四川慈竹生理生化指標(biāo)對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

王麗華，高 景，劉 尉 ，李 西

（1.阿壩師范學(xué)院，四川汶川 623002；2.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，成都 610041；3.成都市農(nóng)林科學(xué)院,成都 611130；4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，成都 611130）

四川慈竹生理生化指標(biāo)對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

王麗華1，2，高 景2，劉 尉3，李 西4*

（1.阿壩師范學(xué)院，四川汶川 623002；2.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，成都 610041；3.成都市農(nóng)林科學(xué)院,成都 611130；4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，成都 611130）

【目的】研究SO2脅迫下四川慈竹（Neosinocalamus affinis）的抗性及凈化能力?！痉椒ā客ㄟ^(guò)人工模擬熏氣法研究SO2脅迫下慈竹葉片形態(tài)和生理生化指標(biāo)變化，SO2處理設(shè)置為CK（自然狀態(tài)，低于3 mg/m3SO2）、S1（30 mg/m3SO2)、S2（60 mg/m3SO2）。【結(jié)果】①慈竹葉片的葉脈在初期表現(xiàn)為點(diǎn)狀傷斑而在后期為條狀傷斑，受害程度表現(xiàn)為S2＞S1＞CK，且SO2濃度越高受害癥狀出現(xiàn)越早，受害程度越大；②SO2脅迫在時(shí)間上的持續(xù)和濃度上的增加，導(dǎo)致了慈竹葉綠素總量的增加；③SO2脅迫30 d后導(dǎo)致了慈竹凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率升高，且在S1時(shí)達(dá)到峰值，但在S2處下降；慈竹胞間CO2濃度隨SO2濃度升高而降低；④慈竹葉的丙二醛、可溶性糖、脯氨酸（0～20 d）、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、葉片硫含量均隨SO2脅迫持續(xù)和濃度升高而升高，其中在30 d時(shí)，SO2處理下慈竹脯氨酸含量明顯低于初始值和CK。【結(jié)論】慈竹能通過(guò)調(diào)節(jié)自身保護(hù)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)低濃度SO2的逆境脅迫并維持正常生長(zhǎng)，該結(jié)果可為城市SO2污染(霧霾、汽車(chē)尾氣等)治理和城市園林綠化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。

慈竹；SO2；脅迫；生理生化指標(biāo)

從工業(yè)革命至今，SO2污染問(wèn)題一直伴隨著人類(lèi)社會(huì)發(fā)展，其來(lái)源方式較多，并且危害影響較大、歷時(shí)較長(zhǎng)、涉及范圍較廣[1-3]。20世紀(jì)對(duì)酸雨問(wèn)題（SO2濕沉降）的治理，雖有效減緩了SO2污染帶來(lái)的影響[4-5]，但近年來(lái)隨著霧霾、汽車(chē)尾氣等城市污染問(wèn)題（SO2干沉降）的日益加劇[6-7]，SO2污染再次成為大氣環(huán)境治理的熱點(diǎn)之一。因此，深入了解SO2脅迫對(duì)植物的影響機(jī)理，同時(shí)利用植物凈化作用來(lái)緩解SO2造成的大氣污染，都將會(huì)成為解決當(dāng)前SO2污染問(wèn)題的重要課題和研究方向。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于SO2污染對(duì)植物影響的研究較多，諸如不同植物在SO2污染脅迫下的生物學(xué)反應(yīng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、保護(hù)酶抗氧化系統(tǒng)以及吸收凈化等方面[2，3，8]，但基于竹類(lèi)對(duì) SO2脅迫的研究并不多見(jiàn)。竹類(lèi)是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分之一，全球現(xiàn)有超過(guò)3.150×107hm2的竹林面積，并擁有1200多個(gè)竹種，而我國(guó)更是全球竹子起源和分布中心。竹類(lèi)在城市園林綠化中占有不可替代的價(jià)值地位。慈竹（Neosinocalamus affinis）廣泛分布于我國(guó)西南地區(qū)，尤其在四川地區(qū)其資源十分豐富[9]。同時(shí)，慈竹不僅是四川地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)竹種之一，也是城市園林綠化的常見(jiàn)植物[10]。隨著SO2污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，勢(shì)必會(huì)對(duì)四川慈竹生長(zhǎng)及其種植產(chǎn)業(yè)造成影響，并且目前關(guān)于這方面的基礎(chǔ)研究相對(duì)較少[5]。因此，開(kāi)展慈竹對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)研究，不僅在竹類(lèi)的保護(hù)及資源利用上可提供更多有效的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步完善SO2污染研究具有重要意義。

