全 文 ：第 29卷第 8期
2009年 8月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.29, No.8
Aug., 2009
htp://www.ecologica.cn
基金项目:国家 863计划资助项目(2006AA100109)
收稿日期:2008-09-27;　　修订日期:2009-04-21
＊通讯作者 Correspondingauthor.E-mail:Zhaolj5073@sina.com
悬铃木属植物果皮毛性状及其对小鼠肺部的致炎作用
张建甫1, 2 ,刘元硕 2 ,赵梁军 1, ＊
(1.中国农业大学观赏园艺与园林系 , 100193;2.北京城市学院生物技术学部　 100193)
摘要:观察了 3种悬铃木聚合果的形态 、坚果形态 、聚合果上坚果数量 、坚果上果皮毛数量 、聚合果总果皮毛数量 , 比较了 3种悬
铃木聚合果的形态学差异 , 发现二球悬铃木的聚合果最大 , 聚合果上的坚果数量与坚果的果皮毛数量最多;采用石蜡切片染色
观察和 NaOH处理证明悬铃木果皮毛主要有果胶质 、纤维素和木质素 3种主要成分;通过用不同浓度粒级符合 PM10大小的果
皮毛对小白鼠进行支气管染毒试验 ,证明染毒后小鼠肺泡灌洗液中磷酸还原酶(ACP)含量升高 , 显示肺细胞受损;GSH-Px含量
下降 , 显示小鼠肺部氧化和抗氧化系统失衡。试验结果证明 , 悬铃木果皮毛破碎后所形成的可吸入颗粒物 PM10对小鼠的呼吸
道具有致炎作用。
关键词:悬铃木;果皮毛;可吸入颗粒物;小鼠;肺泡灌洗液
文章编号:1000-0933(2009)08-4380-06　中图分类号:Q948　文献标识码:A
ThefruitfurcharactersofPlatanusanditsinjuryfunctiononmicepulmonary　
ZHANGJian-Fu1, 2 , LIUYuan-Shuo2 , ZHAOLiang-Jun1, ＊
1DepartmentofOrnamentalHorticultureandLandscapeArchitecture, ChinaAgricultureUniversity, Beijing100193, China
2DepartmentofBiotechnology, BeijingCityUniversity, 100193, China
ActaEcologicaSinica, 2009, 29(8):4380 ～ 4385.
Abstract:ThispaperstudiedtheaggregatefruitandNutinthreespeciesofPlatanus, includingthediameterofaggregate
fruit, thenumberofnut, andfruitfurforeachnut, andaggregatefruitandcelnumberoffruitfur.ThedatashowthatP.
acerifolia(Ait.)Wildaggregatefruitwasthebiggestone, withmorefruitfur, nutandcelnumbercomparingtoanother2
species.Threecomponents, pectin, celuloseandligninwereobtainedinthefruitfur, byextracingwithparafinsections
andNaOH.Afterexposedthemicetothetheparticlesuspensionofthefruitfur, theconcentrationofacidphosphatase
(ACP)inBALFincreasedobviously, whiletheglutathione-peroxidase(GSH-Px)decreasedcomparedwiththecontrol
group, whichindicatedthatlungcelswasdamaged, andtheoxidation-antioxidationsysteminthelunglostthebanlanc.The
resultsshowedthatPM10 particlesizeofthefruitfurhasInflammation-CausingEfectsinmice.
