酸脅迫對(duì)冬青葉片葉綠素含量和膜透性的影響

羅子渝　任維莉

摘要：本文用蒸餾水（CK）作對(duì)照，探究酸（pH1.0、pH3.0）脅迫對(duì)冬青植物葉片葉綠素（chl）含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響。結(jié)果表明，酸度與冬青植物葉片葉綠素含量呈負(fù)相關(guān)，且脅迫時(shí)間越長，葉綠素含量越低，不同pH值脅迫只是變幅之間存在差異。而酸度與植物葉片膜透性呈正相關(guān)，pH值越低其冬青葉片膜透性越大，且隨著酸脅迫時(shí)間增長膜透性也增大。

關(guān)鍵詞：酸脅迫;葉綠素含量;膜透性;冬青

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215009

收稿日期：2019-11-28

作者簡介：羅子渝（1985-），男，助理工程師。研究方向：林業(yè)調(diào)查規(guī)劃。

酸雨是指大氣中的SO2、SO3氮化物與雨雪等作用形成H2SO4、HNO3等并落到地面的含酸成分的雨或雪等，國際規(guī)定酸雨為pH<5.6的降水[1]。酸雨這一術(shù)語是英國化學(xué)家RobertASmith于1872年提出來的，他分析測量了不列顛群島雨水的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)域雨水的酸度比其他非工業(yè)區(qū)域高[2]。酸雨為全球性的污染源之一，相關(guān)報(bào)道指出近年來酸雨分布正有以城市為中心向郊區(qū)和農(nóng)村蔓延的趨勢，雨水的酸性也相對(duì)增強(qiáng)[3]。我國的酸雨降水面積約占國土面積的40%[4，5]，酸雨不僅是我國的重大生態(tài)環(huán)境問題，目前也已成為世界主要生態(tài)環(huán)境問題。

大氣中含硫化合物的種類很多，形成酸雨的主要化合物是硫的2種氧化物SO2和SO3，其與水分子反應(yīng)形成硫酸鹽和亞硫酸鹽，從而形成酸雨，許多含硫化合物在大氣中經(jīng)過一系列氧化過程，最終也可以形成硫氧化物[6]。酸雨對(duì)陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)都有較大的不良影響，引起世界各國研究者的重視，并開展了許多相關(guān)研究[7，8]。在陸生植物方面，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者通過對(duì)可見的受害癥狀到受害機(jī)制，從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀的生理生化指標(biāo)的研究，揭示出一些規(guī)律 [9]，當(dāng)土壤pH值持續(xù)降低時(shí)，有毒金屬離子（特別是A1離子）活化，釋放量增大，毒性增加，對(duì)植物根系產(chǎn)生一些負(fù)面影響，從而影響植物根系生長等[10]。當(dāng)植物受到酸雨影響時(shí)，細(xì)胞膜通透性增大，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，細(xì)胞損害越嚴(yán)重，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲越多[11]，對(duì)植物的傷害越大。葉綠素是植物光合作用過程中吸收光的主要色素，其把捕獲的光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，形成植物的有機(jī)物[12]，因此，葉綠素含量的高低直接影響植物的生長。研究表明，酸雨能損害葉綠素的形成，減少葉綠素含量[13]。Morrison指出酸雨會(huì)造成的植物葉片養(yǎng)分元素的淋溶，尤其是Mg的淋溶會(huì)阻礙葉綠素的形成[14]。

酸雨中硫酸鹽和亞硫酸鹽給土壤帶來一系列直接影響的同時(shí)，進(jìn)入植物體內(nèi)后也能產(chǎn)生一系列的變化[15]，從而引發(fā)對(duì)植物一系列間接影響。其中Al離子活化和自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是導(dǎo)致植物傷害的主要因素[16]。酸雨所致的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)生態(tài)平衡及植物本身的嚴(yán)重影響已引起人們的廣泛關(guān)注。鑒于酸雨影響范圍日趨擴(kuò)大的傾向，已有不少關(guān)于酸雨對(duì)植物的生長和產(chǎn)量品質(zhì)及生態(tài)效應(yīng)的影響報(bào)道[17]，但尚未見到酸雨對(duì)冬青影響的研究報(bào)道。

