黄青青，高松，倪荣伟，周陈野，徐建伟，程园园，施梦娴，蔡颜蔚，黄珊珊，朱欣

(台州学院生命科学学院，浙江台州318000)

酸雨是指pH小于5.6的雨水，也包括雪、雾、冰雹等其他形式的酸性降水形式［1］。目前，酸雨已对人类的生存环境造成较为严重的破坏，并且严重威胁人类的健康。同时，酸雨对植物的伤害也受到研究学者的广泛关注。有研究表明，酸雨会显著降低植物的株高，破坏植物叶片的上皮细胞，增加细胞膜的透性，还会使植物体内多种酶活性发生改变，对植物的生理、生化等多方面特征造成显著的影响［2－6］。

城市区域是酸雨的高发区，而屋顶绿化植物是维持城市生态平衡、改善城市环境的重要物质基础之一。在当前城市用地紧张、绿化用地不断被减少、人口密集带来巨大的负面生态效应的背景下，屋顶绿化的兴起对生态城市的建设以及可持续发展具有非常重要的战略意义。屋顶绿化能够降低城市大气二氧化碳浓度，降低粉尘，改善雾霾天气，对维持生态的平衡具有极其重要的意义［2］。因此，研究模拟酸雨对“屋顶绿化”植物的生理生化的影响，将有助于了解其抗酸性，为“屋顶绿化”植物的应用和栽培提供理论依据。

景天科植物因具有植株矮小、对水肥的需求量不高、抗风的能力强、抵抗环境污染的能力强的特点，成为屋顶绿化的首选植物。目前，已知的景天科植物大约有35个属，1 500多种。我国有10个属，240多种，其中屋顶绿化最常用的有佛甲草、垂盆草、东南景天、凹叶景天等。这4种植物对环境的适应性强，耐贫瘠，耐旱，耐寒，抗风，防风，能净化空气，具有很高的生态价值，同时因其叶和花的颜色和形状多样，具有很高的观赏价值。因此，这4种景天科植物成为屋顶绿化中的优质物种，被普遍地运用于屋顶绿化中［7］。

不同pH的模拟酸雨对植物的胁迫程度是存在差异的。目前，有关上述4种植物抗性的研究报道多见于耐热性、抗旱性、抗风性等方面的研究，但对4种植物的抗酸性方面国内外还少有研究。笔者通过模拟酸雨对屋顶绿化常用的4种景天科植物生理特性影响的研究，探讨其对酸雨的敏感性、耐受能力，以期为景天科植物在屋顶绿化推广提供理论依据，为屋顶绿化建设中物种的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验地点设在台州学院生命科学学院实验室。试验室处于台州市的东部，E 121°24'，N 28°40'，为亚热带季风性气候，年平均气温约为17.6℃，最高气温约为41.7℃，最低气温约为0.9℃，四季鲜明，无霜期约为280 d，年降水量约为1 700 mm，年平均相对湿度约为65%。试验所用植株幼苗由浙江省内采集。种植所用土壤为泥炭土和黄壤按1∶1配制。

1.2 试验材料及方法 试验物种为佛甲草、垂盆草、东南景天、凹叶景天。为确保试验植株能满足试验多级pH梯度下多次取样测定的需要，采用不同物种的一年生扦插苗作为试验材料，培养至植株叶片数量充足。

从2013年5月开始，每种植物选取100株生长健壮的植株，将每种25株设为1组，共设4组，扦插于基质相同的种植盆中。试验植株5～7月进行适应性生长培育管理，8月初进行模拟酸雨处理。扦插和模拟酸雨胁迫试验均在实验室内进行，以避免降雨干扰。

按照浙江省酸雨的离子组成以及模拟酸雨试验中常用的配比方案［8－9］，用分析纯H2SO4和 HNO3配制成体积比为8∶1的酸雨母液，再将母液用蒸馏水稀释成 pH 分别为3.5、4.5、5.5的稀释液作为模拟酸雨试液，以自来水(pH约6.5)作为对照。按照台州市多年平均降水量1 700 mm，每日每盆植物用小型喷雾器喷淋约27.5ml酸雨(与本地总的降水量基本持平)，期间适当补水到2013年10月上旬，测定试验结果。

