二氧化硫污染對植物影響的研究進展
一、 前言
環(huan)境(jing)問題(ti)(ti)(ti)一(yi)(yi)直是(shi)人們關心的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)(ti)，而(er)保(bao)護(hu)環(huan)境(jing)防止大(da)氣污(wu)(wu)染是(shi)環(huan)境(jing)問題(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個重(zhong)要(yao)課題(ti)(ti)(ti)。大(da)氣污(wu)(wu)染的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)污(wu)(wu)染物之一(yi)(yi)是(shi)S02氣體，燃煤、燃油、有(you)色金屬冶煉及硫燃燒等都會排出大(da)量的(de)(de)(de)SO2，近年來(lai)我國二氧化硫排放總量每年在3000萬(wan)噸(dun)左右(you)，空(kong)氣污(wu)(wu)染對(dui)農田(tian)、莊稼、植物以及人體健康造(zao)成了(le)影響，經(jing)專家測算，每排放一(yi)(yi)噸(dun)二氧化硫造(zao)成的(de)(de)(de)經(jing)濟損失約為(wei)2萬(wan)元(yuan)人民幣。
SO2是(shi)一種(zhong)有(you)刺激性氣(qi)(qi)味的無色酸(suan)(suan)性氣(qi)(qi)體，易溶于水(shui)，生(sheng)(sheng)成(cheng)亞硫酸(suan)(suan)，S02接觸(chu)植物葉片(pian)時(shi)，從氣(qi)(qi)孔擴(kuo)散至葉肉組織，進入細胞后和水(shui)發生(sheng)(sheng)反應(ying)，形(xing)成(cheng)亞硫酸(suan)(suan)和亞硫酸(suan)(suan)根離(li)子，從而對(dui)葉肉組織造成(cheng)破壞，葉片(pian)水(shui)分(fen)減(jian)少，葉綠素(su)a與葉綠素(su)b比值(zhi)變小，糖類和氨(an)基酸(suan)(suan)減(jian)少，葉片(pian)失綠，葉面出現黃(huang)褐色、土(tu)黃(huang)、淺(qian)黃(huang)色等傷(shang)斑，嚴重(zhong)時(shi)細胞發生(sheng)(sheng)質(zhi)壁分(fen)離(li)。葉片(pian)逐漸枯焦。時(shi)間(jian)一長使植物死亡。工業上(shang)規定，空氣(qi)(qi)中(zhong)SO2含(han)量(liang)(liang)不得超(chao)過0.02mg／L，SO2氣(qi)(qi)體在(zai)空氣(qi)(qi)中(zhong)含(han)量(liang)(liang)過多(duo)，易形(xing)成(cheng)酸(suan)(suan)雨(yu)，酸(suan)(suan)雨(yu)會損壞森林植被，對(dui)自然生(sheng)(sheng)態系統(tong)會造成(cheng)嚴重(zhong)的危害。
二、研究進展分析
當(dang)前SO2污染對植物影響研究主要集(ji)中在以下幾(ji)個方面。
1. 對植物具體部(bu)位的影響研究
我國早期的(de)(de)(de)研究方(fang)(fang)法主要是野外(wai)觀察和(he)(he)田間(jian)調查。因(yin)此當時主要進行癥(zheng)狀學的(de)(de)(de)研究。此外(wai)，還觀察到SO2污染引起作物(wu)產量和(he)(he)生長的(de)(de)(de)下(xia)降。近20年來，采用(yong)熏氣裝置(zhi)和(he)(he)先(xian)進的(de)(de)(de)分析(xi)技術，SO2對植物(wu)的(de)(de)(de)毒害(hai)作用(yong)的(de)(de)(de)研究獲得了長足的(de)(de)(de)發展，在傷害(hai)癥(zheng)狀、傷害(hai)閣(ge)值、對超微結(jie)構、生長發育(yu)和(he)(he)生理生化指標的(de)(de)(de)影響以及傷害(hai)機理等(deng)方(fang)(fang)面(mian)取得較為一致的(de)(de)(de)意見。