冬青（Ilex purpurea Hassk），屬冬青科常綠喬木，高達(dá)13m;葉片狹長橢圓形或披針形，邊緣有淺圓鋸齒，干后呈紅褐色，有光澤，葉柄有時(shí)為暗紫色;樹皮灰色或淡灰色，平滑;樹冠卵圓形，小枝淺綠色，葉互生，花單生，雌雄異株，花淡紫紅色，有香氣;核果橢圓形，熟時(shí)呈深紅色。冬青枝葉茂密，樹形整齊，是國家重點(diǎn)保護(hù)植物，歷來被用作城鄉(xiāng)綠化和庭院觀賞植物[18]。

本試驗(yàn)以冬青為材料，研究酸雨對(duì)其葉綠素含量和膜透性的影響，旨在為今后冬青對(duì)酸雨的適應(yīng)性研究和技術(shù)推廣提供科學(xué)依據(jù)[19]。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 材料和藥品

采集日出前的冬青葉片，80%丙酮，石英砂，碳酸鈣粉，蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

丙酮，研缽，漏斗，電子天平（0.01g感量），剪刀，燒杯，濾紙，量筒，721型分光光度計(jì)，25mL棕色容量瓶，玻璃棒，直徑7cm定量濾紙，吸水紙，滴管，DDS-11A型導(dǎo)電率儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)處理及方法

以化學(xué)純濃度硫酸分別配制成pH1.0、pH3.0不同酸液用以模擬酸雨。試驗(yàn)設(shè)pH1.0、pH3.0和蒸餾水（CK）3組處理，每組處理3次重復(fù)，分別處理5h、24h。

1.4 試驗(yàn)觀察和有關(guān)指標(biāo)測定

1.4.1 傷害癥觀察

處理后及時(shí)觀察葉片傷害的可見性癥狀。

1.4.2 細(xì)胞膜透性

按照常規(guī)方法用DDS-11A型導(dǎo)電率儀測定電導(dǎo)率。

1.4.3 葉綠素含量

用丙酮提取，按Lichtenthaler方法[20]。

2 結(jié)果分析

2.1 酸強(qiáng)度對(duì)冬青葉片葉綠素含量的影響

隨著酸度的下降，冬青葉片葉綠素含量不斷下降，脅迫時(shí)間越長冬青葉片葉綠素含量越低（見圖1），尤其是pH1.0時(shí)的酸脅迫會(huì)導(dǎo)致冬青葉片葉綠素b含量急劇下降。用不同pH值的酸處理5h后，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會(huì)使葉片葉綠素a值由CK的7.79mg/L下降到pH1.0的5.39mg/L，降幅為原來的30%;葉綠素b值由2.67mg/L下降到1.48mg/L，降幅為原來的44%;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降。在不同pH值的酸處理24h后，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會(huì)使葉片葉綠素a值由CK的6.99mg/L下降到pH1.0的4.07mg/L，降幅為原來的42%;葉綠素b值由1.91mg/L下降到0.65mg/L，降幅為原來的66%;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降。

隨著酸度的下降以及脅迫時(shí)間的延長，冬青葉片葉綠素總含量不斷下降（見圖2）。用不同pH值的酸處理5h下，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會(huì)使葉片葉綠素總含量分別由CK的0.00122降為0.00085，0.00105，降幅分別為14.3%、30%。用不同pH值的酸處理24h下，pH3.0、pH1.0的酸脅迫會(huì)使葉片葉綠素總含量分別由CK的0.0011降為0.00098，0.00059，降幅分別為11%、46%。由此可以看出酸度越強(qiáng)葉綠素含量越低，而且脅迫時(shí)間越長葉綠素含量越低。

