全 文 ：　林业科技开发　2009年第 23卷第 5期 57　
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(责任编辑　葛华忠)
棱角山矾抗 SO2 大气污染的机理
朱碧华 1 ,黄宝祥 2 ,黄文超2 ,符树根 2＊
(1.江西科技师范学院 ,南昌 330013;2.江西省林业科学院)
摘　要:野外调查了棱角山矾抗 SO2大气污染的生长状况 , 为探讨其抗性机理 ,进行了室内外加 HSO3 -处理试验 ,
测定了 SOD酶活性 、叶绿素含量 、硫含量和细胞液 pH值及其缓冲能力。结果表明:棱角山矾对 SO2污染物具有较
强的抗性和吸收能力 ,其抗性机理可能与树体受污染后 SOD酶活性的升高和细胞液的 pH缓冲能力有关。
关键词:棱角山矾;SOD酶活性;酸碱缓冲能力;抗性机理
PreliminaryStudiesontheResistanceMechanismofSymplocostetragonatoSO2 Polutant∥ZHUBi-hua,
HUANGBao-xiang, HUANGWen-chao, FUShu-gen
Abstract:Theactivityofsuperoxidedismutase(SOD), contentofchlorophyllanselementSintheleavesofSymplocos
tetragonatreatedwith10 mmol/LNaHSO3 , andpHbufferingcapacityincellsapweredeterminedinordertoexplorethe
resistancemechanismofS.tetragonatoSO
2
polutantinthispaper.TheresultsshowedthatS.tetragonahadstronger
resistanceandabsorptiontoSO2 pollutantintheair.AnditsresistancemechanismwasprobablyrelatedtothepHbuffering
capacityandtheincreaseofSODactivityintheleaves.
Keywords:Symplocostetragona;SODactivity;pHbufferingcapacity;Resistancemechanism
Firstauthor saddress:JiangxiScienceandTechnologyNormalUniversity, 330013 Nanchang, China
收稿日期:2009-05-07　　　　修回日期:2009-06-30
基金项目:浙江省宁波市重点攻关项目(编号:2004C1000016)。
第一作者简介:朱碧华(1964-),女 ,副教授 ,主要从事园林技术专业
的教学和科研工作。通讯作者:符树根 ,男 ,研究员。 E-mail:fshgen@
126.com
　　棱角山矾(Symplocostetragona)属山矾科山矾属
植物 ,又名留春树 、山桂花 ,常绿阔叶乔木 ,枝叶茂密 、
开展 ,叶深绿色 ,长披针形树皮灰褐色 、平滑 ,主干通
直 、明显 ,树形优美 ,呈宝塔形 、伞形。春节期间开花 ,
花形如桂 ,清香宜人 ,盛花如雪盖 ,甚为壮观。是城市
绿化的优良树种 。
棱角山矾枝密叶茂 ,具有良好的隔音效果 ,可用
作隔离噪音的林带 ,对二氧化硫 、氟化氢等污染物 ,具
有良好的抗性。但这只是直观和经验的总结 ,缺乏科
学的试验研究数据 。为探讨棱角山矾的抗 SO2大气