1.3 测定项目及方法 室内生理生化实验在台州学院生命科学学院实验室内进行。测定的指标包括不同植物叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量，其中MDA含量采用宝交早生双组分光光度法测定［10］;Pro含量采用宝交早生磺基水杨酸提取法测定［11］;SOD活性采用宝交早生氮蓝四唑(NBT)法测定［12］;POD活性采用宝交早生愈创木酚法测定［10］;CAT活性采用宝交早生分光光度法测定［13］。

1.4 数据处理 使用Microsoft Excel2003、SPSS18.0进行试验数据处理，并且作图。试验结果采用ANOVA进行Duncan多重差异分析(P＜0.05)。抗酸性评价应用模糊数学中隶属函数法［13］，对所测定的叶片叶面积、光合速率等10项生理生化指标进行综合评价。隶属函数值计算公式为:

式中，Xij为第i种植株的第j个种性状指标的测定值;Ximin、Ximax分别为所有试验植株第i种第j个性状指标测定的最小值和最大值;R(Xij)为第i种第j个性状的抗酸性隶属函数值。如果指标的测定值与物种抗性呈负相关，那么用反隶属函数值。计算公式为:

利用公式R(Xi)=∑(Xij)/n来计算平均隶属函数值，再根据平均值的大小，综合评价4个物种的抵抗酸雨能力的强弱。

2 结果与分析

2.1 模拟酸雨对叶片MDA含量的影响 从图1可以看出，随着模拟酸雨酸性的增强，4种景天科植物的MDA含量呈现出不同程度的先上升后下降的趋势。垂盆草的峰值出现在pH 4.5处理下，东南景天、凹叶景天和佛甲草的峰值出现在pH 5.5处理下，4种植物分别相对CK上升了43.77%、53.73%、51.07%、20.59%。

2.2 模拟酸雨对Pro含量的影响 从图2可以看出，随着模拟酸雨酸性的增强，垂盆草和东南景天的Pro含量呈现上升的趋势，分别相对CK上升29.50%和35.91%，凹叶景天的Pro含量先下降后上升，佛甲草先上升后下降。

2.3 模拟酸雨对抗氧化酶活性的影响 从图3可以看出，随着模拟酸雨酸性的增强，4种景天科植物的SOD活性呈现出上升的趋势，相对于 CK分别上升了1 311.21%、862.98%、74.25%、161.40%，差异在0.05水平显著。从图4可以看出，POD活性的变化与SOD活性的变化有所不同，4种植物的POD活性呈现出先上升后下降的趋势，垂盆草的POD活性峰值出现在pH 4.5处理下，东南景天、凹叶景天和佛甲草的POD峰值出现在pH 3.5处理下，峰值相对于CK分别上升了57.15%、18.97%、41.75% 和 48.65%，差异在0.05水平显著。从图5可以看出，随着模拟酸雨酸性的增强，垂盆草和凹叶景天的CAT活性呈现出下降的趋势，相对于CK分别下降了26.86%和31.27%，前者差异不显著，后者差异在0.05水平显著，而东南景天的CAT活性呈现出先上升后下降的趋势，峰值相对于CK上升了60.03%，差异在0.05水平显著。在相同的处理条件下，佛甲草的CAT活性表现为持续上升，相比CK上升52.46%，差异在0.05水平显著。

2.4 抗性综合评价 为了更加有效地比较4种景天属植物抗酸能力的强弱，研究采用模糊数学中的隶属函数分析法。其特点是能够对物种的多项指标进行综合分析，进而对物种的抗性做出全面的评价。通过MDA和Pro含量的变化以及SOD、POD和CAT活性的变化等5个指标，对各指标的隶属函数值进行累加，再计算其平均数，进行物种间比较用以评价其抗酸性。

4种景天科植物5个指标的隶属函数值见于表1。其中，垂盆草的加权值最大，说明它是抗酸性较强的品种。4种植物根据平均隶属函数加权值的大小排列为垂盆草、佛甲草、凹叶景天、东南景天，反映这些材料抗酸性强弱的顺序为垂盆草＞佛甲草＞凹叶景天＞东南景天。

