酸胁迫对冬青叶片叶绿素含量和膜透性的影响

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　　摘要：本文用蒸馏水（CK）作对照，探究酸（pH1.0、pH3.0）胁迫对冬青植物叶片叶绿素（chl）含量和细胞质膜透性的影响。结果表明，酸度与冬青植物叶片叶绿素含量呈负相关，且胁迫时间越长，叶绿素含量越低，不同pH值胁迫只是变幅之间存在差异。而酸度与植物叶片膜透性呈正相关，pH值越低其冬青叶片膜透性越大，且随着酸胁迫时间增长膜透性也增大。
　　关键词：酸胁迫;叶绿素含量;膜透性;冬青
　　中图分类号：S-3
　　文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215009
　　收稿日期：2019-11-28
　　作者简介：罗子渝（1985-），男，助理工程师。研究方向：林业调查规划。
　　酸雨是指大气中的SO2、SO3氮化物与雨雪等作用形成H2SO4、HNO3等并落到地面的含酸成分的雨或雪等，国际规定酸雨为pH<5.6的降水[1]。酸雨这一术语是英国化学家RobertASmith于1872年提出来的，他分析测量了不列颠群岛雨水的化学成分，发现工业区域雨水的酸度比其他非工业区域高[2]。酸雨为全球性的污染源之一，相关报道指出近年来酸雨分布正有以城市为中心向郊区和农村蔓延的趋势，雨水的酸性也相对增强[3]。我国的酸雨降水面积约占国土面积的40%[4，5]，酸雨不仅是我国的重大生态环境问题，目前也已成为世界主要生态环境问题。
　　大气中含硫化合物的种类很多，形成酸雨的主要化合物是硫的2种氧化物SO2和SO3，其与水分子反应形成硫酸盐和亚硫酸盐，从而形成酸雨，许多含硫化合物在大气中经过一系列氧化过程，最终也可以形成硫氧化物[6]。酸雨对陆生和水生生态系统都有较大的不良影响，引起世界各国研究者的重视，并开展了许多相关研究[7，8]。在陆生植物方面，国内相关学者通过对可见的受害症状到受害机制，从个体、种群、群落、生态系统、景观的生理生化指标的研究，揭示出一些规律 [9]，当土壤pH值持续降低时，有毒金属离子（特别是A1离子）活化，释放量增大，毒性增加，对植物根系产生一些负面影响，从而影响植物根系生长等[10]。当植物受到酸雨影响时，细胞膜通透性增大，细胞内电解质外渗，细胞损害越严重，细胞内电解质外渗越多[11]，对植物的伤害越大。叶绿素是植物光合作用过程中吸收光的主要色素，其把捕获的光能转变为化学能，形成植物的有机物[12]，因此，叶绿素含量的高低直接影响植物的生长。研究表明，酸雨能损害叶绿素的形成，减少叶绿素含量[13]。Morrison指出酸雨会造成的植物叶片养分元素的淋溶，尤其是Mg的淋溶会阻碍叶绿素的形成[14]。
　　酸雨中硫酸盐和亚硫酸盐给土壤带来一系列直接影响的同时，进入植物体内后也能产生一系列的变化[15]，从而引发对植物一系列间接影响。其中Al离子活化和自由基链式反应是导致植物伤害的主要因素[16]。酸雨所致的经济损失和对生态平衡及植物本身的严重影响已引起人们的广泛关注。鉴于酸雨影响范围日趋扩大的倾向，已有不少关于酸雨对植物的生长和产量品质及生态效应的影响报道[17]，但尚未见到酸雨对冬青影响的研究报道。
　　冬青（Ilex purpurea Hassk），属冬青科常绿乔木，高达13m;叶片狭长椭圆形或披针形，边缘有浅圆锯齿，干后呈红褐色，有光泽，叶柄有时为暗紫色;树皮灰色或淡灰色，平滑;树冠卵圆形，小枝浅绿色，叶互生，花单生，雌雄异株，花淡紫红色，有香气;核果椭圆形，熟时呈深红色。冬青枝叶茂密，树形整齐，是国家重点保护植物，历来被用作城乡绿化和庭院观赏植物[18]。
　　本试验以冬青为材料，研究酸雨对其叶绿素含量和膜透性的影响，旨在为今后冬青对酸雨的适应性研究和技术推广提供科学依据[19]。
　　1 试验材料和方法
　　1.1 材料和药品
　　采集日出前的冬青叶片，80%丙酮，石英砂，碳酸钙粉，蒸馏水。
　　1.2 实验器材
　　丙酮，研钵，漏斗，电子天平（0.01g感量），剪刀，烧杯，滤纸，量筒，721型分光光度计，25mL棕色容量瓶，玻璃棒，直径7cm定量滤纸，吸水纸，滴管，DDS-11A型导电率仪。
　　1.3 实验处理及方法
　　以化学纯浓度硫酸分别配制成pH1.0、pH3.0不同酸液用以模拟酸雨。试验设pH1.0、pH3.0和蒸馏水（CK）3组处理，每组处理3次重复，分别处理5h、24h。
　　1.4 试验观察和有关指标测定
　　1.4.1 伤害症观察
　　处理后及时观察叶片伤害的可见性症状。
　　1.4.2 细胞膜透性
