高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

5种观花园林树木对NO2的抗性评价

,  ,  , 

上一篇

下一篇

祝浩翔, 赖小红, 李留彬, 等. 5种观花园林树木对NO2的抗性评价[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2022, 44(6): 64-72. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.06.007
引用本文: 祝浩翔, 赖小红, 李留彬, 等. 5种观花园林树木对NO2的抗性评价[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2022, 44(6): 64-72. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.06.007
shu
ZHU Haoxiang, LAI Xiaohong, LI Liubin, et al. Assessment of NO2 Resistance of Five Ornamental Garden Trees[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2022, 44(6): 64-72. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.06.007
Citation: ZHU Haoxiang, LAI Xiaohong, LI Liubin, et al. Assessment of NO2 Resistance of Five Ornamental Garden Trees[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2022, 44(6): 64-72. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.06.007
shu

5种观花园林树木对NO2的抗性评价

  • 1.

    西南大学 园艺园林学院, 重庆 400715

  • 2.

    重庆交通大学 建筑与城市规划学院, 重庆 400060

  • 3.

    中国林业集团有限公司, 北京 100026

  • 基金项目: 重庆市技术创新与应用发展重点项目(CSTC2019-lykjfpxz002); 中央高校基本科研业务费专项(XDJK2021F002)
详细信息
    作者简介:

    祝浩翔，硕士，实验师，主要从事园林植物及植物生理生态方面的研究 .

    通讯作者: 王海洋，教授

  • 中图分类号: Q948.116

Assessment of NO2 Resistance of Five Ornamental Garden Trees

  • 1.

    School of Horticulture and Landscape Architecture, Southwest University, Chongqing 400715, China

  • 2.

    College of Architecture and Urban Planning, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400060, China

  • 3.

    China Forestry Group Corporation, Beijing 100026, China

  • 摘要: 为阐明5种观花园林树木耐NO2污染机制, 科学评价植物抗NO2污染能力以及指导园林绿化科学选择植物, 采用开顶式熏气的方法对日本晚樱(Cerasus serrulata var. lannesiana (Carr.) Makino)、紫荆(Cercis chinensis Bunge)、紫叶桃(Amygdalus persica L. 'Atropurpurea’)、春鹃(Rhododendron mucronatum (Bl.) G. Don)和紫薇(Lagerstroemia indica L.)5种观花园林树木的3年生苗木进行不同浓度的NO2胁迫, 研究了被试植物在不同质量浓度的NO2胁迫条件下叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、细胞膜透性、MDA含量、SOD和POD酶活性等生理指标的变化, 并采用模糊数学隶属函数法和灰色关联度法对其抗NO2能力进行了综合评价. 结果表明, 随着处理质量浓度的增加, 5种观花园林树木的各项指标变化模式不同. 植物叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、SOD和POD酶活性随着NO2胁迫加剧, 其变化趋势基本相似, 均是先上升后下降; 细胞膜透性和MDA含量的变化趋势均总体上升. 隶属函数值从大到小依次为: 紫叶桃、春鹃、紫薇、日本晚樱、紫荆. 在所选的8个指标中, MDA含量、细胞膜透性、SOD酶活性、POD酶活性等指标均可作为观花园林植物对NO2抗性的重要鉴定指标.
    Abstract: In order to elucidate the mechanism of NO2 tolerance of five kinds of ornamental trees, scientifically evaluate the ability of the plants to resist to NO2 pollution, and guide the scientific selection of plants for landscaping, an artificial simulation method was employed to treat three-year-old saplings of five ornamental garden plants species, Cerasus serrulata var. lannesiana (Carr.) Makino, Cercis chinensis Bunge, Amygdalus persica L. 'Atropurpurea', Rhododendron mucronatum (Bl.) G. Don and Lagerstroemia indica L. with different concentrations of NO2. The symptoms of acute injury were observed. The net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, relative chlorophyll content, cell membrane permeability, MDA content, SOD and POD activity were measured. The methods of subordination function and grey correlation analysis were used to comprehensively evaluate the resistance to NO2. The results showed that with the increase of NO2 concentration, the change patterns of each index of five garden trees were different. The change of the trends of net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, relative chlorophyll content, SOD and POD enzyme activities of leaves were basically similar with the increasing of NO2 stress, which increased first and then decreased. The trends of cell membrane permeability and MDA content were generally increasing. The tolerance of tested tree species to NO2 was in an order of Amygdalus persica L. 'Atropurpurea', Rhododendron mucronatum (Bl.) G.Don, Lagerstroemia indica L., Cerasus serrulata var. lannesiana (Carr.) Makino, Cercis chinensis Bunge. Among the eight selected indexes, MDA content, cell membrane permeability, SOD enzyme activity, and POD enzyme activity can be used as important indicators to identify the NO2 resistance of ornamental forest plants.
  • 加载中

