赤松对汽车尾气胁迫的生理响应

韩 阳,果永超,李鸿江,陈庆飞

(辽宁大学 生命科学院，辽宁 沈阳 110036)

赤松对汽车尾气胁迫的生理响应

韩 阳,果永超,李鸿江,陈庆飞

(辽宁大学 生命科学院，辽宁 沈阳 110036)

以辽宁仙人洞自然保护区实验区、距离路边3米左右的成年赤松为材料，以针叶叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量及保护酶活性为指标，研究交通尾气胁迫对赤松的影响及植物的响应.结果表明，实验组和对照组相比，植物叶绿素含量没有显著差异，但是实验组叶绿素a/b比对照升高了8.55%；MDA含量比对照组高74.34%；实验组脯氨酸含量是对照的4.27倍，实验组SOD和CAT活性分别降低47.48%、36.73%，POD活性升高57.90%.

赤松；生理响应；汽车尾气

0 引言

赤松是辽宁仙人洞国家级自然保护区的地带性乡土树种，所形成的赤松林亦是地带性植物群落.保护区现有的大面积的天然赤松林是目前保存比较完好的植物群落，其物种组成和数量比例相对稳定，群落结构复杂，层次较多，而且能充分有效地利用周围的资源，与当地的气候条件相适应，是仙人洞自然保护区有代表性的地带性植被，也是本区保护的主要对象.但是近年来，随着旅游业的发展，车辆数量剧增，车辆产生的交通尾气对赤松的生长产生了一定的影响，部分靠近公路的赤松出现了针叶枯黄、虫害加重的现象，这在一定程度上增加了对赤松的保护难度.为了探究交通尾气对赤松生长发育的影响，本研究以保护区内道路两边赤松为研究对象，对赤松针叶部分抗逆性指标及保护酶活性进行测定，旨在为赤松可持续利用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

在辽宁仙人洞自然保护区实验区，选取距离路边3 m左右、胸径30 cm的赤松为样树；以在保护区核心区，生长环境与样树相似的、同等大小的赤松为对照进行试验.在每株树的东西南北四个方向上，选取树干中部的枝条，采集生长状况良好的针叶，采集后于4 ℃保存，在3天内完成试验.于2015年10月中上旬，同时在实验组和对照区采样.

1.2 实验方法

1.2.1 叶绿素含量的测定

叶绿素含量测定参考张志良[1]的方法.取新鲜赤松针叶0.5 g，放入研钵中，加入纯丙酮5 mL，少许碳酸钙和石英砂，研磨成匀浆；用80%丙酮定容至10 mL；4 000 r/min 下离心10 min；弃沉淀，上清液测定663 nm和645 nm处的OD值.并根据公式计算叶绿素的值.

1.2.2 脯氨酸含量的测定

脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法[1]：取新鲜针叶0.5 g，加入3 mL磺基水杨酸研磨，匀浆在沸水浴中提取10 min；冷却至室温之后，3 000 r/min下离心10 min；取提取液2 mL于试管中，加入2 mL 纯水、2 mL冰乙酸和4 mL酸性茚三酮试剂，摇匀，沸水浴中加热60 min；冷却至室温，加入4 mL甲苯，待分层之后吸取甲苯层，于520 nm下测OD值.根据标准曲线的回归方程计算对应的脯氨酸含量.

1.2.3 保护酶及丙二醛(MDA)含量的测定

取赤松叶片0.5 g，加入8 mL pH 7.0的50 mmol/L磷酸缓冲液，在冰浴下碾磨，纱布过滤后4 ℃ 下1 000 r/min离心20 min，上清液转至10 mL容量瓶，用pH 7.0的50 mmol/L磷酸缓冲液定容，用于MDA含量和SOD、CAT和POD活性的测定.SOD活性测定采用NBT(氮蓝四唑)方法[2].测定SOD对氮蓝四唑(NBT)的光还原的抑制作用，用抑制光还原NBT 50%为一个酶活性单位；POD活性测定采用愈创木酚法[3]， 每隔30s记录1次吸光度,以每分钟内A470每下降0.1为1个活性单位.CAT活性测定用紫外吸收法[4]，以每分钟内A240每下 0.1为1个酶活力单位.

MDA含量的测定采用郝再彬方法[5]，并根据下列公式计算出MDA的含量.

MDA=6.45(A532-A600))-0.56A450.

1.2.4 统计方法

利用 DPS统计软件和 Excel进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 赤松针叶叶绿素对交通尾气胁迫的响应

叶绿素是绿色植物进行光合作用所必需的色素,它的含量及叶绿素a/叶绿素b比值的变化可以作为植物受污染胁迫程度的指标.表1表明，交通尾气胁迫对赤松叶绿素含量及叶绿素a/b有一定影响.在交通尾气胁迫下，赤松针叶叶绿素色素含量有一定程度的下降，叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量分别下降3.03%、10.46%和6.08%；但是叶绿素含量的下降没有达到显著水平(P>0.05).实验组与对照相比，叶绿素a/b有显著差异(P<0.05)，实验组比对照升高了8.55%；这一结果的出现表明叶绿素a、叶绿素b分解速度对交通尾气污染的响应程度不同.

