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            二氧化硫污染對植物影響的研究進展

            來源:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 作者:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 發布時間:2012-01-03 查看次數:1302

            一、 前言

            環境問題一直是人們關心的問題,而保護環境防止大氣污染是環境問題中的一個重要課題。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,空氣污染對農田、莊稼、植物以及人體健康造成了影響,經專家測算,每排放一噸二氧化硫造成的經濟損失約為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,從氣孔擴散至葉肉組織,進入細胞后和水發生反應,形成亞硫酸和亞硫酸根離子,從而對葉肉組織造成破壞,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,葉面出現黃褐色、土黃、淺黃色等傷斑,嚴重時細胞發生質壁分離。葉片逐漸枯焦。時間一長使植物死亡。工業上規定,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,酸雨會損壞森林植被,對自然生態系統會造成嚴重的危害。

            二、研究進展分析

            當前SO2污染對植物影響研究主要集中在以下幾個方面。

            1. 對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查。因此當時主要進行癥狀學的研究。此外,還觀察到SO2污染引起作物產量和生長的下降。近20年來,采用熏氣裝置和先進的分析技術,SO2對植物的毒害作用的研究獲得了長足的發展,在傷害癥狀、傷害閣值、對超微結構、生長發育和生理生化指標的影響以及傷害機理等方面取得較為一致的意見。

            在儀慧蘭的二氧化硫對大麥幼苗的氧化損傷研究中,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)對大麥幼苗的氧化損傷效應。結果表明,大麥幼苗的牛長受SO2水合物濃度和作用時間的影響,低濃度促進幼苗牛長,高濃度抑制生長,抑制效應隨作用時間的延長而增強;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水合物對大麥幼苗生長的抑制效應得到緩解,膜脂過氧化產物丙二醛(MDA)含量降低。研究結果表明:SO2水合物處理能引起大麥幼苗氧化脅迫,誘導抗氧化酶表達增強、活性氧清除能力提高,但活性氧的增加又會引起細胞氧化損傷,SO2對植物的傷害與其對細胞的氧化損傷有關[1]。

            2. 不同植物對SO2污染的外在反應

            二氧化硫污染可使農作物芽、葉呈現傷斑,直接影響葉片的光合作用,從而抑制生長發育。長期排放二氧化硫形成的酸雨可使土壤酸化,使土壤中有機物的分解和氮的固定受到抑制,與土壤顆粒結合的鈣、鎂、鉀等營養元素受到強化淋溶,從而使土壤貧瘠化。上述情形均會使農作物產量降低[2]。

            二氧化硫污染,植物的可見傷害首先表現在葉片上?梢姲Y狀主要表現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。產生傷斑的葉片,首先是功能葉片。危害較重時,則其他葉片也出現傷斑。傷斑一般在氣孔周圍形成,形狀有點狀、塊狀及線條狀等。受傷害的壞死斑葉片正反兩面均可出現[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、油麥菜出現灰白斑或黃白斑;韭菜、油菜、豌豆葉出現淡黃色或黃漿色斑塊。

            3. 不同濃度下植物對SO2污染的反應

            在李利紅的文章二氧化硫暴露對擬南芥葉片形態和生理生化指標的影響中,通過采用室內培養及密閉箱靜態熏氣方法,研究了不同濃度s0:暴露對擬南芥葉片形態和生理生化指標的影響。結果顯示,擬南芥暴露于SO214d后,葉面氣孔開度變小。濃度10mg•m-3組促進植株生長發育,SOD和CAT活性無明顯改變,30mg•m-3組3種酶活性呈誘導性增高,其中POD增幅最大,SO2濃度90mg•m-3時,CAT活性被抑制,二醛(MDA)含量增加,株高、葉片數和葉片面積顯著降低,可溶性蛋白含量減少,葉片出現明顯可見傷害。研究結果表明,在低濃度條件下,擬南芥能夠通過調節氣孔開放、細胞抗氧化酶活性等使植株適應SO2脅迫,但是高濃度

            4. 研究采取的技術手段進展

            傳統的試驗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的變化。隨著科學技術手段的提高,目前對植物影響研究這一塊有了更新的技術,能夠客觀真實的反應植物在受到二氧化硫污染影響的各項生理指標。其中有以下幾種常見的測試指標方法。

            葉綠素熒光參數Fv/Fm(光系統Ⅱ最大光化學效率)和∅psⅡ。(通過光系統II線性電子傳遞的量子效率)由便攜式熒光測定儀(PAM-2100,Germany)測定和計算。測定前將植物離體葉片暗適應30min。其中,Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,∅psⅡ=1-Fs/Fm。這里,Fm和Fo分別代表暗適應后的最大和初始熒光,Fm代表光適應后的最大熒光,Fs是穩態熒光[5]。

            使用便攜式熒光測定儀測量快速光強響應曲線。相對電子傳遞速率的計算公式為:rETR=∅psⅡ×PAR×0.5×0.84。其中,PAR代表不同的光化光強度(μmolm-2s-1)。光化光強系列包括99,104,170,260,395,588,809,1181,1821μmolm-2s-1),在其照射10s后分別測量葉片的rETR值并自動記錄,繪制成快速光響應曲線[6]。

            以80%的丙酮浸提葉圓片,用紫外分光光度計(UV-3802,Unico)于663、645和440nnl處測量總葉綠素含量、葉綠素a和b含量、類胡蘿卜素總量,并計算葉綠素a/b、類胡蘿卜素與葉綠素含量的比值[7]。

            三、SO2污染對植物影響未來發展趨勢

            1. 由宏觀向微觀方向發展

            二氧化硫對植物影響的研究將從宏觀的和表觀的角度走向深層次和機理性研究。研究表明,S02進入植物體后在細胞內首先轉化為HSO3-和SO32-,之后SO32-被氧化成SO42-,在此氧化過程中產生活性氧,如•OH、O2-和H2O2等。研究將向著更加廣闊的未知微觀角度進發,探究細胞、酶甚至是分子結構的機理和原理。

            2. 監測植物對SO2污染適應性與微進化的研究

            環境污染雖然能使某些植物種類消失于污染地帶,但大多數植物程度不同地都具有一定的抗性,在污染環境中程度不同地仍能生長繁衍。在選種情況下,植物種群已經經歷了一個被選擇和種群重建過程,此時的種群在生理生化特性和遺傳特征等方面已經同原來的種群發生了很太的改變,產生了漸變群、生態型;時間較長時,抗性基因型也將產生?剐栽谝欢ǔ潭壬暇哂羞z傳性,從而可以進行代間傳遞。很長時間以來,人們關注的都是環境污染的短期急性效應和直接的破壞作用,很少從生物的長期適應和進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注這一問題,但所積累的資料也是報有限的,對認識這些問題尚無一個全面的框架[8]。國內該方面的研究工作開展很少?刮廴具m應進化的研究為污染條件下提高生物生產力提供理論保證,為污染條件下物種多樣性的保持提供新的理論依據。因此,今后加強這方面的研究具有很大的現實意義。

            四、結語

            二氧化硫污染對植物的影響研究對于我們加強對其污染途徑、污染機理以及污染產生的危害有了更深一步的認識,這對于促進環境保護具有重要的意義,希望廣大的科技工作者能進一步推動我國在這一方面研究的進步,促進整體研究水平的提升。

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