华润楠对交通污染和工业污染的光合生理响应

2018-06-23伍勇马洪洋田海娟余金昌韦阳连

天津农业科学 2018年5期

伍勇马洪洋田海娟余金昌韦阳连

摘要：为揭示华润楠对交通污染和工业污染的光合响应，本研究以公园绿地为对照，对华润楠在道路绿地和工业区绿地中的光合生理指标进行了测定。叶绿素荧光测定结果显示，交通污染会降低华润楠的Fv/Fm，但降低幅度不显著，而工业污染会显著降低华润楠的Fv/Fm；光合色素含量及叶片气体交换参数测定结果显示，道路交通污染和工业污染不会显著降低华润楠的叶绿素含量和净光合速率，表明华润楠对交通污染和工业污染不敏感，可用于道路绿化和工业区绿化。

关键词：华润楠；叶绿素荧光；叶绿素含量；净光合速率

中图分类号：S792.24 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.05.004

Abstract： In order to reveal the photosynthetic responses to traffic pollution and industrial pollution， the photosynthetic parameters of Machilus chinensis， planted in roadside green space， industrial region and park green space， were tested and contrasted. The results of chlorophyll fluorescence showed that the Fv/Fm of Machilus chinensis decreased slightly under traffic pollution， and decreased significantly under industrial pollution. The results of photosynthetic pigments content and gas exchange parameters showed that the chlorophyll content and net photosynthetic rate of Machilus chinensis would not decrease signally under traffic pollution and industrial pollution. In other word， Machilus chinensis was not sensitive to traffic pollution and industrial pollution， and could be planted in roadside green space and industrial region.

Key words： Machilus chinensis； chlorophyll fluorescence； chlorophyll content； net photosynthetic rate

華润楠（Machilus chinensis Hemsl）为樟科润楠属植物，是华南地区常见的乡土阔叶树种，原产我国广东、广西，其生长速度较快、干形好、出材率高、材质优良，是珍贵的用材林树种；又有树干通直挺拔、树姿大气优美、春叶红色绚丽等观赏优点，是优良的生态景观树种[1-2]。冯志坚等[3]通过对广东樟科47种乡土树种的园林特性进行评价，认为华润楠是景观价值高、生态适应性广、环境功能强、开发利用较易的优良树种。

由于华润楠的人工栽培历史较短，目前关于它们的研究多集中在繁殖、栽培方面[2，4-6]，至于其生理特性方面的研究报道较少。为评价这一优良乡土树种能否应用于城市道路绿化和工业区绿化，本研究对华润楠在交通污染严重的道路绿地和工业污染严重的工业区绿地中的光合生理指标进行了测定，揭示其对交通污染和工业污染的光合响应，以期为该树种的推广应用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本研究共设3个试验样地：道路绿地、工业区绿地和公园绿地，其中公园绿地为对照。道路绿地选择在东莞市交通主干道五环路，交通繁忙，车速较快，是交通尾气排放最集中的区域；工业区绿地位于东莞市东南部的上山门工业区，工业区内多为工艺品生产厂，工业污染较严重；公园绿地位于东莞市中心的元美公园内，是东莞市主要公共绿地之一。3个试验样地的大气污染指标如表1所示。

大气环境质量监测结果显示，道路绿地的二氧化硫、总悬浮颗粒物、氮氧化物和二氧化碳的浓度均明显高于其它2种绿地，其中，二氧化硫的浓度已超过国家环境空气质量三级标准，是3个试验点中污染最严重的地方；工业区绿地的二氧化硫和氮氧化物浓度高于公园绿地；公园绿地的总悬浮颗粒物和臭氧浓度高于工业区绿地。

1.2 试验植物及其种植方法

选择苗木规格基本一致的华润楠3年生健康、全冠袋苗，于2015年9月分别种植于上述3个试验点，每个试验点20株。为使3个试验点的植物在相同肥力条件下进行比较，尽可能地避免试验样地土壤肥力差异对试验对象光合生理造成影响，本研究在种植时对每株植物都进行同样的施肥处理：施有机肥7.5 kg（约10 cm）→ 覆土10 cm →种植苗木→施复合肥300 g→回表土30 cm，栽培后采用相同的水肥管理。苗木种植2年后进行各项生理指标测定。

