汽車尾氣脅迫對(duì)葉片葉綠素含量和葉綠素a/b值的影響1)

王洪成，呂慶元，李博，穆立薔，王彤，孫偉

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝分院，哈爾濱150069；2.大慶油田創(chuàng)業(yè)騰飛建筑安裝工程有限公司園林綠化工程分公司；3.東北大學(xué)；4 .東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150040)

目前我國(guó)已成為世界汽車第一產(chǎn)銷國(guó)，保有量過(guò)億，但我國(guó)對(duì)汽車及其配件的生產(chǎn)、維修及保養(yǎng)技術(shù)距離發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，單車有害物質(zhì)的排放量大大高出國(guó)際水平，致使我國(guó)城市受汽車尾氣的危害愈加嚴(yán)重[1]，據(jù)研究資料統(tǒng)計(jì)，汽車尾氣污染已經(jīng)超過(guò)大氣污染的60%[2]。汽車尾氣污染作為我國(guó)城市大氣污染的頭號(hào)污染源，不但嚴(yán)重威脅人類健康，而且嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)繁殖等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[3]。

本試驗(yàn)利用開(kāi)頂式氣室，對(duì)供試6種花灌木進(jìn)行熏氣處理，測(cè)定了葉片葉綠素含量和a/b值變化情況，為城市綠化植物的篩選提供重要參考數(shù)據(jù)，對(duì)改善城市生態(tài)系統(tǒng)、美化城市環(huán)境具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取生長(zhǎng)狀況相對(duì)均勻的小葉丁香(Syringamicrophylla)、金銀忍冬(Loniceramaackii)、遼東水蠟(Ligustrumobtusifoliumsubsp.suave)、彩葉杞柳(Salixintegra‘HakuroNishiki’)、 紫葉風(fēng)箱果(Physocarpusopulifolius‘SummerWine’)和紅王子錦帶(Weigelaflorida‘Redprince’)等6種花灌木的2年實(shí)生苗，單株盆栽培養(yǎng)，盆頂部邊緣直徑30cm，高25cm。栽培基質(zhì)為東北林業(yè)大學(xué)哈爾濱城市林業(yè)示范基地的森林腐殖土，是東北地區(qū)典型的暗棕壤腐殖層和淀積層土壤的混合物(pH=6.5，有機(jī)質(zhì)含量<10%)。2009年5月將植株進(jìn)行盆栽，并置于林場(chǎng)的空地進(jìn)行適應(yīng)性培育，以相同的條件進(jìn)行管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置兩種處理方式：相同時(shí)間(1d)不同濃度處理，處理濃度分別為20、30、40、50、60μg/m3；相同濃度(40μg/m3)不同時(shí)間處理，處理時(shí)間分別為1、3、5d。選擇晴好天氣對(duì)植物進(jìn)行熏氣處理，每天的處理時(shí)間均為7:00～17:00，每種植物每個(gè)處理均設(shè)置5盆，同時(shí)設(shè)置5盆置于對(duì)照室作為對(duì)照(CK)，熏氣結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行采樣，對(duì)每種植物均采相同高度長(zhǎng)勢(shì)相近的葉片，并立即運(yùn)至生理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。于2009年7月進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，8月正式進(jìn)行熏氣處理并對(duì)處理植株進(jìn)行采樣和生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 熏氣方法及熏氣濃度測(cè)定方法

采用開(kāi)頂式氣室進(jìn)行熏氣處理，氣室為八邊形，邊長(zhǎng)1.4m，高2m，以實(shí)木為框架支撐，周邊罩農(nóng)用聚氯乙烯塑料薄膜。在無(wú)陰影遮擋的開(kāi)闊地，設(shè)置2個(gè)相同的開(kāi)頂式氣室，1個(gè)為熏氣室，1個(gè)為對(duì)照室，各植株以均勻距離隨機(jī)分布于氣室內(nèi)。以93號(hào)汽油為燃料，利用“宗申”牌汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供尾氣，尾氣經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣筒與鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)，由帶有閥門(mén)的PPR管連接至水浴冷卻管冷卻至室溫后，進(jìn)入1個(gè)邊長(zhǎng)為0.8m的正立方體玻璃箱內(nèi)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，最后經(jīng)由螺旋式布?xì)夥ǖ墓艿琅湃胙瑲馐覂?nèi)，對(duì)照室同樣以螺旋式布?xì)夥ㄍㄈ肟諝狻Ｑ瑲馐覂?nèi)溫度為25～30℃，濕度為70%～80%，對(duì)照室與熏氣室內(nèi)溫差小于2℃，濕度差小于5%，以NO2濃度代表氣室內(nèi)汽車尾氣處理濃度。

NO2濃度測(cè)定：將吸收液裝入多孔玻板吸收管，與空氣采樣器相連接后放入熏氣室采樣，采樣后各管混勻置于低溫暗處20min，測(cè)量540～545nm波長(zhǎng)吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算NO2濃度[5]。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定方法

