二氧化硫污染對(duì)植物影響的研究進(jìn)展
一、 前言
環(huán)境問題一直是人們關(guān)心的問題，而保護(hù)環(huán)境防止大氣污染是環(huán)境問題中的一個(gè)重要課題。大氣污染的重要污染物之一是S02氣體，燃煤、燃油、有色金屬冶煉及硫燃燒等都會(huì)排出大量的SO2，近年來我國二氧化硫排放總量每年在3000萬噸左右，空氣污染對(duì)農(nóng)田、莊稼、植物以及人體健康造成了影響，經(jīng)專家測(cè)算，每排放一噸二氧化硫造成的經(jīng)濟(jì)損失約為2萬元人民幣。
SO2是一種有刺激性氣味的無色酸性氣體，易溶于水，生成亞硫酸，S02接觸植物葉片時(shí)，從氣孔擴(kuò)散至葉肉組織，進(jìn)入細(xì)胞后和水發(fā)生反應(yīng)，形成亞硫酸和亞硫酸根離子，從而對(duì)葉肉組織造成破壞，葉片水分減少，葉綠素a與葉綠素b比值變小，糖類和氨基酸減少，葉片失綠，葉面出現(xiàn)黃褐色、土黃、淺黃色等傷斑，嚴(yán)重時(shí)細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。葉片逐漸枯焦。時(shí)間一長使植物死亡。工業(yè)上規(guī)定，空氣中SO2含量不得超過0.02mg／L，SO2氣體在空氣中含量過多，易形成酸雨，酸雨會(huì)損壞森林植被，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)會(huì)造成嚴(yán)重的危害。
二、研究進(jìn)展分析
當(dāng)前SO2污染對(duì)植物影響研究主要集中在以下幾個(gè)方面。
1. 對(duì)植物具體部位的影響研究
我國早期的研究方法主要是野外觀察和田間調(diào)查。因此當(dāng)時(shí)主要進(jìn)行癥狀學(xué)的研究。此外，還觀察到SO2污染引起作物產(chǎn)量和生長的下降。近20年來，采用熏氣裝置和先進(jìn)的分析技術(shù)，SO2對(duì)植物的毒害作用的研究獲得了長足的發(fā)展，在傷害癥狀、傷害閣值、對(duì)超微結(jié)構(gòu)、生長發(fā)育和生理生化指標(biāo)的影響以及傷害機(jī)理等方面取得較為一致的意見。
在儀慧蘭的二氧化硫?qū)Υ篼溣酌绲难趸瘬p傷研究中，以大麥為材料，研究SO2水合物NaHSO3．Na2SO3混合液(1：3，mmol•L-1；mmol•L-1)對(duì)大麥幼苗的氧化損傷效應(yīng)。結(jié)果表明，大麥幼苗的牛長受SO2水合物濃度和作用時(shí)間的影響，低濃度促進(jìn)幼苗牛長，高濃度抑制生長，抑制效應(yīng)隨作用時(shí)間的延長而增強(qiáng)；在脅迫6d后，大麥葉組織中的超氧化物歧化酶(SOD)和符胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性增高，還原型谷胱甘肽(GSH)含量I二升。加入外源抗氧化劑抗壞血酸(AsA)后，SO2水合物對(duì)大麥幼苗生長的抑制效應(yīng)得到緩解，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量降低。研究結(jié)果表明：SO2水合物處理能引起大麥幼苗氧化脅迫，誘導(dǎo)抗氧化酶表達(dá)增強(qiáng)、活性氧清除能力提高，但活性氧的增加又會(huì)引起細(xì)胞氧化損傷，SO2對(duì)植物的傷害與其對(duì)細(xì)胞的氧化損傷有關(guān)[1]。
2. 不同植物對(duì)SO2污染的外在反應(yīng)
二氧化硫污染可使農(nóng)作物芽、葉呈現(xiàn)傷斑，直接影響葉片的光合作用，從而抑制生長發(fā)育。長期排放二氧化硫形成的酸雨可使土壤酸化，使土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定受到抑制，與土壤顆粒結(jié)合的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素受到強(qiáng)化淋溶，從而使土壤貧瘠化。上述情形均會(huì)使農(nóng)作物產(chǎn)量降低[2]。
