酸脅迫對冬青葉片葉綠素含量和膜透性的影響

羅子渝　任維莉

摘要：本文用蒸餾水（CK）作對照，探究酸（pH1.0、pH3.0）脅迫對冬青植物葉片葉綠素（chl）含量和細胞質膜透性的影響。結果表明，酸度與冬青植物葉片葉綠素含量呈負相關，且脅迫時間越長，葉綠素含量越低，不同pH值脅迫只是變幅之間存在差異。而酸度與植物葉片膜透性呈正相關，pH值越低其冬青葉片膜透性越大，且隨著酸脅迫時間增長膜透性也增大。

關鍵詞：酸脅迫;葉綠素含量;膜透性;冬青

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215009

收稿日期：2019-11-28

作者簡介：羅子渝（1985-），男，助理工程師。研究方向：林業調查規劃。

酸雨是指大氣中的SO2、SO3氮化物與雨雪等作用形成H2SO4、HNO3等并落到地面的含酸成分的雨或雪等，國際規定酸雨為pH<5.6的降水[1]。酸雨這一術語是英國化學家RobertASmith于1872年提出來的，他分析測量了不列顛群島雨水的化學成分，發現工業區域雨水的酸度比其他非工業區域高[2]。酸雨為全球性的污染源之一，相關報道指出近年來酸雨分布正有以城市為中心向郊區和農村蔓延的趨勢，雨水的酸性也相對增強[3]。我國的酸雨降水面積約占國土面積的40%[4，5]，酸雨不僅是我國的重大生態環境問題，目前也已成為世界主要生態環境問題。

大氣中含硫化合物的種類很多，形成酸雨的主要化合物是硫的2種氧化物SO2和SO3，其與水分子反應形成硫酸鹽和亞硫酸鹽，從而形成酸雨，許多含硫化合物在大氣中經過一系列氧化過程，最終也可以形成硫氧化物[6]。酸雨對陸生和水生生態系統都有較大的不良影響，引起世界各國研究者的重視，并開展了許多相關研究[7，8]。在陸生植物方面，國內相關學者通過對可見的受害癥狀到受害機制，從個體、種群、群落、生態系統、景觀的生理生化指標的研究，揭示出一些規律 [9]，當土壤pH值持續降低時，有毒金屬離子（特別是A1離子）活化，釋放量增大，毒性增加，對植物根系產生一些負面影響，從而影響植物根系生長等[10]。當植物受到酸雨影響時，細胞膜通透性增大，細胞內電解質外滲，細胞損害越嚴重，細胞內電解質外滲越多[11]，對植物的傷害越大。葉綠素是植物光合作用過程中吸收光的主要色素，其把捕獲的光能轉變為化學能，形成植物的有機物[12]，因此，葉綠素含量的高低直接影響植物的生長。研究表明，酸雨能損害葉綠素的形成，減少葉綠素含量[13]。Morrison指出酸雨會造成的植物葉片養分元素的淋溶，尤其是Mg的淋溶會阻礙葉綠素的形成[14]。

酸雨中硫酸鹽和亞硫酸鹽給土壤帶來一系列直接影響的同時，進入植物體內后也能產生一系列的變化[15]，從而引發對植物一系列間接影響。其中Al離子活化和自由基鏈式反應是導致植物傷害的主要因素[16]。酸雨所致的經濟損失和對生態平衡及植物本身的嚴重影響已引起人們的廣泛關注。鑒于酸雨影響范圍日趨擴大的傾向，已有不少關于酸雨對植物的生長和產量品質及生態效應的影響報道[17]，但尚未見到酸雨對冬青影響的研究報道。

冬青（Ilex purpurea Hassk），屬冬青科常綠喬木，高達13m;葉片狹長橢圓形或披針形，邊緣有淺圓鋸齒，干后呈紅褐色，有光澤，葉柄有時為暗紫色;樹皮灰色或淡灰色，平滑;樹冠卵圓形，小枝淺綠色，葉互生，花單生，雌雄異株，花淡紫紅色，有香氣;核果橢圓形，熟時呈深紅色。冬青枝葉茂密，樹形整齊，是國家重點保護植物，歷來被用作城鄉綠化和庭院觀賞植物[18]。

本試驗以冬青為材料，研究酸雨對其葉綠素含量和膜透性的影響，旨在為今后冬青對酸雨的適應性研究和技術推廣提供科學依據[19]。

1 試驗材料和方法

1.1 材料和藥品

采集日出前的冬青葉片，80%丙酮，石英砂，碳酸鈣粉，蒸餾水。

1.2 實驗器材

丙酮，研缽，漏斗，電子天平（0.01g感量），剪刀，燒杯，濾紙，量筒，721型分光光度計，25mL棕色容量瓶，玻璃棒，直徑7cm定量濾紙，吸水紙，滴管，DDS-11A型導電率儀。

1.3 實驗處理及方法

以化學純濃度硫酸分別配制成pH1.0、pH3.0不同酸液用以模擬酸雨。試驗設pH1.0、pH3.0和蒸餾水（CK）3組處理，每組處理3次重復，分別處理5h、24h。

