楊 帆, 于忠亮, 付世萃, 劉 璐, 劉偉林, 張大偉

(1. 吉林省林業(yè)科學(xué)研究院, 吉林 長春 130033; 2. 吉林省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院, 吉林 長春 130022; 3. 柳河縣五道溝林場, 吉林 通化 135300)

紅葉海棠(Malusyunnanensisvar.veitchii)為薔薇科(Rosaceae)蘋果屬(Malus)喬木,又稱王族海棠、紅寶石海棠。常用于園林綠化、景觀美化,自然分布于北美洲、亞洲和歐洲,栽培種在國內(nèi)的新疆、山東、河北等地均有種植[1-3]。其葉片不同時(shí)期呈現(xiàn)淡綠色、綠色和紫紅色等顏色,是一種優(yōu)良的彩葉樹種;果實(shí)鮮艷玲瓏,秋季成熟時(shí)紅黃相映,經(jīng)冬不落,觀賞效果極佳[4]。

SO2作為大氣主要污染氣體之一,對植物的生長產(chǎn)生明顯影響和危害,影響其光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用,破壞葉片中各種酶的活性和葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),形成新的有害物質(zhì),致使整個(gè)樹木的組織和細(xì)胞壞死[5]。因此,氣孔保衛(wèi)細(xì)胞在研究SO2對植物脅迫的影響中起著重要作用[6]。處于SO2逆境脅迫下,植物的各個(gè)器官均可產(chǎn)生凈化SO2能力,其中葉片的凈化能力最強(qiáng)。以往對紅葉海棠的研究,多集中于其在低溫、鹽堿脅迫下的生理響應(yīng)[5,7]和園林綠化[8]等方面,而有關(guān)SO2脅迫下對紅葉海棠生理指標(biāo)的影響未見報(bào)道。鑒于此,本文開展了不同質(zhì)量濃度及脅迫時(shí)間下SO2對紅葉海棠生理指標(biāo)的影響研究,分析其對SO2的凈化能力,以期為園林綠化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

長勢相同或相近的2年生紅葉海棠實(shí)生苗,盆栽,共計(jì)200株。

1.2 試驗(yàn)處理

采用靜態(tài)SO2熏氣處理方式,共設(shè)5個(gè)SO2質(zhì)量濃度的處理:CK(0 mg·m-3)、S1(2.0 mg·m-3)、S2(4.0 mg·m-3)、S3(6.0 mg·m-3)和S4(8.0 mg·m-3),S2處理下設(shè)6個(gè)不同熏氣時(shí)間(0 h、4 h、6 h、8 h、10 h和12 h),每一處理選用生長情況一致的紅葉海棠盆栽苗木9株,設(shè)置3次重復(fù),每一重復(fù)3株。每個(gè)處理用1個(gè)熏氣罩,在每次熏氣的前2 d,將盆栽植物放進(jìn)熏氣罩,適應(yīng)熏氣罩內(nèi)的環(huán)境。不同SO2質(zhì)量濃度熏氣時(shí)間為6 h(每天09:00—15:00),熏氣后35 h內(nèi)取葉片進(jìn)行測定,分析相關(guān)指標(biāo)值;15 d后觀察恢復(fù)生長情況,采集葉片進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.3 生理指標(biāo)測定

葉片中葉綠素含量采用分光光度計(jì)法測定,超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測定,葉片含硫量采用硫酸鋇比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)并制表作圖,采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同SO2質(zhì)量濃度和熏氣時(shí)間對紅葉海棠葉片生理指標(biāo)的影響

2.1.1 SO2脅迫對紅葉海棠葉片葉綠素含量的影響

從圖1、圖2中可以看出,隨SO2質(zhì)量濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長,葉片的葉綠素含量表現(xiàn)出先緩慢下降而后快速下降的趨勢。不同SO2質(zhì)量濃度處理中,S1處理葉片葉綠素含量下降幅度較小,相比對照下降5.6 %;S2、S3、S4處理下降幅度較大,相比對照分別下降31.1 %、32.2 %和54.4 %;不同SO2熏氣時(shí)間處理亦是同樣的趨勢。這表明,在SO2脅迫下葉片的葉綠素含量受到了不同程度的破壞,而且伴隨SO2脅迫程度以及脅迫時(shí)間的增加,葉片所受的破壞越發(fā)嚴(yán)重。另外,恢復(fù)生長后,低質(zhì)量濃度和短時(shí)間SO2脅迫,葉片葉綠素含量能恢復(fù)到接近對照水平,呈現(xiàn)出較強(qiáng)的恢復(fù)能力,而高質(zhì)量濃度(8.0 mg·m-3)和時(shí)間較長的SO2熏氣處理,葉綠素含量不能恢復(fù)到正常水平,說明葉片受到嚴(yán)重傷害。