污染的特性 ,我们进行了室外抗污染试验调查 ,并进行
了室内硫化物污染模拟试验 ,初步探讨了其抗性机理。
1　材料与方法
1.1　棱角山矾抗污染实地调查
调查点位于江西省万载县康乐镇一大型砖窑厂 ,
污染源主要为 SO2及其粉尘 ,调查自然分布棱角山矾
的生长状况 ,并采叶样分析测定硫含量 ,以附近无污
染的自然分布棱角山矾为对照。
1.2　棱角山矾抗硫化物污染室内模拟试验
在相对清洁区江西省林业科学院园内 ,采集棱角
山矾 、桂花 、杜英和樟树 4个树种的当年生成熟叶片
约 1kg(每个树种选择 10株 3年生生长健壮的植株 ,
在东南西北 4个方向采混合样)。然后 ,称取鲜叶片
100 g,以 10 mmol/LNaHSO3 溶液浸泡 , 置于室温
(25℃)弱光下处理 10 h,进行 3次重复 ,对照用蒸馏
水浸泡处理 [ 1] 。处理后测定叶片中的 SOD酶活性 、
叶绿素含量和细胞液 pH值的变化。
一般阔叶树的抗污染能力比针叶树强 ,我们调查
的野外污染地 ,对照主要为杉木和水杉等针叶树种 。
为进一步探讨棱角山矾的抗污染特性 ,特选择在当地
同为绿化树种 ,而其生长状况又较一致的阔叶树种桂
花 、杜英和樟树为比较对象 。
1.3　叶片细胞液 pH缓冲能力测定
称取被测植物叶片鲜重 5 g,加入 100 mL蒸馏
　应用研究
58　 林业科技开发　2009年第 23卷第 5期
水 ,在沸水浴中煮 30 min,然后过滤并定容 ,测定其
pH值。并将滤液等分成两份 ,分别以 0.1 mol/L的
HCl和 0.1 mol/L的 NaOH滴定 ,以 0.2个 pH值单
位为间隔读取体积值 , 再以 pH值为纵轴 , HCl和
NaOH体积为横轴绘制缓冲曲线。参照刘楠 [ 3] 等的
缓冲能力计算公式计算植物叶片缓冲能力 。
酸缓冲能力 =M(V-V0)/W/1.6
式中:M为 HCl溶液的浓度(0.1 mol/L);V0为初始
(或邻近点)pH对应的滴定体积;V为初始 pH-1.6
对应的滴定体积;W为叶片质量(2.5gFW)。
碱缓冲能力(mmolNaOH/g)=M(V-V0)/W/4
式中:M为 NaOH溶液的浓度(0.1 mol/L);V0为初
始(或邻近点)pH对应的滴定体积;V为初始 pH+4
对应的滴定体积;W为叶片质量(2.5gFW)。
1.4　硫含量等理化指标的测定方法
1.4.1　超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定
称取新鲜叶样 2 g,剪碎置研钵中 ,加入 5 mL磷
酸缓冲液(浓度 0.05 mol, pH7.8)进行研磨 ,匀浆在
13 000 r/min冷冻离心 20 min,上清液为 SOD酶提取
液 。酶液活性测定根据 Giannoplitis和 Ries方法(利
用 SOD抑制氮蓝四唑(NBT)在荧光下的还原作用)。
3 mL反应混合液中含有:1.3 μmol/L核黄素;13
mmol/L甲硫氨酸;63 μmol/LNBT;磷酸缓冲液
(0.05 mol、pH7.8)。加入适量酶液在 4 000 lx荧光
下光照 15min,并在 560 nm下测定光密度 ,以缓冲液
作空白 。酶活性单位采用抑制 NBT光化还原 50%为
一个酶活性单位表示 [ 2] 。
1.4.2　叶绿素含量的测定
称取鲜叶样 1g,剪碎放在研钵中加入 95%的酒精
5mL,研成匀浆 ,并用 95%的酒精反复浸提 4 ～ 5次 ,直
到残渣无色。将提取液滤入 25mL容量瓶中 ,用 95%
的酒精定容至刻度。用分光光度计测定其光密度[ 1] 。
1.4.3硫含量的测定
用 HNO3 -HClO4法消解样品 ,采用 BaSO4比浊