綜上所述，本研究以四川慈竹為研究對(duì)象，采用人工模擬熏氣法，以30 d為周期，通過(guò)研究不同SO2濃度熏氣處理下慈竹葉片形態(tài)和生理生化指標(biāo)的變化，探討了四川慈竹對(duì)SO2脅迫的反應(yīng)特征和響應(yīng)機(jī)制，以期為城市SO2污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為城市園林綠化植物篩選提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于雅安市雨城區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科研園區(qū)。雅安多年平均氣溫16.2℃，≥10℃的積溫5231℃，月平均最高溫和最低溫分別為29.9℃（7月）和3.7℃（1月），年均日照時(shí)數(shù)1039.6 h，無(wú)霜期298 d，多年平均降雨量1774.3 mm，空氣平均濕度79%，屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，受季風(fēng)和地形的影響，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷熱，氣候溫和，晝夜溫差小，陰雨較多，光照不足，四季分明，立體氣候明顯。經(jīng)多年觀(guān)測(cè)，該區(qū)域空氣SO2含量低于高等植物不受SO2傷害的臨界濃度 3 mg/m3SO2[5，11]。

本研究以慈竹（Neosinocalamus affinis）為試驗(yàn)材料。于2015年3月盆栽慈竹15盆，隨后適應(yīng)性栽培1年。2016年4月選出9盆長(zhǎng)勢(shì)均勻且健康的慈竹以供試驗(yàn)。

試驗(yàn)熏香為自制加硫熏香，自制熏香釋放SO2濃度均在若干次預(yù)試驗(yàn)測(cè)定后確定，確保每支自制熏香在燃放時(shí)釋放的SO2濃度為4～6 mg/m3，熏香基質(zhì)為粉末狀的碎木屑等，并添加相應(yīng)量的硫黃。

試驗(yàn)熏氣室為密閉可開(kāi)頂式塑料透光靜態(tài)環(huán)境控制室（3 m×3 m×3 m），共設(shè)3室。試驗(yàn)測(cè)硫儀為現(xiàn)場(chǎng)大氣 SO2測(cè)定儀（GDYK-402S，USA）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將9盆待試驗(yàn)的盆栽慈竹分別置于3個(gè)熏氣室，每室3盆，3次重復(fù)。以高等植物不受SO2傷害的臨界濃度3 mg/m3SO2為依據(jù)，設(shè)置3個(gè)SO2濃度水平，分別為自然狀態(tài)（CK）、SO2濃度30 mg/m3（S1）、SO2濃度60 mg/m3（S2）。

試驗(yàn)周期為30 d（2016年5月1日—30日），每日上午6:00—9:00進(jìn)行熏氣，各熏氣室依照所需SO2濃度，點(diǎn)燃熏香進(jìn)行3 h的密閉熏氣處理，過(guò)程中使用測(cè)硫儀監(jiān)測(cè)SO2濃度，增減熏香控制所需SO2濃度水平（波動(dòng)范圍±5 mg/m3）。結(jié)束后將盆栽慈竹搬至室外，避免中午室內(nèi)高溫對(duì)試驗(yàn)造成干擾，同時(shí)打開(kāi)熏氣室換氣系統(tǒng)釋放SO2。待18:00以后對(duì)盆栽慈竹進(jìn)行澆水，目的在于避免早上澆水影響SO2濃度。處理過(guò)程中注意以下兩點(diǎn)：①熏氣開(kāi)始前和過(guò)程保證熏氣室內(nèi)的空氣濕度和溫度與室外盡量一致；②熏氣周期內(nèi)，不添加肥料，防止肥料中少量的硫元素干擾硫含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

