論文推薦 - 常見(jiàn)園林植物對(duì)NO?脅迫的耐受性及吸收與恢復(fù)能力

原創(chuàng) 圣倩倩等 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)

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常見(jiàn)園林植物對(duì)NO?脅迫的耐受性及吸收與恢復(fù)能力

圣倩倩1，戴安琪1，，徐晶圓1，祝遵凌1，2*

1.南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心2.南京林業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院。

園林植物通過(guò)葉片氣孔和角質(zhì)層吸收大氣中的多種化合物,經(jīng)植物體的呼吸作用將大氣污染物由體表引進(jìn)體內(nèi),通過(guò)吸附、吸收或者生理代謝等活動(dòng)進(jìn)行消化、吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒的化合物,從而起到凈化環(huán)境的作用。而植物葉片的結(jié)構(gòu)和功能隨著對(duì)環(huán)境污染物的吸收也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。有研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)室人工熏氣,研究北方主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種對(duì)大氣SO?和NO?的抵抗能力,觀察發(fā)現(xiàn),闊葉樹(shù)受到NO?的傷害后,從葉部開(kāi)始出現(xiàn)受害癥狀,葉脈優(yōu)先出現(xiàn)水漬狀傷斑,之后逐漸壞死,變成白色或黃白色斑塊,而后葉緣、葉脈也開(kāi)始出現(xiàn)傷斑,最后導(dǎo)致葉片死亡脫落。之所以葉片出現(xiàn)這種癥狀,是因?yàn)镹O?通過(guò)氣孔進(jìn)入葉片后快速溶于細(xì)胞間的水相形成NO??,再被硝酸還原酶(NR)還原為NO??,進(jìn)一步被亞硝酸還原酶還原成NH4+,參與氨基酸和蛋白質(zhì)合成;部分抗性強(qiáng)、吸附能力強(qiáng)的植物可以利用NO?促進(jìn)自身的生長(zhǎng)和代謝,而抗性差、吸附能力差的植物吸收NO?后體內(nèi)發(fā)生酸蝕,在葉片上表現(xiàn)為黃色或褐色傷斑等。

前人對(duì)NO?脅迫后植物體的氮素吸收等開(kāi)展了大量研究,不同的植物在不同NO?熏氣濃度條件下對(duì)氮素的吸收能力不同:陳卓梅研究發(fā)現(xiàn),1.0和0.2 mg/m3 NO?氣體處理能夠顯著提高樟樹(shù)幼苗葉片內(nèi)氮素含量,當(dāng)NO?用量達(dá)到8.0 mg/m3時(shí),葉片氮素含量仍表現(xiàn)為持續(xù)增加;滕士元等研究認(rèn)為不同體積分?jǐn)?shù)的NO?脅迫下,樟樹(shù)幼苗葉片氮素含量有差異,但總體上隨著NO?體積分?jǐn)?shù)增加，葉片氮素含量呈現(xiàn)不同程度的積累,其中0.2和1.0 mg/m3 NO?處理可顯著提高樟樹(shù)幼苗葉片氮素含量,而8.0 mg/m3 NO?的影響則因熏氣時(shí)段不同而不同;Morikawa等研究不同植物凈化大氣NO?的能力,從217種植物種類(lèi)中篩選出凈化NO?能力最強(qiáng)的植物,并認(rèn)為所篩選出的植物能與NO?共生,且植物體主要的氮源為NO?,因此植物體內(nèi)的氮素含量在一定程度上可以表征植物對(duì)NO?的耐受性和吸收能力。

江蘇省地處長(zhǎng)江三角洲,植物種類(lèi)豐富,城市化進(jìn)程較快。據(jù)統(tǒng)計(jì),2019年江蘇城市綠化覆蓋率為40% ,綠化植物對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。目前關(guān)于江蘇省常見(jiàn)園林植物對(duì)NO?的吸收及恢復(fù)能力的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本期論文推薦的作者所在課題組對(duì)南京市城區(qū)道路2013年1月—2018年7月近6 a的NO?等污染物進(jìn)行分析,實(shí)地監(jiān)測(cè)了污染物濃度排序前列的4條道路(中山北路﹑仙林大道、誠(chéng)信大道和江北大道),分析NO?、氮氧化物(NOx)和NO?,的周變化與日變化,得出NO?是城市道路交通區(qū)域主要污染物的結(jié)論。在前期調(diào)研道路綠地植被種類(lèi)和群落組成等基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)與實(shí)踐,篩選出江蘇省常見(jiàn)的38種主要園林植物,用NO?處理不同種類(lèi)園林植物,觀察植物受脅迫時(shí)其形態(tài)和生理響應(yīng)的變化,比較不同植物吸收NO?污染物的差異,分析其對(duì)NO?的耐受性及吸收和恢復(fù)情況,以期能夠?yàn)槌鞘芯G化尤其是對(duì)一些氮污染較為嚴(yán)重的工礦區(qū)或者道路交通流量較大地區(qū)綠化樹(shù)種的選擇和植物配置提供一定的參考依據(jù)。

