全 文 ：热带亚热带植物学报 2003，1 1(4)：358-363
Journal of Tropical and Subtropical Botany
广东地区三种木本植物抗大气污染能力的比较
刘 楠 温 学 孔国辉 彭长连 林桂珠 陆耀东2吴芝扬2
(1．中国科学院华南植物研究所，广东 广州 510650：2．广东省佛山市林业科学研究所，广东 佛山 528000)
摘要：研究了工业污染区(佛 山市小塘镇五星 WX)和相对清洁区(广州华南植物 园 BG)生长的 3种木本植物光叶山矾
(Syruplocos lane 舰 )、银柴 (Aporosa chinensis)和窿缘桉 (Eucalyptus exserta)叶片对酸碱缓冲能力的差别。工业污
染区 3种植物的细胞液 pH均比相对清洁区的低，光叶山矾与银柴对酸和碱的缓冲能力强于窿缘桉。用外源 NaHSO3
处理，植物叶片的光合放氧、Fv／Fm、Fv／Fo和 PsII都有不同程度 的下降。其中，窿缘桉下降的幅度最大，说明其抗大
气污染的能力不如光叶山矾和银柴，同时也证明了用缓冲能力作为一种评价植物抗污能力的指标具有一定的科学性。
关键词： 木本植物；大气污染；抗污能力；缓冲能力
中图分类号：Q945．11 文献标识码：A 文章编号 ：1005-3395(2003)04—0358—06
Comparison of the Resistance of Three W oody Plant Species to
Air Pollution in Guangdong Province
LIU Nan’ WEN Xue’ KONG Guo．hui’ PENG Chang．1 ian卜 LIN Gui-zhu
LU Yao．dong WU Zh i．yang
(1．South China Institute ofBotany,the Chinese Academy ofSciences，Guangzhou 510650，China；
2．Foshan Institute of Forest Science，Foshan 528000，China)
Abstracts： Response of three woody species (native Symplocos laneifolia and Aporosa chinensis，and exotic
Eucalyptus exserta) to air polution grown at two experimental sites，Wuxing with ceramic factories nearby at
Foshan city(wX)and control site at South China Botanical Garden(BG)，was examined physiologicaly．
Bufering capacity of S lancifolia andA．chinensis was higher than that ofE．exserta．pH in cel sap ofleaves of
three species was lower in W X than that in BG．After the leaves were treated with 10 mmol L NaHSO3 under
2O．5 u mol m‘2s—light intensity for 10 h，the photosynthetic oxygen evolution，Fv／Fm，FV／F0 and PSⅡin al
the three species decreased to some extent， most significan t decrease in three parameters was foun d in E
exserta．The results demonstrated that there was less resistance to air pollution in exserta than in the other tw o，
and it was consistent with diferent bufering capacity ofcell sap in three species． It is suggested that the bufering