圖1 不同質(zhì)量濃度SO2脅迫對紅葉海棠葉片葉綠素含量的影響

圖2 SO2熏氣時(shí)間對紅葉海棠葉片葉綠素含量的影響

2.1.2 SO2對紅葉海棠葉片超氧化物歧化酶活性的影響

決定植物對SO2脅迫抗性的關(guān)鍵因素是植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng),它能清除植物體內(nèi)活性氧和膜脂過氧化所產(chǎn)生的有毒產(chǎn)物,有利于植物在逆境中的生存。超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶,能清除機(jī)體內(nèi)的活性氧,有利于植物維持體內(nèi)活性氧的動(dòng)態(tài)平衡,進(jìn)而阻止膜脂過氧化,減少丙二醛(MDA)的堆積,以減輕對植物的傷害[9]。從圖3、圖4中可以看出,在低質(zhì)量濃度和短時(shí)間的SO2脅迫下,SOD活性呈現(xiàn)出先升高的走向,隨SO2質(zhì)量濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長,SOD活性開始下降,脅迫超過8 h SOD活性開始下降,恢復(fù)生長后也不能恢復(fù)到正常葉片的水平,特別是過長時(shí)間(12 h)的脅迫,恢復(fù)生長后葉片SOD活性下降更多,說明此時(shí)葉片受到嚴(yán)重傷害。

圖3 不同質(zhì)量濃度SO2脅迫對紅葉海棠葉片超氧化物歧化酶活性的影響

圖4 不同SO2脅迫時(shí)間對紅葉海棠葉片超氧化物歧化酶活性的影響

2.2 紅葉海棠對SO2的吸附能力

2.2.1 紅葉海棠葉片的含硫量及凈化能力

植物葉片中污染物的堆積量往往與大氣中污染物的濃度成正比,高濃度所致的急性傷害,能夠使葉片迅速壞死,破壞其生理活性,進(jìn)而使葉片喪失對污染物的吸收能力,當(dāng)濃度不超過植物的生理極限濃度而使葉片中毒壞死時(shí),一般會(huì)通過葉片的氣孔去吸收一定量的污染氣體至體內(nèi)。本試驗(yàn)中,葉片含硫量隨SO2質(zhì)量濃度增加呈先升高后降低的變化趨勢,S1、S2、S3、S4處理的葉片含硫量分別為3.24 mg·g-1、3.96 mg·g-1、4.50 mg·g-1和2.45 mg·g-1,分別比對照(2.10 mg·g-1)增加54.29 %、88.57 %、114.29 %和16.67 %。通過測定葉片含硫量來判斷所測樹種的凈化能力,不同質(zhì)量濃度SO2處理下紅葉海棠葉片相對凈化率平均值達(dá)到68.46 %,為法國冬青的82.69 %[10],說明紅葉海棠對SO2的凈化能力較強(qiáng)。

2.2.2 紅葉海棠葉片含硫量的動(dòng)態(tài)變化

從圖5中可以看出,隨脅迫時(shí)間的延長,葉片的含硫量逐漸增加。在前10 h內(nèi)葉片的含硫量都是緩慢升高,恢復(fù)生長后,葉片含硫量有所下降。經(jīng)分析,紅葉海棠能夠吸收空氣中的SO2,也有可能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化或排出SO2,因此會(huì)出現(xiàn)葉片在處理12 h的含硫量比8 h的低。

圖5 不同SO2脅迫時(shí)間對紅葉海棠葉片含硫量的影響

3 討論與結(jié)論

隨SO2質(zhì)量濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長,紅葉海棠葉片的各項(xiàng)生理指標(biāo)發(fā)生了不同程度的變化,其中葉綠素含量降低,超氧化物岐化酶活性呈先上升后下降的趨勢。對凈化能力的分析表明,紅葉海棠對SO2的吸附能力很強(qiáng),能夠凈化空氣,而且其對SO2脅迫有較強(qiáng)抗性,可作為城市綠化中觀賞果樹的優(yōu)選樹種。