13种园林草本花卉对SO2的抗性

魏爱丽，张小冰, 王圣洁，曹冬梅，郝雪峰，徐羽，王云山

(1.太原师范学院 生物系，山西 太原 030031； 2.山西省农业科学院 园艺研究所，山西 太原 030031)



13种园林草本花卉对SO2的抗性

魏爱丽1，张小冰1, 王圣洁1，曹冬梅2，郝雪峰1，徐羽1，王云山2

(1.太原师范学院 生物系，山西 太原 030031； 2.山西省农业科学院 园艺研究所，山西 太原 030031)

[目的]探明不同园林草本花卉(草花)对二氧化硫(SO2)的抗性，为其在SO2污染地区的应用提供依据。[方法]在自行设计的密闭静态熏气箱中，采用急性静态熏气法，研究了SO2胁迫下13种常见园林草花植物被伤害症状、显症时间和阈值浓度，从而对其进行抗性分级。[结果]SO2处理浓度高于0.3 g·m-3时，大部分材料均出现明显症状，主要表现为叶尖焦枯，叶片卷曲，出现黄褐色或者黑色斑点及萎蔫等。13种草花中，对SO2高度敏感型植物有飞燕草和孔雀草；中度敏感型有一串红和蜀葵，敏感型的有万寿菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黄和鼠尾草。[结论]薰衣草等高抗和中抗的植物可以在SO2严重污染地区使用，孔雀草、一串红等可以作为污染指示植物。

草花植物； 二氧化硫； 抗性分级

SO2素有“大气污染的元凶”之称[1，2]。SO2污染不仅危害人类健康，严重制约动植物生长发育[3]，还可形成酸雨, 对农作物、森林、湖泊、建筑物以及生态系统都有危害作用[4]。

SO2污染造成环境恶化,而园林绿化草花植物在美化生态环境和净化空气中具有重要作用[5～7]，且应用也越来越广泛。然而不同的绿化环境，其功能和要求是不同的，因而对草花植物的选择也不一样[7]。刘俊锋等[8]，刘凯等[9]曾对几种草花植物对SO2的反应和抗性做过研究，发现不同的草花对大气污染物SO2抗性不同，但是研究中草花种类很少，所选材料不一定均是用于园林绿化的，分级方法也各成体系，而其余关于植物对SO2的抗性研究大部分集中在木本园林植物及一些农作物上[10～13]，草花的研究报道很少。

草本花卉园林绿化植物个体小，迁移方便，费用低，在日常园林绿化中使用普遍, 敏感性强的草花如百日草等可以作为SO2污染与否的指示植物，对SO2抗性能力强的草花，可以在美化城市、建立园林式化工企业方面充分发挥作用[8]。故本研究应用熏气实验对13种常见的盆栽园林草花植物对SO2抗性进行研究,从而为构建美丽中国，筛选抗SO2污染的园林草花植物提供科学依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试材料为石竹(DianthuschinensisL.)、鼠尾草(SalviafarinaceaBenth)、一串红(SalviasplendensKer-Gawler)、串白(Salviespendenscv.)、飞燕草(Consolidaajacis(L.) Schur.)、薰衣草(LavandulaangustifoliaMill.)、金光菊(RudbeckialaciniataL.)、毛地黄(DigitalispurpureaL.)、蜀葵(AlcearoseaL.)、羽扇豆(LupinusmicranthusGuss.)、孔雀草(TageteserectaL.cv)、万寿菊(TageteserectaL.cv)、矮牵牛(碧冬茄)(Petuniahybrida(J. D. Hooker) Vilmorin)。

将13种草花植物种子分别播种于72孔穴盘中，在温室中培养，自然光照(白天光强不超过400 μmol· m-2·s-1)，温度23～27 ℃，10～13 h 光期，相对湿度60%～90%，出苗后，当长到4～6片真叶时，分别移栽到直径12 cm花盆中，生长3个月后，用于试验。

1.2处理及调查方法

1.2.1SO2熏气浓度及处理

选择健康、生长一致、无病虫斑的温室生长的13种草花植物，放入准备好的自行设计的带有风扇的静态熏气箱(1m×1m×0.7m)中，参照魏爱丽等[14]的方法进行熏气。试验共设对照及0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 g·m-3五个熏气浓度，每4 h换1次气，加1次药品，熏气8 h，并用加拿大BW-GAXT-S型SO2检测仪定时检测箱内SO2的量。每个处理重复3次。熏气过程中，每隔1 h观察1次，记录下植物的症状，以及出现症状的时间。