  • 图 1  NO2对5种观花园林树木光合生理的影响

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 2  NO2对5种观花园林树木相对叶绿素含量的影响

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 3  NO2对5种观花园林树木叶片膜脂过氧化的影响

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 4  NO2对5种观花园林树木抗氧化酶活性的影响

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    表 1  5种观花园林树木的基本情况

    植物 拉丁名 生长型 开花期/月 平均株高/m
    日本晚樱 Cerasus serrulata var. lannesiana (Carr.) Makino 落叶乔木 4-5 2~3
    紫荆 Cercis chinensis Bunge 落叶灌木 3-4 2~3
    紫叶桃 Amygdalus persica L. ‘Atropurpurea’ 落叶乔木 3-4 2~3
    春鹃 Rhododendron mucronatum (Bl.) G. Don 常绿灌木 4-5 1~2
    紫薇 Lagerstroemia indica L. 落叶灌木 6-9 2~3
    下载: 导出CSV

    表 2  5种观花园林树木对NO2抗性的综合评定结果

    指标 日本晚樱 紫荆 紫叶桃 春鹃 紫薇
    净光合速率 0.55 0.33 0.97 0.63 0.54
    气孔导度 0.50 0.33 0.51 0.48 0.54
    蒸腾速率 0.41 0.56 0.66 0.60 0.42
    相对叶绿素含量 0.53 0.35 0.61 0.60 0.53
    MDA含量 0.48 0.53 0.41 0.67 0.57
    细胞膜质透性 0.45 0.43 0.50 0.46 0.54
    SOD含量 0.42 0.43 0.51 0.35 0.46
    POD含量 0.57 0.50 0.37 0.39 0.42
    平均隶属函数值 0.49 0.43 0.57 0.52 0.50
    抗NO2排序 4 5 1 2 3
    下载: 导出CSV

