臭氧熏气对13种乡土树种质膜透性的影响

郭成龙，姜 杰

(云南省林业调查规划院大理分院，云南 大理 671000)

1 引言

臭氧(O3)是一种具有特殊臭味的微量无色气体，主要存在距地球表面 20 km 的同温层下部，臭氧浓度往往随纬度、季节和天气等因素的变化而不同，它能吸收紫外线，起到保护地球生物的作用，是地球的保护伞[1，2]。自20世纪30年代以来，氟氯昂制冷剂的广泛使用，化石燃料大量燃烧和含氮化肥的大量使用，造成地表臭氧浓度迅速上升，然而大气中过量的臭氧则会对人们的生活造成一定危害，对植物生理活动、新陈代谢的抑制也给农业生产带来了巨大的损失。有研究表明，臭氧层的变化，会影响生物的生理生化发生变化，如阻碍生长、减弱光合、改变代谢途径、引发防御机制、影响膜系统等[3，4]。目前有关臭氧对植物的胁迫研究较多见于农作物[5～10]，而涉及林木的较少[2,11～13]。乡土树种是生态系统中稳定的生物群落，其对所生长的环境有最强的适应性，经过自然的进化与演替，乡土树种已完全适应了本地的立地条件。随着城市化进程的加快，人们生活水平不断提升，乡土植物在园林绿化中得到应用，对我国园林绿化工程的多样化发展发挥了重要作用[14]。本试验通过控制臭氧浓度，对各熏气树种质膜透性进行测定，评价13种乡土树种的抗臭氧污染能力，以期筛选出适合当地城市绿化树种。

2 材料与方法

2.1 试验地点及对象

试验地点位于广州市天河区华南农业大学跃进北苗圃。试验树种有糖胶树(Alstoniascholaris)、麻楝(Chukrasiatabularis)、鸭脚木(Scheffleraoctophylla)、幌伞枫(Heteropanaxfragrans)、杨梅(Myricarubra)、坡垒(Hopeahainanensis)、竹柏(Podocarpusnagi)、岭南山竹子(Garciniaoblongifolia)、芒果(MangiferaindicaLinn)、鱼尾葵(Caryotamaxima)、降香黄檀(Dalbergiaodorifera)、桂花(Osmanthusfragrans)、大花第伦桃(Dilleniaturbinata)等13个乡土树种。

2.2 试验方法

采用模拟自然动态熏气室进行，臭氧由中山市聪明人环保科技有限公司生产的YIDAB-8D+型号臭氧发生器产生，并采用美国ECO公司生产的Z-1200便携式臭氧检测仪对熏气室中臭氧浓度进行定时监控。

设置了2个臭氧浓度梯度：E200和对照(CK)。每个树种各放置3盆，每天熏气7 h，连续3 d，1 h测定1次O3浓度，监测气室内O3浓度是否保持稳定。第4 d上午10:30剪取新鲜叶片采样带回试验室，将叶片用蒸馏水洗净擦干后，测定叶片的质膜透性指标。应用模糊隶属函数法[15,16]对参试树种材料抗臭氧污染指标进行综合评价。首先，对各指标抗逆系数进行计算：指标抗逆系数(Xi)=处理组指标平均值/对照组指标平均值，然后，通过隶属函数计算公式对各指标抗逆系数进行定量转换，再将各指标隶属函数值取平均，对抗臭氧污染情况进行综合评价。隶属函数计算公式：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

式(1)中，U(Xi)为隶属函数值；Xi为某树种某指标的抗逆系数；Xmax和Xmin为13个树种中某一指标内抗逆系数中的最大值与最小值。如某一测定指标与综合评判结果为负相关，则应使用反隶属函数对其进行定量转换。反隶属函数计算公式：

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

3 结果与分析

3.1 臭氧熏气对13个树种质膜透性的影响

对13个乡土树种进行了臭氧胁迫试验，由图1可知，在200 μg/mL浓度臭氧环境中，不同乡土树种间质膜透性存在一定程度的差异，13个乡土树种质膜透性从大到小顺序依次为：芒果、坡垒、岭南山竹子、幌伞枫、竹柏、麻楝、糖胶树、桂花、降香黄檀、鱼尾葵、鸭脚木、大花第伦桃、杨梅。其质膜透性值均比对照组高，糖胶树、麻楝、幌伞枫、坡垒、芒果、鱼尾葵、大花第伦桃等树种两个处理之间质膜透性值变化较大，其中麻楝、幌伞枫和大花第伦桃的升幅最大，分别为42%、30%和37%；而鸭脚木、岭南山竹子、降香黄檀等树种不同处理之间的质膜透性值变化较小，其变幅分别为16%、16%、18%；杨梅、竹柏和桂花3个树种处理之间的差值最小，升幅为7%、9%和1%。

图1 200 μg/mL臭氧环境下13种乡土树种质膜透性的变化

3.2 综合性评价

对13个乡土树种的指标进行了模糊隶属函数法分析，结果表明：大花第伦桃、坡垒、鸭脚木抗臭氧性最强；杨梅、麻楝、鱼尾葵、幌伞枫、糖胶树、桂花，竹柏、岭南山竹子的抗臭氧性中等；抗臭性最弱的是降香黄檀和芒果。其结果如表1。

表1 13个乡土树种指标隶属函数值

4 结论与讨论

在200 μg/mL臭氧环境胁迫下，各参试树种质膜透性值比对照组要高，但不同树种质膜透性值增幅变化存在个体差异，麻楝、幌伞枫和大花第伦桃的升幅最大，分别为42%、30%和37%；杨梅、竹柏和桂花3个树种处理之间的差值最小，升幅为7%、9%和1%。这说明臭氧使植物细胞膜结构受到伤害，选择透性机能受损，质膜透性增大，不同树种对臭氧的抗性和适应性不同。通过对13个乡土树种的指标进行模糊隶属函数法分析，结果表明：大花第伦桃、坡垒、鸭脚木抗臭氧性最强；杨梅、麻楝、鱼尾葵、幌伞枫、糖胶树、桂花，竹柏、岭南山竹子的抗臭氧性中等；抗臭性最弱的是降香黄檀和芒果。

植物质膜透性的大小能反映植物细胞膜受伤害的程度，其数值越大则表示质膜受伤害程度越大，因此，外渗电导率的变化情况可反映质膜的伤害程度与试验材料抗逆性的大小。臭氧对植物胁迫的机理主要表现在臭氧在植物体内积累，并经反应形成一系列的活性氧自由基，从而达到对植物细胞的氧毒破坏，对植物生理生化的影响主要表现在影响了细胞质膜选择透过性，使其内活性物质流失，并抑制植物的光合及呼吸作用，破坏或抑制生长调节物吲哚乙酸活性。