6種典型園林綠化植物對(duì)大氣中SO2的凈化能力及生理生化響應(yīng)

吳小青 張偉

摘要：以徐州市法國(guó)冬青、忍冬等6種典型綠化植物為試驗(yàn)材料，采用靜態(tài)熏氣方法，比較6種植物分別對(duì)濃度為0、5、10、15、20 mg/m3 SO2的凈化能力，分析SO2脅迫對(duì)6種綠化植物葉片生理生化指標(biāo)的影響，并采用隸屬函數(shù)法對(duì)6種綠化植物的SO2脅迫抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隨著SO2濃度的升高，6種綠化植物葉片的含硫量及對(duì)SO2的凈化能力呈先升后降趨勢(shì)，凈化能力大小表現(xiàn)為法國(guó)冬青>忍冬>小葉黃楊>龍柏>小葉女貞>石楠;隨著SO2濃度的升高，6種綠化植物葉片的葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性及可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量呈先上升后下降趨勢(shì);小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的平均隸屬函數(shù)值分別為0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，對(duì)SO2脅迫的綜合抗性表現(xiàn)為法國(guó)冬青>忍冬>小葉黃楊>龍柏>小葉女貞>石楠，與凈化能力表現(xiàn)完全一致。

關(guān)鍵詞：綠化植物;二氧化硫（SO2）;凈化能力;生理生化;徐州;法國(guó)冬青;忍冬

中圖分類號(hào)： S184 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）02-0127-04

隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化的迅猛發(fā)展，各種化石燃料用量大增，導(dǎo)致城市大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，其中二氧化硫（SO2）是城市大氣的重要污染物之一[1-2]。大氣中SO2主要來(lái)源于含硫金屬礦的冶煉及含硫煤、石油等化石燃料的燃燒，不僅會(huì)形成酸雨危害植被，而且嚴(yán)重影響人體健康，已成為城市化發(fā)展的主要限制因素，受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注[3-4]。目前，我國(guó)對(duì)SO2的控制主要在源頭進(jìn)行脫硫處理，尚沒有自主設(shè)計(jì)制造的煙氣脫硫設(shè)備，脫硫設(shè)備多為國(guó)外進(jìn)口，由于價(jià)格過高，很多地方配備數(shù)量嚴(yán)重不足，常導(dǎo)致我國(guó)許多地方SO2排放處于失控狀態(tài)，尋找一種高效、低廉控制、治理SO2污染的方法已成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵問題[5]。有研究表明，植物可以通過氣孔吸收大氣中的SO2，經(jīng)植物細(xì)胞一系列的生理生化反應(yīng)可形成對(duì)自身生長(zhǎng)有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這已成為凈化大氣中SO2的有效途徑之一[6-8]。不同園林綠化植物因葉片大小、質(zhì)地及氣孔數(shù)量、大小及形態(tài)結(jié)構(gòu)的巨大差異，造成其對(duì)大氣SO2的敏感性不同，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)SO2的凈化能力和抗性存在較大差異，合理選擇和配置園林綠化樹種已成為城市綠化建設(shè)和防治大氣污染的重要舉措[9-10]。

江蘇省徐州市是我國(guó)蘇北地區(qū)的重工業(yè)城市，SO2污染一直是困擾其發(fā)展的主要問題之一，目前該地區(qū)尚鮮見有關(guān)園林綠化樹種SO2凈化能力及抗性研究方面的報(bào)道[11]。本研究以徐州市6種典型的綠化植物小葉女貞、石楠、龍柏等為試驗(yàn)材料，采用靜態(tài)熏氣方法，研究這6種典型綠化植物對(duì)SO2的凈化能力及其生理生化響應(yīng)，并通過模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)其抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為徐州市園林綠化植物的選擇和配置提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年5月10日在江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基地進(jìn)行，選取當(dāng)?shù)?種典型的綠化植物小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬為試驗(yàn)材料，采用規(guī)格為 45 cm×40 cm的花盆進(jìn)行栽種，栽培基質(zhì)為當(dāng)?shù)氐木G化土壤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用簡(jiǎn)易靜態(tài)熏氣系統(tǒng)對(duì)6種盆栽綠化植物進(jìn)行SO2熏氣處理，熏氣箱為長(zhǎng)、寬、高均為1 m的封閉玻璃箱，每個(gè)玻璃箱中放入植株6盆，適應(yīng)1周后，參照楊丹等的熏氣方法[12]進(jìn)行SO2熏氣處理，所需亞硫酸鈉量按化學(xué)式Na2SO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+SO2↑進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，SO2濃度分別為0（CK）、5、10、15、20 mg/m3，熏氣8 h/d，連續(xù)熏氣7 d，取樣測(cè)定。重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

