全 文 ：第 44 卷 第 2 期
2 0 0 8年 2 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol.44 , No.2
Feb., 2 0 0 8
4种李属彩叶树木对 SO2 的抗性＊
李彦慧1　李向应2　白瑞琴3　王文凤1　韩亚琦2　杨建民1
(1.河北农业大学园林与旅游学院　保定 071000;　2.乌兰察布职业学院生物技术系　集宁 012000;
3.内蒙古农业大学农学院　呼和浩特 010019)
摘　要:　采用简易静态熏气系统对盆栽苗木进行熏气处理 , 研究不同浓度 SO2 对紫叶李 、紫叶矮樱 、黑杆樱李及
美人梅4 种李属彩叶树木叶片膜脂过氧化 、抗氧化酶活性 、脯氨酸含量 、吸硫量和可溶性蛋白质含量及叶液 pH 的
影响 。结果表明:随着 SO2 浓度增加 , 4 种彩叶树木叶片膜透性增大 ,丙二醛(MDA)、脯氨酸和可溶性蛋白质含量增
加 ,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性上升 , 叶液 pH 值下降;吸硫量增加 , 4 种树
木的吸硫量有明显差异 ,其中黑杆樱李的吸硫量最大。采用模糊数学隶属度公式对各项指标测定值进行转换并进
行相关分析得出 , 4种彩叶树木对SO2 的抗性由强到弱的顺序为紫叶李 、黑杆樱李 、美人梅 、紫叶矮樱 ,细胞膜透性 、
CAT活性 、POD活性 、SOD活性和脯氨酸 、可溶性蛋白质 、MDA 含量等指标可以作为彩叶植物对 SO2 抗性的重要鉴
定指标。
关键词:　李属;彩叶树木;SO2;抗性;膜脂过氧化;抗氧化酶活性;脯氨酸;可溶性蛋白质
中图分类号:S718.43　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-7488(2008)02-0028-06
收稿日期:2006-12-04。
基金项目:国家林业局“ 948”项目(2001-40)和河北省农业综合开发办公室“新优彩色园林树种繁育技术示范推广”项目。
＊杨建民为通讯作者。
Resistance to Sulfur Dioxide of Four Colored-Leaf Species in Prunus
Li Yanhui
1　Li Xiangying2　Bai Ruiqin3　Wang Wenfeng1　Han Yaqi2　Yang Jianmin1
(1.College of Landscape Architecture and Tourism , Agricultural University of Hebei　Baoding 071000;
2.Biotechnology Department , Wulanchabu Vocational College　Jining 012000;
3.College of Agronomy , Inner Mongolia Agricultural University　Huhhot 010019)
Abstract:　This paper studied the resistance of four colored-leaf species in Prunus to sulfur dioxide to provide scientific
references for selecting proper species as ornamental trees in landscape.The changes in activities of superoxide dismutase(SOD)
and peroxidase(POD), membrane permeability , pH of extracted leaf fluid , and contents of malondialdehyde(MAD), proline
and soluble proteins , absorbed sulfur were measured with two-year-old potted seedlings of Prunus cerasifera var.atropurpurea ,
Prunus×cistenena `Pissardii , Prunus wrasifers `nigra and Prunus×bliriana `Meirenmei which were cultivated in a closed
chamber after being treated with different concentrations of sulfur dioxide.The results showed that the membrane permeability ,
contents of MDA , proline , soluble protein , absorbed sulfur and the activities of SOD , POD , CAT increased , while the pH value
decreased with the increment of sulfur dioxide concentration.The seven indexes , therefore , can be considered as main indexes
for evaluating the resistance of colored-leaf plants to SO2.There was significant difference in absorbed sulfur content among four
tree species , with the most in P.wrasifers `nigra .Synthetical evaluation result of subordinate function analysis suggested that
the resistance of four colored-leaf species to sulfur dioxide ranked from P.cerasifera var.atropurpurea , P.wrasifers `nigra ,
P.×bliriana `Meirenmei to P.×cistenena `Pissardii .