capacity ofcell sap in plant leaves can be a useful index in evaluating the resistance ofplan ts to SOL pollution．
Key words：W oody plan ts；Air pollution；Pollutant-resistance；Bufering capacity
我 国是世界上少数几个 以煤炭为主要能源 的
国家之一，而且煤 的含硫量较高。城市燃煤使二氧
化硫和烟尘排放量占全部大气污染排放量的 80％-
90％，导致我国城市出现大气煤烟型污染Ⅲ。二氧化
硫气相氧化和液相氧化是造成我 国酸性降雨的主
要原因，华南地区继欧洲 、北美之后成为世界第三
大酸雨区脚。国家环保总局的最新统计数据指 出，
2002年全国 471个城市中仍有 262个城市的空气
质量尚未达到国家二级标准，空气污染依然严重，
尤其是人口超过 100万的特大城市。全国大气污染
收 稿 日期 ：2003-06-09 接受 日期 ：2003-09-04
基金项 目：佛山市科学技术局科技发展专项资金 (0102007A)；广东省环境保护局科技开发项耳 (1998-09)资助
’通讯作者 Co~cspondmg au~or
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第 4期 刘楠等：广东地区 三种木本植物抗大气污 染能力的比较 359
重点防治城市中就有广东省的广州市等 6个城市[3]。
改善城市大气环境质量和人居环境的重要手
段之一就是大力发展城市绿化。城市绿化植物主要
通过固定大气中的 CO：、释放 O：、滞尘、杀菌、吸收
多种有害气体和调节微气候等方式，实现改善环境
的生态服务功能，使得城市空气清新 ，以营造适宜
的人居环境。然而，植物对大气污染的耐受能力与
适应性千差万别，有的植物在大气污染环境下能长
期生长旺盛 ，有些则在短期内死亡[4]。因此，在城市
园林绿化 中选用抗性强、净化能力高而又对人体健
康无害的绿化植物显得尤为重要。而传统的筛选措
施是在不同的城市污染环境条件下进行现场栽种、
定期观测，再根据其表观受害情况判断各植物的抗
性强弱，从而做出选择。这些方法需要大量的人力、
物力和时间，一次实验被筛选的植物种类有限。为
此 ，我们通过一些生理生化手段，探讨绿化植物对
大气污染的耐受性机理，并试图建立快速有效的判
别植物对大气污染 的敏感程度和耐受能力差别的
方法，为城市园林和道路绿化树种的选择提供科学
依据 。
1材料和方法
采样地点 (1)工业污染 区(wX)位于佛 山
市小塘镇五星实验点，该实验点靠近陶瓷厂，SO：及
粉尘污染较为严重。(2)相对清洁区(BG)位于广州市
城郊的华南植物园百草园实验点，该实验点周围无
污染性工厂而且人类活动较少，空气质量较好。
植物材料和测定方法 试验于 2003年 3月
进行。在污染区和对照清洁区分别选取 3种树龄基
本一致 的多年 生野生乡土种光叶 山矾 (Symplocos
lancifot~a)、银柴 (Aporosa chinensis)和引种绿化树
种窿缘桉 (Eucalyptus e~erta)。污染区的 3个树种
中，前两种胸径可达 10-20 cm，枝叶茂盛，后者胸径
约 10 cm，枯枝多，枝叶稀疏。取当年的成熟叶片做
各项分析测定或离体处理。
植物叶片缓冲能力的测定 称取被测植物
叶片鲜重 5 g，加入 100 ml蒸馏水，在沸水浴 中煮
30 min，然后过滤并定容，测定其 pH并将滤液等分
成两份 ，分别用 0．1 mol／L的 HC1和 0．1 mol／L的
NaOH滴定以0．2个 pH单位为间隔读取体积值，再
以 pH为横轴，HC1和 NaOH体积为纵轴绘制缓冲
曲线[51。对曲线经过比较分析后，得出计算植物叶片
缓冲能力的公式(见讨论)：
对酸的缓冲能力 (mmol HCI pH g )=
M(V-Vo)／w／1．6 (1)
式中：M_HCl溶液的浓度 (0．1 mol／L)；
Vo--初始 (或邻近点)pH对应的滴定体积；
V一初始 pH一1．6对应的滴定体积；
w一 叶片质量 (2．5g FW)。
对碱的缓冲能力 (mmol NaOH pH- g )
M(V-Vo)／w／4 (2)
