二氧化氮對(duì)樟樹幼苗硝酸還原酶活力和氮元素積累的影響

滕士元，陳卓梅，杜國(guó)堅(jiān)

（1.吳江市苗圃集團(tuán)公司，江蘇 吳江 215200；2.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

隨著全球機(jī)動(dòng)車數(shù)量的不斷增多，城市二氧化氮（NO2）污染問(wèn)題日益突出。植物對(duì)于一定濃度的大氣污染物不僅具有抵抗能力，而且還具有吸收同化能力。Morikawa等[1]研究了217種天然植物同化NO2的情況，發(fā)現(xiàn)不同植物同化能力的差異達(dá) 600多倍，可篩選“嗜NOx植物”。硝酸還原酶（NR）是植物氮（N）代謝中一個(gè)重要的調(diào)節(jié)酶和限速酶[2]。前人已開展了關(guān)于植物暴露于NO2的生長(zhǎng)量、葉綠素含量、N含量及與N代謝相關(guān)的酶活性，但多在作物間開展，極少針對(duì)園林綠化植物開展。樟樹（Cinnamomum camphora）是我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林的重要樹種，是珍貴用材樹種、芳香油類樹種及重要園林綠化樹種。本文的主要目的是研究在NO2影響下樟樹幼苗N元素積累和NR活力，對(duì)于評(píng)價(jià)樟樹對(duì)NO2的吸收能力具有參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 供試材料

植物材料采用1年生樟樹幼苗。樟樹種子于2007年3月20日播于沙床。5月，當(dāng)苗木出土且長(zhǎng)出兩片真葉時(shí)移至容器內(nèi)，每個(gè)容器內(nèi)1株。容器基質(zhì)配比為蛭石：泥炭：珍珠巖 = 4.5：4.5：1（質(zhì)量比）。大棚栽培，及時(shí)澆水。

1.2 開頂式熏氣裝置

開頂式熏氣裝置采用開頂式自動(dòng)監(jiān)控氣體體積分?jǐn)?shù)熏氣裝置，由送風(fēng)系統(tǒng)、熏氣罩和監(jiān)控系統(tǒng)組成。送氣系統(tǒng)采用罐裝氣體和電磁閥、軸流風(fēng)機(jī)相連，由電磁閥控制氣體的停送，由軸流風(fēng)機(jī)將供試氣體送入氣室。熏氣罩用有機(jī)玻璃制成，六面柱體，橫截面對(duì)角線長(zhǎng)1.16 m，高1.85 m，頂部敞開，略有收口，在距離底部0.30 m處設(shè)置柵板。受試氣體首先進(jìn)入氣室柵板下的底部空間，再?gòu)臇虐迳暇鶆蚍植嫉? 200多個(gè)直徑為12 mm的孔眼自下而上通過(guò)氣室，使氣室內(nèi)試驗(yàn)氣體體積分?jǐn)?shù)均勻，上、中、下、左、右各點(diǎn)位氣體體積分?jǐn)?shù)差異不超過(guò)5%。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，有害氣體體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)采用在線式監(jiān)測(cè)儀（傳感器為瑞士生產(chǎn)，精確度為0.01μL/L）將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)現(xiàn)實(shí)體積分?jǐn)?shù)與目標(biāo)值的差異發(fā)出指令控制電磁閥的開關(guān)，將熏氣室試驗(yàn)氣體體積分?jǐn)?shù)控制在目標(biāo)值，波動(dòng)幅度不超過(guò)5%，數(shù)據(jù)采集密度1次/s。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置了3種體積分?jǐn)?shù)NO2熏氣處理，分別為0.1、0.5和4.0μL/L（處理1、處理2、處理3），同時(shí)以空氣為對(duì)照（簡(jiǎn)稱ck）。每個(gè)處理設(shè)置2個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)放置生長(zhǎng)基本相同的苗木80株。當(dāng)苗木已基本生長(zhǎng)整齊，且長(zhǎng)出8片以上真葉，第3片以下真葉已完全成熟時(shí)開始熏氣，熏氣時(shí)間為2007年7月12日至9月11日的8：00－17：00，晚上停止熏氣。每15 d測(cè)定1次N素含量及NR活力，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定8株，至熏氣結(jié)束時(shí)止。熏氣開始前（7月11日）對(duì)對(duì)照的上述各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 N含量測(cè)定

取頂葉以下第3片起沒(méi)有明顯傷害癥狀的葉片，去除葉柄和葉脈，洗凈，70℃烘干至恒重，粉碎后過(guò)80目篩，采用H2SO4—H2O2法消煮，奈氏比色法測(cè)定全N含量[3]。

1.5 NR活力測(cè)定

采用活體法測(cè)定[4]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均采用 SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理。各處理間差異顯著性分析采用單因素方差分析（one-way ANOVA）。方差顯著的置信區(qū)間為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 NO2對(duì)樟樹幼苗葉片N含量的影響

從圖1可以看出，隨著熏氣時(shí)間的推移，處理1、處理2和對(duì)照樟樹幼苗葉片N含量呈總體上升的變化趨勢(shì)，各處理的最大值分別為23.5、25.1和21.1 g/kg；處理3則呈升—降—升的變化趨勢(shì)，在熏氣第30 d達(dá)到峰值（21.8 g/kg）。至熏氣結(jié)束時(shí)，處理1、處理2、處理3和對(duì)照 N元素含量分別比熏氣前提高了 23.50%、34.97%、20.77%和12.02%。