在儀慧蘭的(de)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)硫對大(da)(da)麥(mai)(mai)幼(you)(you)苗(miao)(miao)的(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)損(sun)傷(shang)(shang)研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)，以大(da)(da)麥(mai)(mai)為材料(liao)，研(yan)(yan)究(jiu)SO2水(shui)合物(wu)(wu)NaHSO3．Na2SO3混合液(ye)(1：3，mmol•L-1；mmol•L-1)對大(da)(da)麥(mai)(mai)幼(you)(you)苗(miao)(miao)的(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)損(sun)傷(shang)(shang)效(xiao)(xiao)應(ying)。結果表(biao)明，大(da)(da)麥(mai)(mai)幼(you)(you)苗(miao)(miao)的(de)牛長(chang)受SO2水(shui)合物(wu)(wu)濃度和作(zuo)用(yong)時(shi)間的(de)影響，低(di)(di)濃度促進(jin)幼(you)(you)苗(miao)(miao)牛長(chang)，高(gao)濃度抑制生長(chang)，抑制效(xiao)(xiao)應(ying)隨(sui)作(zuo)用(yong)時(shi)間的(de)延長(chang)而增(zeng)(zeng)強；在脅迫6d后，大(da)(da)麥(mai)(mai)葉組織中(zhong)的(de)超氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)歧化(hua)(hua)酶(SOD)和符胱甘肽過(guo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)酶(GSH-Px)活(huo)性(xing)增(zeng)(zeng)高(gao)，還原型谷(gu)胱甘肽(GSH)含(han)量I二升。加入外源抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)劑抗(kang)壞(huai)血酸(AsA)后，SO2水(shui)合物(wu)(wu)對大(da)(da)麥(mai)(mai)幼(you)(you)苗(miao)(miao)生長(chang)的(de)抑制效(xiao)(xiao)應(ying)得(de)到(dao)緩解，膜脂(zhi)過(guo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)產物(wu)(wu)丙(bing)二醛(MDA)含(han)量降低(di)(di)。研(yan)(yan)究(jiu)結果表(biao)明：SO2水(shui)合物(wu)(wu)處理能(neng)引起大(da)(da)麥(mai)(mai)幼(you)(you)苗(miao)(miao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)脅迫，誘導抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)酶表(biao)達增(zeng)(zeng)強、活(huo)性(xing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)清(qing)除能(neng)力提高(gao)，但活(huo)性(xing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)增(zeng)(zeng)加又會引起細(xi)胞(bao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)損(sun)傷(shang)(shang)，SO2對植物(wu)(wu)的(de)傷(shang)(shang)害與其對細(xi)胞(bao)的(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)損(sun)傷(shang)(shang)有關[1]。
2. 不同植物對(dui)SO2污染的外(wai)在反(fan)應
二(er)氧(yang)(yang)化硫污染可使(shi)農作(zuo)物(wu)芽、葉(xie)呈現傷斑，直接影(ying)響(xiang)葉(xie)片的(de)(de)光合作(zuo)用，從而(er)抑制(zhi)生長發育(yu)。長期排放二(er)氧(yang)(yang)化硫形(xing)成(cheng)的(de)(de)酸(suan)雨可使(shi)土壤酸(suan)化，使(shi)土壤中有機物(wu)的(de)(de)分解和氮的(de)(de)固定(ding)受(shou)到(dao)抑制(zhi)，與土壤顆粒結合的(de)(de)鈣、鎂、鉀(jia)等營養(yang)元素受(shou)到(dao)強化淋溶，從而(er)使(shi)土壤貧瘠化。上述情形(xing)均會(hui)使(shi)農作(zuo)物(wu)產量(liang)降低[2]。