1.3 光合色素含量的测定

每个树种选3个单株作为重复，各取5片生长正常的叶片，用直径为1 cm的打孔器对叶片进行打孔取样，放入小瓶中，加入80%丙酮溶液5 mL，置于黑暗条件下72 h进行叶绿素提取，待其完全脱绿后用UV-3802型分光光度计测定波长663 nm、646 nm和470 nm下的光密度值，并根据Aron法计算叶绿素a（Ca）、叶绿素b（Cb）、类胡萝卜素（Cc）及叶绿素总含量（Ct）的值（mg·g-1）。Aron 公式如下：

Ca = 12.21D663- 2.81D646

Cb = 20.13D646-5.03D663

Ct= Ca+ Cb

Cc = （1 000 D470-3.27 Ca -104 Cb）/229

1.4 叶绿素荧光参数的测定

选择晴朗天气于同一时间段（8：30—11：30），分别在3个试验点选择向阳成熟叶片（每个样地选择6个单株，每一单株采6片叶，即每样地华润楠采36片叶）采摘后立刻用塑料袋放入湿纸巾密封，带回室内黑暗2 h后使用PAM-2100（WALZ，德国）测定其叶绿素荧光参数，包括初始荧光（F0）和光能转换效率（Fv/Fm）。

1.5 叶片气体交换参数的测定

选择在晴朗天气于同一时间段（8：00—11：00），用Li-6400 便携式光合测定仪（LI-COR，美国）对每种植物的气体交换参数进行测定，设定二氧化碳浓度为350 μmol·m-2·s-1，光强范围为1 800 μmol·m-2·s-1到2 000 μmol·m-2·s-1。测定时选择树冠上层向阳、生长良好的成熟连体叶片，每个试验点随机测定3个单株，每株测定3片叶，测定指标包括植物净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2 浓度（Ci）。

1.6 数据分析

采用SPSS13.0统计软件分析处理数据，计算每项数据的平均值和标准差，采用one-way anova对不同处理间的差异进行方差分析。采用Excel计算各项数据的变化量。

2 结果与分析

2.1 光合色素含量

植物体内的叶绿素是在不断合成和分解的代谢中的，当生长环境不利于植物生长时，叶绿素的分解速度会大大超过合成的速率，导致叶绿素总含量下降，从而使光合作用受到抑制；由于叶绿素b 较叶绿素a分解的快，导致叶绿素a/ b 值上升[7-8]。类胡萝卜素存在于叶绿体中，它一方面能阻止激发态叶绿素分子的激发能从反应中心向外传递，另一方面又能保护叶绿素分子的激发能免遭光氧化损伤，所以起到了保护叶绿素的作用。植物在环境胁迫下会提高类胡萝卜素含量以避免植物受到伤害[9]。

华润楠在不同绿地环境中的光合色素含量测定结果（表2）显示：叶绿素总含量在3种绿地环境之间无显著差异（P>0.05），其大小为道路绿地>工业区绿地>公园绿地，其排序与3种绿地环境中的二氧化硫和氮氧化物浓度排序一致，表明道路绿地和工业区绿地中二氧化硫和氮氧化物浓度的提高并未造成华润楠叶绿素总含量的降低，即道路交通污染和工业区污染并未对华润楠造成生理胁迫；3种绿地环境中的叶绿素Ca/Cb值排序为工业区绿地>公园绿地>道路绿地，表明工业污染环境下华润楠的叶绿素Ca/Cb值会上升，交通污染环境下华润楠的叶绿素Ca/Cb值会下降，但其上升或下降的幅度均较小，与对照（公园绿地）之间均无显著差异（P>0.05）；類胡萝卜素含量以道路绿地的最大，工业区绿地和公园绿地的含量相等，表明交通污染环境中华润楠会提高类胡萝卜素含量以保护叶绿素。

