園林植物對汽車尾氣的生理反應及抗性研究

另青艷

摘要：指出了隨著我國汽車保有量持續(xù)上升，其產(chǎn)生的尾氣中NOx導致園林植物葉片細胞膜受損，葉綠素含量降低，光合作用減弱，葉片變色、脫落甚至枯死。綜述了近些年國內(nèi)外在汽車尾氣污染脅迫下植物抗性方面的研究成果，總結(jié)了我國北方、中部、南方對汽車尾氣有較強抗性的植物種，為交通繁忙地段優(yōu)選抗性樹種提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車尾氣；園林植物；脅迫； 抗性樹種

中圖分類號： X514

文獻標識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06020602

1 引言

伴隨經(jīng)濟增長我國汽車數(shù)量猛增，汽車尾氣導致大氣中NOx濃度不斷升高，嚴重威脅到城市居民和動植物健康。汽車尾氣污染下植物葉片膜脂過氧化及抗氧化系統(tǒng)會受損，葉綠素含量降低，光合作用會減弱，葉片變色、脫落甚至枯死（陳華，2006）。不同植物種類、習性不同，在相同生長條件下，對大氣污染物的忍耐力不同 （魯敏，2002）。研究園林植物對汽車尾氣的不同忍耐能力，可以作為交通繁忙地段選擇和培育抗污染植物時提供指標，同時也可為深入探討大氣污染對植物的傷害和植物的抗性機理提供科學依據(jù)，為城市開展抗污綠化、生物凈化、環(huán)境的生物監(jiān)測與評價提供科學依據(jù)。

2 汽車尾氣有害成分簡述

根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，我國2014年年末民用汽車保有量達到15447萬輛，比上年末增長12.4%。隨之而來的是汽車尾氣污染問題，分析顯示汽車尾氣中主要污染物為NOx、CO、CO2、碳氫化合物、固體懸浮物、鉛及硫氧化合物等，其中NOx是形成光化學煙霧主要兇手，會產(chǎn)生臭氧、硝酸及其他有機酸脂，而硝酸是酸雨形成的主要來源（劉培桐，1995）。

3 汽車尾氣對植物的影響

植物葉片對汽車尾氣污染最為敏感，李德生（2007）用NO2對14種植物進行熏氣發(fā)現(xiàn)植物在長時間接觸濃度較低NO2后生育不良，長勢差，缺綠，衰老加速。還發(fā)現(xiàn)針闊葉樹種葉片受損有所區(qū)別，闊葉樹先從葉脈出現(xiàn)壞死斑，慢慢在葉緣、葉柄等地也出現(xiàn)壞點，直至整個葉片脫落；針葉樹種也從葉片開始受損，首先出現(xiàn)壞死的是葉片中上部，逐漸蔓延，直至整個針葉，但死后不脫落。

3.1 對植物細胞膜的損傷

細胞膜是植物細胞內(nèi)部反應與外部環(huán)境的界面，可以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外物質(zhì)交流、信息傳遞，也能在污染脅迫下作出反應。植物在逆境條件下首先細胞膜發(fā)生變化，汽車尾氣中大量的NO2從植物葉片氣孔進入葉片后快速形成NO2-，與NADPH競爭，降低了植物光合作用速率，致使細胞內(nèi)不斷產(chǎn)生活性氧（ROS），從而破壞了系統(tǒng)之間的平衡，植物細胞中積累大量的O+2、OH-、—OH、H2O2和O2等，這些活性氧與植物組織中生物大分子發(fā)生反應，導致膜脂過氧化、蛋白質(zhì)與核酸的氧化修飾、細胞膜的破壞，致使植物受到傷害，甚至死亡（焦健等，2006）。

3.2 對光合作用的影響

反應植物生長情況最好的指標是光合作用速率，很多學者對NOx對植物光合作用的影響進行過研究，其中Sabarat（1988）將NO2對植物光合作用的影響機制歸納為以下3個方面：①NO2從植物葉片氣孔進入葉片后快速形成NO2-，與NADPH競爭，降低了植物光合作用速率；②NO2自身屬酸性，進入植物細胞后可改變電子傳遞和光合磷酸化；③NO2的轉(zhuǎn)化物Fe＼|NO自由基復合物，會對含巰基或組氨酸殘基蛋白質(zhì)中酶的活性產(chǎn)生抑制作用。溫達志（2003）研究發(fā)現(xiàn)，生長在NO2較高的工業(yè)區(qū)30種園林植物的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度都有一定的下降，陸耀東（2003）對交通繁忙區(qū)的39種木本植物進行研究也得出類似結(jié)論。

