SO2對(duì)4 種槭樹(shù)屬植物葉綠素含量的影響

王俊權(quán)，包柏青，趙 陽(yáng)，莫紅旭，于 碩，羅廣軍*

（1 吉林省前郭縣國(guó)有林總場(chǎng)，吉林前郭 138000；2 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院；3 東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院）

葉綠素包含葉綠素a、b、c、d、f、原葉綠素和細(xì)菌葉綠素。其中葉綠素a 在各植物體中普遍存在，在光合作用中能釋放出O2的植物均含有葉綠素a，葉綠素b 則普遍存在于陸生植物中，葉綠素c1和c2在各種藻類(lèi)中普遍存在，葉綠素d 僅僅在一些紅藻中可以見(jiàn)到。由于結(jié)構(gòu)上存在差異，葉綠素a 為藍(lán)綠色，而葉綠素b 為黃綠色，且容易因?yàn)楣獾恼丈涑霈F(xiàn)氧化和褪色。其主要特點(diǎn)是不溶于水，但易溶于乙醇、丙酮、醚、氯仿等有機(jī)溶劑。

葉綠素中的葉綠素a 和葉綠素b，可以將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，是植物光合作用能力、植物本身生長(zhǎng)發(fā)育狀況、衰老各階段的良好指示劑。葉綠素含量的降低會(huì)導(dǎo)致植物光合作用減弱，合成生長(zhǎng)發(fā)育所需的有機(jī)質(zhì)減少，植物對(duì)不利環(huán)境的抵抗力降低，從而增加植物受破壞程度。

SO2是一種常見(jiàn)的大氣污染物，當(dāng)SO2的含量超過(guò)一定閾值時(shí)，會(huì)引起植物自身的生理特性指標(biāo)升高，如超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖、游離脯氨酸等物質(zhì)都將會(huì)增多，從而造成植株枝葉甚至整個(gè)植株死亡。SO2對(duì)葉綠素具有漂白作用，能夠?qū)⑷~綠素分子降解為無(wú)鎂色素，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制植物體的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育。研究指出，低濃度SO2長(zhǎng)期暴露降低了小麥葉片光合色素含量，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)和濃度升高，色素含量降低的比例相應(yīng)增大。本試驗(yàn)在SO2不同濃度和不同處理時(shí)間條件下，對(duì)4 種槭樹(shù)植物葉片葉綠素a 和葉綠素b 含量的變化情況進(jìn)行測(cè)定。

1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料4 種槭樹(shù)屬取樣地點(diǎn)為延邊大學(xué)校園，選取生長(zhǎng)勢(shì)良好、景觀效果較好、無(wú)病蟲(chóng)害的植株為試驗(yàn)材料。

2 試驗(yàn)方法

2.1 SO2熏氣處理

熏氣前選擇長(zhǎng)勢(shì)相同的同時(shí)期不同種的槭樹(shù)葉片進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)放入自制的開(kāi)頂式熏氣裝置中，由購(gòu)置的罐裝SO2提供SO2氣體（60mg/m3）。

2.1.1 控制熏蒸時(shí)間相同。分別用濃度為0、20、40、80mg/m3的SO2氣體對(duì)植物葉片進(jìn)行熏蒸，分別取每個(gè)試驗(yàn)組葉片對(duì)其葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定。

2.1.2 控制在固定的質(zhì)量濃度。熏氣0、30、60、90、120min 后，分別取每個(gè)試驗(yàn)組中葉片，標(biāo)好標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 葉綠素含量測(cè)定

葉綠素a、葉綠素b 含量的測(cè)定采用通用的測(cè)定方式。采用研磨提取法：稱(chēng)取0.1g 新鮮葉片，剪碎，放在研缽中，加入少量碳酸鈣和石英砂，加80%丙酮10mL，充分將材料研磨細(xì)碎，直至變白，然后將其過(guò)濾，得到葉綠素的提取液。將過(guò)濾后的提取液用80%丙酮定容到25mL，充分搖勻，靜置數(shù)分鐘。用721-2A型分光光度計(jì)測(cè)定定容后提取液的光密度D663、D645。每組3 個(gè)重復(fù)試驗(yàn)，取其平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 SO2濃度對(duì)植物葉片的影響

分別用濃度為0、20、40、80mg/m3的SO2氣體對(duì)植物葉片進(jìn)行熏蒸，時(shí)間為1h，分別取每個(gè)試驗(yàn)組葉片對(duì)其葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定計(jì)算。

