠素含量測(cè)定參考張志良[1]的方法.取新鮮赤松針葉0.5 g，放入研缽中，加入純丙酮5 mL，少許碳酸鈣和石英砂，研磨成勻漿；用80%丙酮定容至10 mL；4 000 r/min 下離心10 min；棄沉淀，上清液測(cè)定663 nm和645 nm處的OD值.并根據(jù)公式計(jì)算葉綠素的值.

1.2.2 脯氨酸含量的測(cè)定

脯氨酸含量的測(cè)定采用磺基水楊酸法[1]：取新鮮針葉0.5 g，加入3 mL磺基水楊酸研磨，勻漿在沸水浴中提取10 min；冷卻至室溫之后，3 000 r/min下離心10 min；取提取液2 mL于試管中，加入2 mL 純水、2 mL冰乙酸和4 mL酸性茚三酮試劑，搖勻，沸水浴中加熱60 min；冷卻至室溫，加入4 mL甲苯，待分層之后吸取甲苯層，于520 nm下測(cè)OD值.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程計(jì)算對(duì)應(yīng)的脯氨酸含量.

1.2.3 保護(hù)酶及丙二醛(MDA)含量的測(cè)定

取赤松葉片0.5 g，加入8 mL pH 7.0的50 mmol/L磷酸緩沖液，在冰浴下碾磨，紗布過濾后4 ℃ 下1 000 r/min離心20 min，上清液轉(zhuǎn)至10 mL容量瓶，用pH 7.0的50 mmol/L磷酸緩沖液定容，用于MDA含量和SOD、CAT和POD活性的測(cè)定.SOD活性測(cè)定采用NBT(氮藍(lán)四唑)方法[2].測(cè)定SOD對(duì)氮藍(lán)四唑(NBT)的光還原的抑制作用，用抑制光還原NBT 50%為一個(gè)酶活性單位；POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[3]， 每隔30s記錄1次吸光度,以每分鐘內(nèi)A470每下降0.1為1個(gè)活性單位.CAT活性測(cè)定用紫外吸收法[4]，以每分鐘內(nèi)A240每下 0.1為1個(gè)酶活力單位.

MDA含量的測(cè)定采用郝再彬方法[5]，并根據(jù)下列公式計(jì)算出MDA的含量.

MDA=6.45(A532-A600))-0.56A450.

1.2.4 統(tǒng)計(jì)方法

利用 DPS統(tǒng)計(jì)軟件和 Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 赤松針葉葉綠素對(duì)交通尾氣脅迫的響應(yīng)

葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用所必需的色素,它的含量及葉綠素a/葉綠素b比值的變化可以作為植物受污染脅迫程度的指標(biāo).表1表明，交通尾氣脅迫對(duì)赤松葉綠素含量及葉綠素a/b有一定影響.在交通尾氣脅迫下，赤松針葉葉綠素色素含量有一定程度的下降，葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量分別下降3.03%、10.46%和6.08%；但是葉綠素含量的下降沒有達(dá)到顯著水平(P>0.05).實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照相比，葉綠素a/b有顯著差異(P<0.05)，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照升高了8.55%；這一結(jié)果的出現(xiàn)表明葉綠素a、葉綠素b分解速度對(duì)交通尾氣污染的響應(yīng)程度不同.

2.2 交通尾氣脅迫對(duì)赤松脯氨酸含量的影響

由圖1可見：實(shí)驗(yàn)組赤松的脯氨酸的含量明顯高于對(duì)照組，是對(duì)照的4.27倍，兩者差異極顯著(P<0.01).植物體內(nèi)脯氨酸含量的積累，是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理性適應(yīng)反應(yīng)，具有雙重意義：一是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能遭受傷害的反應(yīng)；二是植物對(duì)逆境的適應(yīng)表現(xiàn)，具有防護(hù)效應(yīng)及保護(hù)植物自身的功能[6].本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的出現(xiàn)表明在體內(nèi)積累脯氨酸可能是赤松應(yīng)對(duì)交通尾氣脅迫的重要途徑.

表1 交通尾氣脅迫對(duì)赤松針葉葉綠素的影響

圖1 交通尾氣對(duì)赤松脯氨酸含量的影響

2.3 交通尾氣脅迫對(duì)赤松丙二醛(MDA)含量的影響

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其含量可表示膜脂過氧化作用的程度.赤松在交通尾氣的脅迫下，MDA含量呈上升趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)組材料MDA含量比對(duì)照組高74.34%，兩者差異顯著(P<0.05).這表明尾氣污染誘導(dǎo)赤松體內(nèi)產(chǎn)生大量的氧自由基，導(dǎo)致膜脂過氧化最終產(chǎn)物MDA含量的增加.