分別采用硫酸鋇比濁法、丙酮乙醇等量混合法、浸泡法測(cè)定葉片硫含量、葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率;采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定葉片丙二醛（MDA）含量;分別采用愈瘡木酚法、氮藍(lán)四唑光化還原法、紫外分光光度法測(cè)定葉片過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性;分別采用磺基水楊酸提取法、蒽酮比色法、考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定葉片脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白質(zhì)（SP）含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007、SPSS 18.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、作圖及差異顯著性分析;參照張德強(qiáng)等的方法[13]計(jì)算6種綠化植物的SO2凈化能力。采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行SO2脅迫抗性綜合評(píng)價(jià)，若測(cè)定指標(biāo)與植物抗性呈正相關(guān)，則采用R（xi）=（xi-xmin）/（xmax-xmin）計(jì)算隸屬值，反之則采用R（xi）=1-（xi-xmin）/（xmax-xmin）進(jìn)行計(jì)算，其中，xi為某一指標(biāo)測(cè)定值，xmax為某一指標(biāo)測(cè)定的最大值，xmin為某一指標(biāo)測(cè)定的最小值;將每一供試植物測(cè)定指標(biāo)的抗性隸屬值進(jìn)行累加，求平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 6種典型綠化植物對(duì)SO2的凈化能力比較

由圖1可見，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片含硫量呈先升高后降低趨勢(shì)，其中，SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片含硫量達(dá)到最大，分別為4.11、4.46、3.81、3.68、4.63、3.96 g/kg，分別較SO2濃度為0 mg/m3（對(duì)照）處理的增加61.18%、52.74%、84.95%、107.91%、100.43%、109.52%。差異顯著性分析表明，SO2濃度為15 mg/m3處理的小葉女貞、石楠、龍柏葉片含硫量顯著高于對(duì)照（P<0.05），小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片含硫量極顯著高于對(duì)照（P<0.01）。由表1可知，6種典型綠化植物葉片SO2平均凈化能力由強(qiáng)到弱依次為法國(guó)冬青>忍冬>小葉黃楊>龍柏>小葉女貞>石楠，其中，石楠葉片的SO2平均相對(duì)凈化率為31.93%，小葉女貞、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的平均相對(duì)凈化率分別較其提升8.56、23.05、34.31、50.86、42.54百分點(diǎn)，龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的平均凈化能力與石楠、小葉女貞差異顯著（P<0.05），這說明6種典型綠化植物對(duì)SO2的凈化能力存在一定差異，其中法國(guó)冬青凈化能力相對(duì)最強(qiáng)，石楠凈化能力相對(duì)最弱。

2.2 SO2脅迫對(duì)6種典型綠化植物葉片葉綠素含量的影響

由圖2可見，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，且脅迫濃度越大，下降幅度越快;SO2濃度為20 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的葉綠素含量達(dá)到最低，分別為 1.21、1.11、1.02、0.92、2.03、1.51 mg/g，較對(duì)照分別降低 52.55%、60.78%、50.49%、48.31%、32.78%、42.80%。差異顯著性分析表明，SO2處理濃度為20 mg/m3時(shí)，小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的葉綠素含量顯著低于對(duì)照（P<0.05），小葉女貞、石楠、龍柏葉片極顯著低于對(duì)照（P<0.01）。因此，SO2脅迫可導(dǎo)致植物葉綠素含量下降，徐州市6種典型綠化植物葉片葉綠素含量受SO2脅迫的影響程度不同，對(duì)法國(guó)冬青的影響相對(duì)最小，其葉綠素含量下降相對(duì)最慢，而對(duì)石楠的影響相對(duì)最大，其葉綠素含量下降相對(duì)最快。