式中：M-NaOH溶液的浓度 (0．1 mol／L)；
Vo--仞始(或邻近点)pH对应的滴定体积；
V一初始 pH+4对应的滴定体积；
、v一叶片质量 (2．5g FW)。
光 合 放 氧 速 率 的 测 定 根 据 Delien和
Walkert~的方法，用叶圆片氧电极 (Leafdisc oxygen
electrode，Hasatech，King’S Lynn，UK)测定叶片在
CO 饱和条件下的放氧速率。叶室内温度 由水浴循
环控制在 25~C，向室内呼气可使 CO2浓度达 3％一
5％，光照强度 845la molm-2 s～。
叶 绿 素 荧 光 的 测 定 根 据 彭 长 连 等
的 方法 ，用 脉冲 调 制 荧 光 仪 (Pulse Modulation
Fluorometer，PAM，Walz，Germany)测定叶片的叶
绿 素荧光诱导 曲线 。原初 荧光 (Fo)是用 暗适 应
l5 min的叶片在弱调制测量光 (0．05 la mol m。S-1)
诱导下产生的，最大荧光 (Fm)则是在 Fo之后用强
饱和脉冲 (3 000 mol m-2 s-t)激发。当荧光从最大
值降低到接近 F0水平时，用光强为 300 p mol m
的 光 化 光诱 导 荧 光 动力学。根据 Schreiber等嘲、
Genty等 和 Foyer等【lq的方法计算不同的荧光参
数：Fv／Fm，Fv／Fo和 PSII。
~l,Jn HSO3处理 以 10 mmol／L NaHSO3溶
液浸泡光叶 山矾、银柴和窿缘桉 叶圆片，置于室温
(25℃)下照光 (20．5 mol rr s )10 h，对照用蒸馏
水浸泡处理。
2结果
2．1 叶片细胞液 pH 缓 冲能力的 比较
SO：伤害植物的一部分原因在于其酸性作用 。
Gil指出细胞的 pH缓冲能力对抗性起一定作用[1”。
无论是污染点 (WX)，还是清洁对照点 (BG)，3种
绿化植物的叶片细胞液 pH缓冲能力曲线显示出相
同的趋势 (图 1)。通过计算并进行种间和实验点间
的差异显著性分析 (表 1，2)，3种植物对酸的缓冲
能力比较接近，光叶山矾和银柴略高于窿缘桉，而
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360 热 带 亚热 带植 物学 报 第 l1卷
对碱的缓冲能力则显示出明显的差异，光叶山矾 的
缓冲能力最强，窿缘桉最差。与 BG点相比，同一种
植物的缓冲能力在污染点有的种上升 ，有的种不
变，还有的种下降，没有一定的规律性。方差分析表
明，实验点对细胞液 pH影响最显著，对碱的缓冲力
影响较显著，对酸的缓冲力无影响。3种植物的细胞
液 pH均为清洁对照点 (BG)略高于污染点 (WX)，
表明大气 中的 SO 已进入在污染点生长的 3种植
物 的细胞 中 ，通 过水合 反应 产生酸 性 HSO3‘或
3O
曼 20
U
lO
O
善 10
舌 20
●
Z
．30
一
W X
，
j2 ⋯
SO ，使细胞液酸化 。
2．2 外 源 NaHSO 对 叶 片光 合放 氧 、叶绿体 光 系统
ll功能的影响
气态 SO 从气孔进入植物体后，以 HSOf．SO3
和 SO42-的形式起作用。因此，NaHSO3处理可以作
为植物对大气污染气体 SOz的模式反应加以研究。
本试验 以 10 mmol／L NaHSO3作 为模拟 系统研 究
SO 的植物毒性及植物种间耐受力的差别[1习。
30
曼 20
U
z 10
O
善‘’o
舌一20
●
Z
一 30
⋯ 呷
● ．
图 l不同实验点植物叶片的缓冲能力
Fig．1 Bufering capacity ofplant leaves at air poluted site(WX)and control site(BG)
一 ◇一 光叶 山矾 Symplocos lanc@l／a；一▲一银柴 Aporosa chine~is；一0一窿缘桉 Eucalyptus exserta
表 l不同实验点植物叶片细胞液的 pH和缓冲能力的比较
Table l Comparison ofpH and bufering capacity in cell sap ofplant leaves at diferent experimental sites