3.3 對葉綠素含量的影響

葉綠素是植物最主要的色素分子，是植物進行光能吸收、傳遞以及電子傳遞過程中必不可少的傳遞體。大量研究證明汽車尾氣會導致植物葉片葉綠素含量下降的現(xiàn)象，如Sabarat（1988）對常春藤、燕麥進行為期5d、每天7h的0.5ul/l NO2，導致植物葉綠素a和總?cè)~綠素含量明顯下降。而0.2和0.3ul/l NO2對葉綠素含量卻有一定刺激增加作用。陳海燕（2006）也得出類似結(jié)論：低強度的大氣污染，植物葉綠素含量可能變化不明顯甚至有所增加。

4 植物對汽車尾氣的應對機制及抗NOx污染植物選擇

植物吸收污染物：一是植物根部吸收后經(jīng)木質(zhì)部向上運輸；二是植物葉、表皮的氣孔或角質(zhì)層吸收大氣中的多種化學物質(zhì)，包括NO、NO2、SO2、HF、重金屬、粉塵等經(jīng)韌皮部向下運輸和分布（薛較亮等，2000）。植物吸收汽車尾氣后主要靠持留和去除來凈化化學性污染物。持留是指植物截獲、吸附和滯留等，去除包括植物吸收、降解、轉(zhuǎn)化、同化和超同化等（陶雪琴等，2007）。植物的葉片形態(tài)（針闊葉）、粗糙程度、葉片著生角度和表面分泌物對污染物的持留有很大關(guān)系（Trapp. 2001）。陶雪琴（2007）研究發(fā)現(xiàn)植物一般經(jīng)代謝過程或自身的酶等來降解細胞內(nèi)吸收的N0x，同時植物也可以經(jīng)過生理過程將汽車尾氣污染物由一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)，如植物可將空氣中的SO2和NOx轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和硝酸鹽，其正好符合Omasa（2002）提出的“超同化植物”的概念，將汽車尾氣中的某些成分轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)物質(zhì)源高效吸收與同化，同時促進自身的生長，如植物吸收的NO2部分參與植物的生命活動，部分通過根系排出體外。

植物在城市生態(tài)平衡中起著“除污吐新”的作用，不同植物“吸污抗污”能力不一樣，一些植物對汽車尾氣很敏感，另一些植物在長期的汽車尾氣污染下仍生長旺盛，表現(xiàn)出極強的抗性，從而達到降解大氣污染物的目的（劉艷菊，2001）。因此研究如何防止植物增毒和如何強化植物解毒是利用植物應對汽車尾氣污染的關(guān)鍵。

學者在植物的吸污、抗污方面做了大量研究，陳卓梅（2007）在對38種浙江省主要園林植物進行試驗時得出：各物種對NO2的抵抗能力差異較大，常綠植物抗性強于落葉植物，山茶科和樟科植物抗性強于金縷梅科植物；各物種吸污性也相差很大，相對吸污能力最強的達404.05%，最弱的僅0.07%，以落葉植物吸污能力強于常綠植物。胡羨聰（2003）對南方常見樹種進行研究得出一般情況下抗污性強的植物光合作用弱、凈化能力弱，但也有些物種表現(xiàn)出抗性較強，又具較高的凈化能力，如小葉榕、紅花夾竹桃、桃花心木等，這類既有較強抗性又有較強凈化能力的植物可多應用于道路繁忙區(qū)的綠化?？讎x（2003）篩選出了適宜北方對NOx具有較強抗性的植物種饅頭柳、丁香、構(gòu)樹、海棠、金銀木、自蠟等，適宜南方種植的有小葉榕、竹柏、鐵冬青、紅花油茶、夾竹桃、儀花、密花樹等吸污、抗污能力強的植物。趙磊（2013）選出適宜中部城市種植的抗NOx污染能力較強的有欒樹、廣玉蘭、女貞、樟樹、法國冬青、紫葉李、海桐、桂花、紅繼木、懸鈴木、枇杷、石楠、杜鵑、山杜英等。

5 研究展望

隨著汽車保有量急劇上升，汽車尾氣已成為大氣污染物的主要來源之一。盡管在前面提到植物能夠抗污吸污，但目前對植物吸污機理研究不夠透徹。城市綠地消減汽車尾氣的規(guī)劃設(shè)計也未有效開展，幾乎沒有成功案例可循。隨著我國城市大氣問題的日益突出，城市綠地減污規(guī)劃設(shè)計技術(shù)將成為城市園林綠地規(guī)劃設(shè)計的重要內(nèi)容，在以后可集中對以下幾個方面進行研究。

（1）汽車尾氣中主要物質(zhì)在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化機理的研究；

（2）凈化效果影響因素的研究；

（3）脅迫生境下轉(zhuǎn)基因植物的研究；

（4）高效凈化植物的篩選；

（5）高效凈化植物大范圍種植效果研究等。

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