Key words:　Prunus;colored-leaf species;resistence to sulfur dioxide;membrane lipid peroxidation;activity of antioxidant
enzymes;proline;soluble protein
由于经济发展和社会进步 ,众多工业活动产生了大量的有害气体 。SO2 是我国主要大气污染物之一 ,
2002年SO2 排放量为 1 926.6万 t ,2006年SO2 排放量高达 2 588.8万 t(国家环境保护局 ,2006)。SO2 污染对
环境造成了很大影响(廖飞勇等 ,2004),因此 ,SO2的污染问题已成为当前控制和改善环境的重点研究课题。
人们提出了诸如控制污染物排放量以及利用植物吸收净化等办法降低其危害 ,并认为选用对 SO2 污染抗性
强的植物是减小此危害较好的方法之一(张德强等 ,2003)。在我国 ,大气污染物对植物影响的研究是从 20
世纪 70年代开始的 ,大多数学者主要是以农作物和绿叶树木为试材 ,主要围绕大气污染物对植物伤害症状
(徐玉梅等 ,2006),及对植物生理生化(胡丁猛等 ,2005;郝林等 , 2005)、组织结构(He et al.,1997;廖飞勇等 ,
2004)和光合作用(李成等 ,2006;刘楠等 ,2003)的影响等问题进行探讨。
李属(Prunus)彩叶植物品种丰富 ,其鲜艳的叶色 、较长的观赏期 、易于形成大色块景观以及可以弥补城
市淡花季节单调的色彩等诸多优点 ,在园林绿化中被广泛应用(张启翔等 , 1998)。在李属彩叶树木被广泛应
用的同时 ,其对环境的适应能力成为研究的热点之一。但李属彩叶树木对 SO2 抗性能力的研究国内外尚未
见报道 。基于此背景 ,本研究以 4种李属彩叶树种为研究材料 ,采用人工熏气的方法 ,研究不同浓度SO2 处
理对叶片膜脂过氧化 、抗氧化酶活性 、脯氨酸和可溶性蛋白质含量及吸硫量 、叶液 pH的影响 ,对彩叶树种抗
SO2 污染能力进行科学评价 ,为树种选择和应用提供基础数据和理论依据 。
1　材料与方法
1.1　试验材料
试验于 2005—2006年在河北农业大学科研基地进行 ,试材选用满城绿龙公司提供的生长状况相近的 2
年生盆栽嫁接苗紫叶李(Prunus cerasifera var.atropurpurea)、紫叶矮樱(Prunus×cistenena `Pissardii )、黑杆樱
李(Prunus wrasifers `nigra )及美人梅(Prunus×bliriana `Meirenmei ),砧木为毛桃(Amygdalus persica)。盆的规
格为 26 cm×21 cm 。3月份上盆 ,每盆 1株 ,基质由园土和草炭土按 2∶1的比例混合而成。盆栽苗木在露地
进入旺盛生长期后 ,放入熏气室中适应 1周再用 SO2气体进行熏气处理。
1.2　SO2对材料熏气处理
采用简易静态熏气系统进行熏气处理 。熏气装置是以钢筋为骨架焊接而成 ,其高 1.5 m ,长 3.6 m ,宽
2.0 m ,室壁为 3 mm厚的无色透明玻璃 ,由水帘和电扇控制室内温度为 25 ～ 32 ℃,湿度为 80%±5%。气源
为北京氦普北分气体有限公司生产的国家级标准 SO 2气体 ,气体浓度为 1%,N2 为平衡气。气体从钢瓶经减
压阀 、流量计等装置进入熏气室 ,入口处用 8V小风扇搅匀 。试验设 4个SO2 熏气浓度梯度(5.7 、11.4 、17.1 、
22.8 mg·m-3),每个熏气室为一浓度处理 ,每天8:00开始熏气 ,每天熏气 1 h ,处理时间为 15 d。以相同条件
下不熏气的气室中 4种李属彩叶植物为对照 ,6株 1小区 , 3次重复。SO2 气体熏气结束后 ,每处理 、每盆取
东 、西 、南 、北 4个方位高度相近的新梢中部功能叶片各 1片 ,共 24片组成混合叶样进行各项指标测定 。熏
气室内SO2 浓度采用 PGM-1130二氧化硫监测仪进行监测 ,通过调节流量控制熏气室内 SO2 的浓度使其维
持在设定浓度的范围(±0.02 mg·m-3)内 。
1.3　生理指标及硫含量的测定
叶液 pH 值的测定采用杨玉珍(1995)的方法;细胞膜透性 、脯氨酸含量和可溶性蛋白质含量的测定采用