HC1 0．1mol／L，NaOH 0．1mol／L；WX：Polluted site，BG：Control site
表 2 不同物种、不同实验点对各参数影响的F值及其显著性水平
Table2 F valuesan dtheir significan ceforthe efectsofdiferent speciesan d
experimental sites onpHinplant cellandbufering capacity
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2．2．1对植物叶片光合放氧的影响
通过叶片光合放氧的测定可 以初步考察污染
物对光合 作用 的破坏 程度 。从 图 2可见 ，经过
NaHSO，的浸泡处理 10 h， 3种植物的光合放氧均
有不同程度的下降，光叶山矾和银柴分别降至对照
的 85．0％和 97．3％。而窿缘桉的光合系统受损较严
重，已经不能测到叶片的净光合放氧，只能测到少
量的吸氧。
种 类 Species
— 葶 ，
3
图2 NaHSO；处理对 3种植物光合放氧的影响
Fig．2 Efects ofNaHSO3 on photosynthetic oxygen evolution
in three species
l；光叶山矾 s lancifolia；2：银柴 A．chinensis；3：窿缘桉 E ex．~erta
一 ■一对照 Control；一口-NaHSO3
0．90
0．3O
0．70
0．60
霎
Oj O
0．20
0．10
0
3讨论
2．s0
2．0o
0
1．50
1．0o
0．s0
0
2．2．2对叶绿素光系统 II功能的影响
Fv／Fm是叶绿体光系统 Ⅱ光化学效率的一种度
且【 。从图 3可 以看出 NaHSO，处理的 3种植物叶
片，FV／Fm(PS I光化学效率)与对照相 比有不 同程
度的下降，污染点光叶山矾 、银柴和窿缘桉的 Fv／Fm
分别降为清洁对照 点的 97．6％、87_3％和 66．1％，窿
缘桉的下降幅度最大。
Fv／Fo代表从 Chl a／b蛋白复合体 LHCP到 Ps
I的光能传递能力 ，它也是常用的研究植物对逆
境 响应 的重要生理 参数 。图 3反映 了 3种植物
Fv／Fo受 NaHSO3的影 响程 度，其 中光 叶 山矾 的
Fv／Fo影响最小，处理后为对照的 85．8％，窿缘桉变
化最大，降低到对照的 35．3％，银柴介于二者之间，
为 79．9％。
叶绿体的开放 Ps I反应 中心 的光化学量子效
率 qbPS I为 A Fv／Fm，正比例于非循环电子传递速
率，反映 PSII的活性 。3种植物经 NaHSO3处理后
PS I的变化与 Fv／Fm相似 (图 3)，仍 以窿缘桉
的变化最明显。
0．70
0．60
0．50
= 0．40
∽
害 0．30
0．20
0．10
0
种类 Species
图 3 NaHSO，处理对 3种植物叶绿素荧光特性的影响
Fig_3 Efects ofNaHSO3 on chlorophyll fluorescence in three species
l：光叶山矾 S lancifolia；2：银柴 A．chinensis；3：窿缘桉 E exserta
一 ■一对照 Control；一口-NaHSO3
3．1模 拟 Soz污染对植物 的影 响及 其机理
以NaHSO3处理离体组织，方法简便，实验条件
易于控制。用 NaHSO3处理小麦幼苗切段，结果与整
株植株受 SO2伤害的反应基本相 堋。植物叶组织
的生理酸度范围在 pH 3-8，当 SO2溶于浸润叶肉细
胞的细胞壁的水膜中时，在 pH 2-5的范围内主要
成为 HSO3‘形式，pH 3_4范围内对膜的差别透性和
3
叶 绿 素 的 破 坏 最 大 [1 。 本 实 验 采 用 NaHSO，
10 mmol／L的 pH恰好 在此范 围。这也 正说 明以
NaHSO3浸泡模拟 S 对植物处理具有一定的科学性。
植物受 SO2危害后 ，叶绿素和类胡萝 卜素部分
遭受破坏 ，其含量减少 ，便会影响到植物对光能的
吸收和利用，从而降低植物的光合作用速率 习。据报
道，用 500 la mol mol 液相 SO2处理时，细胞超亚
显微结构出现明显的变化 ，如类囊体膨胀，叶绿体
内膜解体等[1回，从处理松针组织的离体叶绿体进行
∞ ∞ ∞ ∞ 肿