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圣倩倩作者原聲論文解讀音頻：00:0002:51

作者簡(jiǎn)介

第一作者

圣倩倩，女，1989年10月生，南京林業(yè)大學(xué)，主要從事園林植物應(yīng)用與生態(tài)功能研究。

關(guān)鍵詞：園林植物；NO?耐受性；吸收能力；恢復(fù)能力；城市道路綠化

基金項(xiàng)目：江蘇省博士后科研資助計(jì)劃(2021K377C);中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(2021M691602);國(guó)家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目(32101582);江蘇省自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(BK20210613 ) ;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(21KJB220008);南京市園林綠化行業(yè)科技項(xiàng)目(YLKJ202011ZD)。

引文格式：圣倩倩,戴安琪,張慧會(huì),等.常見(jiàn)園林植物對(duì)NO,脅迫的耐受性及吸收與恢復(fù)能力[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2022,46(2);127-134.SHENG Q Q,DAI A Q,ZHANG H H,et al.Effcts of common garden plants on tolerance,absorption and recovery abilities to NO? stress[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition),2022,46(2);127-134.DOI;10.12302/ j.issn.1000-2006.202010051.

1目的

以城市道路綠化實(shí)際應(yīng)用為依據(jù),研究江蘇省境內(nèi)常見(jiàn)的園林植物對(duì)NO?脅迫的耐受性及吸收能力和恢復(fù)能力。

2方法

采用實(shí)驗(yàn)室人工熏氣方法,分析江蘇省常見(jiàn)的38種園林植物對(duì)NO?的耐受性及吸收與恢復(fù)能力,篩選耐受性強(qiáng)、吸收能力強(qiáng)和恢復(fù)能力強(qiáng)的植物種類(lèi)。

2.1 試驗(yàn)材料

供試植物材料主要為江蘇省園林綠化中應(yīng)用比較廣泛的種類(lèi),包括柏科1種、樟科1種、銀杏科2種、樺木科2種、木榔科2種和衛(wèi)矛科2種等共38種園林植物,選取生長(zhǎng)健壯且來(lái)源相同的1年生容器苗、當(dāng)年播種或分盆的草本植物、當(dāng)年生嫩枝捍插的藤本植物苗進(jìn)行熏氣試驗(yàn)。采用課題組自行設(shè)計(jì)的一種定時(shí)調(diào)控和記錄NO?濃度的熏氣試驗(yàn)裝置,如圖1所示,檢測(cè)植物熏氣室內(nèi)NO?濃度,并實(shí)時(shí)查看氣體的動(dòng)態(tài)變化,以及精確控制進(jìn)入熏氣室的氣體量。

▲圖 1 定時(shí)調(diào)控和記錄NO?濃度的熏氣試驗(yàn)裝置

2.2 研究方法

2.2.1 待測(cè)植物的處理

2016年9月將供試植物盆栽于南京林業(yè)大學(xué)園林實(shí)驗(yàn)中心溫室,基質(zhì)為統(tǒng)一混合配方營(yíng)養(yǎng)土，即泥炭土、蛭石、珍珠巖質(zhì)量比為1∶1∶1 ,塑料花盆上口徑×下口徑×高為30 cm×20 cm x15 cm,每盆2株苗木,加入500 g營(yíng)養(yǎng)土。實(shí)驗(yàn)苗栽培養(yǎng)護(hù)條件一致,常規(guī)管理。培養(yǎng)期間,澆水次數(shù)為每周2~3次以保持苗木濕潤(rùn),為維持苗木礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),每2周加1次1 L霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液。栽培2個(gè)月后,進(jìn)行NO?脅迫實(shí)驗(yàn)。其中實(shí)驗(yàn)苗的生長(zhǎng)條件控制在環(huán)境溫度25~28 ℃、空氣相對(duì)濕度60%~70% 、光照度26~29 klx 、大氣壓為99.3 ~ 99.5 kPa。