二(er)氧(yang)化硫污染，植(zhi)物的(de)可(ke)(ke)見(jian)傷(shang)(shang)害(hai)首(shou)先表現在葉片(pian)(pian)上。可(ke)(ke)見(jian)癥狀主(zhu)要表現在各種植(zhi)物葉片(pian)(pian)的(de)葉脈間的(de)傷(shang)(shang)斑(ban)(ban)(ban)，傷(shang)(shang)斑(ban)(ban)(ban)由漂白引起失綠，逐漸呈(cheng)棕(zong)色壞死。產生(sheng)傷(shang)(shang)斑(ban)(ban)(ban)的(de)葉片(pian)(pian)，首(shou)先是(shi)功能葉片(pian)(pian)。危害(hai)較(jiao)重時(shi)，則其(qi)他葉片(pian)(pian)也出(chu)現傷(shang)(shang)斑(ban)(ban)(ban)。傷(shang)(shang)斑(ban)(ban)(ban)一般在氣孔周(zhou)圍形成(cheng)，形狀有點(dian)狀、塊狀及線條狀等。受傷(shang)(shang)害(hai)的(de)壞死斑(ban)(ban)(ban)葉片(pian)(pian)正反兩面均可(ke)(ke)出(chu)現[3]。
受二(er)氧(yang)化硫危害后，水稻谷(gu)粒小、秕粒多，谷(gu)殼(ke)色澤變淡，或(huo)變漂(piao)白(bai)；白(bai)菜(cai)、菠(bo)菜(cai)、油(you)麥菜(cai)出現(xian)灰(hui)白(bai)斑(ban)或(huo)黃白(bai)斑(ban)；韭菜(cai)、油(you)菜(cai)、豌豆(dou)葉(xie)出現(xian)淡黃色或(huo)黃漿色斑(ban)塊。
3. 不同(tong)濃度下植物對(dui)SO2污染的反應
在李利紅的(de)文章(zhang)二氧化(hua)(hua)硫暴(bao)露(lu)對擬(ni)(ni)南芥(jie)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)形(xing)態(tai)和(he)(he)生(sheng)理生(sheng)化(hua)(hua)指(zhi)標的(de)影響中，通(tong)過(guo)采用室內培養及密閉箱(xiang)靜態(tai)熏氣方(fang)法(fa)，研(yan)究了不同濃(nong)度s0：暴(bao)露(lu)對擬(ni)(ni)南芥(jie)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)形(xing)態(tai)和(he)(he)生(sheng)理生(sheng)化(hua)(hua)指(zhi)標的(de)影響。結(jie)果顯(xian)示，擬(ni)(ni)南芥(jie)暴(bao)露(lu)于SO214d后(hou)，葉(xie)(xie)面氣孔(kong)開度變(bian)小(xiao)。濃(nong)度10mg•m-3組(zu)(zu)促進植(zhi)株(zhu)生(sheng)長(chang)發育(yu)，SOD和(he)(he)CAT活(huo)性(xing)無明(ming)顯(xian)改變(bian)，30mg•m-3組(zu)(zu)3種酶(mei)活(huo)性(xing)呈誘導性(xing)增(zeng)(zeng)高，其(qi)中POD增(zeng)(zeng)幅最大，SO2濃(nong)度90mg•m-3時，CAT活(huo)性(xing)被抑制，二醛(MDA)含量(liang)增(zeng)(zeng)加，株(zhu)高、葉(xie)(xie)片(pian)(pian)數和(he)(he)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)面積(ji)顯(xian)著降低，可(ke)溶性(xing)蛋白含量(liang)減少(shao)，葉(xie)(xie)片(pian)(pian)出現明(ming)顯(xian)可(ke)見(jian)傷害。研(yan)究結(jie)果表明(ming)，在低濃(nong)度條件下，擬(ni)(ni)南芥(jie)能夠通(tong)過(guo)調(diao)節氣孔(kong)開放(fang)、細(xi)胞抗氧化(hua)(hua)酶(mei)活(huo)性(xing)等使植(zhi)株(zhu)適應SO2脅迫，但是高濃(nong)度
4. 研(yan)究采(cai)取(qu)的技術手(shou)段(duan)進(jin)展
傳(chuan)統的(de)(de)試驗方法一般(ban)是比較簡單的(de)(de)。例如(ru)在(zai)(zai)密閉的(de)(de)廣(guang)口瓶中(zhong)通過燃燒硫份來觀察(cha)其中(zhong)葉(xie)片顏色或(huo)狀態的(de)(de)變化(hua)。隨著科學技(ji)術(shu)手(shou)段(duan)的(de)(de)提(ti)高(gao)，目前(qian)對植物(wu)影(ying)響研究這(zhe)一塊有了更(geng)新(xin)的(de)(de)技(ji)術(shu)，能夠客觀真(zhen)實的(de)(de)反應植物(wu)在(zai)(zai)受到二(er)氧(yang)化(hua)硫污染影(ying)響的(de)(de)各項(xiang)生理指標。其中(zhong)有以下幾(ji)種常(chang)見的(de)(de)測試指標方法。