處理開(kāi)始后，每天觀(guān)測(cè)并記錄葉片受害狀況。分別在5月10日、5月20日、5月30日對(duì)慈竹葉片進(jìn)行采集，采樣前先對(duì)每個(gè)處理的葉片光合指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，隨后由上至下采集受害且成熟的葉片若干，帶回試驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)測(cè)定。

形態(tài)指標(biāo)：每天處理前對(duì)慈竹葉片受害狀況（癥狀時(shí)間和程度）進(jìn)行觀(guān)測(cè)與記錄。

光合指標(biāo)：采用便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（LI-6400，USA）測(cè)定[12]。測(cè)定時(shí)在每個(gè)處理水平下慈竹的中部選取成熟完全展開(kāi)葉片進(jìn)行測(cè)定，從中選取10個(gè)連續(xù)穩(wěn)定值并求其平均值，測(cè)定指標(biāo)包括凈光合速率（net photosynthesis rate，Pn）和相關(guān)氣體交換參數(shù)，即氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs），蒸騰速率（transpiration rate，Tr），胞間 CO2濃度（intercellular CO2concentration，Ci）。葉綠素總量（Total Chl）采用丙酮乙醇等量混合法[12]。3次采樣當(dāng)天，選擇取樣之前，即當(dāng)天上午10：00前后，對(duì)各處理進(jìn)行光合指標(biāo)測(cè)定。盡量保證環(huán)境溫度在25～30℃，同時(shí)避開(kāi)中午高溫干擾。

生理生化指標(biāo)：丙二醛（malondialdehyde，MDA）和可溶性糖（soluble sugar，SS）采用硫代芭比妥酸（TBA）比色法[12]。游離脯氨酸（proline，Pro）酸性茚三酮比色法[12]?？扇苄缘鞍踪|(zhì)（soluble protein，SP）采用紫外吸收法[12]。3種主要保護(hù)酶活性[13]，即超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法（以0.5為一個(gè)活力單位，U）、過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）采用愈創(chuàng)木酚法（以 0.01為一個(gè)活力單位，U）；過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）紫外分光光度法（以0.01為一個(gè)活力單位，U）。以上指標(biāo)均為鮮重下測(cè)定。

葉片硫含量指標(biāo)：采用硫酸鋇比濁法[14]。該指標(biāo)為干重下測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)和繪制圖表，并利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，采用最小顯著差數(shù)法（LSD法）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 SO2脅迫對(duì)葉形態(tài)的影響

30 d觀(guān)測(cè)記錄顯示，CK處理的慈竹葉片始終未出現(xiàn)SO2受害癥狀；S1處理在第20 d出現(xiàn)輕微SO2受害癥狀，即葉脈間出現(xiàn)點(diǎn)狀傷斑，隨后10 d癥狀略有加重，處理結(jié)束后葉片有明顯的小條狀傷斑，受害面積小于10%；S2處理在14d出現(xiàn)輕微SO2受害癥狀，隨后癥狀逐漸擴(kuò)散，處理結(jié)束后葉片出現(xiàn)明顯的條狀和塊狀傷斑，受害面積約30%。各處理受害程度為S2＞S1＞CK。同時(shí)觀(guān)測(cè)還發(fā)現(xiàn)，葉片健康部分綠色程度呈現(xiàn)S1＞S2＞CK?？梢?jiàn)，SO2濃度越高慈竹葉片受害時(shí)間越早，受害程度越大。

2.2 SO2脅迫對(duì)葉綠素的影響

從時(shí)間上看（圖1），CK處理的慈竹葉綠素總量無(wú)明顯變化（P＞0.05），S1和S2處理整體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)（P＜0.05），具體表現(xiàn)為 20 d＞30 d＞10 d＞0 d，均在20 d達(dá)到最大值，且較0 d分別增加了33.25%（S1）和27.31%（S2）。所以，SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉綠素總量增加。