1.4 試驗觀察和有關指標測定

1.4.1 傷害癥觀察

處理后及時觀察葉片傷害的可見性癥狀。

1.4.2 細胞膜透性

按照常規方法用DDS-11A型導電率儀測定電導率。

1.4.3 葉綠素含量

用丙酮提取，按Lichtenthaler方法[20]。

2 結果分析

2.1 酸強度對冬青葉片葉綠素含量的影響

隨著酸度的下降，冬青葉片葉綠素含量不斷下降，脅迫時間越長冬青葉片葉綠素含量越低（見圖1），尤其是pH1.0時的酸脅迫會導致冬青葉片葉綠素b含量急劇下降。用不同pH值的酸處理5h后，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會使葉片葉綠素a值由CK的7.79mg/L下降到pH1.0的5.39mg/L，降幅為原來的30%;葉綠素b值由2.67mg/L下降到1.48mg/L，降幅為原來的44%;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降。在不同pH值的酸處理24h后，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會使葉片葉綠素a值由CK的6.99mg/L下降到pH1.0的4.07mg/L，降幅為原來的42%;葉綠素b值由1.91mg/L下降到0.65mg/L，降幅為原來的66%;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降。

隨著酸度的下降以及脅迫時間的延長，冬青葉片葉綠素總含量不斷下降（見圖2）。用不同pH值的酸處理5h下，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會使葉片葉綠素總含量分別由CK的0.00122降為0.00085，0.00105，降幅分別為14.3%、30%。用不同pH值的酸處理24h下，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會使葉片葉綠素總含量分別由CK的0.0011降為0.00098，0.00059，降幅分別為11%、46%。由此可以看出酸度越強葉綠素含量越低，而且脅迫時間越長葉綠素含量越低。

2.2 酸強度對冬青葉片膜透性的影響

酸度與冬青葉片膜透性呈正相關，pH值越低冬青葉片電導率越大，且隨著酸脅迫時間增長其膜透性也變大（見圖3）。用不同pH值的酸處理5h后， pH3.0、pH1.0酸酸脅迫會使葉片電導率分別由CK的1.95增為3.21、38.5，增幅分別為39.4%、94.9%。用不同pH值的酸處理24h后， pH3.0、pH1.0酸酸脅迫會使葉片電導率分別由CK的6.83增為10.19、289.85，增幅分別為33%、97.6%。由此可以看出，酸性越強冬青葉片電導率越大，而且脅迫時間越長冬青葉片電導率越大，則膜透性越大。

3 結論與討論

酸雨導致植物生長減緩，甚至死亡，帶來嚴重的損失。酸雨的環境植物學效應研究表明，酸雨致害效果既取決于酸雨作用劑量，也受植物生態生理特性影響[18]。在同質（氣候、土壤等）環境中，植物抗酸雨能力分異的主要原因只能是植物的自身特征。

從葉綠素的組成看，葉綠素a和葉綠素b的變化規律大體上與葉綠素總量的變化規律一致，植物葉片外部形態與內部生理反應構成植物對酸雨傷害的立體防御系統，葉綠素的降低是衡量葉片衰老最重要的生理指標[19]。本試驗結果表明，pH3.0和pH1.0對冬青葉片的傷害已加速了葉片的衰老，這是由于葉汁酸化后，葉綠素受到破壞，Mg2+從葉綠素中失去而形成脫鎂葉綠素所致。本試驗結果還表明：隨著酸度下降，葉綠素含量降低，而且葉綠素b比葉綠素a更易受酸度的影響而降解，隨酸脅迫時間的延長，降低幅度增大;尤其是pH值1.0時的模擬酸雨會導致冬青葉片葉綠素b含量急劇下降，并且脅迫24h時葉綠素含量比5h時更低，可能是酸脅迫使其葉綠素的生物合成減弱，分解速度加快所致;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降（見圖2）。呂均良等通過試驗測定葉綠素a和葉綠素b的比值，發現隨著酸雨pH值的下降，葉綠素a比葉綠素b更易受酸雨的影響而降解[20]。也有不同結果，在對美國西部2種針葉樹的試驗中發現，模擬酸雨沒有對葉綠素產生明顯差異[21]，取樣時間和葉片取樣高度的不同，可能是導致結果不一致的原因之一。

酸度與冬青葉片膜透性呈正相關，pH值越低冬青葉片電導率越大，當pH值持續下降時，冬青葉片細胞膜透性成持續上升的趨勢。且隨著酸脅迫時間越長，其膜透性也越大（圖3），反應了酸脅迫對葉片細胞膜已產生了傷害;特別是pH值為1.0時，細胞膜受到的傷害更為明顯。

酸雨對森林生態系統的影響一直是研究的重點和熱點，本研究通過對冬青葉片葉綠素在不同pH中的含量變化研究，旨在為植物在酸雨條件下的抗逆性提供理論數據，對生態系統采取相應的保護措施，以減少酸雨的危害，從根本上維護林森林系統的穩定和健康。

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（責任編輯 李媛媛）