KeyWords:Platanusspp.;fruitfur;respirableparticulatemater(PM10);mice;bronchoalveolarlavagefluid(BALF)
悬铃木(Platanusspp.)系悬铃木科悬铃木属落叶大乔木 ,原产北美 、墨西哥 、地中海和印度一带。悬铃木树
型雄伟 、冠大荫浓 、树干通直 、生长迅速 、耐修剪 、易繁殖 、能适应城市空气和土壤环境 ,是重要的庭荫树 、园景树
和行道树 ,在亚热带及温带地区广泛应用 ,享有 “行道树之王 ”的美誉[ 1] 。我国引种应用的悬铃木有 3种:一球悬
铃木(P.occidentalisLim.)、二球悬铃木(P.acerifolia(Ait.)Wild.)和三球悬铃木(P.orientalisLinn.)。
悬铃木球果成熟后悬挂于树上经冬不落 ,翌春果柄断裂 ,球果掉落于地面 ,受机械力作用后果球炸裂 ,散
出许多小坚果 ,着生于小坚果上的果皮毛四处飘落 ,直接污染环境 ,影响交通 ,对人眼鼻造成不适 ,也为城市的
清洁工作带来压力;果皮毛落地后受机械力作用而反复断裂 ,形成可吸入颗粒物(PM10),导致皮肤瘙痒和角
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膜炎 ,引发呼吸道感染 、哮喘 、咳嗽等疾病;果皮毛还会吸附细菌和病毒 ,随果皮毛碎屑进入人体后引起更为严
重的疾病 ,严重危害人体健康[ 2, 5 ～ 7] 。
因此 ,悬铃木果皮毛问题引起普遍关注 ,减灭和减少球果与果皮毛成为人们研究的重点 [ 2 ～ 7] 。目前 ,有
关果皮毛对环境污染的评价还停留在感官认识和定性研究阶段 ,缺乏定量化的研究资料。本文以我国引种栽
培的 3种悬铃木为试材 ,定量研究悬铃木果皮毛的性状及其对呼吸系统的影响。
1　材料与方法
1.1　材料
本实验所使用的球果来自北京市海淀区成年的一球悬铃木 、二球悬铃木和三球悬铃木 ,皆为成熟果实 。
用于呼吸道感染评价的实验采用 CD1(ICR)小鼠 ,由北京协和医科大学实验动物中心提供 ,小鼠为雄性 ,
体重 20 ～ 25g。
1.2　方法
(1)3种悬铃木果皮毛生物学特征分析
取 3种悬铃木球果(聚合果),用显微镜观察球果上所含的小坚果(类似于种子)的数量 ,随机取样 ,样本
数为 10;统计 3种悬铃木小坚果上所附着的果皮毛数量 ,随机取样 ,样本数为 10;用显微镜观察 3种悬铃木果
皮毛的细胞数 ,随机取样 ,样本数为 20。
(2)悬铃木果皮毛组织结构学观察
使用日立 S-3400N电子显微镜对二球悬铃木果皮毛进行扫描观察 , 研究果皮毛的外表特征;使用
OlimpusBX51光学显微镜 ,观察二球悬铃木果皮毛 ,研究果皮的组织结构 。
(3)悬铃木果皮毛成分鉴定
化学鉴定　用 1mol/LNaOH(草酸标定)处理果皮毛。材料为二球悬铃木果皮毛 ,样本量为 200mg,处理
时间分别为 0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180、195、210、225、240min。处理结束后立即过滤 ,
漂洗 ,烘干 、称重 ,重复 3次 。通过质量差减来确定果皮毛中碱溶性果胶和水溶性果胶的含量。
组织化学鉴定 　采取经 NaOH处理过的二球悬铃果皮毛 , 用石蜡包埋后切片 ,番红固绿对染 ,用
OlimpusBX51光学显微镜观察果皮毛的组织化学成分 。
(4)悬铃木果皮毛对小鼠肺泡灌洗液生化指标的影响
悬铃木果皮毛粉碎及悬液制备:收集二球悬铃木果皮毛 ,用 1mol/L的 NaOH(草酸标定)处理 2h,果皮毛
用研钵研磨 ,模拟自然状态下行人和车辆对果皮毛的机械破坏 ,使果皮毛破碎至可吸入颗粒物(PM10)的粒
级 。将研磨好至 PM10粒级的果皮毛置于生理盐水中 ,制成 0.1, 0.5, 2.5mg/ml的颗粒物悬液 ,取 1ml悬液进
行超声震荡 15min,使悬液混匀后立即使用。
小鼠染毒　将 CD1(ICR)小鼠随机分为 4组 ,每组 6只。用乙醚麻醉后 ,按 2.5μl/g体重经气管注入悬
液染毒(对照组为生理盐水),染毒 2次(中间隔 1d),末次染毒 24h后处理小鼠 。
肺脏支气管肺泡灌洗液的制备:每组取 6只小鼠 ,脱颈处死 ,气管插管。每次用 37℃预温的生理盐水 1ml
灌洗肺部 ,灌洗 3次 ,收集支气管肺泡灌洗液(BALF),定容至 10ml, 1500r/min离心 10min,留取上清 ,分装于
离心管后 -20℃冰存。
酶活检测　本实验参考北京大学公共卫生学院的研究成果[ 10, 11] ,将 ACP(酸性磷酸酶)、GSH-Px(谷胱甘
肽 -过氧化物酶)作为评价悬铃木种皮毛对小鼠呼吸系统影响的生化指标 ,选用南京建成公司生产的 ACP、
GSH-Px酶活测定试剂盒进行测定 。
2　结果与分析
2.1　3种悬铃木果皮毛生物学特征
