植物对二氧化硫的反应和抗性研究 Ⅵ二氧化硫伤害与类脂过氧化物的增生

植物整株或叶片接触SO_2气体或HSO_3~-溶液,在发生伤害的情况下,引起叶内能与硫代巴比妥酸(TBA)起作用的物质(TBA-RS)增生,伤害程度与TBA-RS增加量在一定范围内呈线性相关。TBA-RS的增生,和乙烷产生一样,进一步说明SO_2伤害与膜脂过氧化有关,由HSO_3~-引起的TBA-RS增加,和乙烷产生以及K~+外渗类似,也随pH而变化,即在酸性环境中增加多,接近中性时降低;但TBA-RS与pH的关系曲线高峰值在pH5左近,与依赖于pH的乙烷、K~+外渗的曲线高峰值在pH3～4有所不同。     

植物对二氧化硫的反应和抗性研究——Ⅳ.HSO_3~-对麦苗切段的伤害与乙烷产生的关系

小麦幼苗切段接触HSO_3~-,浓度超过一定阈值时,乙烷大量产生,组织差别透性受损(K~ 外渗增加),叶绿素破坏;其中乙烷增加快,反应灵敏,变幅显著。HSO_2~-浓度在0.5～100毫克分子范围内,乙烷生成随HSO_3~-浓度增高成比例地增加,可以作为组织伤害的定量指标。在这个系统中,乙烯生成量低,而且随HSO_3~-增加而减少。叶绿素破坏需要较高浓度、较长时间的作用。由于麦苗切段对HSO_3~-的反应与整株植物受SO_2伤害的反应基本相同,所以可作为研究植物SO_2伤害的模式系统。     

烟草叶片受HSO_3~-或SO_2作用时丙烯与丙烷的产生

近年来陆续报道了植物(包括小麦、水稻、辣椒、番茄、苜蓿以及一些葫芦科的植物等)接触SO_2或HSO_3~-以及发生伤害后产生乙烯和乙烷(Bressan等1979,Peiser等1979,李振国等,1980, 刘愚等1980,1982)。最近我们观察到烟草和上述这些植物不同,它的叶片接触SO_2或HSO_3~-和发生伤害后大量产生丙烯和丙烷。就我们所知,植物受SO_2或HSO_3~-作用和伤害过程中产生三碳烃类尚未见报道。     

亚硫酸对PSⅡ颗粒活性的伤害及Ca~(2 )的影响

PSⅡ颗粒的荧光产值依SO_3~(2-)浓度和处理时间的增加而减少,pH7.3以上受害严重;SO_3~(2-)对新鲜叶绿体的光化学活性不产生伤害,对老化叶绿体伤害严重,其叶绿素的分解速度低于DCIP光还原的降低速度。Ca~(2 )能减轻或消除SO_3~(2-)对叶绿体的伤害;对于PSⅡ颗粒则有加剧SO_3~(2-)伤害的作用,其规律可用Logistic方程表示。     

亚硫酸对PSII的伤害

从菠菜叶中提取 PSII 颗粒和叶绿体、经亚硫酸处理后发现:由 PSII 颗粒催化的 DCIP光还原速率依 SO_3~(2-)浓度增高而降低、伤害部位发生于 PSII 的氧化侧,接近水的部位。在黑暗条件下 H_2O→DCIP 和 DPC→DCIP 的电子传递均不受影响。在特定 SO_3~(2-)浓度下,PSII 颗粒的伤害随处理时间的延长而加重,其伤害机理与33kD 多肽的解离和 Mn 的流失有关。SO_3~(2-)对新鲜叶绿体并不伤害;对老化的叶绿体则伤害明显,DCIP 光还原速率依老化时间的延长而降低。Mn 含量的减少与 DCIP 光还原速率的降低呈正相关,试样中添加 EGTA后电子传递速率受害更为严重。     

超氧物歧化酶活性与小麦对HSO3^—,NO2^—抗性之间的关系

用在培养液中加低浓度NO_2~-,HSO_3~-,Mn~(2 )及向地上部喷洒氯霉素等四种方法促使小麦苗超氧物歧化酶(SOD)活性增加。SOD活性提高后,植株叶片对高浓度NO_2~-,HSO_3~-的抗性增强,表现在因NO_2~-,HSO_3~-害而产生的膜脂过氧化产物乙烷减少,叶绿素分解减轻。低浓度NO_2~-处理后的麦苗,不仅提高了对高浓度NO_2~-的抗性,同时对HSO_3~-的抗性也增强;同样,低浓度HSO_3~-处理也同时促进了麦苗对HSO_3~-和NO_2~-的抗性,即可交叉地提高。这些结果直接说明SOD和抗性有关。同时也为SO_2/HSO_3~-,NO_2/NO_2~-害的自由基学说提供了一个佐证。     