法测定 [ 3] 。
2　结果与分析
2.1　棱角山矾抗大气污染的实地调查及其吸硫能
力测定
在江西省万载县康乐镇一大型砖窑厂(污染源主
要为 SO2及其粉尘),调查发现:该砖窑厂周围生长的
针叶树如杉木和水杉受害症状明显 ,大多死亡 ,阔叶树
如楝树等也出现生长不良甚至死亡 ,而棱角山矾生长
正常 ,表明棱角山矾对该类污染源具有较强的抗性。
在进行生长状况调查同时 ,还采集砖窑附近(污染
区)的棱角山矾叶片 ,测定其硫含量 ,以同一区域远离
砖窑(相对清洁区)的棱角山矾为对照 ,结果表明:污染
区棱角山矾叶片 SO2含量为 22 700 mg/kg,相对清洁
区为 11 060 mg/kg,二者之差可以视为棱角山矾吸收
硫污染物的能力 ,为 11 640mg/kg。
2.2　棱角山矾抗 SO2污染的机理初步探讨
2.2.1　外加 HSO3-处理前后 SOD酶活性和叶绿素
含量的变化
以 10 mmol/LNaHSO3溶液处理棱角山矾叶片 ,
同时处理的还有樟树 、杜英和桂花 3个树种的叶片 。
表 1中 SOD酶活性和叶绿素含量比较显示:NaHSO3
处理后 ,各树种的 SOD酶活性升高 ,升高幅度棱角山
矾(115.4)>樟树 >(52)>杜英 (21.3)>桂花
(15.7);叶绿素含量均有下降 ,下降的幅度棱角山矾
(1.4)<桂花(4.4)<樟树(8.8)<杜英(12.5)。
表 1　外加 HSO
3
-处理 SOD酶活性和叶绿素含量的影响
树种 处理 SOD酶活性/U·g-1
与对照比
升高值 /%
叶绿素含量
/mg·g-1
与对照比
下降值 /%
棱角山矾 NaHSO3 259.40 115.4 0.69 1.4对照 120.42 0.70
桂花 NaHSO3 607.02 15.7 1.13 4.4对照 527.38 1.18
杜英 NaHSO3 606.58 21.3 1.44 12.5对照 500.07 1.62
樟树 NaHSO3 352.62 52.0 1.48 8.8对照 232.02 1.61
　注:升高值%={〔SOD酶活性(NaHSO3)-SOD酶活性(对照)〕/SOD酶活性(对照)}×100%;下降值% ={〔叶绿素含量(NaH-
SO3)-叶绿素含量(对照)〕/叶绿素含量(对照)}×100%。
2.2.2　叶片细胞液 pH缓冲能力的比较
从表 2可看出:外加 HSO3 -处理后 , 4个树种的
pH值均出现下降 ,下降幅度:桂花(0.34)>棱角山
矾(0.11)>樟树(0.11)>杜英(0.05)。 4个试验树
种的叶片细胞液 pH值缓冲能力曲线显示出相同的
趋势(图 1)。经计算 ,对酸的缓冲能力:杜英(0.118
75)>棱角山矾(0.046 25)>樟树(0.043 75)>桂花
(0.015 60)。
表 2　不同树种细胞液 pH值及其对酸碱的缓冲能力
树种 处理 细胞液pH
与对照比
下降
对酸的缓冲能力
/mmolHCl·g-1
对碱的缓冲能力
/mmolNaOH·g-1
棱角山矾 NaHSO3对照
5.23
5.34
0.11
0.046 25 0.021
桂花 NaHSO3对照
5.28
5.62
0.34
0.015 6 0.014 5
杜英 NaHSO3对照
4.13
4.18
0.05
0.118 75 0.027 5
樟树 NaHSO3对照
5.92
6.03
0.11
0.043 75 0.020 5
应用研究　
　林业科技开发　2009年第 23卷第 5期 59　
图 1　酸碱缓冲曲线
对碱的缓冲能力 , 杜英 (0.027 5)>棱角山矾
(0.021 0)>樟树(0.020 5)>桂花(0.014 5)。