    表 3  5种观花园林树木各抗NO2指标的关联度及权重

    指标 净光合速率 气孔导度 蒸腾速率 相对叶绿素含量 MDA含量 细胞膜质透性 SOD活性 POD活性
    等权关联度 0.696 5 0.615 2 0.672 5 0.676 8 0.817 9 0.816 6 0.793 3 0.768 1
    权重 0.118 9 0.105 0 0.114 8 0.115 5 0.139 6 0.139 4 0.135 4 0.131 1
    加权关联度 0.538 3 0.420 0 0.501 9 0.508 3 0.742 4 0.740 1 0.698 4 0.654 8
    排序 5 8 7 6 1 2 3 4
    下载: 导出CSV
  • [1] 燕一波. 4种樟科幼树叶片对汽车尾气胁迫的生理响应[J]. 四川农业大学学报, 2017, 35(2): 234-240. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCND201702015.htm
    [2] 吴耀兴, 康文星, 郭清和, 等. 广州市城市森林对大气污染物吸收净化的功能价值[J]. 林业科学, 2009, 45(5): 42-48. doi: 10.3321/j.issn:1001-7488.2009.05.006
    [3] 骆畅, 李相逸, 李淙钰. 基于生态系统服务价值评估的山地城市绿色空间规划策略——以重庆市主城区为例[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2021, 43(5): 195-204. doi: http://xbgjxt.swu.edu.cn/article/doi/10.13718/j.cnki.xdzk.2021.05.023
    [4] PLEIJEL H, KLINGBERG J, BÄCK E. Characteristics of NO2 Pollution in the City of Gothenburg, South-West Sweden-Relation to NO_ x and O3Levels, Photochemistry and Monitoring Location[J]. Water, Air, & Soil Pollution: Focus, 2009, 9(1/2): 15-25.
    [5] CRUTZEN P J, HEIDTL E, KRASNEC J P, et al. Biomass Burning as a Source of Atmospheric Gases CO, H2, N2O, NO, CH3Cl[J]. Nature, 1979, 282: 253-256. doi: 10.1038/282253a0
    [6] 柴一新, 祝宁, 韩焕金. 城市绿化树种的滞尘效应——以哈尔滨市为例[J]. 应用生态学报, 2002, 13(9): 1121-1126. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2002.09.016
    [7] ZHAI S, MCGARVEY S. Temporal Changes and Rural-Urban Differences in Cardiovascular Disease Risk Factors and Mortality in China[J]. Hunan Biology, 1992, 64(6): 807-819.
    [8] 赖小红, 王海洋, 钟雨航, 等. 人工控制条件下9种园林植物叶功能性状对短期NO2污染的响应[J]. 生态学报, 2019, 39(21): 8058-8067. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB201921026.htm
    [9] 刘世忠, 薛克娜, 孔国辉, 等. 大气污染对35种园林植物生长的影响[J]. 热带亚热带植物学报, 2003, 11(4): 329-335. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2003.04.004
    [10] 郑飞翔, 余春珠, 温达志, 等. 五种亚热带树苗的生长与干物质分配格局对大气污染胁迫的响应[J]. 生态环境, 2006, 15(3): 519-524. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2006.03.015
    [11] 圣倩倩, 祝遵凌. 南京市7种适生彩叶植物抗NO2能力及生态功能研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2018, 38(8): 81-88. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNLB201808014.htm
    [12] 孔国辉, 陆耀东, 刘世忠, 等. 大气污染对38种木本植物的伤害特征[J]. 热带亚热带植物学报, 2003, 11(4): 319-328, 405. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2003.04.003
    [13] 陈伟光, 黄芳芳, 温小莹, 等. 大气SO2和NO2污染及植物的抗性和净化能力研究进展[J]. 林业与环境科学, 2017, 33(4): 123-129. doi: 10.3969/j.issn.1006-4427.2017.04.024
    [14] 苏行, 胡迪琴, 林植芳, 等. 广州市大气污染对两种绿化植物叶绿素荧光特性的影响[J]. 植物生态学报, 2002, 26(5): 599-604. doi: 10.3321/j.issn:1005-264X.2002.05.013
    [15] 胡丁猛, 孙明高, 王太明, 等. SO2对三种园林绿化苗木叶片膜脂过氧化和保护酶的影响[J]. 山东农业大学学报(自然科学版), 2005, 36(2): 175-180. doi: 10.3969/j.issn.1000-2324.2005.02.004
    [16] 潘文, 张卫强, 张方秋, 等. SO2和NO2胁迫对红花荷等植物光合生理影响及抗性评价[J]. 生态环境学报, 2012, 21(6): 1075-1081. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRYJ201206015.htm
    [17] 温达志, 陆耀东, 旷远文, 等. 39种木本植物对大气污染的生理生态反应与敏感性[J]. 热带亚热带植物学报, 2003, 11(4): 341-347. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2003.04.006
    [18] 李成, 胡丁猛. 10个园林绿化树苗对SO2的反应特性[J]. 西北植物学报, 2006, 26(2): 407-411. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2006.02.031
    [19] 彭长连, 温达志, 孙梓健, 等. 城市绿化植物对大气污染的响应[J]. 热带亚热带植物学报, 2002, 10(4): 321-327. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2002.04.005
    [20] 圣倩倩, 祝遵凌, 王丽萍, 等. NO2胁迫对园林植物生长影响的研究进展[J]. 西部林业科学, 2017, 46(5): 142-149. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YNLK201705026.htm
    [21] 张灵艺, 秦华. 城市道路行道树绿带对PM2.5的滞业效应及其变化分析[J]. 中国园林, 2015, 31(5): 106-110. doi: 10.3969/j.issn.1000-6664.2015.05.024
    [22] 范修远, 陈玉成. 重庆主城区主要行道植物硫氮水平的初步研究[J]. 资源与人居环境, 2007(6): 74-75. doi: 10.3969/j.issn.1672-822X.2007.06.027
    [23] HU Y B, BELLALOUI N, TIGABU M, et al. Gaseous NO2 Effects on Stomatal Behavior, Photosynthesis and Respiration of Hybrid Poplar Leaves[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2015, 37(2): 1-8. doi: 10.1007/s11738-014-1746-y
    [24] 陈建勋, 王晓峰. 植物生理学实验指导[M]. 2版. 广州: 华南理工大学出版社, 2006.
    [25] 黄菁, 魏丽萍, 周会平, 等. 遮荫对望天树生长和生理生化特性的影响[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2021, 46(2): 74-79. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XNZK202102013.htm
    [26] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 1900.
    [27] 潘文, 张卫强, 张方秋, 等. 红花荷等植物对SO2和NO2的抗性[J]. 生态环境学报, 2012, 21(11): 1851-1858. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2012.11.014
    [28] 杨秀芳, 陈玲玲, 乌艳红, 等. 应用灰色关联度综合评价26个青贮玉米的生产性能[J]. 草业科学, 2012, 29(1): 105-111. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CYKX201201022.htm
    [29] FARQUHAR G D, SCHULZE E D, KUPPERS M. Responses to Humidity by Stomata of Nicotiana glauca L. and Corylus avellana L. are Consistent with the Optimization of Carbon Dioxide Uptake with Respect to Water Loss[J]. Functional Plant Biology, 1980, 7(3): 315-327. doi: 10.1071/PP9800315
    [30] 姜丽芬, 石福臣, 王化田, 等. 叶绿素计SPAD-502在林业上应用[J]. 生态学杂志, 2005, 24(12): 1543-1548. doi: 10.3321/j.issn:1000-4890.2005.12.034
    [31] 李彦慧, 聂庆娟, 王君山, 等. 4种针叶树抗汽车尾气污染能力之比较[J]. 中国农学通报, 2008, 24(2): 409-413. doi: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNTB200802090.htm
    [32] DING C K, WANG C Y, GROSS K C, et al. Jasmonate and Salicylate Induce the Expression of Pathogenesis-Related-Protein Genes and Increase Resistance to Chilling Injury in Tomato Fruit[J]. Planta, 2002, 214(6): 895-901. doi: 10.1007/s00425-001-0698-9
  • 加载中
图( 4) 表( 3)
计量
  • 文章访问数:  684
  • HTML全文浏览数:  684
  • PDF下载数:  122
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-17
  • 刊出日期:  2022-06-20