SO2对植物的氧化作用和植物的抗氧化作用

本文主要介绍了SO_2通过活性氧(如O_2~-,H_2O_2,·OH等)伤害植物的机理和植物体内清除O_2~-,H_2O_2,·OH,L·,LO·,LOO·的抗氧化系统。     

二氧化硫对植物的伤害和植物对二氧化硫的抗性

一SO_2是我国当前最主要的大气污染物,排放量大,对植物的危害严重。研究SO_2对植物的影响已有百年以上历史,关于可见伤害症状的研究、对生长和各种生理过程的作用等方面已经积累了比较丰富的资料,但是,对于它引起植     

植物对二氧化硫的反应和抗性研究 Ⅰ.人工控制熏气条件下植物的急性伤害和相对抗性

应用动式熏气装置在人工气候室内进行了19种农作物和38种观赏植物的SO_2熏气试验。观察了叶伤害的初始症状、进一步的发展和形态特征。试验表明植物对SO_2的抗性随生长发育时期而变化,同一种植物的不同品种之间的敏感性差异也很大。根据伤害阈值的测定和受害程度的不同,把试验植物分为四个抗性级别。这些资料可应用于植物SO_2伤害的田间诊断和污染区栽培植物种类和品种的选择。     

几种氧化酶活性与植物对二氧化硫抗性的研究——植物受SO2污染后有无不可见伤害的商榷

分别用含100和200 ppm SO_2(不致引起可见伤害)的两种亚硫酸溶液,连续40天,每天一次定量喷射大猪屎青(Crotalaria assamica Benth.)后,抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶和过氧化物酶均比对照有较高的酶活性。再用250、275和300 ppm的SO_2(可引起可见伤害浓度)浸泡30秒,以比较其出现可见伤害程度,结果发现,其伤害程度均依次比对照的为重,这一结果表明,经低浓度SO_2喷射过的大猪屎青已有了潜在的伤害,因此认为,大猪屎青对SO_2的反应中,不可见伤害或隐藏伤害是存在的,同时还认为,大猪屎青受到低于可见伤害浓度的SO_2污染后,酶活性的增高(或降低)是不可见伤害或隐藏伤害的标志。     

碳酸酐酶对CO2液相扩散的影响及其与C3植物光合作用的关系

当CO_2进入水溶液时,必然存在CO_2 H_2O?H~ HCO_3~-平衡。根据Henderson-Hasselbach方程pH=pK lg[HCO_3~-]/[CO_2],平衡时溶液中CO_2和HCO_3~-浓度比由溶液中的pH值决定。在大多数生物介质中,尤其是叶绿体基质,处于平衡时,HCO_3~-浓度是CO_2浓度的十几甚至是几十倍。在这种情况下,HCO_3~-的扩散成为无机碳的主要扩散形式。碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase EC 4.2.1.1)能够加速CO_2和HCO_3~-之间的平衡。本文对此作些     

植物矿物盐的来源

所有的植物在生长发育过程中,都离不开各种矿物盐作为营养。这些矿物盐的最终来源都是来自岩石圈的岩石。岩石中复杂的结晶体,由于物理的、化学的作用,渐渐地崩解和分解,变成了可溶性的化合物。这些可溶性化合物或多或少的在水中形成带正电荷的离子如钾(K~+)、钙(Ca~(++))、铁(Fe~(++)、Fe~(+++))以及带负电荷的离子如氯(Cl~-)、硫酸根(SO_4~=)和磷酸根(H_2PO_4~-、HPO_4~=、PO_4~≡),它们随雨水进入土壤成为植物所需要的矿质营养。在这里,有一种植物所必需的重要的元素——氮,在土壤或天然水中以亚硝酸根(NO_2~-)、硝酸根(NO_3~-)     