2.2 叶绿素荧光特征

叶绿素荧光可以快速、准确、高效地反映植物光合系统的很多信息，其中Fo为初始荧光，是PSII 反应中心全部开放即QA（PSII 反应中心的电子受体）全部氧化时的荧光水平，Fm为最大荧光产量，是PSⅡ反应中心全部关闭时的荧光，Fv/Fm是PSⅡ的最大光化学量子产量，反映PSII中心的光能转化效率，一般为0.75～0.85左右。当植物受到光抑制、环境胁迫或发生某些基因突变时，Fv/Fm值会出现显著变化[10-12]。

华润楠在不同绿地环境中各项荧光指标的方差分析结果显示（表3），华润楠在3种绿地环境中的Fo两两之间均存在显著差异（P<0.05）；工业区绿地和公园绿地的Fm之间无显著差异（P>0.05），二者与道路绿地的Fm之间存在显著差异（P<0.05）；3种绿地环境的Fv/Fm值大小为公园绿地>道路绿地>工业区绿地，其中道路绿地与公园绿地之间无显著差异（P>0.05），而工业区绿地与公园绿地存在显著差异（P<0.05），表明交通污染会降低华润楠的Fv/Fm，但降低幅度不显著，工业污染会显著降低华润楠的Fv/Fm（P<0.05）。

2.3 叶片气体交换参数

气孔是气态物质进入植物的门户，外界环境中气体浓度的变化、光的强弱等都会直接或间接影响到气孔的开放程度，气孔导度在一定程度上会影响植物的光合速率和蒸腾速率。蒸腾是植物吸收水分和运输的主要动力，矿物质随着水分流动至植物体的各个部位。蒸腾速率是植物生活力的一个重要表现。CO2 是光合作用的原料，植物细胞间的CO2 含量高低直接影响光合作用的强弱[13-14]。净光合速率反映了植物在单位面积叶片上所能将大气的 CO2 转化成有机物的最大潜力，即在一定程度上反映了植物生长速度，一般情况下，植物的净光合速率及光合潜力大，生长速度也较快[15]。

由表4可知，华润楠的气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度在3种绿地环境中的测定值大小不一，但均无显著差异；3种绿地环境的净光合速率大小为道路绿地>公园绿地>工业区绿地，其中工业区绿地和公园绿地无显著差异（P>0.05），二者均与道路绿地存在显著差异（P<0.05），表明工业污染对华润楠的净光合速率无显著影响，而道路交通污染可显著提高华润楠的净光合速率。

3 结论与讨论

根据Farquhar和Sharkey的观点，如果净光合速率（Pn）下降的同时胞间CO2 浓度（Ci）不变或升高，则Pn下降是由叶肉细胞光合能力的下降引起的，反之，如果Pn下降的同时，Ci也下降，则说明是受气孔限制引起的[16]。华润楠在工业区绿地和公园绿地的Pn值比道路绿地的显著下降，而其Ci却比道路绿地的升高，表明影响华润楠Pn值的因素不是气孔因素，而是能改变植物叶肉细胞光合能力的因素。

空气中的CO2 浓度增高、叶片气孔导度与叶肉导度增大、叶肉细胞的光合活性降低都可以导致Ci的增高[17]。本研究中，工业区绿地和公园绿地的大气CO2 浓度、叶片气孔导度都低于道路绿地，但华润楠在这2种绿地中的Ci值却都高于道路绿地，表明影响华润楠Ci值的因素不是叶片周围空气的CO2 浓度和叶片的气孔导度，可能是叶肉导度和叶肉细胞的光合活性。

植物的色素含量对大气污染变化具有很强的敏感性，经常被用来作为指示大气污染物对植物生理状态影响和改变的指标。许多研究表明，大气污染胁迫会降低叶片的叶绿素总含量，当叶绿素含量下降时，植物会提高类胡萝卜素含量以避免植物受到伤害，两种色素含量呈负相关[13]。本研究中，华润楠在道路绿地和工业区绿地中的叶绿素总含量和类胡萝卜素含量均未低于对照，两种色素含量呈正相关，且其净光合速率也未因交通污染或工业污染而显著降低，表明华润楠对道路交通污染和工业污染不敏感，尚未受到胁迫，表现出很强的抗污染能力，可用于道路绿化和工业区绿化。

参考文献：

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