圖2 交通尾氣脅迫對(duì)赤松丙二醛(MDA)含量的影響

表2 交通尾氣脅迫對(duì)赤松保護(hù)酶活性的影響 單位：U·gFW-1

2.4 保護(hù)酶對(duì)交通尾氣脅迫的響應(yīng)

由表2可知，與對(duì)照相比，實(shí)驗(yàn)組赤松針葉幾種保護(hù)酶活性都有所變化，其中超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性下降，降低幅度分別為47.48%、36.73%；實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01).與SOD、CAT變化不同，受交通尾氣污染赤松的過氧化物酶(POD)活性較對(duì)照的升高57.90%，呈顯著性差異(P<0.05).從上述結(jié)果可以看出，在受到交通尾氣污染時(shí)，不同的保護(hù)酶變化趨勢(shì)是不同的，這種不同步不僅表現(xiàn)為升高或降低的幅度差異，即對(duì)同一污染狀況的敏感程度不同；也可能表現(xiàn)為方向的不同(升高或降低).

3 討論

交通尾氣是城市大氣污染的主要來源之一,其成分非常復(fù)雜,包含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔?、硫氧化合物、揮發(fā)性有機(jī)物和臭氧等氣體,及碳黑、焦油和重金屬等顆粒物,其中的硫氧化合物主要是SO2[7].這些物質(zhì)會(huì)影響植物葉表皮的微形態(tài)和光合色素含量,如改變其蠟質(zhì)層、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞數(shù)、氣孔密度和大小等,降低葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素的含量,進(jìn)而影響植物的光合作用和生長(zhǎng)[8-9].有實(shí)驗(yàn)表明，，植物受低濃度SO2等污染物危害后，葉綠素a/b的值上升[10].認(rèn)為葉綠素受到大氣污染后，葉綠素b較葉綠素a分解得快，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素a/b值上升[11].據(jù)此推測(cè)，本實(shí)驗(yàn)中受污染地段赤松葉綠素a/b的變化與交通尾氣中SO2的作用有關(guān).

雖然有研究指出交通尾氣中的二氧化硫?qū)χ参矬w內(nèi)的葉綠素具有漂白作用，使葉綠素降解為無光合活性的脫鎂色素[12]，但本研究中赤松的針葉并沒有表現(xiàn)出明顯的葉綠素降解的現(xiàn)象.相似的結(jié)果曾發(fā)生在對(duì)小葉榕、樟樹的研究中[13]，這也為不同植物對(duì)污染的相異的適應(yīng)策略提供了例證.當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)大量積累脯氨酸.研究表明這種脯氨酸積累對(duì)植物是有益的，能夠增強(qiáng)細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性并降低膜脂過氧化程度，使植物表現(xiàn)出對(duì)逆境環(huán)境一定的適應(yīng)能力.本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組材料出現(xiàn)脯氨酸含量激增的現(xiàn)象，由此可以推測(cè)體內(nèi)積累脯氨酸是赤松應(yīng)對(duì)交通尾氣脅迫的重要途徑.

[1] 張志良，瞿偉菁，李小方,等.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2008，56-61：208-209.

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[3] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2006：258-260.

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(責(zé)任編輯 李 超)

The Physiological Response ofPinusdensifloraon Stress of Automobile Exhaust

HAN Yang,GUO Yong-chao,LI Hong-jiang,CHEN Qing-fei

(SchoolofLifeScience,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China)

The experimental material was adultPinusdensiflora,which was planted in the Xianrendong national nature reserve of Liaoning experimental area and 3 meters away from roadside.This article was aimed at the influence of automobile exhaust stress inPinusdensifloraand the plant physiological response.The content of needle chlorophyll,proline,malondialdehyde(MDA) and activity of protective enzyme were used as indicators.The result showed that the chlorophyll content had no significant difference between experimental and control groups,but the experimental group chlorophyll a/b ratio increased by 8.55%,MDA increased by 74.34% relative to control,and 4.27 times more proline content than control.The activity of SOD and CAT in experimental group were reduced by 47.48% and 36.73% respectively,but the POD was increased by 57.90%.

pinusdensiflora；physiological response；stress of automobile exhaust

2016-10-24

遼寧大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目

韓陽(yáng)(1962-)，女，遼寧新民人，教授，從事植物生理學(xué)研究.

Q 945.78

A

1000-5846(2017)01-0065-04