二氧化硫剂量与植物急性伤害关系

应用大气污染植物动态反应模拟装置系统测定了菜豆和苜蓿的SO_2剂量-反应关系。这2种植物对SO_2有类似的敏感性,0.5ppmSO_2×4小时产生可见伤害症状。苜蓿在2.0ppm×4小时出现50％的叶片可见伤害;菜豆在1.0ppm×8小时显示出50％的叶片可见伤害,2.0ppmSO_2×12小时引起100％的叶片可见伤害。 剂量-反应表面图的形状表明,菜豆和苜蓿出现可见伤害症状需要一定的暴露间隔。SO_2剂量和可见伤害率之间不成线性关系。SO_2浓度和暴露时间对叶片可见伤害率都有影响,两者相比,就菜豆而言,浓度是更重要的因素,但是对苜蓿,浓度和时间是同等重要的。     

低浓度微囊藻毒素MC-LR对梭鱼草幼苗根系NH_4~+和H_2PO_4~-吸收特性的影响

运用营养液培养法和常规耗竭法,对低浓度(2和10μg·L~(-1))微囊藻毒素MC-LR分别处理6和12 d后梭鱼草(Pontederia cordata Linn.)幼苗根系对不同浓度NH_4~+(0.05~1.50 mmol·L~(-1))和H_2PO_4~-(0.01~0.50mmol·L~(-1))的吸收速率和吸收动力学参数的变化进行了研究。结果显示:随培养液中NH_4~+和H_2PO_4~-浓度的提高,各处理组幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率均逐渐增大,但增幅则因MC-LR处理浓度和处理时间而异。经2和10μg·L~(-1)MC-LR短期(6 d)处理后,幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率总体上均显著高于CK(对照,0μg·L~(-1)MC-LR)组;经长期(12 d)处理后,2μg·L~(-1)MC-LR处理组幼苗根系的H_2PO_4~-和较高浓度NH_4~+吸收速率均显著高于CK组,而10μg·L~(-1)MC-LR处理组幼苗根系的NH_4~+吸收速率降低,但其较高浓度H_2PO_4~-吸收速率仍显著高于CK组。梭鱼草幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率与底物浓度的函数关系均符合双倒数曲线,拟合关系均在α=0.001水平上显著,但最大吸收速率(V_(max))和表观米氏常数(K_m)变化规律不同。经2和10μg·L~(-1)MC-LR处理6和12 d后,幼苗根系NH_4~+吸收的V_(max)和K_m值均高于CK组;经2μg·L~(-1)MC-LR处理6和12 d后,幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值高于CK组、K_m值低于CK组;经10μg·L~(-1)MC-LR处理6 d后幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值高于CK组、K_m值与CK组无差异,但经10μg·L~(-1)MC-LR处理12 d后幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值略高于CK组、K_m值明显高于CK组。说明随处理时间延长,经2μg·L~(-1)MC-LR处理后幼苗根系的NH_4~+吸收潜力提高、NH_4~+亲和力略有降低,而H_2PO_4~-吸收潜力略有降低、H_2PO_4~-亲和力略有提高;经10μg·L~(-1)MC-LR处理后幼苗根系的NH_4~+吸收潜力略有提高、NH_4~+亲和力降低,而H_2PO_4~-吸收潜力和亲和力均降低。综合分析结果表明:2和10μg·L~(-1)MC-LR处理均能够提升梭鱼草幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收潜力,其中,2μg·L~(-1)MC-LR处理对其根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收均具有明显的促进作用,而10μg·L~(-1)MC-LR短期处理对其根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收也具有一定的促进作用。     

二氧化硫对拟南芥植株干旱生理的调节作用

以模式植物拟南芥为材料,研究SO_2预暴露对植株干旱生理的影响,实验共设对照组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气组、干旱组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气+干旱组。检测发现:随干旱时间的延长,干旱组拟南芥植株萎蔫程度加剧,叶片相对含水量减少,SO_2+干旱组萎蔫程度低于干旱组,叶片相对含水量较干旱组升高4%~10%(P0.05);干旱组叶片中过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,SO_2+干旱组H_2O_2和MDA含量分别比干旱组降低10%~19%和15%~18%(P0.05);干旱组脯氨酸和可溶性糖含量升高,SO_2+干旱组脯氨酸和可溶性糖含量比干旱组提高15%~30%和6%~31%(P0.05)。基因转录检测发现:拟南芥DREB2A、DREB2B、CBF4及RD29A对干旱应答,SO_2预暴露使干旱响应基因DREB2A、DREB2B及RD29A的相对表达量高于干旱组,其中RD29A上调幅度最高达16%。结果表明:SO_2预暴露能缓解干旱引起的氧化损伤,促进体内渗透调节物质的积累,诱导干旱响应基因上调表达,从而增强植株的干旱适应性。     