　　通过观察比较和数据统计分析 ,发现一球悬铃木的球果直径较大 ,坚果数量较多 ,宿存的花柱最短 ,坚果
发育整齐 ,外表相对平整光滑;二球悬铃木的球果直径最大 ,坚果数量最多 ,宿存的花柱较短 ,坚果发育不整
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齐 ,球果表面凹凸不平;三球悬铃木的球果直径较小 ,坚果数量最少 ,宿存的花柱较长 ,坚果发育整齐 ,外表相
对平整呈刺毛状(图 1和表 1)。
二球悬铃木是一球悬铃木和三球悬铃木的杂交品种 ,二球悬铃木与其亲本相比 ,在生物学上的显著差异 。
二球悬铃木球果直径最大 ,种子数量最多 ,与其他两个类型相比 ,差异显著 ,这是杂种优势的体现;坚果发育存
在显著差异 ,导致聚合果外表凹凸不平。
图 1　 3种悬铃木聚合果和坚果外部形态观察
Fig.1　externalmorphologyofaggregatefruitandNutofthreespeciesofPlatanus
A为聚合果外部形态 , BC为小坚果外部形态　Aexternalmorphologyofaggregatefruit, BCexternalmorphologyofNut
表 1　3种悬铃木的坚果直径 、坚果数量 、坚果果皮毛数量 、果皮毛细胞数量和聚合果果皮毛数量
Table1　thediameterofaggregatefruit, thenumberofnut, numberoffruitfurofnut, celnumberoffruitfurandthenumberofaggregate
fruitandofthreespeciesofPlatanus
种类
Species
聚合果直径
Thediameterof
aggregatefruit(cm)
坚果数量(个)
Thethenumberofnut
坚果果皮毛数量
(个)
Thenumberof
nutfruitfur
果皮毛细胞数量
(个)
Thecelnumber
offruitfur
聚合果果皮毛数
(个)
Thenumberof
aggregatefruit
一球悬铃木
P.occidentalis 1.54±0.07 1228±132 382±59 33±5 469096±16758
二球悬铃木
P.acerifolia(Ait.) 1.83±0.35 1598±608 580±122 36±9 926840±31590
三球悬铃木
P.orientalisLinn 1.3±0.05 632±198 318±65 25±4 200976±11107
2.2　悬铃木果皮毛组织结构观察
根据光学显微镜观察 ,细胞果皮毛由若干个单细胞线状排列而成的类竹节结构 ,细胞与细胞连接处膨大
并且界限明显;没有经过任何处理的果皮毛骨感明显 ,外表光亮 ,颜色较深;经过 NaOH处理后的果皮毛相对
圆润 ,外表黯淡无光 ,颜色变浅 ,黄色突显 。
根据扫描电镜观察可以看出 ,悬铃木果皮毛为表面光滑的粗细不均匀的线状结构组成 ,细胞与细胞连接
处膨大但细胞界限不明显 ,果皮毛与果蒂连接处为空腔结构 。
2.3　悬铃木果皮毛成份分析
通过对二球悬铃木果皮毛染色预实验 ,发现将果皮毛直接浸入染色缸 ,果皮毛浮于表面 ,不能着色 ,说明
悬铃木果皮毛表面含有一层疏水物质 。用 1mol/LNaOH处理后 ,果皮毛下沉并能够迅速着色 ,说明该疏水性
物质溶于 NaOH。
在 1mol/LNaOH处理 225min后悬铃木果皮毛的质量趋于稳定 ,表明悬铃木果皮毛表层的疏水性物质已
全部被清除;悬铃木果皮毛处理前为 200mg,处理 225min后为 158.5mg,疏水性物质质量为 41.5mg,占悬铃木
果皮毛总质量的 20.8%。
经 1mol/LNaOH处理过悬铃木果皮毛番红固绿对染的石蜡切片显示 ,被 NaOH处理后的果皮毛细胞表层
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被染为绿色而内部为红色 。
固绿是将纤维素染为绿色的染色剂 ,本试验采用固绿可将悬铃木果皮毛染为绿色 ,表明其细胞外层为纤
维素;番红能将植物的木质化 、栓质化和胶质化部分染为红色 ,本试验采用番红可将悬铃木果皮毛染为红色 ,
表明其细胞含有木质素。由此可见 ,组成果皮毛的各个细胞均为内部原生质解体而被木质素填充的死亡细
胞 ,其中纤维素所占的比例较小 ,绝大多数物质为木质素 。纤维素和木质素均不溶于 NaOH,而果胶溶于酸
碱 ,由此推断该疏水物质可能为碱溶性果胶[ 8] 。
综上可以看出 ,果皮毛是由果胶 、纤维素和木质素组成的死细胞线性排列而成 。组成果皮毛的细胞最外
层为碱溶性果胶 ,占悬铃木果皮毛总质量的 20.75%;中层为纤维素 ,所占的比例相对比较少;内部填充满木
质素 ,所占的比例较多 。木质素的基本结构单位是苯丙烷 ,苯丙烷以不同的连接方式形成高分子聚合物 ,分子