5种观花园林树木对NO2的抗性评价

    通讯作者: 王海洋，教授
    作者简介: 祝浩翔，硕士，实验师，主要从事园林植物及植物生理生态方面的研究
  • 1. 西南大学 园艺园林学院, 重庆 400715
  • 2. 重庆交通大学 建筑与城市规划学院, 重庆 400060
  • 3. 中国林业集团有限公司, 北京 100026
  • 收稿日期:  2021-03-17
基金项目:  重庆市技术创新与应用发展重点项目(CSTC2019-lykjfpxz002); 中央高校基本科研业务费专项(XDJK2021F002)

摘要: 为阐明5种观花园林树木耐NO2污染机制, 科学评价植物抗NO2污染能力以及指导园林绿化科学选择植物, 采用开顶式熏气的方法对日本晚樱(Cerasus serrulata var. lannesiana (Carr.) Makino)、紫荆(Cercis chinensis Bunge)、紫叶桃(Amygdalus persica L. 'Atropurpurea’)、春鹃(Rhododendron mucronatum (Bl.) G. Don)和紫薇(Lagerstroemia indica L.)5种观花园林树木的3年生苗木进行不同浓度的NO2胁迫, 研究了被试植物在不同质量浓度的NO2胁迫条件下叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、细胞膜透性、MDA含量、SOD和POD酶活性等生理指标的变化, 并采用模糊数学隶属函数法和灰色关联度法对其抗NO2能力进行了综合评价. 结果表明, 随着处理质量浓度的增加, 5种观花园林树木的各项指标变化模式不同. 植物叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、SOD和POD酶活性随着NO2胁迫加剧, 其变化趋势基本相似, 均是先上升后下降; 细胞膜透性和MDA含量的变化趋势均总体上升. 隶属函数值从大到小依次为: 紫叶桃、春鹃、紫薇、日本晚樱、紫荆. 在所选的8个指标中, MDA含量、细胞膜透性、SOD酶活性、POD酶活性等指标均可作为观花园林植物对NO2抗性的重要鉴定指标.