從各體積分?jǐn)?shù)NO2對(duì)樟樹幼苗葉片N含量的影響來(lái)看，處理1和處理2在熏氣過(guò)程中始終顯著高于對(duì)照，而處理3在熏氣第15 d和45 d與對(duì)照差異不顯著，其它熏氣時(shí)段也顯著高于對(duì)照。至熏氣結(jié)束時(shí)，3種處理N元素含量依次為 22.6、25.2和 22.1 g/kg，分別比對(duì)照提高了10.24%、20.48%和 7.80%?？梢姡瑸槠?60 d各體積分?jǐn)?shù)NO2均不同程度提高了樟樹幼苗葉片N元素的積累。

2.2 NO2對(duì)樟樹幼苗葉片NR活力的影響

從圖2可以看出，各處理樟樹幼苗葉片的NR活力隨熏氣時(shí)間的推移呈逐步上升的變化趨勢(shì)，至熏氣結(jié)束時(shí)3種處理和對(duì)照分別上升至19.359 9、20.579 1、18.047 1和17.659 8μg/（g·h）。在熏氣第15天時(shí)，對(duì)照較熏氣前出現(xiàn)明顯下降，降幅達(dá)52.83%。

在整個(gè)熏氣過(guò)程中，處理 2樟樹幼苗葉片的NR活力始終為各處理中最強(qiáng)，且顯著強(qiáng)于對(duì)照（第30天未達(dá)顯著水平）；處理1在熏氣第15天時(shí)顯著高于對(duì)照，而處理3在熏氣第45天時(shí)顯著低于對(duì)照，其它熏氣時(shí)段則與對(duì)照差異不顯著（圖2）。可見，處理2和處理1中的NO2增強(qiáng)了NR活力，而處理3中的NO2抑制了NR活力。

3 結(jié)論與討論

NR活力隨提供的NO3－濃度增加而增強(qiáng)，這已在歐洲赤松（Pinus sylvestris）、歐洲榿木（Alnus cremastogyne）、杉木（Cunninghamia lanceolata）和一些果樹上得到證實(shí)[5]。本研究中，處理1和處理2中的NO2均增強(qiáng)了NR活力，處理 3中的NO2抑制了NR活力，即NR與NO3－供應(yīng)量之間的正相關(guān)只存在于一定劑量范圍內(nèi)，當(dāng)NO2-N供應(yīng)量超過(guò)一定范圍時(shí)反而引起NR活力的下降。秦天才等[6]通過(guò)對(duì)小白菜的研究認(rèn)為，當(dāng)鎘超過(guò)一定濃度后，促進(jìn)植株抗壞血酸分解、游離脯氨酸積累，從而抑制NR活力。本研究中，在處理3 NO2影響下，樟樹幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)活性總體下降、膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量增加[7]，說(shuō)明NR活力降低可能與NO2引發(fā)的氧化傷害有關(guān)。

NO2通過(guò)植物葉片氣孔進(jìn)入葉片后快速溶于細(xì)胞間的水相形成NO3－，NO3－被NR還原為NO2－，進(jìn)一步被亞硝酸還原酶（NiR）還原成NH4＋，用于氨基酸和蛋白質(zhì)合成[2]。據(jù)Sabaratnam等[8]研究，為期5 d，每天7 h的0.2和0.3μL/L NO2均使大豆葉片N含量明顯高于對(duì)照，0.5μL/L NO2使葉片N含量比熏氣前提高了41%。本研究中，在整個(gè)熏氣過(guò)程中，處理1和處理2中的NO2均使樟樹幼苗葉片N元素含量顯著提高，這可能與NR活力提高有關(guān)。處理 3中的NO2亦在熏氣結(jié)束時(shí)使N元素含量顯著提高，這種與NR活力相反的變化趨勢(shì)可能是因?yàn)橥饨巛^高濃度的NO2使NO3－-N在葉片過(guò)度積累所致。

[1]Morikawa H, Higaki A, Nohno M,et al.More than a 600-fold variation in nitrogen dioxide assimilation among 217 planta taxa[J].Plant, Cell Envir,1998（21）：180－190.

[2]李豪喆.大豆葉片硝酸還原酶活力的研究[J].植物生理學(xué)通訊，1986（4）：30－32.

[3]南京農(nóng)學(xué)院.土壤農(nóng)化分析[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1980.36－204.

[4]張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2003.41.

[5]周國(guó)璋，蘇夢(mèng)云.樹木硝酸還原酶的研究概況與應(yīng)用前景[J].林業(yè)科學(xué)研究，1990，3（6）：601－607.

[6]秦天才，吳玉樹，王煥校.鎘、鉛及其相互作用對(duì)小白菜生理生化特性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào)，1994，14（1）：46－50.

[7]Chen Zhuo-mei, Chen Ying-xu, Du Guo-jian.Effects of 60-day NO2fumigation on growth, oxidative stress and antioxidative response inCinnamomum camphoraseedlings[J].J Zhejiang Univ Sci B, 2010, 11（3）：190－199.

[8]Sabaratnam S, Gupat G, Mulchi C.Effects of nitrogen dioxide on leaf chlorophyll and nitrogen content of soybean[J].Envir Pol, 1988（51）：113－120.