考慮到落葉植物的休眠性,試驗(yàn)分階段進(jìn)行。主要集中于2016年11月和2017年5月,2016年11月主要處理常春藤等常綠植物共計(jì)23種,2017年5月主要處理銀杏等落葉或半常綠植物共計(jì)15種,38種植物名錄見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。

2.2.2 NO?熏氣試驗(yàn)

熏氣試驗(yàn)?zāi)康氖菑拇郎y(cè)植物中篩選對(duì)NO?耐受性較強(qiáng)的植物。將待測(cè)盆栽植物的種植盒以及裸露在外的土壤使用保鮮膜進(jìn)行包裹,以減少營(yíng)養(yǎng)土和種植盒對(duì)熏氣結(jié)果的影響,盡量保證僅植物葉片和莖接觸熏氣室內(nèi)的污染氣體,以此來(lái)觀察植物對(duì)污染氣體的凈化能力。植物放進(jìn)熏氣室后,蓋好周邊涂有凡士林的氣室蓋,再用錫紙包裹以加強(qiáng)裝置的密閉性。每個(gè)熏氣室放置1種植物10株,平行重復(fù)處理3次,共計(jì)30株。

以往的NO?熏氣脅迫處理包括低濃度(NO?含量0.5 ~8.0 mg/m3)長(zhǎng)時(shí)間(30 d或60 d)熏蒸和高濃度(NO?含量8.0 mg/m3以上)短時(shí)間(時(shí)間集中為14 h或48 h等)熏氣處理。綜合考慮以上因素,結(jié)合預(yù)試驗(yàn),本研究設(shè)置待測(cè)植物的生長(zhǎng)條件為:光照時(shí)間13 h,環(huán)境溫度設(shè)定為[(25~20)±3]℃,空氣相對(duì)濕度(60%~50%)±4%;NO?氣體脅迫含量為12.0 mg/m3,熏氣時(shí)間為72 h,氣體流速為1 L/ min,屬于高濃度短時(shí)間處理。該濃度下,受NO?氣體脅迫植物葉片出現(xiàn)傷害癥狀,產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng),但不致死。

1) 植物對(duì)NO?脅迫的耐受性:以葉片出現(xiàn)大于5%傷害率時(shí)記錄的耐持續(xù)熏氣時(shí)間, h ,表示耐受性;耐受性等級(jí)的劃分依據(jù)見(jiàn)表1。其中,傷害率(%)=[傷害葉數(shù)(%)+傷害面積(%)]/2。

▼表 1 園林植物對(duì)NO?耐受性等級(jí)劃分依據(jù)

2) NO?脅迫下葉片對(duì)NO?的吸收能力(簡(jiǎn)稱(chēng)吸收能力):對(duì)比不同植物在熏氣零點(diǎn)和熏氣72 h后的生長(zhǎng)變化以分析葉片的NO?吸收能力。NO?熏氣72 h后,取頂葉以下第3片起沒(méi)有明顯傷害癥狀的葉片,洗凈置于烘干箱內(nèi)于70 ℃下烘干,經(jīng)粉碎機(jī)粉碎并過(guò)孔徑0.18 mm(80目)篩。用奈式比色法測(cè)定全氮含量,植物吸收NO?能力強(qiáng)弱的劃分以葉片全氮含量的變化為主要依據(jù)。

NO?吸收能力(倍)=(熏氣后N含量－熏氣零點(diǎn)N含量)/熏氣零點(diǎn)N含量。

3) NO?脅迫下葉片恢復(fù)能力(簡(jiǎn)稱(chēng)恢復(fù)能力):NO?熏氣后,將植物從熏氣裝置中取出,不再加NO?處理,放在上述實(shí)驗(yàn)苗的生長(zhǎng)條件下培養(yǎng)觀察,以植物受NO?熏氣產(chǎn)生的葉片傷害全部恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn),觀察時(shí)間持續(xù)30 d,對(duì)比分析30 d恢復(fù)后和72 h NO?熏氣后的植物葉片生長(zhǎng)變化以研究葉片受NO?脅迫后的恢復(fù)能力。