李合生等(2003)的方法;MDA含量 、SOD活性和 POD活性测定参照金明红等(2000)和李合生等(2003)的方
法;CAT 活性测定参照宋凤鸣等(2001)的方法;叶片硫含量用 HNO3-HClO4 消煮 、BaSO4 比浊法测定(吴名剑
等 ,2005)。
1.4　数据处理
采用 Excel 2003和 DPS V7.55进行数据处理;综合评定采用隶属函数值法(杨敏生等 ,2002),对各项指标
测定值用模糊数学隶属度公式进行定量转换 ,分别用模糊数学隶属度公式求出每个树种各指标的具体隶属
函数值 , U(X i)=(X ij -X j min) (X j max -X j min),Δ =1 n ∑U(X i);如果某一指标与抗性为负相关 ,用反隶属
函数计算其隶属函数值 ,即:U(X i)=1-(X ij -X j min) (X j max -X j min), Δ=1 n ∑U(X i)。式中:X ij 为第i个
树种第 j个测定指标;U(X i)∈ [ 0 ,1] ;Δ为每个树种各项指标测定的综合评定结果;n 为测定的指标总数;
X j max ,X j min为全部树种第 j项指标的最大值和最小值 。
2　结果与分析
2.1　SO2对叶片膜脂过氧化的影响
图1A所示 ,随 SO2 浓度增加 ,4种彩叶树木叶片膜透性迅速上升 ,当 SO2 浓度高于 17.14 mg·m-3之后 ,
29　第 2期 李彦慧等:4 种李属彩叶树木对 SO2 的抗性
叶片膜透性呈缓慢增加趋势。以 SO2 处理浓度 22.86 mg·m-3为例 ,SO2 处理下紫叶李 、紫叶矮樱 、黑杆樱李
和美人梅各树种叶片膜透性分别比对照增加了 194.2%、226.2%、202.4%和 376.43%,方差分析结果表明 ,
各处理与对照均达极显著差异(P<0.01)。由图1 B可以看出:4种彩叶树木叶片的MDA含量随SO 2浓度的
增加而上升 ,呈极显著正相关关系(相关系数 0.956＊＊)。以 22.86 mg·m-3的 SO2 处理为例 ,紫叶矮樱 、美人
梅 、紫叶李和黑杆樱李叶片MDA含量分别比对照增加了 331.46%、367.62%、112.06%和 198.92%,方差分析
结果显示 ,处理与对照差异均达极显著水平(P <0.01)。
图 1　SO2 对 4种树木叶片细胞膜透性 、MDA、脯氨酸和可溶性蛋白质含量的影响
Fig.1　Effect of SO2 on membrane lipid peroxidation andMDA , proline , soluble protein contents in four tree species
2.2　SO2对叶片脯氨酸和可溶性蛋白质含量的影响
如图 1C 所示 ,随 SO2 浓度的增大 ,紫叶李和黑杆樱李叶片脯氨酸含量迅速增加 ,叶片脯氨酸含量与 SO2
浓度呈正相关关系 ,相关系数分别为 0.978＊＊和 0.946＊。22.86 mg·m-3 SO2 处理后脯氨酸含量分别比对照
增加了 70.54%和 64.90%,处理与对照差异达显著水平(P<0.05);紫叶矮樱和美人梅叶片随SO2 浓度的增
加 ,脯氨酸含量呈缓慢增加趋势 ,以 22.86 mg·m-3处理为例 ,两树种叶片脯氨酸含量分别比对照增加了
11.25%和 21.04%。图1 D所示 ,4个树种叶片可溶性蛋白质的含量随 SO2 处理浓度的增大而上升 ,叶片可
溶性蛋白质的含量与 SO2浓度呈极显著正相关关系 ,相关系数为 0.986＊＊。在 22.86 mg·m-3 SO2 处理下 ,紫
叶李 、紫叶矮樱 、黑杆樱李和美人梅各树种叶片蛋白质含量分别比对照增加了 97.77%、61.20%、82.43%和
66.65%。
2.3　SO2对叶片抗氧化酶活性的影响
如图 2A 、C所示 ,随SO2 浓度增加 , 4个树种 SOD和 CAT 活性总体呈上升趋势 ,当 SO 2 浓度达到 17.14
mg·m-3 ,紫叶矮樱 、美人梅和黑杆樱李 3树种叶片的 SOD 活性开始下降 ,而紫叶李 SOD活性持续上升 ,在
22.86 mg·m-3处理下 ,SOD酶活性比对照增加了40.78%。图2B所示 ,随 SO2 浓度的增大各树木叶片 POD活