2.3 SO2脅迫對(duì)6種典型綠化植物葉片膜質(zhì)過氧化程度的影響

由圖3可知，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量呈明顯上升趨勢(shì);SO2濃度為 20 mg/m3 時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片6種典型綠化植物葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量均達(dá)到最大，分別為54.66%、58.29%、51.26%、47.21%、40.46%、43.91%和45.69、49.29、43.06、40.96、35.33、38.72 nmol/g，較對(duì)照分別提升46.30、49.88、43.00、38.70、32.21、35.43百分點(diǎn)和143.55%、167.73%、133.77%、126.93%、93.80%、115.35%。差異顯著性分析表明，SO2濃度為20 mg/m3時(shí)，小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量顯著高于對(duì)照（P<0.05），小葉女貞、石楠、龍柏葉片的MDA含量極顯著高于對(duì)照（P<0.01）。這說明SO2脅迫可導(dǎo)致植物葉片發(fā)生膜質(zhì)過氧化，法國(guó)冬青膜質(zhì)過氧化程度相對(duì)最輕，其余依次為忍冬、小葉黃楊、龍柏、小葉女貞，石楠的膜質(zhì)過氧化程度最為嚴(yán)重。

2.4 SO2脅迫對(duì)6種典型綠化植物葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的POD、SOD、CAT活性呈明顯的先上升后下降趨勢(shì);SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的POD、SOD、CAT活性均達(dá)到最大，POD活性

分別為153.18、173.59、205.36、231.36、286.83、252.65 U/（g·min），較對(duì)照分別增加39.18%、55.90%、85.38%、107.22%、159.60%、127.16%，SOD活性分別為35.22、33.59、39.73、42.25、52.13、46.88 U/（g·min），較對(duì)照分別增加59.66%、51.65%、78.88%、91.35%、134.19%、109.75%，CAT活性分別為265.31、256.73、279.22、291.99、332.45、315.81 U/（g·min），較對(duì)照分別增加36.50%、32.44%、43.06%、51.09%、70.88%、62.07%。差異顯著性分析表明，SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠葉片的POD、SOD活性顯著高于對(duì)照（P<0.05），龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的POD、SOD活性極顯著高于對(duì)照（P<0.01），小葉女貞、石楠、龍柏葉片的CAT活性顯著高于對(duì)照（P<0.05），小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的CAT活性極顯著高于對(duì)照（P<0.01）。這說明6種典型綠化植物可通過提高自身抗氧化酶活性來(lái)抵御SO2脅迫，其中，法國(guó)冬青抗脅迫能力相對(duì)最強(qiáng)，其余依次為忍冬、小葉黃楊、龍柏、小葉女貞，石楠相對(duì)最弱。

2.5 SO2脅迫對(duì)6種典型綠化植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表2可知，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的脯氨酸含量呈逐漸增加趨勢(shì)，SO2濃度為20 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的脯氨酸含量達(dá)到最大，分別為32.13、28.75、35.82、37.77、43.68、39.75 μg/g，較對(duì)照分別增加291.35%、253.63%、338.97%、357.82%、435.95%、383.58%;隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量均呈先上升后下降趨勢(shì)，SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，6種典型綠化植物葉片的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量均達(dá)到最大，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的可溶性糖含量分別為55.62、53.18、57.16、59.83、68.59、63.59 μg/g，較對(duì)照分別增加52.30%、46.30%、53.61%、58.78%、84.08%、72.38%，可溶性蛋白質(zhì)含量分別為51.26、46.35、55.19、57.64、64.46、60.03 μg/g，較對(duì)照分別增加209.17%、190.96%、230.88%、255.58%、306.43%、264.7%。差異顯著性分析表明，SO2濃度為20 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏葉片的脯氨酸含量顯著高于對(duì)照（P<0.05），小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的脯氨酸含量極顯著高于對(duì)照（P<0.01）;SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊葉片的可溶性糖含量顯著高于對(duì)照（P<0.05），法國(guó)冬青、忍冬葉片的可溶性糖含量極顯著高于對(duì)照（P<0.01），小葉女貞、石楠、龍柏葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于對(duì)照（P<0.05），小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量極顯著高于對(duì)照（P<0.01）。SO2脅迫可明顯增加綠化植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，其中法國(guó)冬青增加幅度相對(duì)最大，依次為忍冬、小葉黃楊、龍柏、小葉女貞，石楠增加幅度相對(duì)最小。