葉綠素含量的測(cè)定：稱取葉片0.5g，剪碎放入研缽中，加入少量細(xì)石英砂研成糊狀，用80%丙酮水溶液分批提取葉綠素，直到殘?jiān)鼰o(wú)色為止，將丙酮提取液過(guò)濾后定容，測(cè)定663nm和645nm波長(zhǎng)的吸光值[4]。

計(jì)算方法：Ca=12.71OD663-2.69OD645

Cb=22.88OD645-4.67OD663

Ct=8.02OD645-20.20OD663

Ca—葉綠素a的濃度，mg·g-1

Cb—葉綠素b的濃度，mg·g-1

Ct—葉綠素總量，mg·g-1

2 結(jié)果與分析

隨著尾氣處理濃度的增加，6種花灌木葉片的葉綠素含量總體呈下降趨勢(shì)(圖1)。紫葉風(fēng)箱果、遼東水蠟和小葉丁香的葉綠素含量隨著處理濃度的增加而不斷下降。當(dāng)處理濃度達(dá)到20μg/m3時(shí)，小葉丁香的葉綠素含量開(kāi)始顯著下降，為對(duì)照組的78.83%；當(dāng)處理濃度達(dá)到30μg/m3時(shí)，紫葉風(fēng)箱果的葉綠素含量下降至顯著水平，為對(duì)照組的59.89%；當(dāng)處理濃度達(dá)到40μg/m3時(shí)，遼東水蠟的葉綠素含量下降至顯著水平，為對(duì)照組的70.94%。當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)，紫葉風(fēng)箱果[6]、遼東水蠟和小葉丁香的葉綠素含量下降幅度最大，分別為對(duì)照組的48.64%、71.34%和57.37%(圖3)。

隨著尾氣處理濃度的增加，彩葉杞柳和紅王子錦帶的葉綠素含量呈先下降后上升的趨勢(shì)(圖1)。當(dāng)處理濃度達(dá)到20μg/m3時(shí)，均下降至顯著水平，為對(duì)照組的64.88%和83.96%；當(dāng)處理濃度達(dá)到30μg/m3時(shí)，紅王子錦帶的葉綠素含量降至最低，為對(duì)照組的77.56%，之后開(kāi)始顯著上升，當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)升至對(duì)照組的103.85%；當(dāng)處理濃度達(dá)到40μg/m3時(shí)，彩葉杞柳的葉綠素含量降至最低，為對(duì)照組的45.53%，之后開(kāi)始顯著上升，當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)升至對(duì)照組的72.09%；隨著處理濃度的增加，金銀忍冬的葉綠素含量緩慢下降，當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)降至顯著水平，為對(duì)照組的82.38%(圖3)。

隨著尾氣處理時(shí)間的增加，6種花灌木的葉綠素含量總體呈下降趨勢(shì)，除紅王子錦帶外，各植物種的葉綠素含量均隨著處理時(shí)間的增加而不斷下降(圖2)。當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到1d時(shí)，彩葉杞柳、小葉丁香的葉綠素含量開(kāi)始降至顯著水平，分別為對(duì)照組的72.08%和57.39%；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到5d時(shí)，金銀忍冬、紫葉風(fēng)箱果和遼東水蠟的葉綠素含量開(kāi)始降至顯著水平，分別為對(duì)照組的66.68%、38.18%和63.87%；紅王子錦帶的葉綠素含量在處理時(shí)間達(dá)到3d時(shí)達(dá)到顯著水平，為對(duì)照組的61.95%，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到5d時(shí)回升為對(duì)照組的86.38%(圖3)。

圖1 不同濃度處理對(duì)葉片葉綠素含量的影響 (均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

圖2 不同時(shí)間處理對(duì)葉片葉綠素含量的影響 (均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

圖3 汽車尾氣脅迫對(duì)葉綠素含量影響的變化幅度

圖4 不同濃度處理對(duì)葉片葉綠素a/b值的影響 (均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

6種花灌木的葉綠素a/b值隨著尾氣處理濃度的增加，總體呈下降趨勢(shì)(圖4)。隨著處理濃度的不斷增加，金銀忍冬、紫葉風(fēng)箱果和遼東水蠟的葉綠素a/b值不斷下降。當(dāng)處理濃度達(dá)到20μg/m3時(shí)，金銀忍冬和紫葉風(fēng)箱果的下降幅度達(dá)到顯著水平，分別為對(duì)照組的81.77%和78.58%；當(dāng)處理濃度達(dá)到30μg/m3時(shí)，遼東水蠟的葉綠素a/b值開(kāi)始降至顯著水平，為對(duì)照組的61.18%(圖6)。

圖5 不同時(shí)間處理對(duì)葉片葉綠素a/b值的影響 (均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