性持续上升 ,两者呈显著正相关关系 ,其中黑杆樱李相关系数达 0.967＊＊。从图 2可看出 ,紫叶李和黑杆樱
李叶片抗氧化酶活性高于紫叶矮樱和美人梅 ,说明紫叶李和黑杆樱李对 SO2 的抗性能力强于紫叶矮樱和美
人梅 。
30 林 业 科 学 44 卷　
图 2　SO2 对 4 种树木叶片SOD、POD和 CAT酶活性的影响
Fig.2　Effect of SO2 on the activities of SOD , POD and CAT in four tree species
2.4　SO2对叶液 pH值的影响
图 3　SO2 对 4 种树木叶液 pH值的影响
Fig.3　Effect of SO2 on the pH value of leaf extract
fluid in four tree species
如图 3所示 ,随 SO2 处理浓度的增加 ,4
个树种叶片的 pH 值均呈下降趋势 ,各处理
pH值与SO2 浓度呈极显著负相关关系(相关
系数 0.950＊＊以上 , P <0.01)。黑杆樱李和
美人梅下降幅度较大 ,在 22.86 mg·m-3处理
下 ,叶液 pH值分别比对照下降了 17.46%和
11.33%,方差分析结果显示 ,差异达显著水
平(P<0.05),紫叶李和紫叶矮樱叶液 pH 值
比对照分别下降了 7.74%和 7.94%。
2.5　4种树木叶片对 SO2吸收能力的比较
如表 1所示 ,树种不同 ,吸硫量有明显差
异。随SO2 浓度的增加 ,各彩叶树种吸硫量
呈现波动性变化 , 4 种树木均在 11.43 mg·
m
-3处理时吸硫量出现最小值 。黑杆樱李吸硫量最大值出现在 22.86 mg·m-3处理 ,其他 3种树木最大值均
出现在17.14 mg·m-3处理;黑杆樱李吸硫量除在11.43mg·m-3处理时略小于美人梅外 ,其他各浓度处理吸硫
量均为最大 ,SO2 浓度为 5.71 ～ 11.43 mg·m-3时紫叶矮樱吸硫量最小 ,SO2 浓度为 17.14 ～ 22.86 mg·m-3时紫
叶李吸硫量最小 。以 17.14 mg·m-3处理为例 ,各树种的吸硫量由大到小的顺序为:黑杆樱李 、紫叶矮樱 、美人
梅 、紫叶李 。
表 1　4 种彩叶树木叶片的吸硫量①
Tab.1　Sulfur content absorbed by four colored-leaf tree species
SO2 浓度
SO2 concentration (mg·m-3)
紫叶李
P.cerasifera var.atropurpurea %
紫叶矮樱
P.×cistenena `Pissardii %
黑杆樱李
P.wrasifers `nigra %
美人梅
P.×bliriana M`eirenmei %
5.7 0.104 2±0.007 7 b 0.049 0±0.005 1 b 0.137 0±0.005 4 c 0.087 3±0.004 7 b
11.4 0.054 0±0.008 4 c 0.032 0±0.007 1 b 0.064 0±0.003 5 d 0.077 0±0.003 5 b
17.1 0.120 6±0.001 8 a 0.164 4±0.002 3 a 0.187 7±0.006 3 b 0.174 1±0.002 7 a
22.8 0.097 3±0.005 8 b 0.157 9±0.004 7 a 0.282 2±0.001 2 a 0.139 9±0.005 3 a
　　①吸硫量为熏气树木叶片含硫量减去对照树木叶片含硫量。数据为平均值±标准误差。 不同字母表示处理间在 0.05水平差异显著。
Sulfur content absorbed by leaf equals to the value that sulfur content of treated leaves subt racts that of control.Data=mean±SE.The different letters mean
significant diff erences among different treatments at 0.05 level.