3　结论与讨论
(1)从外表来看 , 棱角山矾的叶子比较厚 、具革
质 ,似乎不利于大气污染物的入侵。但根据笔者的测
定 ,污染区棱角山矾叶片中硫含量相当高 ,其对 SO2
的吸收能力非常强。可见 ,棱角山矾对 SO2污染物表
现出较强的抗性 ,不是由于叶片外部结构不利于大气
污染物的吸收 ,而可能是由于棱角山矾在生理上具有
积累 、转移 、消除污染物质的能力。
(2)二氧化硫伤害植物的一部分原因在于其酸
性作用 。Gil指出细胞的 pH值缓冲能力对抗性起一
定作用 [ 3] 。笔者测定了棱角山矾叶片细胞液的 pH
值缓冲能力 ,并与桂花 、樟树和杜英进行比较 。结果
表明:棱角山矾具有较强的 pH值缓冲能力 ,其外加
HSO3 -处理后 , pH值下降幅度也很小。可见 ,棱角山
矾对 SO2污染物的抗性与其 pH值缓冲能力有关 ,这
点与 Gil的研究结果一致 。根据谭家得等[ 4]对树种
抗大气污染的等级划分 ,桂花为抗性强树种 ,樟树为
抗性中 , 杜英为抗性弱 。笔者的研究也表明 ,外加
HSO3 -处理后 , 杜英叶片叶绿素含量下降最多
(12.5%),樟树(8.8%)、桂花(4.4%)次之 ,棱角山
矾最少(1.4%)。但杜英的 pH值缓冲能力却最大 ,
棱角山矾 、樟树次之 ,桂花最小 。杜英的 pH值缓冲
能力强 ,但表现为抗性弱 ,这可能是因为其本底 pH
值较低(4.18), pH值稍有降低 ,就会使细胞组织受
到伤害 。
(3)二氧化硫伤害植物的另一原因是 , SO2由气
孔进入植物细胞 ,溶于水产生 SO3 2-, SO3 2 -被氧化为
SO4 2-后进入胞内硫还原途径 ,生成半胱氨酸。 SO3 2 -
氧化为 SO4 2-的过程主要由 O2 -启动 ,并在氧化过程
中产生更多的自由基 ,因此 ,环境中高浓度的 SO2会
引起植物细胞内活性氧的急剧增加 ,产生氧化胁迫 。
植物自身有一种保护系统来清除产生的自由基 ,以减
轻环境污染物带来的危害。超氧化物歧化酶(SOD)、
过氧化物酶 、过氧化氢酶是保护系统的主要酶 ,它们
能够清除细胞内的自由基。从而保护细胞膜 、酶甚至
核酸免受活性氧及亲电子剂的攻击 。 SOD是活性氧
清除反应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶 ,能将超
氧物阴离子自由基 (O2 -)快速歧化为过氧化氢
(H2O2)和分子氧;在随后的反应中 , H2O2在过氧化
氢酶(CAT)、各种过氧化物酶(如 APX)和抗坏血酸 /
谷胱甘肽循环系统的作用下转变为水和分子氧 。
SOD对于清除氧自由基 ,防止氧自由基破坏细胞的
组成 、结构和功能 ,保护细胞免受氧化损伤具有十分
重要的作用 [ 5-6] 。对 SOD酶与植物抗性的关系 ,已有
较多的研究 [ 7-8] ,两者的关系比较复杂 。如根据杨礼
锐 [ 7]等的研究 ,印度榕与高山榕之所以具有高的抗
毒害 ,可能与它们叶片中的高 SOD酶活性有关 ,而蒲
桃叶片中的 SOD酶活性不高 ,从而表现出不同程度
的伤害。但刘天兵[ 8]等对水杉 、杉木和龙柏的研究
结果表明 , SOD酶活性经污染后变化规律在不同植
物有所不同 ,这种变化与其抗污能力有关 ,活性升高
者 ,其抗污能力强 ,反之则弱 ,与本底值大小无关。笔
者的研究显示 ,与樟树 、桂花和杜英相比较 ,棱角山矾
叶片中 SOD酶活性比较低 ,但经 HSO3 -处理后 ,其
SOD酶活性升高的幅度最大 ,从而表现出良好的抗性。
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(责任编辑　吴祝华)
　应用研究