圖6 汽車尾氣脅迫對(duì)葉片葉綠素a/b值影響的變化幅度

隨著處理濃度的增加，彩葉杞柳和小葉丁香的葉綠素a/b值呈先下降后上升的趨勢(shì)(圖4)，當(dāng)處理濃度達(dá)到40μg/m3時(shí)，彩葉杞柳的葉綠素a/b值降至最低并達(dá)到顯著水平，為對(duì)照組的77.21%，之后開(kāi)始緩慢回升，當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)上升至對(duì)照組的85.37%；當(dāng)處理濃度達(dá)到40μg/m3時(shí)，小葉丁香的葉綠素a/b值降至最低并達(dá)到顯著水平，為對(duì)照組的66.99%，當(dāng)處理濃度達(dá)到60μg/m3時(shí)，回升至對(duì)照組的79.86%(圖6)。

各植物種的葉綠素a/b值隨尾氣處理時(shí)間的增加，變化趨勢(shì)不盡相同(圖5)，彩葉杞柳、紫葉風(fēng)箱果和小葉丁香的葉綠素a/b值隨著處理時(shí)間的增加而不斷降低，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到1d時(shí)，小葉丁香的葉綠素a/b值降至對(duì)照組的73.83%，達(dá)到顯著水平；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到3d時(shí)，彩葉杞柳和紫葉風(fēng)箱果分別降至對(duì)照組的80.86%和88.15%，達(dá)到顯著水平；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到5d時(shí)，彩葉杞柳、紫葉風(fēng)箱果和小葉丁香的葉綠素a/b值分別降至對(duì)照組的71.55%、76.91%和57.73%(圖6)。隨著處理時(shí)間的不斷增加，金銀忍冬和遼東水蠟的葉綠素a/b值呈下降趨勢(shì)但變化幅度較小。當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到1d時(shí)，金銀忍冬和遼東水蠟的葉綠素a/b值分別降至對(duì)照組的70.81%和78.92%，并達(dá)到顯著水平，之后繼續(xù)下降但差異不顯著。隨著處理時(shí)間的增加，紅王子錦帶的葉綠素a/b值呈先上升后下降再回升的趨勢(shì)，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到1d時(shí)為對(duì)照組的118.19%，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到3d時(shí)顯著下降至對(duì)照組的77.68%，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到5d時(shí)又回升至95.09%并與3d時(shí)有顯著差異(圖6)。

3 結(jié)論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，高等植物葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種，植物體內(nèi)的葉綠素是在不斷地合成和分解的代謝中的，而在不利條件下，葉綠素的分解速度會(huì)大大超過(guò)合成的速率，從而使光合作用受到抑制，葉片出現(xiàn)各種傷斑。隨著尾氣處理濃度的增加，6種花灌木葉片的葉綠素含量總體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明在本試驗(yàn)中的尾氣處理濃度水平下，各植物種葉片中的葉綠素都不同程度的遭到了破壞。彩葉杞柳和紅王子錦帶的葉綠素含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，可能是由于這兩種植物中的代謝產(chǎn)生了某種補(bǔ)償機(jī)制，而金銀忍冬的葉綠素含量呈緩慢下降趨勢(shì)，說(shuō)明在這種濃度處理下，金銀忍冬的葉綠素相比其他種耐性更強(qiáng)；6種花灌木的葉綠素含量隨尾氣處理時(shí)間的增加總體亦呈下降趨勢(shì)，造成這種現(xiàn)象的原因可能是多方面的，在汽車尾氣的成分里有很多可以對(duì)葉綠素造成破壞的物質(zhì)，酸性氣體如SO2、NO2等可以使葉綠素脫鎂從而喪失功能，而強(qiáng)氧化性氣體如O3等也可以對(duì)葉綠素造成破壞，這與以往的研究結(jié)果相符。

隨著尾氣處理濃度的增加，6種花灌木葉片的葉綠素含量總體呈下降趨勢(shì)。紫葉風(fēng)箱果、遼東水蠟和小葉丁香的葉綠素含量隨著處理濃度的增加而不斷下降，彩葉杞柳和紅王子錦帶的葉綠素含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，而金銀忍冬的葉綠素含量呈緩慢下降趨勢(shì)；6種花灌木的葉綠素含量隨尾氣處理時(shí)間的增加總體呈下降趨勢(shì)，各植物種的葉綠素含量均隨著處理時(shí)間的增加而不斷下降，紅王子錦帶在處理5d時(shí)略微回升。6種花灌木葉片的葉綠素a/b值隨著尾氣處理濃度的增加總體呈下降趨勢(shì)，隨著處理濃度的不斷增加，金銀忍冬、紫葉風(fēng)箱果和遼東水蠟的葉綠素a/b值不斷下降，而彩葉杞柳和小葉丁香的葉綠素a/b值呈先下降后上升的趨勢(shì)；隨尾氣處理時(shí)間的增加，彩葉杞柳、紫葉風(fēng)箱果和小葉丁香的葉綠素a/b值隨著處理時(shí)間的增加而不斷降低，金銀忍冬和遼東水蠟的葉綠素a/b值呈下降趨勢(shì)但變化幅度較小，紅王子錦帶的葉綠素a/b值呈先上升后下降再回升的趨勢(shì)。

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