2.6　4种树木抗 SO2能力的综合评定
植物受到逆境时其生理变化是错综复杂的 ,并受到多种因素的影响 ,孤立地用一个指标评价植物抗污染
能力很难真实反映植物的抗性本质 。因此 ,为综合评价各种树木的抗污染能力的大小 ,采用隶属函数值法 ,
即用模糊数学隶属度公式对各项指标测定值进行定量转换 ,具体计算方法是 ,对 SOD 、POD 、CAT 、可溶性蛋白
质 、脯氨酸和 pH值采用隶属函数 ,对相对电导率 、MDA含量和吸硫量采用反隶属函数计算 。用每个树种各
31　第 2期 李彦慧等:4 种李属彩叶树木对 SO2 的抗性
项指标隶属度的平均值作为树种抗性能力综合鉴定标准进行比较 ,综合评定结果见表 2。
由表 2可以看出 ,各树种抗污染能力为:紫叶李>黑杆樱李>美人梅>紫叶矮樱。将综合评定结果与各
指标隶属度值作相关分析(表 2),结果表明 ,膜透性 、CAT 活性和MDA含量 3项指标的隶属度值与综合评定
结果相关性极显著(P <0.01),脯氨酸含量 、POD活性 、SOD活性和可溶性蛋白质含量 4项指标隶属度值与综
合评定结果相关性显著(P <0.05),而吸硫量和 pH 值 2项指标隶属度值与综合评定结果相关性不显著 。
表 2　4 种树木对 SO2 抗性的综合评定①
Tab.2　Comprehensive comparison result of resistance to SO2 of four tree species
指标 Index
隶属函数值 Value of subordinate function
紫叶李
P.cerasifera var.
atropurpurea
紫叶矮樱
P.×cistenena
`Pissardii
黑杆樱李
P.wrasifers
`nigra
美人梅
P.×bliriana
`Meirenmei
相关系数
Correlation
coefficient
膜透性Membrane lipid peroxidation 0.845 0.439 0.665 0.455 0.991＊＊
MDA 0.887 0.291 0.619 0.318 0.993＊＊
脯氨酸Proline 0.834 0.074 0.596 0.343 0.965＊
可溶性蛋白质 Soluble protein 0.766 0.041 0.631 0.219 0.950＊＊
pH 0.850 0.580 0.241 0.471 0.469
SOD 0.850 0.322 0.706 0.437 0.972＊
POD 0.885 0.150 0.740 0.341 0.951＊
CAT 0.951 0.367 0.692 0.423 0.996＊＊
吸硫量 Sulfur content absorbed 0.852 0.725 0.457 0.650 0.323
综合评判Comprehensive comparison 0.857 0.332 0.594 0.406
位次 Rank 1 4 2 3
　　①rα(0.05)=0.950;rα(0.01)=0.990.
