园林植物对汽车尾气的生理反应及抗性研究

另青艳

摘要：指出了随着我国汽车保有量持续上升，其产生的尾气中NOx导致园林植物叶片细胞膜受损，叶绿素含量降低，光合作用减弱，叶片变色、脱落甚至枯死。综述了近些年国内外在汽车尾气污染胁迫下植物抗性方面的研究成果，总结了我国北方、中部、南方对汽车尾气有较强抗性的植物种，为交通繁忙地段优选抗性树种提供参考。

关键词：汽车尾气；园林植物；胁迫； 抗性树种

中图分类号： X514

文献标识码： A 文章编号： 16749944（2015）06020602

1 引言

伴随经济增长我国汽车数量猛增，汽车尾气导致大气中NOx浓度不断升高，严重威胁到城市居民和动植物健康。汽车尾气污染下植物叶片膜脂过氧化及抗氧化系统会受损，叶绿素含量降低，光合作用会减弱，叶片变色、脱落甚至枯死（陈华，2006）。不同植物种类、习性不同，在相同生长条件下，对大气污染物的忍耐力不同 （鲁敏，2002）。研究园林植物对汽车尾气的不同忍耐能力，可以作为交通繁忙地段选择和培育抗污染植物时提供指标，同时也可为深入探讨大气污染对植物的伤害和植物的抗性机理提供科学依据，为城市开展抗污绿化、生物净化、环境的生物监测与评价提供科学依据。

2 汽车尾气有害成分简述

根据国民经济和社会发展统计公报，我国2014年年末民用汽车保有量达到15447万辆，比上年末增长12.4%。随之而来的是汽车尾气污染问题，分析显示汽车尾气中主要污染物为NOx、CO、CO2、碳氢化合物、固体悬浮物、铅及硫氧化合物等，其中NOx是形成光化学烟雾主要凶手，会产生臭氧、硝酸及其他有机酸脂，而硝酸是酸雨形成的主要来源（刘培桐，1995）。

3 汽车尾气对植物的影响

植物叶片对汽车尾气污染最为敏感，李德生（2007）用NO2对14种植物进行熏气发现植物在长时间接触浓度较低NO2后生育不良，长势差，缺绿，衰老加速。还发现针阔叶树种叶片受损有所区别，阔叶树先从叶脉出现坏死斑，慢慢在叶缘、叶柄等地也出现坏点，直至整个叶片脱落；针叶树种也从叶片开始受损，首先出现坏死的是叶片中上部，逐渐蔓延，直至整个针叶，但死后不脱落。

3.1 对植物细胞膜的损伤

细胞膜是植物细胞内部反应与外部环境的界面，可以调节细胞内外物质交流、信息传递，也能在污染胁迫下作出反应。植物在逆境条件下首先细胞膜发生变化，汽车尾气中大量的NO2从植物叶片气孔进入叶片后快速形成NO2-，与NADPH竞争，降低了植物光合作用速率，致使细胞内不断产生活性氧（ROS），从而破坏了系统之间的平衡，植物细胞中积累大量的O+2、OH-、—OH、H2O2和O2等，这些活性氧与植物组织中生物大分子发生反应，导致膜脂过氧化、蛋白质与核酸的氧化修饰、细胞膜的破坏，致使植物受到伤害，甚至死亡（焦健等，2006）。

3.2 对光合作用的影响

反应植物生长情况最好的指标是光合作用速率，很多学者对NOx对植物光合作用的影响进行过研究，其中Sabarat（1988）将NO2对植物光合作用的影响机制归纳为以下3个方面：①NO2从植物叶片气孔进入叶片后快速形成NO2-，与NADPH竞争，降低了植物光合作用速率；②NO2自身属酸性，进入植物细胞后可改变电子传递和光合磷酸化；③NO2的转化物Fe＼|NO自由基复合物，会对含巯基或组氨酸残基蛋白质中酶的活性产生抑制作用。温达志（2003）研究发现，生长在NO2较高的工业区30种园林植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度都有一定的下降，陆耀东（2003）对交通繁忙区的39种木本植物进行研究也得出类似结论。