English Abstract

    全文HTML

  • 开放科学(资源服务)标志码(OSID):

  • 随着经济的发展和人口的增长，城市规模不断扩大，环境污染问题尤其是大气污染日益突出，严重威胁着城市居民的身体健康和城市生态环境的安全[1-3]. NO2是大气污染的主要来源之一，在目前NO2污染发生源治理尚待提升的情况下，依靠城市园林植物对NO2的吸收将是防控城市大气污染的有效途径之一[4-5]. 有研究表明，园林植物对于一定浓度范围内的大气NO2污染物，不仅具有显著的抵抗力，而且具有一定程度的吸收能力[6]，甚至有些植物还可以利用NO2[7]. 目前，国内外学者就NO2污染物对园林植物的影响已开展了相关研究，主要集中在植物功能性状变化[8-10]、器官伤害症状[11-12]、生理生化特征[13-15]和光合作用响应[16-19]等方面. 相关研究结果揭示了不同园林植物对NO2污染的适应与响应差异，对预测城市NO2污染可能带来的植物生态策略和刷选抗逆性强的园林植物具有重要意义.

    植物种类和种植地域不同，对NO2污染的抗性也不同，如圣倩倩等[20]对7种适生植物抗NO2能力进行研究发现，红花檵木和洒金桃叶珊瑚的抗性较强，南天竹的抗性中等，金边黄杨和金叶银杏的抗性较弱. 重庆作为内陆唯一的直辖市，根据《重庆市环境质量简报》(2015-2018)和《重庆市环境状况公报》(2015-2018)提供的数据，近3年重庆市主城区NO2年均浓度均超标，NO2污染问题仍然存在. 在重庆市运用园林植物抗大气污染方面，已有部分学者开展了相应的研究，如张灵艺等[21]对重庆主城区城市主干道路的绿带滞尘效应进行了综合评价，范修远等[22]分析了重庆主城区10种主要绿色植物叶片的硫含量. 但到目前为止，有关重庆市这个重工业城市的抗NO2植物筛选的研究还很少，尤其是对一些在园林美化方面起重要作用的观花园林树木的研究更是鲜有报道. 鉴于此，本研究选择重庆市城市绿化常用的5种观花园林树木为试验材料，进行开顶式熏气实验，测定其在短期不同质量浓度NO2污染胁迫下生理生态指标，分析各指标的变化特征，以探讨植物体对NO2胁迫下的生理生态响应机制，并采用隶属函数法和灰色关联度法对其抗性进行综合评价，为重庆地区观花园林树木选择和应用提供科学的参考依据.

1.   材料和方法

    1.1.   试验材料

  • 因城市绿化的植物群落几乎全为人为配置，具有美化与生态价值的大多数植物为成年植株，因此，试验材料选择重庆城市绿化中应用广泛的日本晚樱、紫荆、紫叶桃、春鹃和紫薇5种观花园林树木(表 1)，每种植物选择生长健壮、规格一致、长势基本相同的3年成株苗. 采用植生袋栽培，土壤与水肥管理条件一致.

    • 1.2.   NO2质量浓度处理

  • 结合《HJ633-2016环境空气质量指数(AQI)技术规定》以及借鉴前人在其他园林植物上NO2的设定质量浓度[23]，设计4个试验组，质量浓度设置分别为：0 mg/m3(CK)，(0.25±0.03) mg/m3(T1)，(0.50±0.05) mg/m3(T2)，(0.75±0.05) mg/m3(T3).

    • 1.3.   试验设计

    1.3.1.   装置设计

  • 采用开顶式熏气装置对NO2质量浓度进行控制，熏气装置的长、宽、高分别为8，3，2 m，顶部呈收口状敞开，壁框架表面由透明性好、无毒耐用的聚氯乙烯塑料薄膜围成. NO2气体进气系统主要由NO2瓶钢、减压阀和进气管道组成，将流经减压装置的NO2气体由导管导入进气管道，进气管道一头连接鼓风机出风口，另一头连接熏气室，进气质量浓度通过减压阀调节，对照组仅通过鼓风机通入空气. 气体检测仪采用GT-1000H(深圳市科尔诺电子科技有限公司).

    • 1.3.2.   植物处理

  • 试验于2019-2020年在重庆市北碚区西南大学歇马十字花科基地进行，苗木在露地进入旺盛生长期后，将植物移入不同质量浓度的开顶式熏气装置，待适应2周后开始进行熏气处理，每种植物5株. 持续熏气20 d，每天熏气4 h(上午7：00-11：00)，熏气室内温度与大气环境温度差小于±1 ℃，湿度差小于±5%. 熏气结束后进行相关叶性状指标测定.