圖1 SO2脅迫對(duì)不同處理水平下葉綠素總量的影響Figure1 Effects of SO2stress on total Chl in each treatment

從處理間看，隨著時(shí)間持續(xù)，慈竹各處理間的葉綠素總量差異逐漸明顯，在處理30 d后呈現(xiàn)S1＞S2＞CK（P＜0.05）的趨勢(shì)，S1較 CK 增加了 27.23%，S2則增加了15.14%。可見(jiàn)，隨SO2濃度增加慈竹葉綠素總量同樣增加，但不表現(xiàn)為線(xiàn)性增加。

2.3 SO2脅迫對(duì)凈光合速率和相關(guān)氣體交換參數(shù)的影響

光合測(cè)定顯示在0～20 d內(nèi)，慈竹光合指標(biāo)在時(shí)間梯度和各處理間均無(wú)顯著差異（P＞0.05），僅在30 d測(cè)定時(shí)有所變化。從表1可看出，S1和S2的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率較CK顯著升高（P＜0.05），但兩個(gè)處理間差異不顯著（P＞0.05），其中S1增量最大，分別較CK增加了4.78%、25.00%、85.59%；而各處理的胞間CO2濃度大小呈現(xiàn)CK＞S1＞S2，且處理間差異顯著（P＜0.05），S1和S2較CK分別下降了43.01%和71.87%?？梢?jiàn)，SO2脅迫對(duì)慈竹光合指標(biāo)在0～20 d無(wú)明顯影響，而在30 d后，SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的升高，同時(shí)S1處理下達(dá)到最大，而胞間CO2濃度隨SO2濃度升高而明顯降低。

表1 SO2脅迫對(duì)不同處理水平下凈光合速率和相關(guān)氣體交換參數(shù)的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，n=5）Table1Effects of SO2stress on Pn，Gs，Trand Ciin each treatment（means±SE，n=5）

2.4 SO2脅迫對(duì)丙二醛及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖2（a）可知，在處理周期內(nèi)，CK處理的慈竹葉MDA含量無(wú)明顯變化（P＞0.05），S1和S2處理則隨時(shí)間持續(xù)呈明顯升高趨勢(shì)（P＜0.05），均在30 d達(dá)到最大值，分別較初始值增加了84.24%和132.29%。而各處理間的MDA含量在10 d、20 d、30 d均呈現(xiàn)S2＞S1＞CK（P＜0.05）；在 30 d 時(shí) S1 和S2 較 CK 增加了74.87%和125.33%?？梢?jiàn)，持續(xù)的SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉MDA含量明顯升高；同時(shí)MDA含量隨SO2濃度升高而升高。

由圖2（b）可知，除CK外，S1和S2處理的慈竹葉SS含量均在20d后呈升高趨勢(shì)（P＜0.05），30d時(shí)達(dá)到最大值，分別較初始值分別增加了28.78%和48.88%。從處理間看，10 d時(shí)各處理間的SS含量無(wú)顯著差異（P＞0.05），20 d時(shí)S1和S2較CK明顯升高（P＜0.05），30 d 時(shí) 3 個(gè)處理間呈現(xiàn) S2＞S1＞CK（P＜0.05），S1和S2較CK增加了26.36%和48.97%。這說(shuō)明，持續(xù)的SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉SS含量明顯升高；而且SS含量隨SO2濃度升高而升高。

圖2 （c）顯示，在30 d處理時(shí)間內(nèi)，CK處理的慈竹葉Pro含量無(wú)顯著變化（P＞0.05），而S1和S2處理則隨時(shí)間持續(xù)呈先升高后降低的變化趨勢(shì)（P＜0.05），兩者含量均在20 d達(dá)到最大，分別較初始值增加了69.29%和148.55%，最低含量出現(xiàn)在30 d，分別較初始值降低了27.14%和42.06%。在各處理下，10 d和20d時(shí)3個(gè)處理間均呈現(xiàn)S2＞S1＞CK（P＜0.05），而30 d時(shí)三者呈現(xiàn)CK＞S1＞S2（P＜0.05），S1和S2較CK降低了28.57%和42.85%。故而，持續(xù)的SO2處理會(huì)導(dǎo)致慈竹葉Pro含量先升高后降低；在0～20 d時(shí)Pro含量隨SO2濃度升高而升高，而20～30 d時(shí)含量隨SO2濃度升高而降低。