圖1 不同濃度SO2對(duì)葉片葉綠素a 含量的影響

圖2 不同濃度SO2對(duì)葉片葉綠素b 含量的影響

圖3 不同濃度SO2對(duì)葉片葉綠素a/b 的影響

由圖1、2 可以看出，在一定的SO2熏氣濃度范圍內(nèi)，4 種槭樹(shù)屬葉片的葉綠素a 和葉綠素b 的含量均升高。在20mg/m3時(shí)，五角楓、雞爪槭、紫花槭的葉綠素含量達(dá)到最大值，在40mg/m3時(shí)，茶條槭的葉綠素含量達(dá)到最大值。當(dāng)SO2熏氣濃度為80mg/m3時(shí)，4 種植物葉片的葉綠素含量均明顯降低。這是植物自身感受到外界環(huán)境刺激后，迅速調(diào)節(jié)自身能量物質(zhì)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。但這種調(diào)節(jié)是有限的，超過(guò)一定限度后葉綠素分解占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致含量顯著降低。上述數(shù)據(jù)表明，低濃度（20mg/m3和40mg/m3）條件下的SO2熏氣對(duì)4 種葉片葉綠素的合成過(guò)程具有促進(jìn)作用，植物葉片葉綠素含量增加，而高濃度（80mg/m3）條件下，SO2熏氣導(dǎo)致植物葉片葉綠素含量降低。隨熏氣濃度的升高，茶條槭的葉綠素含量變化幅度小于另外3 種植物葉片，紫花槭葉綠素含量變化幅度最為明顯。由圖3 可以看出，在此濃度范圍內(nèi)植物葉片的葉綠素a/b 比值降低。

由此可見(jiàn)，植物葉片對(duì)SO2具有一定的吸收和積累能力，但當(dāng)SO2濃度超過(guò)一定閾值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致植物葉綠素含量降低。

3.2 SO2處理時(shí)間對(duì)植物葉片的影響

圖4 不同時(shí)間處理對(duì)葉片葉綠素a 含量的影響

圖5 不同時(shí)間處理對(duì)葉片葉綠素b 含量的影響

圖6 不同時(shí)間處理對(duì)葉片葉綠素a/b 值的影響

在20mg/m3濃度下，4 種植物葉片均能正常生長(zhǎng)，因此將濃度控制在20mg/m3以下，對(duì)植物葉片進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的熏蒸處理，分別取每個(gè)試驗(yàn)組葉片對(duì)其葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定計(jì)算。

由圖4、5 可知，長(zhǎng)期處于低濃度SO2環(huán)境中，植物葉片的葉綠素含量降低，0～60min 植物葉片的葉綠素含量降低幅度略大，60～90min 降低幅度增強(qiáng)，而90～120min 葉綠素含量降低幅度大為減小。出現(xiàn)此結(jié)果的原因可能是由于60～90min 植物葉片的細(xì)胞膜遭到破壞，導(dǎo)致其離子交換能力減弱，進(jìn)而使得葉綠素含量出現(xiàn)降幅減弱的現(xiàn)象。

4 種植物從熏氣前到試驗(yàn)全過(guò)程結(jié)束，植物葉片中葉綠素a 的含量始終大于葉綠素b 的含量。由圖6可知，隨著SO2熏氣時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素a 與b 的比值不斷縮小。茶條槭、五角楓和雞爪槭減少緩慢，而紫花槭則減少幅度較大。

4 討論與結(jié)論

葉綠素的含量變化和植物的生長(zhǎng)環(huán)境、發(fā)育情況密切相關(guān)，其含量和比值也會(huì)隨植物種類(lèi)、試驗(yàn)儀器、試劑等不同而產(chǎn)生較大差異。但本試驗(yàn)研究的4 種植物在大氣受到污染的生境中，其葉片葉綠素a、葉綠素b 均遭到不同程度的破壞，葉綠素含量減少。

初步證明，空氣污染物SO2是通過(guò)植物葉片的氣孔進(jìn)入到植物體內(nèi)的。進(jìn)入植物體內(nèi)的SO2不但改變了植物的化學(xué)成分，而且參與了植物機(jī)體內(nèi)的各種生理生化反應(yīng)，使植物體的正常代謝受到一定程度的干擾破壞，降低了植物凈化空氣的能力，從而使生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。

由上述試驗(yàn)可知，長(zhǎng)期暴露在低濃度SO2環(huán)境中和SO2濃度相對(duì)較高的環(huán)境均對(duì)植物體內(nèi)葉綠素有降解作用，使植物體內(nèi)葉綠素含量降低，從而影響植物的光合作用。

本次試驗(yàn)選取的4 種槭樹(shù)屬植物中，茶條槭和五角楓的抗大氣污染物SO2能力相對(duì)較強(qiáng)，雞爪槭和紫花槭抗污染能力較弱。因此，在綠化建設(shè)選擇樹(shù)木時(shí)，可以考慮在污染相對(duì)較弱地段種植雞爪槭和紫花槭，而茶條槭和五角楓適應(yīng)種植范圍更廣。

由于本次試驗(yàn)選取進(jìn)行熏氣的植物種類(lèi)較少，只能對(duì)SO2大氣污染對(duì)植物葉綠素含量造成的影響和植物抗污染能力進(jìn)行初步測(cè)定，此問(wèn)題還有待進(jìn)一步的研究。