    • 1.4.   测定指标及方法

  • 采用便携式光合仪(Licor-6400)测定净光合速率(Pn，μmol/(m2·s))、气孔导度(Gs，mol/(m2·s))、蒸腾速率(Tr，mmol/(m2·s))等指标；采用便携式叶绿素仪(SPAD-502)测定叶片相对叶绿素含量；采用电导法测定细胞膜透性[24]；采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)的含量[25-26]；采用的氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[24]，采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[24].

    • 1.5.   抗NO2性综合评价方法

    1.5.1.   隶属函数法

  • 为了消除单个指标带来的片面性，用隶属函数法将各指标扩展到[0, 1]闭区间上，分别计算各指标的隶属函数值，进行抗性评价[27].

    正相关：

    负相关：

    式中，U(Xij)表示i种类j指标的抗旱隶属函数值，Xij表i种类j指标的测定值，Xjmin表示所有种类j指标的最小值，Xjmax表示所有种类j指标的最大值，i表示某个品种；j表示某项指标.

    • 1.5.2.   灰色关联度分析

  • 按照灰色系统理论，将所有测定指标视为一个灰色系统，而每个测定指标是该系统中的一个因素.设参考数列为X0，比较数列为Xi(i=1，2，…，n)，则参考数列X0={X0(1)，X0(2)，…，X0(n)}，比较数列Xi={Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(n)}.对各指标进行处理[28]，用X′i(k)= Xi(k)-XiSi对原始数据进行无量纲化处理，其中Xi(k)是原始数据，Xi和Si是同一指标的平均值和标准差.

    关联系数为：

    式中：Δi(k) =|X0(k)-Xi(k)|，表示X0数列与Xi数列在第k点的绝对值；minminΔi(k)为二级最小差，maxmaxΔi(k)为二级最大差；ρ为分辨系数，取值范围为0~1，本研究试验取值0.5.

    等权关联度为：

    权重计算公式为：

    加权关联度为：

2.   结果与分析

    2.1.   NO2对5种观花园林树木光合生理的影响

  • 如图 1a所示，低质量浓度NO2胁迫处理下(T1)，日本晚樱、紫叶桃和春鹃等3种植物的净光合速率与对照(CK)相比均有不同程度的上升，说明低质量浓度NO2胁迫能促进植物苗木的光合作用. 当NO2质量浓度达到高质量浓度胁迫条件时(T3)，5种观花园林树木净光合速率下降幅度明显高于T1和T2. 在T1处理下，除紫薇外，其余4种植物的净光合速率与T2处理相比差异有统计学意义(p＞0.05)；在T3处理下5种观花园林树木净光合速率与CK相比差异均有统计学意义(p＜0.05).

    从图 1b可知，在T1处理下，除紫荆外，其余4种观花园林树木的气孔导度与CK相比均有不同程度的上升，从此处可以看出低质量浓度NO2胁迫会刺激叶片增大气孔开度. 在T1和T2处理下，5种观花园林树木的气孔导度与CK相比差异有统计学意义(p＜0.05)，说明NO2胁迫对5种观花园林树木气孔导度影响较大. 日本晚樱、紫叶桃气孔导度在T1和T2处理间差异无统计学意义(p＞0.05)，而紫荆、春鹃和紫薇气孔导度在T1和T2处理间差异有统计学意义(p＜0.05). 在T3处理下，紫叶桃气孔导度与对照相比差异无统计学意义(p＞0.05)，其余园林植物差异均有统计学意义(p＜0.05).

    从图 1c可知，在CK组中，5种观花园林树木的叶片蒸腾速率大小范围在(1.283±0.316)~(7.604±0.226) mmol/(m2·s)，其中紫荆蒸腾速率最大. 在T1处理下，除紫荆外，其余4种园林植物蒸腾速率与CK相比均有上升，这与T1处理下植物的气孔导度变化基本一致. 随着胁迫的增加，在T2处理时，除春鹃外，其余4种植物与T1处理时相比都有不同程度的增加，但5种观花园林树木的蒸腾速率在T1和T2胁迫处理下差异无统计学意义(p＞0.05). 当胁迫浓度达到T3时，5种观花园林树木蒸腾速率(Tr)与CK相比均有下降，其中紫荆蒸腾速率下降幅度最大，达60.5%，除紫薇外，其余4种园林植物蒸腾速率与CK相比差异均有统计学意义(p＜0.05).