最后由圖2（d）可得，CK處理的慈竹葉SP含量在時(shí)間上無(wú)明顯變化（P＞0.05），S1和S2處理則隨時(shí)間持續(xù)呈升高趨勢(shì)，其中S2處理各時(shí)間段差異性顯著（P＜0.05），但兩個(gè)SO2處理均在30 d達(dá)到最大值，分別較初始值增加了12.26%（S1）和22.10%（S2）。處理間對(duì)比分析后，10 d和20 d時(shí)僅S2較CK有明顯升高（P＜0.05），而30 d時(shí)3 個(gè)處理間呈現(xiàn)S2＞S1＞CK（P＜0.05），S1和S2較CK增加了12.36%和24.57%?？梢?jiàn)，持續(xù)的SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉SP含量緩慢升高；處理后期3個(gè)處理的SP含量呈現(xiàn)出明顯的隨SO2濃度升高而升高。

2.5 SO2脅迫對(duì)3種保護(hù)酶活性的影響

由圖3（a）可知，除CK無(wú)變化外，S1和S2處理的慈竹葉SOD活性隨時(shí)間持續(xù)呈逐漸升高趨勢(shì)（P＜0.05），均在30 d時(shí)達(dá)到最大，分別較初始值增加了73.52%（S1）和 144.73%（S2）。處理間分析表明，10 d、20 d、30 d時(shí) 3個(gè)處理間均呈現(xiàn) S2＞S1＞CK（P＜0.05），在30 d時(shí)S1和S2較CK增加了71.95%和133.89%。

由圖3（b）可知，3個(gè)處理的慈竹葉POD活性在時(shí)間上的變化與SOD活性變化一致，也在30 d時(shí)達(dá)到最大，S1和S2處理分別較初始值增加了23.64%和35.94%。而處理間分析表明，10 d和20 d時(shí)兩個(gè)SO2脅迫處理均明顯高于CK（P＜0.05），但兩者之間差異性不顯著（P＞0.05），但30 d 3個(gè)處理間呈現(xiàn)S2＞S1＞CK（P＜0.05），S1和S2較 CK 增加了 21.32%和34.50%。

由圖3（c）可知，3個(gè)處理的慈竹葉CAT活性在時(shí)間上和不同時(shí)間段處理間的變化均與SOD活性變化一致。

從上述分析可知，持續(xù)的SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉3種酶活性逐漸升高；同時(shí)3種酶活性均隨SO2濃度升高而升高。

2.6 SO2脅迫對(duì)葉片硫含量的影響

由圖4可知，隨處理時(shí)間CK處理的慈竹葉片硫含量無(wú)明顯變化（P＞0.05），S1和S2處理整體呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)（P＜0.05），均在30 d達(dá)到最大值，且較0 d分別增加了 175.18%（S1）和 431.57%（S2）。各處理間的對(duì)比分析顯示，慈竹各處理間的葉片硫含量差異隨時(shí)間逐漸變大，處理結(jié)束后呈現(xiàn)S2＞S1＞CK（P＜0.05）的趨勢(shì)，S1較CK增加了175.75%，S2則增加了405.35%。可見(jiàn)，隨SO2脅迫時(shí)間持續(xù)和濃度增加均會(huì)使得慈竹葉片硫含量增加。

圖3 SO2脅迫對(duì)不同處理水平下SOD（a）、POD（b）、CAT（c）的影響Figure3 Effects of SO2stress on SOD（a）、POD（b）and CAT（c）in each treatment