几种氧化酶活性与植物对二氧化硫抗性的研究——植物本底及受污染后酶活性大小与抗性的关系

对27种不同抗性等级植物本底(未经污染处理的正常植物)多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶活性测定结果,植物本底多酚氧化酶活性与抗性有呈负相关的趋势,抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶活性大小与抗性不具规律性。 对植物受不同浓度SO_2污染后酶活性变化分析结果看出,蚬木(抗性植物)和汗斑草(敏感植物)在浓度达受阈前,多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶均有随浓度的升高而酶活性逐渐增大的趋势,仅是不同的酶其活性高峰在不同浓度梯度中出现迟早不同而己。在污染浓度达受伤阈后,随着浓度的继续增大,酶活性逐渐下降。而白蝉(抗性植物)和大猪屎青(敏感植物)有的酶具有规律性,有的酶不具有这种规律性。 用使可见伤害达50％的SO_2污染汗斑草后4小时(一次污染),过氧化物酶活性为0.34(未受污染的为12.69),仅为未受污染的2.68％,降低了97.32％,但24小时后为7.68,为未受污染的60.52％,比受污染后4小时提高了57.84％,72小时后为8.52,为未受污染的67.13％,比受污染后4小时提高了65.45％。多酚氧化酶亦具有这种规律性。说明二氧化硫对这两种酶的抑制作用是可逆的。     

间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响

将森林抚育间伐与森林水化学效应结合起来进行研究,探讨小强度间伐对森林水质的影响。基于固定样地的研究方法,在秦岭火地塘林区选择天然锐齿栎林,设置抚育间伐强度分别为5%、10%、15%和20%的样地和对照样地,定期采集大气降雨、林内雨和枯透水样品,测定其水化学物质浓度,采用对比分析的方法,研究间伐强度对锐齿栎林内雨和枯透水化学效应的影响。结果表明:间伐样地林内雨和枯透水的pH值均低于对照样地,呈弱酸性,在5%的间伐强度下,森林冠层和枯落物层对大气降雨pH值的调升作用较显著,随着间伐强度的增加,调升幅度逐渐减小;大气降雨对森林冠层和枯落物层中的SO_4~(2-)、NO_3~-和PO_4~(3-)均具有淋溶作用,尤其是对照样地林内雨和枯透水中SO_4~(2-)的浓度增幅最显著,NO_3~-次之,PO_4~(3-)最不显著。间伐样地,雨水对林冠层和枯落物层SO_4~(2-)、NO_3~-和PO_4~(3-)的淋溶作用均低于对照样地,20%的间伐强度最有利于净化雨水中的SO_4~(2-),其在林内雨和枯透水中的含量较对照样地降幅最大,间伐强度为5%时,林内雨中NO_3~-、NH_4~+和PO_4~(3-)的含量最低,三者较对照样地的含量分别降低了56.3%、46%和9.2%而枯透水中三者的降幅分别为64.6%、45%和60.8%;在10%的间伐强度下,大气降雨对林冠层和枯落物层中K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的淋溶作用最强,3种离子中以Ca~(2+)和Mg~(2+)的含量增幅最为显著。林内雨中Ca~(2+)和Mg~(2+)的含量分别较对照样地增加了89.9%和120%,枯透水中二者较对照样地分别增加了72.4%和40%,K~+的增幅相对不明显;大气降雨中的Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)经过森林冠层和枯落物层的阻减,其在林内雨和枯透水中的含量随着间伐强度的增加呈先增大后减小的趋势,当间伐强度达到20%时,三者含量明显降低。总体上,20%的间伐强度最有利于森林冠层及枯落物层对重金属Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)的截留净化。     