恢復(fù)能力(倍)=（恢復(fù)后氮含量－熏氣后氮含量)/熏氣后氮含量。

3結(jié)果

對(duì)NO?耐受性強(qiáng)且吸收能力強(qiáng)或較強(qiáng)的植物有熊掌木(×Fatshedera lizei) 、龜甲冬青(Ⅰlex crenaa var.conexa)、木姜子(Litsea pungens)、常春藤(Hedera nepalensis)、金邊黃楊(Euonymus japonicus‘Aurea-marginatus')、小葉黃楊(Buxus sinica var.parvifolia)、大吳風(fēng)草(Farfugium japonicum);對(duì)NO?耐受性強(qiáng)且恢復(fù)能力強(qiáng)或較強(qiáng)的植物包括普陀鵝耳櫪(Carpinus putoensis)、熊掌木、海桐(Pittosporum tobira)、龜甲冬青、瓜子黃楊(Buxus sinica)、木姜子、金葉銀杏(Ginkgo biloba‘Wamnianjin')、金邊黃楊、矮麥冬(Ophiopogon jqponicus‘Nana')和金邊玉簪(Hosta‘Green Gold’)等19個(gè)種;吸收能力和恢復(fù)能力均強(qiáng)或較強(qiáng)水平的植物有茶梅(Camellia sasanqua)、金邊黃楊、常春藤、花葉蔓長(zhǎng)春(Vincamajor ‘Variegata')、小葉黃楊、大吳風(fēng)草和鳶尾(Iris tectorum)等;對(duì)NO?耐受且吸收能力和恢復(fù)能力均強(qiáng)或較強(qiáng)的植物有金邊黃楊、常春藤、木姜子、熊掌木、龜甲冬青、小葉黃楊和大吳風(fēng)草。

3.1 NO?脅迫下園林植物的傷害癥狀

植物主要通過(guò)葉片進(jìn)行氣體交換，當(dāng)進(jìn)入葉內(nèi)的NO?濃度超過(guò)植物的NO?傷害閾值時(shí),將會(huì)出現(xiàn)應(yīng)激傷害癥狀且優(yōu)先表現(xiàn)在葉片上。前期通過(guò)人工熏氣試驗(yàn)對(duì)熏氣植物進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)不同植物對(duì)NO?脅迫產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)不同:部分植物熏氣全程傷害癥狀不明顯,如金邊莒蒲等;部分植物葉緣出現(xiàn)黃斑、失綠,如金邊黃楊﹑普陀鵝耳櫪、歐洲鵝耳櫪和金邊麥冬等;少數(shù)植物葉面呈現(xiàn)水漬狀,如小葉黃楊和瓜子黃楊等;部分植物葉面出現(xiàn)黃斑,如波葉金桂等,而銀杏和金葉銀杏葉緣出現(xiàn)黃斑或失綠,且隨著傷害程度加劇,失綠斑進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為淺褐色乃至黑褐色傷斑,傷害區(qū)域與健康區(qū)域間有明顯的界線(xiàn);部分植物嫩葉首先出現(xiàn)萎蔫、卷曲、失綠,隨著受害加重,如熊掌木、大吳風(fēng)草、鳶尾等全株發(fā)黃，甚至葉片脫落。參試的38種植物對(duì)NO?脅迫的傷害癥狀見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。

3.2 NO?脅迫下園林植物耐受能力比較

比較38種參試植物對(duì)NO?的耐受性見(jiàn)表2。

▼表 2 木本植物和草本植物的NO?耐受性等級(jí)

由表2可知,灑金桃葉珊瑚、紅王子錦帶、花葉蔓長(zhǎng)春、云南黃素馨、南天竹、鋪地柏和金森女貞等9種植物的耐受性等級(jí)為弱,耐熏氣時(shí)間為4~5 h,占參試物種總數(shù)的23.68%;耐受性強(qiáng)的植物有10種,占參試物種的26.32%。樺木科兩個(gè)物種中,普陀鵝耳櫪和歐洲鵝耳櫪的耐受性分別為較強(qiáng)和強(qiáng);衛(wèi)矛科的金邊黃楊和小葉黃楊的耐受性均為強(qiáng);木榔科的金森女貞和云南黃素馨的耐受性弱，波葉金桂強(qiáng);五加科的熊掌木和常春藤的耐受性分別為較強(qiáng)和強(qiáng);銀杏科的銀杏和金葉銀杏的耐受性強(qiáng);鳶尾科的鳶尾較弱;小嬖科狹葉十大功勞耐受性強(qiáng),南天竹弱。分析發(fā)現(xiàn),草本植物中,有50%的植物處于耐受性較強(qiáng)水平,其中矮麥冬耐受性強(qiáng);50%的灌木耐受性水平弱,其中衛(wèi)矛科植物耐受性強(qiáng);喬木樹(shù)種中,83.33%的喬木耐受性強(qiáng),其中銀杏科物種的耐受性強(qiáng),藤本植物中常春藤耐受性強(qiáng)。