2.6 6種典型綠化植物對(duì)SO2脅迫抗性的綜合評(píng)價(jià)

每一供試植物測(cè)定指標(biāo)的抗性隸屬值平均累加值越大，表明其對(duì)SO2脅迫的抗性越強(qiáng)。由表3可見，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的平均隸屬函數(shù)值分別為0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，說明6種典型綠化植物對(duì)SO2脅迫的綜合抗性由強(qiáng)到弱依次為法國(guó)冬青、忍冬、小葉黃楊、龍柏、金葉女貞、石楠。

3 結(jié)論與討論

同一環(huán)境條件下， 不同綠化樹種對(duì)SO2的凈化能力存在顯著差異，而植物對(duì)SO2的凈化能力與環(huán)境中SO2的濃度密切相關(guān)[14-15]。本研究結(jié)果表明，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片含硫量及SO2凈化能力呈先升后降趨勢(shì)，含硫量從大到小依次為法國(guó)冬青>忍冬>小葉黃楊>龍柏>小葉女貞>石楠，其中，SO2濃度為15 mg/m3時(shí)，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片含硫量較SO2濃度為0 mg/m3（對(duì)照）時(shí)分別增加61.18%、52.74%、84.95%、107.91%、100.43%、109.52%;6種典型綠化植物葉片對(duì)SO2的凈化能力由強(qiáng)到弱依次為法國(guó)冬青>忍冬>小葉黃楊>龍柏>小葉女貞>石楠，其中，石楠葉片對(duì)SO2的平均凈化能力相對(duì)最小，為31.93%，小葉女貞、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬葉片對(duì)SO2的平均凈化能力分別較石楠增加8.56、23.05、34.31、50.86、42.54百分點(diǎn)，龍柏葉片對(duì)SO2的平均凈化能力與石楠差異顯著（P<0.05），小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬與石楠差異極顯著（P<0.01）。有研究表明，SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致植物葉片葉綠素分解或漂白，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量下降[16]。本研究結(jié)果表明，SO2脅迫可導(dǎo)致6種綠化植物葉片葉綠素含量下降，且SO2脅迫濃度越大，葉綠素含量下降幅度越大，法國(guó)冬青葉片的葉綠素含量下降幅度相對(duì)最小，其余依次為忍冬、小葉黃楊、龍柏、小葉女貞，石楠下降幅度相對(duì)最大。

SO2脅迫會(huì)引起植物葉片的膜質(zhì)過氧化，植物自身POD、SOD、CAT活性會(huì)大幅上升以抵御細(xì)胞活性氧的傷害[12]。本研究結(jié)果表明，隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量呈逐漸上升趨勢(shì)，且不同植物上升幅度存在明顯差異，細(xì)胞膜受傷害程度由輕到重依次為法國(guó)冬青<忍冬<小葉黃楊<龍柏<小葉女貞<石楠;隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的POD、SOD、CAT活性呈先上升后下降趨勢(shì)，且不同植物的抗氧化酶活性存在明顯差異，其中法國(guó)冬青葉片的抗氧化酶活性上升幅度相對(duì)最大，其細(xì)胞膜受傷害的程度相對(duì)最輕，其余依次為忍冬、小葉黃楊、龍柏、小葉女貞，石楠葉片細(xì)胞膜受傷害的程度相對(duì)最重。

SO2脅迫會(huì)激發(fā)植物自身的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，以減輕SO2脅迫對(duì)自身造成的傷害[17]。隨著SO2濃度的升高，6種典型綠化植物葉片的脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，而可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量呈先升后降趨勢(shì)。隸屬函數(shù)法綜合抗性分析結(jié)果表明，小葉女貞、石楠、龍柏、小葉黃楊、法國(guó)冬青、忍冬的平均隸屬函數(shù)值分別為0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，說明6種典型綠化植物對(duì)SO2脅迫的綜合抗性由強(qiáng)到弱依次為法國(guó)冬青、忍冬、小葉黃楊、龍柏、金葉女貞、石楠，與凈化能力表現(xiàn)完全一致。

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