3.3 对叶绿素含量的影响

叶绿素是植物最主要的色素分子，是植物进行光能吸收、传递以及电子传递过程中必不可少的传递体。大量研究证明汽车尾气会导致植物叶片叶绿素含量下降的现象，如Sabarat（1988）对常春藤、燕麦进行为期5d、每天7h的0.5ul/l NO2，导致植物叶绿素a和总叶绿素含量明显下降。而0.2和0.3ul/l NO2对叶绿素含量却有一定刺激增加作用。陈海燕（2006）也得出类似结论：低强度的大气污染，植物叶绿素含量可能变化不明显甚至有所增加。

4 植物对汽车尾气的应对机制及抗NOx污染植物选择

植物吸收污染物：一是植物根部吸收后经木质部向上运输；二是植物叶、表皮的气孔或角质层吸收大气中的多种化学物质，包括NO、NO2、SO2、HF、重金属、粉尘等经韧皮部向下运输和分布（薛较亮等，2000）。植物吸收汽车尾气后主要靠持留和去除来净化化学性污染物。持留是指植物截获、吸附和滞留等，去除包括植物吸收、降解、转化、同化和超同化等（陶雪琴等，2007）。植物的叶片形态（针阔叶）、粗糙程度、叶片着生角度和表面分泌物对污染物的持留有很大关系（Trapp. 2001）。陶雪琴（2007）研究发现植物一般经代谢过程或自身的酶等来降解细胞内吸收的N0x，同时植物也可以经过生理过程将汽车尾气污染物由一种形态转化为另一种形态，如植物可将空气中的SO2和NOx转化为硫酸盐和硝酸盐，其正好符合Omasa（2002）提出的“超同化植物”的概念，将汽车尾气中的某些成分转化成营养物质源高效吸收与同化，同时促进自身的生长，如植物吸收的NO2部分参与植物的生命活动，部分通过根系排出体外。

植物在城市生态平衡中起着“除污吐新”的作用，不同植物“吸污抗污”能力不一样，一些植物对汽车尾气很敏感，另一些植物在长期的汽车尾气污染下仍生长旺盛，表现出极强的抗性，从而达到降解大气污染物的目的（刘艳菊，2001）。因此研究如何防止植物增毒和如何强化植物解毒是利用植物应对汽车尾气污染的关键。

学者在植物的吸污、抗污方面做了大量研究，陈卓梅（2007）在对38种浙江省主要园林植物进行试验时得出：各物种对NO2的抵抗能力差异较大，常绿植物抗性强于落叶植物，山茶科和樟科植物抗性强于金缕梅科植物；各物种吸污性也相差很大，相对吸污能力最强的达404.05%，最弱的仅0.07%，以落叶植物吸污能力强于常绿植物。胡羡聪（2003）对南方常见树种进行研究得出一般情况下抗污性强的植物光合作用弱、净化能力弱，但也有些物种表现出抗性较强，又具较高的净化能力，如小叶榕、红花夹竹桃、桃花心木等，这类既有较强抗性又有较强净化能力的植物可多应用于道路繁忙区的绿化。孔国辉（2003）筛选出了适宜北方对NOx具有较强抗性的植物种馒头柳、丁香、构树、海棠、金银木、自蜡等，适宜南方种植的有小叶榕、竹柏、铁冬青、红花油茶、夹竹桃、仪花、密花树等吸污、抗污能力强的植物。赵磊（2013）选出适宜中部城市种植的抗NOx污染能力较强的有栾树、广玉兰、女贞、樟树、法国冬青、紫叶李、海桐、桂花、红继木、悬铃木、枇杷、石楠、杜鹃、山杜英等。

5 研究展望

随着汽车保有量急剧上升，汽车尾气已成为大气污染物的主要来源之一。尽管在前面提到植物能够抗污吸污，但目前对植物吸污机理研究不够透彻。城市绿地消减汽车尾气的规划设计也未有效开展，几乎没有成功案例可循。随着我国城市大气问题的日益突出，城市绿地减污规划设计技术将成为城市园林绿地规划设计的重要内容，在以后可集中对以下几个方面进行研究。

（1）汽车尾气中主要物质在植物体内转化机理的研究；

（2）净化效果影响因素的研究；

（3）胁迫生境下转基因植物的研究；

（4）高效净化植物的筛选；

（5）高效净化植物大范围种植效果研究等。

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