3 討論

3.1 慈竹葉形態(tài)及其光合指標(biāo)對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

葉片作為植物最快和最明顯的反應(yīng)器官[15-16]，同時(shí)其受害癥狀是植物對(duì)SO2脅迫最直接的表觀(guān)反應(yīng)。本研究結(jié)果表明，當(dāng)SO2濃度大于高等植物受害臨界濃度3 mg/m3時(shí)，慈竹葉出現(xiàn)受害癥狀與其他樹(shù)種受害規(guī)律相似[5]，具體表現(xiàn)為SO2濃度越高葉片出現(xiàn)受害癥狀越早，受害程度越大。多數(shù)研究[17-18]認(rèn)為，在SO2脅迫下，最初葉脈間出現(xiàn)傷斑，由漂白引起失綠，逐漸呈棕色壞死，傷斑形狀呈不規(guī)則的點(diǎn)狀、條狀或小塊狀，且傷斑區(qū)和健康區(qū)之間界限明顯；隨著脅迫的加劇，傷斑面積擴(kuò)大，直至葉片萎蔫下垂或失水干枯。然而本試驗(yàn)中，慈竹在SO2脅迫下表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性，即在30 d最高濃度下，葉片受害面積僅約30%，這可能與慈竹葉片為C4結(jié)構(gòu)有關(guān)，即不同葉片結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致樹(shù)種抗SO2能力差異的主要原因之一[5，16]。

圖4 SO2脅迫對(duì)不同處理水平下葉片硫含量的影響Figure4 Effects of SO2stress on sulfur content of leaf in each treatment

葉綠素在植物光合作用過(guò)程中扮演著重要的作用，其含量變化不僅直接影響光合作用的強(qiáng)弱，同時(shí)也決定了葉片的生理活動(dòng)和植物對(duì)SO2脅迫的適應(yīng)性和抗逆性[19-20]。我國(guó)較早時(shí)期關(guān)于SO2脅迫對(duì)植物葉綠素影響的機(jī)制研究有兩種觀(guān)點(diǎn)：①SO2脅迫加速了氧自由基的形成[11]，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素分解；②SO2脅迫促使亞硫酸離子氧化過(guò)程中產(chǎn)生大量自由基（多種自由基），葉綠素在這些自由基的漂白作用下被分解[24]。而在本研究中，SO2脅迫在時(shí)間的持續(xù)和濃度的增加上，導(dǎo)致了慈竹葉綠素總量的增加，除與慈竹[5]和水稻[21]的相關(guān)研究結(jié)果一致外，與其他多數(shù)研究均相反（葉綠素含量與SO2濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系）[20，22-23]。因此，本研究推測(cè)原因?yàn)椋褐参镌谏L(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要硫元素，慈竹作為C4植物本身對(duì)硫元素的需求較大，當(dāng)在一定SO2濃度內(nèi)，SO2濃度的升高恰好為慈竹提供了大量硫元素，促進(jìn)葉綠素合成過(guò)程（硫脂和生物酶等），進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量上升。此外，有研究認(rèn)為較高葉綠素含量的植物對(duì)SO2脅迫的抗性一般較強(qiáng)，這可能是植物的一種自我保護(hù)機(jī)制[25-26]。

植物葉片的凈光合速率是衡量光合作用強(qiáng)弱最直觀(guān)的指標(biāo)，相關(guān)氣體交換參數(shù)則與凈光合速率之間有著密切關(guān)系[27]。研究認(rèn)為，影響植物光合速率的原因主要是氣孔因素和非氣孔因素[28-29]。本研究中慈竹凈光合速率及其相關(guān)氣體交換參數(shù)出現(xiàn)明顯變化是在試驗(yàn)后期（30 d后），即SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致凈光合速率、氣孔導(dǎo)度（氣孔因素）、蒸騰速率（非氣孔因素）的升高，同時(shí)S1處理下達(dá)到最大，而胞間CO2濃度（非氣孔因素）則隨SO2濃度升高而明顯降低，然而這與竹類(lèi)的脅迫研究結(jié)果并不一致[5，29]。同時(shí)這一結(jié)果很難解釋慈竹凈光合速率升高的原因。但結(jié)合相關(guān)慈竹葉片的光合研究和葉綠素升高的結(jié)果，本研究推斷可能因慈竹是C4植物，其本身對(duì)CO2濃度的變化并不敏感[30]，所以胞間CO2濃度的降低不會(huì)導(dǎo)致凈光合速率下降，而慈竹葉綠素含量的升高可能才是凈光合速率升高的主要原因[31]。