1.2.2调查方法及分级标准

叶片受害级别的划分参照徐玉梅等[10]的方法，以受害叶面积为准, 分为五级：

0：无受害；Ⅰ：轻微受害为 受害面积≤10%；

Ⅱ: 轻度受害为 10%<受害面积≤30%；

Ⅲ: 中度受害为 30%<受害面积≤ 60%；

Ⅳ: 严重受害为 受害面积≥60%。

供试草花植物的抗性级别的划分按照孔国辉等[15]的方法，以受害阈值(T) (浓度×时间) 为准,分为6个类型：

(1)高度敏感型: 受害阈值(T ≤0.05 g·m-3×8 h)

(2)中度敏感型: 受害阈值(0.05 g·m-3×8 h

(3)敏感型: 受害阈值(0.1 g·m-3×8 h

(4)微抗型: 受害阈值(0.2 g·m-3×8 h

(5)中抗型：受害阈值(0.3 g·m-3×8 h

(6)高抗型: 受害阈值( T>0.4 g·m-3×8 h)

1.3叶片SO2临界剂量和伤害阈值的确定

临界剂量和伤害阈值的确定参照刘燕云等[13]的方法。本试验以出现可见伤害时的SO2剂量作为临界剂量，以产生≤10%的受害叶面积的SO2浓度和时间的总值(g·m-3×8 h)作为伤害阈值。

2　结果与分析

2.113种草花植物受不同浓度的SO2处理后的受害情况

从表1可以看出，除一串红、孔雀草和飞燕草外，其余材料在SO2低浓度(0.05 g·m-3)处理时，基本没有症状出现，在SO20.1 g·m-3浓度处理时,一半左右的材料无症状，部分种类材料叶尖出现症状，表现为发黄卷曲，蜀葵、飞燕草和一串红叶片中间症状明显，在SO2浓度为0.2 g·m-3时，除羽扇豆、串白，金光菊，薰衣草、矮牵牛和鼠尾草外，其余材料都出现显著症状，SO2浓度为0.3 g·m-3时，矮牵牛和鼠尾草也出现显著症状，在SO2浓度为0.4 g·m-3时，除薰衣草、金光菊外所有材料出现了症状，表现为叶尖焦枯，叶片卷曲，出现黄褐色或者黑色斑点及萎蔫等。同时发现，SO2剂量的加大不仅加重原有症状，还会引发新的症状出现。如：一串红在SO2浓度增大到0.1 g·m-3时出现了低浓度没有出现的叶片卷曲；飞燕草在SO2浓度增大到0.2 g·m-3时出现黑色小斑点；孔雀草在SO2浓度增加到0.2 g·m-3时出现了叶片卷曲；毛地黄在SO2浓度增加到0.2 g·m-3时叶缘变黄；石竹则在SO2浓度加到0.2 g·m-3时出现黄色椭圆形斑点；万寿菊在SO2浓度增加到0.4 g·m-3时叶片；鼠尾草在SO2浓度增到4 g·m-3时出现了黄色斑点。大部分草花的显症时间在低浓度时，8 h内无明显症状，高浓度时在2～6 h内不等。

表1不同浓度SO2处理后不同草花植物被伤害症状和显症时间

Table 1The damaged symptoms and time of symptoms shown of different herbal flower plants treated with different concentrations of SO2

