径流污染对两种地被植物丙二醛含量和过氧化物酶活性的影响
2018-12-27刘海荣李冰冰姚艳丽
王 雪,刘海荣,李冰冰,姚艳丽
(天津农学院,天津 300384)
2013年8月天津市政府发布美丽天津建设纲要,指出要不断加大生态环境保护力度,继续实施生态环境治理,继续实施绿化工程,这其中涉及到天津市的雨洪管理问题。生物滞留池是雨洪管理的有效措施,得到国内外的普遍推广和广泛认可。生物滞留池常位于道路两侧,用于消纳地表径流。生物滞留池中栽植的植物具有生态效益、景观效益和经济效益,但生物滞留池的特殊作用要求植物具有一定的耐旱性、耐涝性、耐污性,同时天津地区要求植物具有耐盐性、耐寒性等。本研究选用天津地区常见的地被植物鸢尾(Iris tectorum Maxim.)和马蔺(Iris lactea Pall.var.chinensis)为研究对象,采用生物滞留柱模拟实验方法,研究不同水质浇灌条件下,两种植物叶片的丙二醛含量和过氧化物酶活性的变化,进而比较两种植物的抗逆性,为科学选择适宜生物滞留池生长的植物提供依据。
1 材料和方法
1.1 试验设计
生物滞留柱:选用直径25 cm、高75 cm的塑料容器,底部留4个直径0.5 cm的排水孔,将该塑料容器置于直径40 cm,高15 cm的集水盘中,集水盘距上沿2 cm处,设溢水孔一个,直径0.5 cm,上接有溢水管,溢水管的水由烧杯进行收集。塑料容器从下至上依次为砾石层(粒径<3 cm)5 cm、土工布层、沙层5 cm、填料层(填料层为园土、蛭石、草炭,体积比为1∶1∶1混合而成)55 cm、覆盖层(树皮)5 cm、蓄水层5 cm。该试验装置于2017年3月在天津农学院植物实验室制作完成。
植物准备:2017年4月于天津市曹庄花卉市场选择生长健壮,株高10~15 cm的马蔺和鸢尾同期土培苗(育苗钵高10 cm,直径10 cm)作为试验材料。取5个生物滞留柱,每个土柱以相等间距栽植7小钵鸢尾,另取5个生物滞留柱,每个土柱以相等间距栽植7小钵马蔺,以上土柱均浇灌地表径流水,另每种植物各设5个对照(浇灌自来水)。试验在具有均匀光照的条件下进行,防止雨淋。
浇灌水源:地表径流水取自天津市西青区津静路上,分别在径流的起涨段、峰顶段、退水段各取样 3次。试验前将所取的径流水混合均匀,自来水取自天津农学院植物实验室。
试验于2017年6月—8月进行,按设计进行浇灌,在无雨的落干期采用蒸馏水进行日常养护工作。
1.2 指标测定与数据分析
丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定,过氧化物酶活性采用愈创木酚法测定。
采用SPSS18.0对数据进行分析。
2 结果与分析
2.1 叶片丙二醛含量比较分析
地表径流水浇灌的马蔺和鸢尾叶片的丙二醛含量大于自来水浇灌,其中两种水质对马蔺叶片的丙二醛含量没有明显影响,但对鸢尾影响较大,用地表径流水浇灌的鸢尾叶片丙二醛含量明显高于自来水。不论是地表径流水还是自来水浇灌,叶片丙二醛含量均表现为鸢尾>马蔺(图1)。丙二醛是膜脂过氧化的最终分解产物,是植物细胞膜质过氧化程度的体现,马蔺和鸢尾叶片丙二醛含量均为地表径流水大于自来水浇灌,说明地表径流水使两种植物细胞不同程度受到伤害,地表径流水中的污染物对两种植物产生了胁迫。试验表明,两种水质浇灌下,鸢尾遭受逆境伤害的程度较大,细胞膜质过氧化程度较高,细胞膜受到的伤害比较严重,也说明鸢尾对环境变化比较敏感,更易受到不良环境的影响。
图1 叶片丙二醛含量
2.2 叶片过氧化物酶活性比较分析
地表径流水浇灌的马蔺和鸢尾的叶片过氧化物酶活性小于自来水浇灌,其中地表径流水浇灌的马蔺过氧化物活性略低于自来水浇灌,二者差异不显著;而地表径流水浇灌的鸢尾过氧化物酶活性明显低于自来水浇灌,二者差异达到极显著水平。分析表明,用地表径流水浇灌,两种植物均在不同程度受到逆境胁迫,这是因为与自来水相比,雨水经过地表径流后会含有更多的污染物质,包括大气污染物沉降,车辆燃料泄漏和尾气排放、轮胎磨损、下垫面材料的污染、动植物残体、城市生活垃圾等,这些污染物均对马蔺和鸢尾产生一定的影响。
两种水质浇灌下,过氧化物酶活性均表现为马蔺>鸢尾(图2)。由此说明,鸢尾叶片过氧化物酶活性更易受到外界环境的影响,而马蔺对环境变化反应不敏感,说明马蔺叶片过氧化物酶作为其体内酶促防御系统的一种保护酶,能有效地催化过氧化氢分解成水,从而有效阻止过氧化氢在体内的积累,排除其对叶片细胞膜结构的潜在伤害,这也进一步说明马蔺的抗性比鸢尾强,马蔺更能适应恶劣的环境。
图2 叶片过氧化物酶活性
将过氧化物酶活性与丙二醛含量进行相关分析,表明二者为负相关关系。说明过氧化物酶作为催化剂可加速H2O2的分解,降低H2O2对细胞的伤害,从而抑制丙二醛的产生,减少对细胞膜的伤害。说明过氧化物酶的催化调节作用对植物叶片起到了一定的保护作用。
3 结论与讨论
马蔺和鸢尾是天津地区常见的地被植物,本研究采用生物滞留柱模拟实验的方法,显示出与自来水浇灌比较,地表径流水提高了两种植物叶片的丙二醛含量,其中鸢尾丙二醛含量显著提高,而马蔺提高不明显;与自来水浇灌相比,地表径流水降低了两种植物叶片的过氧化物酶活性,尤其对鸢尾过氧化物酶含量影响极其明显。说明鸢尾对环境变化比较敏感,更易受到不良环境的影响,而马蔺的抗性比鸢尾强,马蔺更能适应恶劣的环境。
本研究仅仅从叶片丙二醛含量、过氧化物酶活性两个指标初步比较了马蔺和鸢尾的抗逆性,在生物滞留池的植物选择中,还需要对植物的抗旱性、耐水淹能力、固碳释氧能力、观赏特性等进行深入研究,才能给出科学合理的选择参考,这也是今后努力研究的方向。