表1 不同pH模拟酸雨处理下4种景天科植物各指标的隶属函数值

3 讨论

酸雨环境可导致植物细胞膜脂过氧化活动加剧，产生大量的MDA，导致过氧化产物的含量增加，加剧膜脂过氧化作用，并且增大质膜的透性［14］。随着胁迫程度的加强，MDA含量虽然有所下降，但相对于CK仍有升高，且差异在0.05水平显著。佛甲草的MDA含量比其他3种植物稳定，表明它在MDA含量方面对酸性环境有较强的适应性。

在通常情况下，植物体内游离Pro含量会处于较低水平，但在逆境下，植物会不同程度的提高Pro含量。这在一定程度上反映植物的抗逆性［15］。由此可见，垂盆草和东南景天的Pro含量上升是适应酸雨胁迫的一种途径。而凹叶景天在pH 3.5与CK条件下表现出较高的Pro水平，而在pH 4.5与pH 5.5处理下较低，表明凹叶景天在Pro方面更适宜在弱酸环境下生长。佛甲草的pH峰值在pH 4.5处理下出现，表明佛甲草在此处理下受到的胁迫最大。

植物细胞具备氧化还原系统，能够维持生理条件下细胞的氧化还原平衡，而酶促氧化还原反应主要依赖于SOD、POD等抗逆性酶的作用。只有在SOD、POD等酶的作用下，才能够有效地清除细胞中的活性氧，使细胞避免受到氧化伤害［16］。CAT、POD、SOD是生物体内重要的活性氧消除酶，在清除超氧化物自由基、减弱脂质过氧化作用和膜伤害方面起重要作用［17］。SOD是一种能够消除生物体内超氧阴离子自由基的酶，在细胞受到胁迫的状态下能够有效地清除超氧阴离子，减轻细胞膜脂受损的程度［18］。研究表明，随着模拟酸雨溶液酸度的增加，4种植物叶片SOD活性均上升，表明植物通过酶活性的增加来提高适应胁迫环境的能力。在pH 3.5时各植物的SOD活性达到峰值。SOD活性变化越大植物的抗酸性越强，反之抗酸性较弱，因此SOD活性增幅较大的佛甲草和东南景天抗酸性较强，而增幅较小的凹叶景天和垂盆草抗酸性较弱。

POD广泛存在于植物体中，在植物的生长、发育以及对环境的响应等方面起重要的调节和保护作用［19］。研究表明，4种植物的POD活性呈现出先上升后下降的趋势，垂盆草的POD活性峰值出现在pH 4.5处理下，东南景天、凹叶景天和佛甲草的POD峰值出现在pH 3.5处理下，峰值相对于CK 分别上升了 57.15%、18.97%、41.75% 和 48.65%，差异在0.05水平显著。这表明4种景天科植物在受到酸雨胁迫时植株中的保护酶POD活性得到加强，并且激发植株自身的防御机制，在一定程度上抵制和清除由酸雨胁迫而引起的脂膜过氧化及其他伤害过程。

研究还表明，随着模拟酸雨酸性的增强，垂盆草和凹叶景天的CAT活性呈现出下降的趋势，相对于CK分别下降了26.86%和31.27%，前者差异不显著，后者差异在0.05水平显著，而东南景天的CAT活性呈现出先上升后下降的趋势，峰值相对于CK上升60.03%，差异在0.05水平显著。这表明随着模拟酸雨酸性的增强，植物通过提高抗氧化酶的活性及时清除体内产生的活性氧，从而增强对逆境的适应能力。

从生理生化指标测定及隶属函数的综合评价来看，除垂盆草和佛甲草适宜在酸雨环境下生长，适宜运用于长期粗放管理的屋顶绿化，而凹叶景天和东南景天则不适宜运用于酸雨严重的城市的屋顶绿化。当凹叶景天和东南景天应用在粗放型管理的屋顶时，如果遇到长期pH低于4.5的酸雨，那么应及时进行遮盖保护，以免灾情加重，影响植物的抗酸性恢复、景观效果。特别是酸雨重灾区，在选择屋顶绿化植物时，应选择抗酸性强的物种，以便于进行长期粗放管理。

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