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量很高 ,高达 1000kDa。
图 4　二球悬铃木果皮毛细胞的组织学观察
Fig.4　HistologicalobservationofthecelofPlatanusfruitfur
　中间红色部分为木质素 themiddlepartofredpointtolignin
　周围绿色部分为纤维素 thearoundpartofgreenpoint
tocelulose
2.4　悬铃木果皮毛对小鼠肺泡灌洗液生化指标的影响
小鼠经气管滴注悬铃木果皮毛颗粒物悬液染毒后 ,测定
其肺泡灌洗液中 ACP、GSH-Px两种生化指标的变化。由表
2可见染毒后各组小鼠肺泡灌洗液中 ACP含量与对照组相
比均有增高 ,并随染毒浓度的增加呈现一定的浓度依赖关
系 ,在 2.5mg/ml浓度组明显上升为(1.908 ±0.177)单位 /
ml,与对照组(1.273±0.311)单位 /ml)相比较差异有显著
意义(P<0.01);而 GSH-Px含量与对照组相比均有所降低 ,
并随染毒浓度的增加呈现一定的浓度依赖关系 ,在 2.5mg/
ml浓度组明显下降为(215.662±20.412)酶活力单位 ,与对
照组(312.295±17.211)酶活力单位相比较差异有显著意
义(P<0.01)。
小鼠气管滴注染毒实验中 ACP活性的增高表明气管内
注入悬铃木果皮毛颗粒物悬液可导致肺细胞损伤并引起急
性炎症反应 。而 GSH-Px是保护机体免受氧化损伤的酶 ,机
体抗氧化防御系统对氧化应激反应的主要特点之一是增加
GSH-Px的活性 [ 9] 。而实验数据显示 GSH-Px的活性有明显
的下降 ,这说明染毒使小鼠体内的氧化和抗氧化系统失去了
平衡。
3　结论与讨论
3种悬铃木聚合果形态 、坚果数量 、果皮毛数量 、果皮毛结构的研究表明二球悬铃木作为杂交品种 ,具有
聚合果体积大 ,外部形态不规则 ,坚果数量 、果皮毛数量众多 ,较其两种亲本具有明显的杂交优势 、且种内差异
较大的特点 。悬铃木对环境的影响问题 ,不仅仅是单个球果 、皮毛特征的问题 ,更主要还与树木整个结实数量
有关。所以目前人们的研究热点一方面集中在少球或无球品种的培育上 ,另一方面是提高减少球果产生的栽
培技术和修剪技术。
表 2　悬铃木果皮毛颗粒悬液染毒后小鼠肺泡灌洗液中 ACP和GSH-Px的变化(X均值 ±S)
Table2　thechangeofACPandGSH-PxinmiceBALFbySuspensionofPM10 Platanusfruitfurexposed
组别
Theconcentrationof
suspension(mg/ml)
小鼠数量
Thenumberoftherats
滴注量
Injectionvolume
(μl)
酸性磷酸酶
ACP(U/100ml)
谷胱甘肽-过氧化物酶
GSH-Px(U)
对照组 6 50 1.273±0.311 312.295±17.211
0.1 6 50 1.390±0.214 275.405±14.755
0.5 6 50 1.631±0.134 240.151±10.665
2.5 6 50 1.908±0.177＊＊ 215.662±20.412＊＊
　　实验组与对照组比较 ,经方差分析 ＊＊P<0.01　Analysisofvarianceshowedtherewereverysignificantdiferencesbetweenexperimentalgroup
andcontrolgroup＊＊P<0.01
对悬铃木果皮毛结构的研究显示 ,果皮毛主要是由外层的 NaOH可溶物(可能为果胶类物质)和内层的
纤维素和木质化加厚层所构成的死细胞组成。植物细胞壁的木质化加厚层主要是指木质素填充到细胞壁中
所形成的。它们的基本结构单位是本丙烷 ,并以不同的连接方式形成高分子聚合物 ,分子量高达 1000kDa。
木质素的分子量高 ,结构稳定 ,在自然状态下降解速度极为缓慢。这就使悬铃木果皮毛的降解速率缓慢 ,被吸
入肺部后不能被人体代谢掉 ,容易永久性地沉积于肺泡内而对人体造成伤害 。
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粉碎至可吸入颗粒物粒级的二球悬铃木果皮毛对小鼠的肺部染毒实验的研究结果表明 ,染毒后小鼠肺泡
灌洗液中有 ACP含量升高 ,说明肺细胞有受损现象;染毒后小鼠肺泡灌洗液中 GSH-Px含量下降 ,说明体内氧
化和抗氧化系统的失衡现象[ 10, 11] ,综合本实验研究结果 ,认为悬铃木果皮毛主要是由碱溶性果胶 、纤维素和
木质素加厚层所构成的单个死细胞成线状排列而成;二球悬铃木作为杂交品种表现出很强的杂种优势 ,坚果 、
果皮毛数量均高于亲本植株;粉碎至可吸入颗粒物级的悬铃木果皮毛对小鼠呼吸道具有致炎性作用 。
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