二氧化硫污染，植物的可見傷害首先表現(xiàn)在葉片上。可見癥狀主要表現(xiàn)在各種植物葉片的葉脈間的傷斑，傷斑由漂白引起失綠，逐漸呈棕色壞死。產(chǎn)生傷斑的葉片，首先是功能葉片。危害較重時(shí)，則其他葉片也出現(xiàn)傷斑。傷斑一般在氣孔周圍形成，形狀有點(diǎn)狀、塊狀及線條狀等。受傷害的壞死斑葉片正反兩面均可出現(xiàn)[3]。
受二氧化硫危害后，水稻谷粒小、秕粒多，谷殼色澤變淡，或變漂白；白菜、菠菜、油麥菜出現(xiàn)灰白斑或黃白斑；韭菜、油菜、豌豆葉出現(xiàn)淡黃色或黃漿色斑塊。
3. 不同濃度下植物對(duì)SO2污染的反應(yīng)
在李利紅的文章二氧化硫暴露對(duì)擬南芥葉片形態(tài)和生理生化指標(biāo)的影響中，通過采用室內(nèi)培養(yǎng)及密閉箱靜態(tài)熏氣方法，研究了不同濃度s0：暴露對(duì)擬南芥葉片形態(tài)和生理生化指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示，擬南芥暴露于SO214d后，葉面氣孔開度變小。濃度10mg•m-3組促進(jìn)植株生長發(fā)育，SOD和CAT活性無明顯改變，30mg•m-3組3種酶活性呈誘導(dǎo)性增高，其中POD增幅最大，SO2濃度90mg•m-3時(shí)，CAT活性被抑制，二醛(MDA)含量增加，株高、葉片數(shù)和葉片面積顯著降低，可溶性蛋白含量減少，葉片出現(xiàn)明顯可見傷害。研究結(jié)果表明，在低濃度條件下，擬南芥能夠通過調(diào)節(jié)氣孔開放、細(xì)胞抗氧化酶活性等使植株適應(yīng)SO2脅迫，但是高濃度
4. 研究采取的技術(shù)手段進(jìn)展
傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法一般是比較簡單的。例如在密閉的廣口瓶中通過燃燒硫份來觀察其中葉片顏色或狀態(tài)的變化。隨著科學(xué)技術(shù)手段的提高，目前對(duì)植物影響研究這一塊有了更新的技術(shù)，能夠客觀真實(shí)的反應(yīng)植物在受到二氧化硫污染影響的各項(xiàng)生理指標(biāo)。其中有以下幾種常見的測(cè)試指標(biāo)方法。
葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv／Fm(光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率)和∅psⅡ。(通過光系統(tǒng)II線性電子傳遞的量子效率)由便攜式熒光測(cè)定儀(PAM-2100，Germany)測(cè)定和計(jì)算。測(cè)定前將植物離體葉片暗適應(yīng)30min。其中，F(xiàn)v／Fm=(Fm-Fo)/Fm，∅psⅡ=1-Fs/Fm。這里，F(xiàn)m和Fo分別代表暗適應(yīng)后的最大和初始熒光，F(xiàn)m代表光適應(yīng)后的最大熒光，F(xiàn)s是穩(wěn)態(tài)熒光[5]。
使用便攜式熒光測(cè)定儀測(cè)量快速光強(qiáng)響應(yīng)曲線。相對(duì)電子傳遞速率的計(jì)算公式為：rETR=∅psⅡ×PAR×0.5×0．84。其中，PAR代表不同的光化光強(qiáng)度(μmolm-2s-1)。光化光強(qiáng)系列包括99，104，170，260，395，588，809，1181，1821μmolm-2s-1)，在其照射10s后分別測(cè)量葉片的rETR值并自動(dòng)記錄，繪制成快速光響應(yīng)曲線[6]。