    • 2.2.   NO2对5种观花园林树木相对叶绿素含量的影响

  • 从图 2可知，在CK和T1，T2，T3胁迫处理下，日本晚樱、紫叶桃和春鹃的相对叶绿素含量间差异无统计学意义(p＞0.05)；紫荆和紫薇的相对叶绿素含量在CK处理下和T3处理下的相对叶绿素含量差异有统计学意义(p＜0.05)，而T1，T2胁迫处理下紫荆和紫薇的相对叶绿素含量差异无统计学意义(p＞0.05). 以上研究结果表明，NO2污染胁迫对日本晚樱、紫叶桃和春鹃的相对叶绿素含量影响小. 除T2处理下的紫荆和T3处理下的紫叶桃外，其余在不同质量浓度胁迫下与CK相比均有不同程度的降低，其中，紫荆的相对叶绿素含量与CK相比下降幅度最大，下降幅度达到23.70%.

    • 2.3.   NO2对5种观花园林树木叶片膜脂过氧化的影响

  • 由图 3可以看出，5种观花园林树木叶片的MDA含量随NO2质量浓度的增加而迅速增加，叶片MDA含量与NO2质量浓度呈正相关关系，在NO2处理质量浓度为T3时候，日本晚樱、紫荆、紫叶桃、春鹃、紫薇叶片MDA含量分别比CK增加了42.93%，156.54%，178.43%，116.90%和90.84%，方差结果表明，处理与CK差异均极有统计学意义(p＜0.01). 随NO2质量浓度增加，5种观花园林树木叶片细胞膜透性迅速上升，当NO2质量浓度达到T2之后，日本晚樱和紫荆果叶片细胞膜透性呈缓慢增加趋势，而紫叶桃、春鹃和紫薇叶片细胞膜透性呈直线增加趋势. 在NO2处理质量浓度为T3时，5种观花园林树木叶片细胞膜透性分别比CK增加了61.75%，114.78%，152.98%，90.97%和129.60%，方差分析显示，各处理与CK差异均极有统计学意义(p＜0.01).

    • 2.4.   NO2对5种观花园林树木抗氧化酶活性的影响

  • 由图 4可知，与CK相比，日本晚樱和紫薇叶片SOD活性随着胁迫质量浓度的增加呈下降的趋势；而紫叶桃、紫荆、春鹃叶片SOD活性随着胁迫质量浓度的增加呈先升后降的趋势，在T1质量浓度下，3种观花园林树木SOD活性均最强，具体数值分别为(563.37±25.7)、(815.42±56.21)和(543.88±44.94) U/g，说明在较低的质量浓度胁迫下，被试园林植物叶片内的抗氧化酶系统启动，SOD活性明显升高，但随着胁迫质量浓度的增加，抗氧化酶防御系统可能也遭到破坏，导致SOD活性有所下降. NO2胁迫后，随处理质量浓度的增加，5种观花园林树木叶片POD活性呈先上升后下降趋势. 5种观花园林树木在0.5 mg/m3时POD活性均达到最大值，具体数值分别为(72.22±3.9)、(75±1.08)、(60.24±1.92)、(64.31±3.96)和(58.78±2.5) U/g，之后活性开始下降.

    • 2.5.   5种观花园林树木抗NO2能力的综合评定

  • 植物受到环境胁迫时其生理变化是十分复杂的，用单一指标评价植物的抗污染能力很难真实地反映其抗性大小. 因此，为了综合评价5种观花园林树木的抗污染能力的大小，对叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、细胞膜透性、MDA含量、SOD和POD活性采用隶属函数计算，用每个植物的各项指标隶属度的平均值作为综合评定标准进行评价，综合评定结果见表 2. 5种观花园林树木的抗污染能力从大到小依次排列为：紫叶桃、春鹃、紫薇、日本晚樱、紫荆.

    由于各指标对植物抗NO2的重要程度不同，在评价不同指标的关联程度时还应根据其重要程度赋予不同的权重，并以加权关联度对各指标进行评价. 故将各项指标与平均隶属值的关联系数、等权关联度、权重和加权关联度按照公式进行计算，结果见表 3，MDA含量和细胞膜透性的关联度都在0.7以上，与5种观花园林树木的抗NO2能力关联性最强；SOD和POD活性的关联度在0.6~0.7之间，与植物的抗NO2能力关联性也较为重要；而净光合速率、相对叶绿素含量、蒸腾速率和气孔导度的关联度在0.6以下，说明它们与5种观花园林树木的抗NO2能力关系不紧密.