植物种类Plantspecies不同浓度SO2处理8h内的症状/显症时间/hSymptomstreatedwithdifferentconcentrationsofSO28h/timeofsymptomsshown0.05g·m-30.1g·m-30.2g·m-30.3g·m-30.4g·m-3石竹无明显变化/8无明显变化/8叶片发黄,萎焉,向外卷曲的叶片有黄色椭圆形斑点/4叶片发黄,萎焉,向外卷曲的叶片有黄色椭圆形斑点/3叶片发黄,萎焉严重,叶片向外卷曲,且有黑色斑点/1一串红叶尖及边缘出现黑斑,且幼叶的受害面积大于老叶/8叶片向内卷曲且卷曲程度幼叶大于老叶/6叶片向内卷曲,叶片中央上有褐色块状斑/5叶片向内卷曲,叶边缘呈黑褐色/4老叶也明显向内卷曲,叶片呈黑褐色,有焦黄色/1飞燕草叶片整体发黄,且向内卷曲/7叶片整体发黄,且向内卷曲严重/6有黑色圆形小斑,叶片向内卷曲/4叶片发黄,部分叶片卷曲,叶片有黄色椭圆形斑点/3叶片整体发黄,萎焉,叶片向内卷曲,叶片黄色斑点较0.3时增大/1薰衣草无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8金光菊无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8毛地黄无明显变化/8叶片向内卷曲/8叶片向内卷曲,边缘呈浅黄色/3叶片整体发黄/3叶片发黄部分卷曲,萎焉严重/1蜀葵无明显变化叶片中间有点状黄斑,且老叶较幼叶明显/8叶片中间有点状黄斑,且老叶较幼叶明显/8叶片向内卷曲严重,叶片中间有点状黄斑,且老叶较幼叶明显/7叶片向内卷曲严重,叶片中间有点状黄斑,且老叶较幼叶明显/6串白无明显变化/8无明显变化无明显变化/8无明显变化/8叶片中散布有黄色斑/6羽扇豆无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8叶片萎焉,向外卷曲,叶片呈浅黄色/6鼠尾草无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8叶片有黄色斑点,且老叶较幼叶明显/6叶片萎焉,向外卷曲,且有黄色斑点,变黄,老叶较幼叶明显/6矮牵牛无明显变化/8无明显变化/8无明显变化/8叶片向外卷曲,且有黄色坏死斑点,萎蔫/6叶片向外卷曲,且有黄色坏死斑点,萎蔫/6孔雀草叶尖略卷/5叶尖卷曲发黄/5叶尖与叶缘卷曲发黄/4叶片萎蔫,叶尖与叶缘卷曲发黄,叶片中央出现少量斑点/3叶片萎蔫,叶尖与叶缘变黄变干枯,叶片中央出现大片斑点/2万寿菊无明显变化/8叶片出现少量黄斑/8叶片萎焉,有黄色斑点/5叶片萎焉,叶片呈黄色/3叶片萎焉,卷曲,叶边缘呈浅黄色/1

2.2熏气完成后的恢复情况

对植物熏气完成后，继续观察20 h发现，大部分植物在SO2较高浓度下，表现为原有症状加重(表2)，有些抗性强的植物，熏气结束无症状，在熏气完成后出现了症状，比如：薰衣草在0.4 g·m-3的浓度下熏气完成后的6 h叶片萎焉，叶尖变黄；金光菊在0.3 g·m-3的浓度下6 h后叶片萎焉，叶尖出现黄色斑点。

表2不同浓度SO2处理完成后恢复20 h后不同材料的症状(与熏气结束时相比)

Table 2The symptoms of different materials after 20h’s recovery treated with different concentrations of SO2(Compared to the end of fumigation)

植物种类Plantspecies不同浓度SO2处理后恢复20h的症状Thesymptomsofdifferentmaterialsafter20h’srecoverytreatedwithdifferentconcentrationsofSO20.05g·m-30.1g·m-30.2g·m-30.3g·m-30.4g·m-3石竹无明显变化无明显变化无明显变化叶片萎焉加重叶片萎焉加重一串红叶片出现萎焉叶片萎焉加重叶片萎焉加重叶片萎焉加重,趋于死亡叶片萎焉加重,趋于死亡飞燕草叶片卷曲严重叶片卷曲严重叶片卷曲严重叶片干枯,几乎死亡叶片干枯,几乎死亡薰衣草无明显变化无明显变化无明显变化无明显变化叶片萎焉,叶尖变黄金光菊无明显变化无明显变化无明显变化叶片出现萎焉,出现黄色斑点叶片萎焉,出现黄色斑点毛地黄无明显变化无明显变化无明显变化无明显变化叶片萎焉加重蜀葵无明显变化无明显变化无明显变化无明显变化叶片萎焉加重串白无明显变化无明显变化无明显变化无明显变化黄色斑点增多羽扇豆无明显变化无明显变化无明显变化无明显变化叶片萎焉加重,叶尖干枯,茎弯曲孔雀草叶片萎焉叶片萎焉叶片萎焉加重叶片萎焉加重所有叶片萎焉万寿菊没有显著变化极少部分叶片出现叶缘焦枯少部分叶片叶缘和叶尖焦枯萎蔫加重,叶片上有斑点,所有叶片叶缘焦枯萎蔫加重,叶缘严重焦枯,有黄色斑点鼠尾草无显著变化叶片变黄,少量叶片萎蔫叶片变黄,少量叶片萎蔫叶片变黄,较多叶片萎蔫较多叶片变黄,叶片枯萎变黑矮牵牛无显著变化少量叶片叶缘卷曲、变黑,有黑色条纹与斑点大量叶缘变黑卷曲叶片全部萎蔫卷曲叶片全部萎蔫卷曲