2.2 交通尾气胁迫对赤松脯氨酸含量的影响

由图1可见：实验组赤松的脯氨酸的含量明显高于对照组，是对照的4.27倍，两者差异极显著(P<0.01).植物体内脯氨酸含量的积累，是植物对逆境胁迫的一种生理性适应反应，具有双重意义：一是细胞结构和功能遭受伤害的反应；二是植物对逆境的适应表现，具有防护效应及保护植物自身的功能[6].本实验结果的出现表明在体内积累脯氨酸可能是赤松应对交通尾气胁迫的重要途径.

表1 交通尾气胁迫对赤松针叶叶绿素的影响

图1 交通尾气对赤松脯氨酸含量的影响

2.3 交通尾气胁迫对赤松丙二醛(MDA)含量的影响

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产物之一，其含量可表示膜脂过氧化作用的程度.赤松在交通尾气的胁迫下，MDA含量呈上升趋势，实验组材料MDA含量比对照组高74.34%，两者差异显著(P<0.05).这表明尾气污染诱导赤松体内产生大量的氧自由基，导致膜脂过氧化最终产物MDA含量的增加.

图2 交通尾气胁迫对赤松丙二醛(MDA)含量的影响

表2 交通尾气胁迫对赤松保护酶活性的影响 单位：U·gFW-1

2.4 保护酶对交通尾气胁迫的响应

由表2可知，与对照相比，实验组赤松针叶几种保护酶活性都有所变化，其中超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性下降，降低幅度分别为47.48%、36.73%；实验组与对照组差异极显著(P<0.01).与SOD、CAT变化不同，受交通尾气污染赤松的过氧化物酶(POD)活性较对照的升高57.90%，呈显著性差异(P<0.05).从上述结果可以看出，在受到交通尾气污染时，不同的保护酶变化趋势是不同的，这种不同步不仅表现为升高或降低的幅度差异，即对同一污染状况的敏感程度不同；也可能表现为方向的不同(升高或降低).

3 讨论

交通尾气是城市大气污染的主要来源之一,其成分非常复杂,包含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物、挥发性有机物和臭氧等气体,及碳黑、焦油和重金属等颗粒物,其中的硫氧化合物主要是SO2[7].这些物质会影响植物叶表皮的微形态和光合色素含量,如改变其蜡质层、细胞形态、细胞数、气孔密度和大小等,降低叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和类胡萝卜素的含量,进而影响植物的光合作用和生长[8-9].有实验表明，，植物受低浓度SO2等污染物危害后，叶绿素a/b的值上升[10].认为叶绿素受到大气污染后，叶绿素b较叶绿素a分解得快，进而导致叶绿素a/b值上升[11].据此推测，本实验中受污染地段赤松叶绿素a/b的变化与交通尾气中SO2的作用有关.

虽然有研究指出交通尾气中的二氧化硫对植物体内的叶绿素具有漂白作用，使叶绿素降解为无光合活性的脱镁色素[12]，但本研究中赤松的针叶并没有表现出明显的叶绿素降解的现象.相似的结果曾发生在对小叶榕、樟树的研究中[13]，这也为不同植物对污染的相异的适应策略提供了例证.当植物遭受胁迫时，细胞内会大量积累脯氨酸.研究表明这种脯氨酸积累对植物是有益的，能够增强细胞膜系统的稳定性并降低膜脂过氧化程度，使植物表现出对逆境环境一定的适应能力.本实验中，实验组材料出现脯氨酸含量激增的现象，由此可以推测体内积累脯氨酸是赤松应对交通尾气胁迫的重要途径.

[1] 张志良，瞿伟菁，李小方,等.植物生理学实验指导(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2008，56-61：208-209.

[2] 西北农业大学植物生理生化教研室.植物生理实验指导[M].西安:陕西科学技术出版社,1987：51-55.

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[4] 高俊凤.植物生理学试验技术[M].西安：世界图书出版社,2000：137-202.

[5] 郝再彬，苍晶，徐仲.植物生理实验[M]，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：106-108.

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[7] 牛国辉.汽车尾气污染物的分析与研究[J].计量与测试技术，2015,4(10)：62-64.

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[13] 何健,卓书斌，廖凌娟，等.交通尾气污染对4种乡土行道植物叶片气孔形态和叶绿素含量的影响[J].安徽农业科学，2011,39(23)：14235-14238.

(责任编辑 李 超)

The Physiological Response ofPinusdensifloraon Stress of Automobile Exhaust

HAN Yang,GUO Yong-chao,LI Hong-jiang,CHEN Qing-fei

(SchoolofLifeScience,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China)

The experimental material was adultPinusdensiflora,which was planted in the Xianrendong national nature reserve of Liaoning experimental area and 3 meters away from roadside.This article was aimed at the influence of automobile exhaust stress inPinusdensifloraand the plant physiological response.The content of needle chlorophyll,proline,malondialdehyde(MDA) and activity of protective enzyme were used as indicators.The result showed that the chlorophyll content had no significant difference between experimental and control groups,but the experimental group chlorophyll a/b ratio increased by 8.55%,MDA increased by 74.34% relative to control,and 4.27 times more proline content than control.The activity of SOD and CAT in experimental group were reduced by 47.48% and 36.73% respectively,but the POD was increased by 57.90%.

pinusdensiflora；physiological response；stress of automobile exhaust

2016-10-24

辽宁大学“大学生创新创业训练计划”项目

韩阳(1962-)，女，辽宁新民人，教授，从事植物生理学研究.

Q 945.78

A

1000-5846(2017)01-0065-04