3.3 NO?脅迫下園林植物吸收能力和恢復(fù)能力比較

NO?脅迫下38種植物的吸收能力和恢復(fù)能力見(jiàn)表3。

▼表 3 38種園林植物對(duì)NO?脅迫的吸收能力和恢復(fù)能力等級(jí)

從表3可以看出,大部分植物NO?吸收能力為中等和較強(qiáng)水平,其中NO?吸收能力較強(qiáng)的有9個(gè)種,NO?吸收能力強(qiáng)的有小葉黃楊和珊瑚樹(shù)2種。大部分植物的NO?恢復(fù)能力為較強(qiáng)水平,其中NO?恢復(fù)能力弱的僅有八仙花1種, NO?恢復(fù)能力較強(qiáng)的有29個(gè)種,占總參試植物的76.32%;NO?恢復(fù)能力強(qiáng)的有3個(gè)種,分別是矮麥冬、彩葉杞柳和紅王子錦帶。

總的來(lái)說(shuō),NO?吸收能力和恢復(fù)能力都弱的植物僅金邊麥冬。NO?吸收能力弱、恢復(fù)能力強(qiáng)或較強(qiáng)的有鋪地柏、南天竹,狹葉十大功勞、銀杏和金邊莒蒲等;NO?吸收能力和恢復(fù)能力均強(qiáng)或較強(qiáng)水平的植物有茶梅、常春藤、花葉蔓長(zhǎng)春、金邊黃楊、大吳風(fēng)草、鳶尾和矮麥冬等。分析發(fā)現(xiàn),草本植物中，有25%的植物其N(xiāo)O?吸收能力弱或較弱,灌木和喬木植物中,吸收能力弱或較弱的比例均為16.67%。從物種分布比例看,NO?吸收能力中等和較強(qiáng)的占主體,分別占52.63%和23.68% ,吸收能力強(qiáng)的僅有小葉黃楊和珊瑚樹(shù)2個(gè)種,差異性顯著。草本植物中,有12.50%的植物NO?恢復(fù)能力弱或較弱;8.33%的灌木NO?恢復(fù)能力弱或較弱;喬木植物中,NO?恢復(fù)能力均為較強(qiáng)。裸子植物NO?恢復(fù)能力均為較強(qiáng),如金葉銀杏、鋪地柏和銀杏等;被子植物中,植物NO?恢復(fù)能力弱和中等的比例均為8.57%;雙子葉植物NO?恢復(fù)能力弱和中等的植物比例均為6.67%,NO?恢復(fù)能力強(qiáng)或較強(qiáng)的植物比例為86.67%?？偟膩?lái)說(shuō),所研究的38種植物中，NO?恢復(fù)能力弱和中等的植物比例均為7.89%，NO?恢復(fù)能力強(qiáng)和較強(qiáng)的植物比例分別為7.89%和76.32% ,其中NO?恢復(fù)能力強(qiáng)的物種有矮麥冬、彩葉杞柳和紅王子錦帶。

采用SPSS 對(duì)38種園林植物葉片NO?吸收能力和恢復(fù)能力進(jìn)行方差分析(表4)表明,植物對(duì)NO?脅迫耐受性與對(duì)NO?吸收和恢復(fù)能力的相關(guān)系數(shù)分別為0.16和0.38(表5),其中對(duì)NO?脅迫耐受性與NO?吸收能力、吸收能力與恢復(fù)能力等二者不顯著相關(guān)(P>0.05),而NO?耐受能力與恢復(fù)能力顯著相關(guān)(P<0.05)。

▼表 4 38種園林植物對(duì)NO?吸收能力和恢復(fù)能力方差分析

▼表 5 38種園林植物對(duì)NO?吸收能力及恢復(fù)能力相關(guān)性分析

注：*.P<0.05。

4結(jié)論

在分析近6年南京市城區(qū)道路NO?等污染物基礎(chǔ)上,認(rèn)為NO?是南京道路交通區(qū)域主要污染物。本研究篩選出對(duì)NO?耐受性、吸收和恢復(fù)能力強(qiáng)的植物種類(lèi)補(bǔ)充和完善了傳統(tǒng)文獻(xiàn)中抗NO?脅迫的園林植物名錄,可為NO?污染區(qū)及潛在污染區(qū)道路綠化樹(shù)種的選擇和配置提供一定的理論依據(jù)。

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