以80％的丙酮浸提葉圓片，用紫外分光光度計(jì)(UV-3802，Unico)于663、645和440nnl處測(cè)量總?cè)~綠素含量、葉綠素a和b含量、類胡蘿卜素總量，并計(jì)算葉綠素a/b、類胡蘿卜素與葉綠素含量的比值[7]。
三、SO2污染對(duì)植物影響未來發(fā)展趨勢(shì)
1. 由宏觀向微觀方向發(fā)展
二氧化硫?qū)χ参镉绊懙难芯繉暮暧^的和表觀的角度走向深層次和機(jī)理性研究。研究表明，S02進(jìn)入植物體后在細(xì)胞內(nèi)首先轉(zhuǎn)化為HSO3-和SO32-，之后SO32-被氧化成SO42-，在此氧化過程中產(chǎn)生活性氧，如•OH、O2-和H2O2等。研究將向著更加廣闊的未知微觀角度進(jìn)發(fā)，探究細(xì)胞、酶甚至是分子結(jié)構(gòu)的機(jī)理和原理。
2. 監(jiān)測(cè)植物對(duì)SO2污染適應(yīng)性與微進(jìn)化的研究
環(huán)境污染雖然能使某些植物種類消失于污染地帶，但大多數(shù)植物程度不同地都具有一定的抗性，在污染環(huán)境中程度不同地仍能生長繁衍。在選種情況下，植物種群已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)被選擇和種群重建過程，此時(shí)的種群在生理生化特性和遺傳特征等方面已經(jīng)同原來的種群發(fā)生了很太的改變，產(chǎn)生了漸變?nèi)骸⑸鷳B(tài)型；時(shí)間較長時(shí)，抗性基因型也將產(chǎn)生。抗性在一定程度上具有遺傳性，從而可以進(jìn)行代間傳遞。很長時(shí)間以來，人們關(guān)注的都是環(huán)境污染的短期急性效應(yīng)和直接的破壞作用，很少從生物的長期適應(yīng)和進(jìn)化的角度上思考著一問題。近年來，西方國家的研究者開始關(guān)注這一問題，但所積累的資料也是報(bào)有限的，對(duì)認(rèn)識(shí)這些問題尚無一個(gè)全面的框架[8]。國內(nèi)該方面的研究工作開展很少。抗污染適應(yīng)進(jìn)化的研究為污染條件下提高生物生產(chǎn)力提供理論保證，為污染條件下物種多樣性的保持提供新的理論依據(jù)。因此，今后加強(qiáng)這方面的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
四、結(jié)語
二氧化硫污染對(duì)植物的影響研究對(duì)于我們加強(qiáng)對(duì)其污染途徑、污染機(jī)理以及污染產(chǎn)生的危害有了更深一步的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于促進(jìn)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義，希望廣大的科技工作者能進(jìn)一步推動(dòng)我國在這一方面研究的進(jìn)步，促進(jìn)整體研究水平的提升。
參考文獻(xiàn)
[I]陳小琳．上海市大氣二氧化硫污染與常見呼吸道慢性疾病的關(guān)系[J1．中國慢性病預(yù)防與控制，1994，9(2)：259—287．
[2]鄭淑穎．二氧化硫污染對(duì)植物影響研究進(jìn)展[J]．生態(tài)科學(xué)，2000，19(1)：60—64．
[3]賈健，闞海東，陳秉衡，等．上海市閘北區(qū)大氣污染與死亡率的病例交叉研究[J]．環(huán)境與健康雜志，2005(3)：279—282．
[4]安愛萍郭琳芳董蕙青．我國大氣污染及氣象因素對(duì)人體健康影響的研究進(jìn)展[J]．環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2000，19(1)：60—64．
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