2.313种草花植物对SO2伤害的抗性比较

从表3可以看出, 依据上述标准, 在本试验所测13种草花植物中, 对SO2高度敏感型植物有飞燕草和孔雀草；中度敏感型有一串红和蜀葵，敏感型的有万寿菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黄和鼠尾草。抗性最强的薰衣草阈值大于0.4 g·m-3，在处理结束时都没有很明显的症状，只是熏完后继续观察时，才发现其在最高浓度下有被伤害症状出现。

表3　不同草花植物的受害程度及抗性级别

3　讨论与结论

SO2进入植物体内的主要通道是气孔, 因此对植物的伤害首先表现在叶上。急性和慢性的SO2暴露都会影响植物的生长，对植物造成伤害[3,16,17]，甚至死亡[18]，且与SO2的浓度、污染时间及植物种类有关[9，13,16]。本课题组前期的研究结果表明[14]，即使同一种植物萱草，不同品种之间，差异也很大。本研究结果表明，不同观赏草花植物受不同浓度SO2处理后，主要表现为叶尖焦枯，叶片卷曲，出现黄褐色或者黑色斑点(严重时成洞)及萎蔫等，并随着浓度的增加和时间的延长，不但原有症状程度加深，而且还会引发新的症状。可能由于气态SO2主要经气孔进入细胞，在胞内产生亚硫酸根和亚硫酸氢根，同时产生大量的自由基等有毒物质，从而对植物叶片造成伤害[19]。不同草花植物对SO2响应的差异，推测可能与其叶片组织结构和气孔分布有关。

熏气完成后，继续观察20 h，发现多数植物表现出在原有症状的基础上有加重的趋势。薰衣草在高浓度时出现了低浓度时没有的症状，可能是植物吸收的SO2，在细胞内较长时间的积累产生的有毒物质造成的伤害。同时发现，本试验方法下，不同草花植物的显症时间越早，抗性的级别越低。但是也有些植物(如孔雀草)虽然抗性很低，但是显症时间比有些抗性强的晚。由于确定阈值浓度是根据受害面积的大小来定的，有些植物刚开始出现症状就比较明显，受害面积较大，因此出现阈值浓度稍微小于临界浓度的情况，如飞燕草。

本试验结合显症时间、伤害症状、临界浓度和阈值浓度分析得出：实验所测13种草花植物中，对SO2高度敏感型植物有飞燕草和孔雀草；中度敏感型有一串红和蜀葵，敏感型的有万寿菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黄和鼠尾草。薰衣草等高抗和中抗的植物可以在SO2严重污染地区使用。与前人所做的个别重复的花卉[9]如一串红等,虽然分类体系和评价方法不尽一样，但结果相似。

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(编辑：武英耀)

Studies on the resistibility of 13 species garden herbal flower plants to sulfur dioxide

Wei Aili1, Zhang Xiaobing1, Wang Shengjie1, Cao Dongmei2, Hao Xuefeng1, Xu Yu1, Wang Yunshan2

(1.DepartmentofBiology,TaiyuanNormalUniversity,Taiyuan030031,China， 2.InstituteofHorticulture,ShanxiAcademyofAgriculturalSciences,Taiyuan030031,China)

[Objective] The objective of the study is to explore the resistibility of different garden herbal flower plants to sulfur dioxide and provide experimental evidence to their application in SO2polluted areas. [Methods]Acute artificial fumigation protocol was carried out to study the damaged symptoms, time of symptoms shown and threshold concentration, and then the resistibility difference of 13 kinds common garden herbal flower plants in Shanxi Province were analyzed. [Results]Most materials showed overt symptom when SO2concentration exceeded 0.3 g·m-3. The typical symptom was yellow and shriveled in leaf blade tip and margin, tawny or black spots and wilting could be found in leaf blade. Among 13 kinds of plants,C.ajacisandT.erectacv showed the highest sensitivity to SO2,S.splendensandA.roseashowed middle level sensitivity,T.erectashowed sensitivity to SO2,L.angustifoliaandR.laciniatashowed the highest resistibility to SO2,D.chinensis,S.spendenscv. andL.micranthusshowed middle resistibility to SO2,D.purpureaandS.farinaceashowed tiny resistibility to SO2.[Conclusion]L.angustifoliaandR.laciniataetc. can be used in pollution areas.T.erectacv andS.splendensetc can be used as SO2pollution indicative plants.

Herbal flower plants, Sulfur Dioxide, Resistibility

2016-07-21

2016-07-27

魏爱丽(1969-)，女(汉)，博士后，教授，研究方向：植物生理生态及环境毒理

山西省科技基础条件平台项目(2014091003-0108)，山西省科技攻关项目(20130311019-3；20140311014-1)

X171.5

A

1671-8151(2016)10-0691-05