3.2 慈竹葉丙二醛及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

植物體內(nèi)的MDA是超氧化自由基作用于細(xì)胞膜中脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，其含量高低代表著植物受害程度和對(duì)脅迫逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[8，32]。本研究結(jié)果表明，持續(xù)的SO2脅迫和濃度的增加會(huì)導(dǎo)致慈竹葉MDA含量明顯升高。多數(shù)植物脅迫逆境的研究認(rèn)為，MDA含量隨脅迫持續(xù)或濃度升高而增加[33-35]。所以MDA含量增加表明植物在受到脅迫后，發(fā)生了一系列過(guò)氧化反應(yīng)，進(jìn)而堆積了大量的MDA，而植物只有通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、保護(hù)酶等自身保護(hù)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)MDA的升高。

滲透調(diào)節(jié)機(jī)制是植物對(duì)抗脅迫逆境重要的自我保護(hù)機(jī)制，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（SS、Pro、SP等）則是該機(jī)制的核心部分，通常情況下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累量越大表示植物抗性越強(qiáng)，一旦超過(guò)其承受范圍則會(huì)破壞該機(jī)制導(dǎo)致滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的下降[36-37]。本研究表明，SS、Pro（0～20 d）、SP 含量均隨 SO2脅迫持續(xù)和濃度升高而升高，這與大多脅迫研究結(jié)果一致[5，14，19]。在逆境條件下，植物體的內(nèi)壓由于過(guò)多自由基的產(chǎn)生逐漸失去平衡，因此植物只有通過(guò)這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)增強(qiáng)吸水和持水能力，維持自身膨壓平衡，進(jìn)而保持機(jī)體的正常生理過(guò)程[5，38-39]。而在30 d時(shí)，SO2處理下慈竹Pro含量低于初始值和CK，這說(shuō)明脅迫可能超過(guò)了植株的耐受范圍。

3.3 慈竹葉保護(hù)酶對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

保護(hù)酶抗氧化系統(tǒng)是植物降低或消除過(guò)多活性氧對(duì)膜脂攻擊能力的一套自身防御系統(tǒng)，是決定植物對(duì)SO2脅迫抗性的關(guān)鍵因素，同時(shí)在穩(wěn)定植物體內(nèi)自由基動(dòng)態(tài)平衡、維持正常生理活動(dòng)等方面具有十分重要的作用[5，14]。本研究中持續(xù)的SO2脅迫會(huì)導(dǎo)致慈竹葉3種酶活性逐漸升高；同時(shí)均隨SO2濃度升高而升高，這與R.Mitfler等[40]研究結(jié)果一致。相關(guān)研究解釋為，在SO2脅迫下植株產(chǎn)生大量活性氧，作為抗氧化系統(tǒng)中酶促子系統(tǒng)中最重要的3種保護(hù)酶，通過(guò)提高自身活性來(lái)清除這些活性氧，進(jìn)而讓植物維持體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與猝滅的動(dòng)態(tài)平衡，從而阻止膜脂過(guò)氧化，減少M(fèi)DA的積累，最終減輕SO2帶來(lái)的傷害[41-42]。

3.4 慈竹葉硫含量對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)