葉(xie)綠素熒(ying)光(guang)(guang)參數Fv／Fm(光(guang)(guang)系(xi)統(tong)Ⅱ最(zui)(zui)大(da)光(guang)(guang)化學(xue)效(xiao)(xiao)率)和(he)(he)∅psⅡ。(通過光(guang)(guang)系(xi)統(tong)II線性電子(zi)傳(chuan)遞的量子(zi)效(xiao)(xiao)率)由便攜(xie)式熒(ying)光(guang)(guang)測(ce)定(ding)儀(yi)(PAM-2100，Germany)測(ce)定(ding)和(he)(he)計算。測(ce)定(ding)前將植物(wu)離體葉(xie)片暗(an)適應30min。其中(zhong)，Fv／Fm=(Fm-Fo)/Fm，∅psⅡ=1-Fs/Fm。這里，Fm和(he)(he)Fo分別代表(biao)暗(an)適應后的最(zui)(zui)大(da)和(he)(he)初始熒(ying)光(guang)(guang)，Fm代表(biao)光(guang)(guang)適應后的最(zui)(zui)大(da)熒(ying)光(guang)(guang)，Fs是(shi)穩態熒(ying)光(guang)(guang)[5]。
使用便(bian)攜(xie)式(shi)熒光(guang)測(ce)定儀(yi)測(ce)量快(kuai)速光(guang)強(qiang)響應(ying)曲(qu)線。相對電子(zi)傳遞(di)速率的計算公式(shi)為：rETR=∅psⅡ×PAR×0.5×0．84。其(qi)中(zhong)，PAR代表不(bu)同(tong)的光(guang)化光(guang)強(qiang)度(du)(μmolm-2s-1)。光(guang)化光(guang)強(qiang)系列(lie)包(bao)括99，104，170，260，395，588，809，1181，1821μmolm-2s-1)，在其(qi)照(zhao)射10s后分別測(ce)量葉片的rETR值(zhi)并自動記錄，繪制成快(kuai)速光(guang)響應(ying)曲(qu)線[6]。
以(yi)80％的丙酮浸提葉(xie)圓片(pian)，用紫外分光光度計(UV-3802，Unico)于663、645和440nnl處測(ce)量(liang)(liang)總葉(xie)綠素(su)含(han)量(liang)(liang)、葉(xie)綠素(su)a和b含(han)量(liang)(liang)、類胡蘿卜素(su)總量(liang)(liang)，并計算(suan)葉(xie)綠素(su)a/b、類胡蘿卜素(su)與葉(xie)綠素(su)含(han)量(liang)(liang)的比值[7]。
三、SO2污染對植物影響未來發展趨勢
1. 由宏(hong)觀(guan)向微觀(guan)方向發展
二(er)氧(yang)化硫對植(zhi)物影響的(de)(de)研究將從(cong)宏(hong)觀(guan)的(de)(de)和表觀(guan)的(de)(de)角(jiao)度走向深層次和機(ji)理性(xing)研究。研究表明，S02進入(ru)植(zhi)物體后在細(xi)胞(bao)內首先轉化為HSO3-和SO32-，之后SO32-被氧(yang)化成SO42-，在此氧(yang)化過程(cheng)中產生活性(xing)氧(yang)，如•OH、O2-和H2O2等。研究將向著(zhu)更加廣(guang)闊的(de)(de)未知微觀(guan)角(jiao)度進發，探究細(xi)胞(bao)、酶甚(shen)至是分子(zi)結(jie)構的(de)(de)機(ji)理和原理。
2. 監測植物對SO2污染適應性與(yu)微(wei)進(jin)化的(de)研究(jiu)