8 4 2 O 2
。。一’l 。 H0
^ 譬 10置 蒜辎如鬟
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362 热带亚热带植 物学报 第 ll卷
的希尔反应来看，放氧速度显著受抑[1 7】。3种木本植
物 叶 片经 模 拟 SO2处 理 后 ，其 Fv／Fm、Fv／Fo和
OPSI都有不同程度的下降，说明光系统 Ⅱ受到了
伤害，而且伤害程度 由大至小为：窿缘桉，银柴 ，光
叶山矾。进一步的结果表明NaHSO 处理后光叶山
矾和银柴的光合放氧速率略有下降，而窿缘桉则受
害严重 ，光合系统受损较大，失去了光合放氧的功
能。光叶山矾和银柴在 SO 污染条件下能保持较高
的 PSI活性以及较为完整的光合作用功能，是其抗
SO2污染能力强的机理之一。
3．2以叶片缓冲能力为指标探讨植物对大气污染的
响应
叶片缓冲能力的大小与其对 SO 毒性忍耐力
呈正相关[1 。Priebe等指出，植物接触 SO2后产生多
胺，它能与 H+结合而清除之。也有人推测清蛋白等
蛋白质能起一定的缓冲作用[1 1。樊后保曾经对树皮
的浸提液进行滴定，并绘制了缓冲曲线[53，从曲线上
基本能够得 出不 同树种的树皮对酸和碱缓冲能力
的差异。这种方法对于分析少量的或缓冲能力差距
较大的材料可能比较适用，而对于考察多个植物种
类或者缓冲能力较为接近的植物材料就会 出现 困
难(如图 1中 3种植物对酸的缓冲能力的比较)。因
此 ，在这一方法的基础上，我们将植物叶片 的缓冲
能力数量化。从缓冲曲线上可以看出各种植物叶片
细胞液的滴定曲线都是在 pH 2到 pH 10区间比较
平缓 ，具有可 比性。有研究表明：超过了滴定终点的
部分(pH<2或 pH>lO)反映的不是被滴定溶液而是
HCI或 NaOH的缓冲能力，pH<2的 HCI和pH>12
的 NaOH都是强缓冲剂[1 91。因此我们对每种植物分
别选取 了初始 pH (pHo)和pHo+4(
工业中关于缓冲容量(capacity ofbufer)的定义和计
算公式(B=db／dpH=一da／dpH)t2~，计算单位质量(鲜重)
的各 种植 物 叶片 细 胞液(定容 后 体 积 为50／2．5=
20 m1)在初始 pH基础上每上升或下降 1个pH单位
时所消耗的 NaOH或 HCI的物质的量(大致与这一
区间缓冲曲线趋势线的斜率呈正比)，并以此作为衡
量植物抵抗外来酸性污染气体能力的一个新指标 。
SO 、氟化物和粉尘污染严重的佛山市小塘镇五星
实验点，其大气中硫酸盐化速率和氟化物含量在一
年 中的不同时段分别达到国家二级标准 的 11-60
倍和 17-19倍(该实验点的大气状况另文发表)。从
实地观察来看，光叶山矾和银柴的叶片边缘或叶尖
出现棕色或灰色 的伤斑 ，表现 出了一定 的受害症
状。相 比之下，多数窿缘桉的树枝上已经见不到或
仅留有少量干枯的树叶，而活的叶片就更少，受害
情况十分严重。另外，各生理指标 比较的结果也普
遍表明光叶山矾和银柴的抗性强于窿缘桉。这些与
我们对 3种植物叶片缓冲能力的检测结果基本一
致。光叶山矾和银柴叶片具有较大的缓冲能力，我
们推测当受 SO 等大气污染伤害时，其细胞能维持
相对稳定的 pH环境，有利于新陈代谢的正常进行，
这可能是它们抗性强的另外一个原因。因此，计算
和比较植物叶片的缓冲能力也为筛选高抗污能力
的绿化树种提供了一条新思路。
3．3外来种在城 市绿化 中的正确运 用
广东省新绿化造林面积中，有一半以上是外来
的桉树 (Euculyptus)、相 思树 (Acacia)或湿地 松
(P／nua)的纯林[21】，有些引种桉树、湿地松导致土壤
理化性质的恶化和生物多样性的下降 231。在实验
中，窿缘桉作为外来种 ，其抗大气污染的能力明显
低于本地种光叶山矾和银柴。我们在陶瓷生产地附
近实地调查也发现所栽种的桉树幼树 己出现明显
的伤害症状，大树多枯死，或长势明显衰退。而同时
生长在一起 的乡土树种光叶山矾和银柴长势基本
正常 。因此，在进行外来种引种之前要对外来种的
生物学及生态学特征进行研究，选取一些对生态环
境破坏较小，抗性较强以及美观实用的树种，减少
不必要的浪费和损失，达到城市绿化的预期 目的。
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