在SO2污染環(huán)境下，植物通常會(huì)采用兩種方式來(lái)適應(yīng)：①通過(guò)葉片表皮毛等將SO2吸附于葉表面；②將吸收于植株內(nèi)的SO2，通過(guò)降解或轉(zhuǎn)化的方式將其加以同化利用[17，37]。而多數(shù)研究均表明，植物對(duì)于吸收SO2能力強(qiáng)弱主要與植物種類(lèi)、葉片結(jié)構(gòu)和成熟度、植株生長(zhǎng)季節(jié)、外界環(huán)境因素有關(guān)[26]，在一定SO2濃度范圍內(nèi)，植物吸收SO2的能力隨濃度的增加而增強(qiáng)[16，37]。本研究中慈竹葉片硫含量同樣隨SO2脅迫時(shí)間持續(xù)和濃度增加而增加，同時(shí)試驗(yàn)中葉片硫含量均在30 d時(shí)達(dá)到最大值，這說(shuō)明慈竹對(duì)SO2具有一定的吸收和凈化能力。

綜上所述，慈竹從葉形態(tài)和生理生化方面做出的反饋表明了對(duì)不同SO2濃度脅迫的適應(yīng)性特征，同時(shí)也表明慈竹能夠通過(guò)調(diào)節(jié)自身保護(hù)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)低濃度SO2的逆境脅迫并維持正常的生長(zhǎng)；根據(jù)不同濃度脅迫下慈竹的反應(yīng)規(guī)律，表明其受害程度為S2＞S1＞CK；SO2脅迫下慈竹葉片中的硫含量增加同樣說(shuō)明了其對(duì)硫污染具有一定吸收和凈化能力，但慈竹能否在城市大氣SO2污染的凈化植物方面具有開(kāi)發(fā)潛力，甚至能否在霧霾、汽車(chē)尾氣等治理工作上加以利用，仍需要進(jìn)一步研究。

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Physio-Biochemical Responses of Neosinocalamus affinis to SO2Stress

WANG Li-hua1，2，GAO Jing2，LIU Wei3，LI Xi4*
（1.ABA Teachers University，Wenchuan 623002，Sichuan，China；2.Chengdu Institute of Biology，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610041，China；3.Chengdu Agriculture and Forestry Sciences，Chengdu 611130，China；4.College of Landscape Architecture，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China）

【Objective】The aim of the study was to investigate the resistance mechanism and purifying capacity of N.affinis to sulfur dioxide(SO2)pollution.【Method】An artificial fumigation manipulation was used to study the leaf morphology and physio-biochemical indicators of N.affinis in response to SO2stress.The levels of SO2were CK(control，under 3 mg/m3SO2)，S1(30 mg/m3SO2)and S2(60 mg/m3SO2).【Results】①Lear vein of N.affinis exhibited punctiform injury in the early stage and striped injury in the late stage.Moreover，the damage degree was shown as S2＞S1＞CK.The injury symptoms appeared earlier and deeper under higher SO2concentrations.②The total content of leaf chlorophyll increased with increasing SO2concentration and treatment duration.③Leaf net photosynthesis rate(Pn)，stomatal conductance(Gs)and transpiration rate(Tr)increased during the 30 days and peaked at the S1.Intercellular CO2concentration(Ci)decreased with increasing SO2concentration.④The malondialdehyde(MDA)，soluble sugar(SS)，protein content(Pro，0～20 d)，activities of superoxide dismutase(SOD)，peroxidase(POD)，catalase(CAT)and leaf sulphur content of the were increased with an increase in both SO2concentra－tion and treatment duration.At the 30-day，Pro content was significantly lower than the initial value and CK.【Conclusion】N.affinis may adjust its stress protection system to adapt SO2stress and maintain normal growth.Such results provide basic data and theoretical basis for SO2pollution treatment(haze，automobile exhaust，etc.)and urban landscape.

Neosinocalamus affinis；SO2；stress；physiological and biochemical index

S718.4

A

1000-2650（2017）04-0547-08

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.04.014

2017-07-17

四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（17ZA0001）；四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目（15JY0085）。

王麗華，講師，博士。*責(zé)任作者：李西，教授，博士，主要從事園林生態(tài)方面的研究，Email：781221015@qq.com。

（本文審稿：阮少寧；責(zé)任編輯：鞏艷紅；英文編輯：徐振鋒）