3　讨论
SO2污染对植物影响的研究表明 ,SO2对植物体膜脂过氧化 、保护酶活性和代谢物质等方面都产生影响
(郑淑颖 ,2000;Tripathi et al.,1992)。已证实 , 膜脂过氧化作用增强对细胞造成的损伤主要是由于膜系统中
的蛋白质和酶分子的聚合和交联引起的 ,而膜脂过氧化作用需要活化 O2的摄取和超氧阴离子自由基O2 -·的
产生(Ding et al.,2002)。本试验研究结果证明 ,随SO2 处理浓度的增加 ,4种彩叶树种叶片膜脂过氧化产物
MDA含量和细胞膜透性都逐渐增加 ,这一结果与胡丁猛等(2005)研究结论一致。从树种差异上看 ,抗性强
的紫叶李在 SO 2胁迫下 ,细胞膜透性变化小 ,MDA 含量保持稳定;而抗性弱的紫叶矮樱则细胞膜透性变化
大 ,MDA含量增加多。这 2项指标模糊隶属度值与最后评定结果均呈极显著相关关系 ,说明 MDA含量和细
胞膜透性是测定李属彩叶树木对SO2 抗性的重要鉴定指标。
在SO2 胁迫条件下 ,SOD 、POD 、CAT 的活性变化情况 ,以不同的植物为试验材料 ,研究者有不一致的结论
(Kong et al.,1999;张学星等 ,2005)。本试验结果表明 ,在 SO2胁迫下 ,各彩叶树木抗氧化酶活性发生了明显
的变化 ,随 SO 2浓度增加 ,POD 、CAT 和SOD活性先上升 ,当达到一定浓度后开始下降 。这与金明红等(2000)
用臭氧处理水稻(Oryza sativa)得出的结论一致 。这 3项指标模糊隶属度值与最后评定结果呈显著或极显著
相关关系 ,说明这 3个指标也是测定李属彩叶树木对SO2 抗性的重要鉴定指标 。
植物吸收酸性气体(如SO2 、NO2 、HF 、Cl2 等)后 ,叶液 pH 值发生变化 ,降幅愈小 ,表明细胞具有较强的缓
冲与调节 pH 值能力 ,从而使植物受害减轻 ,植物抗性愈强(Silberstein et al.,1996;Nouchi ,2002)。本试验结
果表明:4种彩叶树木叶液 pH值减小 ,但紫叶李叶液 pH降幅最小 ,说明其本身的自动调节能力较强 ,所以受
害较轻 ,表现出较强的抗性。抗性能力可以通过机体内的生理生化指标变化来反映 ,本文通过对各指标综合
评定得出 ,4种李属彩叶树木对 SO2的抗性从大到小为紫叶李 、黑杆樱李 、美人梅 、紫叶矮樱。植物对污染物
有一定的抗性 ,还有一定的吸污能力 。吸污能力通常是通过测量和计算植物在污染区和对照区的污染物残
留量差获得(Hove et al.,1999),参照鲁敏等(2004)依据树木吸硫量来划分植物的吸污能力 ,以17.14 mg·m-3
SO2 处理为例对 4种彩叶树木吸污能力进行排序 ,结果表明 ,黑杆樱李吸附最多 ,其次为紫叶矮樱和美人梅 ,
紫叶李最弱 。这表明植物吸收大气污染物的能力与该植物的抗性之间无明显的相关性 ,这与张学星等
32 林 业 科 学 44 卷　
(2005)研究结果一致。4种树木叶片的吸硫量与叶液 pH值之间呈显著的负相关关系(r=-0.987＊),SO2 通
过气孔进入叶片细胞后快速溶于细胞液中 ,形成亚硫酸盐和二硫化物 ,致使叶液 pH 降低 ,也就是说叶片吸
硫量越多 ,叶片叶液 pH降低愈大;这2个指标模糊隶属度值与最后评定结果的相关性不显著 ,所以必须与其
他生理指标一起才能对植物的抗SO2 能力做出正确的评价。
参 考 文 献
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(责任编辑　徐　红)
33　第 2期 李彦慧等:4 种李属彩叶树木对 SO2 的抗性