二氧化硫通过调节谷胱甘肽稳态增强谷子幼苗抗旱性

维持谷胱甘肽稳态是植物适应干旱胁迫的重要方式之一。二氧化硫(SO_2)是一种常见的大气污染物。近年来在植物上的研究发现,外施一定浓度的SO_2能够调节植物响应逆境胁迫的生理过程。但目前关于SO_2对干旱条件下植物谷胱甘肽稳态的调节作用及相关机制仍不清楚。本文以谷子(Setaria italica L.)幼苗为材料,研究一定浓度的SO_2气体暴露对干旱胁迫下谷子谷胱甘肽稳态和干旱适应性的影响。研究结果显示:30 mg·m~(-3) SO_2暴露能够缓解干旱导致的叶片萎蔫症状,增加地上部分生物量积累。与干旱组相比,SO_2+干旱组谷子叶片中的过氧化氢(H_2O_2)含量明显降低(P0.05),叶组织电解质外渗率显著下降(P0.05)。进一步研究发现:干旱胁迫下,SO_2一方面能够提高谷子叶片中的亚硫酸盐还原酶(SiR)、O-乙酰丝氨酸裂解酶(OASTL)活性,诱导SiSiR、SiOASTL基因表达上调,从而增加叶组织中的半胱氨酸(Cys)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量;另一方面,SO_2还能够提高谷胱甘肽还原酶(GR)活性及SiGR基因的表达水平,从而维持较高的还原型/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)比率,增强叶片抗氧化能力。以上结果表明:干旱条件下,一定浓度的SO_2(30 mg·m~(-3))能够通过调节谷胱甘肽稳态来提高谷子幼苗抗旱性。     

三种暖季型草坪草对二氧化硫抗性的比较

二氧化硫(SO_2)是城市大气污染的重要污染物之一,这已经越来越成为国家迫在眉睫须彻底解决的环境问题,解决SO_2污染问题仍是一个重要的生态与环保课题。草坪植物现已成为城市绿化的主要造景材料,依据植物对大气污染的反应特性来选择城市草坪草种,使之在发挥景观效果的同时,发挥其更好的生态效果。采用人工模拟熏气法,以CK(自然状态)、S1(4.29mg/m~3)、S2(6.44mg/m~3)、S3(8.58mg/m~3)、S4(10.73mg/m~3)5个SO_2浓度水平,对城市常用的3种暖季型草坪草:结缕草(Zoysiajaponica)、百喜草(Paspalum notatum)、狗牙根(Cynodon dactylon)进行SO_2胁迫处理,并测定3种草坪草生理生化指标,最终比较3种草坪草对SO_2的抗性。结果表明:随SO_2浓度增加,3种草坪草的可溶性糖含量(SS)、脯氨酸含量(Pro)、丙二醛(MDA)含量呈增加趋势;结缕草可溶性蛋白(SP)呈先降后升趋势,百喜草则呈先升后降趋势,狗牙根各胁迫处理下其SP含量均低于CK;结缕草和狗牙根过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈增加趋势,百喜草SOD和CAT活性呈先升后降趋势,同时其POD活性在各SO_2胁迫处理下均低于CK。将所有测定指标采用模糊数学隶属度公式进行综合相关分析,得出3种草坪草对SO_2的抗性由强到弱的排序为:结缕草狗牙根百喜草。结缕草在SO_2胁迫下与其它两种草坪草相比,表现出了更好的抗性能力,因此,在城市空气不断遭受污染的今天,结缕草可以作为热带和亚热带城市绿化草坪植物的优选草种之一。     

沁河流域水化学组成的空间和时间变化特征

选择我国北方小流域(沁河)作为研究对象,分丰水期(8月)和平水期(12月)采集干流和支流河水样品,结合野外现场测试和室内分析等方法,辨析河水化学组成的空间和时间变化特征,阐明人类活动和自然因素对河水溶解组分的控制作用。结果表明:(1)沁河流域河水丰水期和平水期阳离子主要以Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,丰水期当量浓度占比均值分别为45%和41%,平水期分别为43%和41%。阴离子主要以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,丰水期当量浓度占比均值分别为46%和39%,平水期分别为55%和27%。水化学类型表现为HCO_3~--SO_4~(2-)-Ca~(2+)-Mg~(2+)。(2)丰水期河水δD和δ18O均值分别为-65.4‰和-8.76‰,平水期河水δD和δ~(18)O均值分别为-64.6‰和-8.68‰,大气降水是沁河河水主要补给来源,部分水体由于蒸发作用表现为富集氢氧同位素。(3)丰水期和平水期河水[SO_4~(2-)]/[HCO_3~-]当量浓度比值均值分别为0.96和0.54,[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]当量浓度比值均值分别为1.88和1.78,硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程,硫酸的来源包括酸雨和硫化物矿物氧化等。(4)沁河流域下游河水NO_3~-和THg含量逐渐升高,受人为活动影响较大,主要来源包括生活污水、工业废水以及农业活动等。