　　按照常规方法用DDS-11A型导电率仪测定电导率。
　　1.4.3 叶绿素含量
　　用丙酮提取，按Lichtenthaler方法[20]。
　　2 结果分析
　　2.1 酸强度对冬青叶片叶绿素含量的影响
　　随着酸度的下降，冬青叶片叶绿素含量不断下降，脅迫时间越长冬青叶片叶绿素含量越低（见图1），尤其是pH1.0时的酸胁迫会导致冬青叶片叶绿素b含量急剧下降。用不同pH值的酸处理5h后，pH3.0、pH1.0的酸胁迫会使叶片叶绿素a值由CK的7.79mg/L下降到pH1.0的5.39mg/L，降幅为原来的30%;叶绿素b值由2.67mg/L下降到1.48mg/L，降幅为原来的44%;类胡萝卜素的含量也随着pH值的降低而下降。在不同pH值的酸处理24h后，pH3.0、pH1.0的酸胁迫会使叶片叶绿素a值由CK的6.99mg/L下降到pH1.0的4.07mg/L，降幅为原来的42%;叶绿素b值由1.91mg/L下降到0.65mg/L，降幅为原来的66%;类胡萝卜素的含量也随着pH值的降低而下降。 　　随着酸度的下降以及胁迫时间的延长，冬青叶片叶绿素总含量不断下降（见图2）。用不同pH值的酸处理5h下，pH3.0、pH1.0的酸胁迫会使叶片叶绿素总含量分别由CK的0.00122降为0.00085，0.00105，降幅分别为14.3%、30%。用不同pH值的酸处理24h下，pH3.0、pH1.0的酸胁迫会使叶片叶绿素总含量分别由CK的0.0011降为0.00098，0.00059，降幅分别为11%、46%。由此可以看出酸度越强叶绿素含量越低，而且胁迫时间越长叶绿素含量越低。
　　2.2 酸强度对冬青叶片膜透性的影响
　　酸度与冬青叶片膜透性呈正相关，pH值越低冬青叶片电导率越大，且随着酸胁迫时间增长其膜透性也变大（见图3）。用不同pH值的酸处理5h后， pH3.0、pH1.0酸酸胁迫会使叶片电导率分别由CK的1.95增为3.21、38.5，增幅分别为39.4%、94.9%。用不同pH值的酸处理24h后， pH3.0、pH1.0酸酸胁迫会使叶片电导率分别由CK的6.83增为10.19、289.85，增幅分别为33%、97.6%。由此可以看出，酸性越强冬青叶片电导率越大，而且胁迫时间越长冬青叶片电导率越大，则膜透性越大。
　　3 结论与讨论
　　酸雨导致植物生长减缓，甚至死亡，带来严重的损失。酸雨的环境植物学效应研究表明，酸雨致害效果既取决于酸雨作用剂量，也受植物生态生理特性影响[18]。在同质（气候、土壤等）环境中，植物抗酸雨能力分异的主要原因只能是植物的自身特征。
　　从叶綠素的组成看，叶绿素a和叶绿素b的变化规律大体上与叶绿素总量的变化规律一致，植物叶片外部形态与内部生理反应构成植物对酸雨伤害的立体防御系统，叶绿素的降低是衡量叶片衰老最重要的生理指标[19]。本试验结果表明，pH3.0和pH1.0对冬青叶片的伤害已加速了叶片的衰老，这是由于叶汁酸化后，叶绿素受到破坏，Mg2+从叶绿素中失去而形成脱镁叶绿素所致。本试验结果还表明：随着酸度下降，叶绿素含量降低，而且叶绿素b比叶绿素a更易受酸度的影响而降解，随酸胁迫时间的延长，降低幅度增大;尤其是pH值1.0时的模拟酸雨会导致冬青叶片叶绿素b含量急剧下降，并且胁迫24h时叶绿素含量比5h时更低，可能是酸胁迫使其叶绿素的生物合成减弱，分解速度加快所致;类胡萝卜素的含量也随着pH值的降低而下降（见图2）。吕均良等通过试验测定叶绿素a和叶绿素b的比值，发现随着酸雨pH值的下降，叶绿素a比叶绿素b更易受酸雨的影响而降解[20]。也有不同结果，在对美国西部2种针叶树的试验中发现，模拟酸雨没有对叶绿素产生明显差异[21]，取样时间和叶片取样高度的不同，可能是导致结果不一致的原因之一。
　　酸度与冬青叶片膜透性呈正相关，pH值越低冬青叶片电导率越大，当pH值持续下降时，冬青叶片细胞膜透性成持续上升的趋势。且随着酸胁迫时间越长，其膜透性也越大（图3），反应了酸胁迫对叶片细胞膜已产生了伤害;特别是pH值为1.0时，细胞膜受到的伤害更为明显。
　　酸雨对森林生态系统的影响一直是研究的重点和热点，本研究通过对冬青叶片叶绿素在不同pH中的含量变化研究，旨在为植物在酸雨条件下的抗逆性提供理论数据，对生态系统采取相应的保护措施，以减少酸雨的危害，从根本上维护林森林系统的稳定和健康。
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　　（责任编辑 李媛媛）
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