3.   讨论

  • 1) 植物通过气孔吸收同化CO2的同时也不断向外扩散水分，在调节碳收获和水分散失过程中起中枢作用[29]，因此在理论上植物净光合速率、气孔导度与蒸腾速率之间存在密切关系，从图 1中可以看出净光合速率、气孔导度与蒸腾速率整体变化趋势较为一致，说明大多数植物都能够通过感应环境变化来调节气孔的开张，这是植物对胁迫环境的一种适应策略. 但污染胁迫的加剧，使净光合速率、气孔导度与蒸腾速率变化趋势也发生改变，体现了不同种类植物对污染胁迫响应的复杂性以及适应策略的多样性. 这3项指标的等权关联度排序都较靠后，说明在当前胁迫浓度下光合生理变化不是植物对NO2抗性的主要鉴定指标.

    2) 相对叶绿素含量与叶绿素含量具有显著的相关性，能较好地反映叶绿素含量的变化[30]. NO2胁迫处理对5种观花园林树木相对叶绿素含量均有不同程度的影响，紫荆的相对叶绿素含量随NO2胁迫质量浓度的增加呈先升后降的趋势，这可能是由于短时间和较低质量浓度NO2胁迫对叶绿素的合成有一定的促进作用，但随着质量浓度升高，吸收、积累的NO2超过植物叶片的需要量，就会造成代谢混乱和抑制叶绿素合成，使叶片叶绿素含量降低.

    3) NO2污染对植物影响的研究表明，当植物处于逆境胁迫时，细胞内产生大量的自由基，致使细胞内自由基产生和清除的平衡遭到破坏而出现自由基积累，并诱发或加剧细胞膜脂过氧化，进一步导致细胞膜破坏，严重时导致植物细胞死亡[31]. 本试验研究结果证明，随NO2处理质量浓度的增加，5种观花园林树木叶片细胞膜透性和MDA含量都逐渐增加，这与潘文等[27]的研究结论一致. 这2项指标的加权关联度在所有指标中排列较前，说明细胞膜透性和MDA含量是鉴定这5种观花园林树木对NO2抗性强弱的重要指标.

    4) SOD和POD是细胞抵御活性氧伤害的主要保护酶类，在清除氧自由基、过氧化物以及阻止或减少自由基形成方面起重要作用. 本试验结果表明，在NO2胁迫下，5种观花园林树木抗氧化酶活性发生了明显的变化，随NO2质量浓度增加，SOD和POD活性先上升，当达到一定浓度后开始下降，说明植株体内保护酶系统的活力和平衡受到破坏，是活性氧积累，启动并加剧膜脂过氧化而造成整体膜的损伤[32]. 这2项指标的等权关联度位于第3和第4，说明它们也是鉴定NO2抗性的重要指标.

4.   结论

  • 综上所述，5种观花园林树木抗NO2污染能力存在差异，且许多生理生化指标均与植物的抗NO2能力有关，因此，在评价植物抗NO2污染能力时必须将这些生理指标综合联系在一起才能作出正确的评价. 灰色关联度法评价结果表明，在所选的8个指标中，MDA含量、细胞膜透性、SOD活性和POD活性等指标均可作为观花园林树木对NO2抗性的重要鉴定指标，对后续刷选抗NO2的园林树木具有重要的参考意义. 通过综合隶属函数分析可知，5种观花园林树木中紫叶桃和春鹃抗NO2能力相对较强，可用作交通繁忙地段和工业区的绿化美化树，紫荆和日本晚樱抗NO2能力相对较弱，可在车流量小的园林景观路上应用. 同时，在选择抗NO2的园林植物进行城市绿化美化时，可结合植物生长型和开花的时节特性进行组合搭配，以达到更好的生态、经济和社会的效益.

参考文献 (32)

目录

版权所有：西南大学学报（自然科学版）

地址：重庆市北碚区西南大学 电话：023-68254576, 68252540, 68366165,68366917 电子邮箱：lkxb@swu.edu.cn

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发

/

返回文章
返回