環(huan)境污(wu)染(ran)(ran)(ran)雖然(ran)能(neng)使某些(xie)植(zhi)物(wu)種類消失于污(wu)染(ran)(ran)(ran)地帶，但(dan)大多數植(zhi)物(wu)程(cheng)度(du)不同地都具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)抗性(xing)(xing)(xing)，在污(wu)染(ran)(ran)(ran)環(huan)境中程(cheng)度(du)不同地仍能(neng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)繁(fan)衍(yan)。在選種情況下，植(zhi)物(wu)種群已(yi)經(jing)(jing)經(jing)(jing)歷了一(yi)個被選擇和種群重建(jian)過(guo)程(cheng)，此時的(de)(de)種群在生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)理生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)化特性(xing)(xing)(xing)和遺(yi)傳特征等方(fang)面(mian)(mian)已(yi)經(jing)(jing)同原來(lai)的(de)(de)種群發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)了很(hen)(hen)太的(de)(de)改變(bian)，產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)了漸變(bian)群、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態型；時間(jian)較長(chang)時，抗性(xing)(xing)(xing)基因型也(ye)將產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。抗性(xing)(xing)(xing)在一(yi)定程(cheng)度(du)上具(ju)有(you)遺(yi)傳性(xing)(xing)(xing)，從(cong)而可以進行代間(jian)傳遞。很(hen)(hen)長(chang)時間(jian)以來(lai)，人們關注的(de)(de)都是環(huan)境污(wu)染(ran)(ran)(ran)的(de)(de)短期(qi)急性(xing)(xing)(xing)效應和直接的(de)(de)破壞作用(yong)，很(hen)(hen)少(shao)從(cong)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)長(chang)期(qi)適應和進化的(de)(de)角(jiao)度(du)上思考著(zhu)一(yi)問(wen)題。近年來(lai)，西方(fang)國(guo)家的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)者開始關注這一(yi)問(wen)題，但(dan)所積累的(de)(de)資料(liao)也(ye)是報(bao)有(you)限的(de)(de)，對認識這些(xie)問(wen)題尚無一(yi)個全面(mian)(mian)的(de)(de)框(kuang)架[8]。國(guo)內該方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)工作開展很(hen)(hen)少(shao)。抗污(wu)染(ran)(ran)(ran)適應進化的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)為(wei)污(wu)染(ran)(ran)(ran)條(tiao)件(jian)下提高生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產力提供理論保(bao)證，為(wei)污(wu)染(ran)(ran)(ran)條(tiao)件(jian)下物(wu)種多樣性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)保(bao)持提供新的(de)(de)理論依據。因此，今后加強這方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)具(ju)有(you)很(hen)(hen)大的(de)(de)現實意義。
四、結語
二(er)氧化硫污染(ran)對植物(wu)的(de)(de)影響研(yan)(yan)(yan)究(jiu)對于我(wo)(wo)們加(jia)強(qiang)對其污染(ran)途(tu)徑、污染(ran)機理以及污染(ran)產生的(de)(de)危害有了更深一(yi)步(bu)的(de)(de)認(ren)識，這(zhe)對于促進(jin)環境保護具有重要的(de)(de)意義，希望廣大的(de)(de)科技工作者能進(jin)一(yi)步(bu)推動我(wo)(wo)國(guo)在(zai)這(zhe)一(yi)方面研(yan)(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)進(jin)步(bu)，促進(jin)整體研(yan)(yan)(yan)究(jiu)水平的(de)(de)提升(sheng)。
參考文獻
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