2.2 酸強(qiáng)度對(duì)冬青葉片膜透性的影響

酸度與冬青葉片膜透性呈正相關(guān)，pH值越低冬青葉片電導(dǎo)率越大，且隨著酸脅迫時(shí)間增長其膜透性也變大（見圖3）。用不同pH值的酸處理5h后， pH3.0、pH1.0酸酸脅迫會(huì)使葉片電導(dǎo)率分別由CK的1.95增為3.21、38.5，增幅分別為39.4%、94.9%。用不同pH值的酸處理24h后， pH3.0、pH1.0酸酸脅迫會(huì)使葉片電導(dǎo)率分別由CK的6.83增為10.19、289.85，增幅分別為33%、97.6%。由此可以看出，酸性越強(qiáng)冬青葉片電導(dǎo)率越大，而且脅迫時(shí)間越長冬青葉片電導(dǎo)率越大，則膜透性越大。

3 結(jié)論與討論

酸雨導(dǎo)致植物生長減緩，甚至死亡，帶來嚴(yán)重的損失。酸雨的環(huán)境植物學(xué)效應(yīng)研究表明，酸雨致害效果既取決于酸雨作用劑量，也受植物生態(tài)生理特性影響[18]。在同質(zhì)（氣候、土壤等）環(huán)境中，植物抗酸雨能力分異的主要原因只能是植物的自身特征。

從葉綠素的組成看，葉綠素a和葉綠素b的變化規(guī)律大體上與葉綠素總量的變化規(guī)律一致，植物葉片外部形態(tài)與內(nèi)部生理反應(yīng)構(gòu)成植物對(duì)酸雨傷害的立體防御系統(tǒng)，葉綠素的降低是衡量葉片衰老最重要的生理指標(biāo)[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，pH3.0和pH1.0對(duì)冬青葉片的傷害已加速了葉片的衰老，這是由于葉汁酸化后，葉綠素受到破壞，Mg2+從葉綠素中失去而形成脫鎂葉綠素所致。本試驗(yàn)結(jié)果還表明：隨著酸度下降，葉綠素含量降低，而且葉綠素b比葉綠素a更易受酸度的影響而降解，隨酸脅迫時(shí)間的延長，降低幅度增大;尤其是pH值1.0時(shí)的模擬酸雨會(huì)導(dǎo)致冬青葉片葉綠素b含量急劇下降，并且脅迫24h時(shí)葉綠素含量比5h時(shí)更低，可能是酸脅迫使其葉綠素的生物合成減弱，分解速度加快所致;類胡蘿卜素的含量也隨著pH值的降低而下降（見圖2）。呂均良等通過試驗(yàn)測定葉綠素a和葉綠素b的比值，發(fā)現(xiàn)隨著酸雨pH值的下降，葉綠素a比葉綠素b更易受酸雨的影響而降解[20]。也有不同結(jié)果，在對(duì)美國西部2種針葉樹的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨沒有對(duì)葉綠素產(chǎn)生明顯差異[21]，取樣時(shí)間和葉片取樣高度的不同，可能是導(dǎo)致結(jié)果不一致的原因之一。

酸度與冬青葉片膜透性呈正相關(guān)，pH值越低冬青葉片電導(dǎo)率越大，當(dāng)pH值持續(xù)下降時(shí)，冬青葉片細(xì)胞膜透性成持續(xù)上升的趨勢。且隨著酸脅迫時(shí)間越長，其膜透性也越大（圖3），反應(yīng)了酸脅迫對(duì)葉片細(xì)胞膜已產(chǎn)生了傷害;特別是pH值為1.0時(shí)，細(xì)胞膜受到的傷害更為明顯。

酸雨對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響一直是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，本研究通過對(duì)冬青葉片葉綠素在不同pH中的含量變化研究，旨在為植物在酸雨條件下的抗逆性提供理論數(shù)據(jù)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以減少酸雨的危害，從根本上維護(hù)林森林系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）