汽车尾气胁迫对叶片叶绿素含量和叶绿素a/b值的影响1)

王洪成，吕庆元，李博，穆立蔷，王彤，孙伟

(1.黑龙江省农业科学院园艺分院，哈尔滨150069；2.大庆油田创业腾飞建筑安装工程有限公司园林绿化工程分公司；3.东北大学；4 .东北林业大学，哈尔滨150040)

目前我国已成为世界汽车第一产销国，保有量过亿，但我国对汽车及其配件的生产、维修及保养技术距离发达国家还有一定差距，单车有害物质的排放量大大高出国际水平，致使我国城市受汽车尾气的危害愈加严重[1]，据研究资料统计，汽车尾气污染已经超过大气污染的60%[2]。汽车尾气污染作为我国城市大气污染的头号污染源，不但严重威胁人类健康，而且严重破坏了生态环境，对动植物的生长繁殖等产生深远影响[3]。

本试验利用开顶式气室，对供试6种花灌木进行熏气处理，测定了叶片叶绿素含量和a/b值变化情况，为城市绿化植物的筛选提供重要参考数据，对改善城市生态系统、美化城市环境具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取生长状况相对均匀的小叶丁香(Syringamicrophylla)、金银忍冬(Loniceramaackii)、辽东水蜡(Ligustrumobtusifoliumsubsp.suave)、彩叶杞柳(Salixintegra‘HakuroNishiki’)、 紫叶风箱果(Physocarpusopulifolius‘SummerWine’)和红王子锦带(Weigelaflorida‘Redprince’)等6种花灌木的2年实生苗，单株盆栽培养，盆顶部边缘直径30cm，高25cm。栽培基质为东北林业大学哈尔滨城市林业示范基地的森林腐殖土，是东北地区典型的暗棕壤腐殖层和淀积层土壤的混合物(pH=6.5，有机质含量<10%)。2009年5月将植株进行盆栽，并置于林场的空地进行适应性培育，以相同的条件进行管理。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

设置两种处理方式：相同时间(1d)不同浓度处理，处理浓度分别为20、30、40、50、60μg/m3；相同浓度(40μg/m3)不同时间处理，处理时间分别为1、3、5d。选择晴好天气对植物进行熏气处理，每天的处理时间均为7:00～17:00，每种植物每个处理均设置5盆，同时设置5盆置于对照室作为对照(CK)，熏气结束后对试验材料进行采样，对每种植物均采相同高度长势相近的叶片，并立即运至生理实验室进行生理指标的测定。于2009年7月进行预试验，8月正式进行熏气处理并对处理植株进行采样和生理指标的测定。

1.2.2 熏气方法及熏气浓度测定方法

采用开顶式气室进行熏气处理，气室为八边形，边长1.4m，高2m，以实木为框架支撑，周边罩农用聚氯乙烯塑料薄膜。在无阴影遮挡的开阔地，设置2个相同的开顶式气室，1个为熏气室，1个为对照室，各植株以均匀距离随机分布于气室内。以93号汽油为燃料，利用“宗申”牌汽油发动机提供尾气，尾气经发动机排气筒与鼓风机并联，由带有阀门的PPR管连接至水浴冷却管冷却至室温后，进入1个边长为0.8m的正立方体玻璃箱内进行光化学反应，最后经由螺旋式布气法的管道排入熏气室内，对照室同样以螺旋式布气法通入空气。熏气室内温度为25～30℃，湿度为70%～80%，对照室与熏气室内温差小于2℃，湿度差小于5%，以NO2浓度代表气室内汽车尾气处理浓度。

NO2浓度测定：将吸收液装入多孔玻板吸收管，与空气采样器相连接后放入熏气室采样，采样后各管混匀置于低温暗处20min，测量540～545nm波长吸光度，根据标准曲线计算NO2浓度[5]。

1.2.3 指标测定方法

叶绿素含量的测定：称取叶片0.5g，剪碎放入研钵中，加入少量细石英砂研成糊状，用80%丙酮水溶液分批提取叶绿素，直到残渣无色为止，将丙酮提取液过滤后定容，测定663nm和645nm波长的吸光值[4]。

计算方法：Ca=12.71OD663-2.69OD645

Cb=22.88OD645-4.67OD663

Ct=8.02OD645-20.20OD663

Ca—叶绿素a的浓度，mg·g-1

Cb—叶绿素b的浓度，mg·g-1

Ct—叶绿素总量，mg·g-1

2 结果与分析

随着尾气处理浓度的增加，6种花灌木叶片的叶绿素含量总体呈下降趋势(图1)。紫叶风箱果、辽东水蜡和小叶丁香的叶绿素含量随着处理浓度的增加而不断下降。当处理浓度达到20μg/m3时，小叶丁香的叶绿素含量开始显著下降，为对照组的78.83%；当处理浓度达到30μg/m3时，紫叶风箱果的叶绿素含量下降至显著水平，为对照组的59.89%；当处理浓度达到40μg/m3时，辽东水蜡的叶绿素含量下降至显著水平，为对照组的70.94%。当处理浓度达到60μg/m3时，紫叶风箱果[6]、辽东水蜡和小叶丁香的叶绿素含量下降幅度最大，分别为对照组的48.64%、71.34%和57.37%(图3)。

随着尾气处理浓度的增加，彩叶杞柳和红王子锦带的叶绿素含量呈先下降后上升的趋势(图1)。当处理浓度达到20μg/m3时，均下降至显著水平，为对照组的64.88%和83.96%；当处理浓度达到30μg/m3时，红王子锦带的叶绿素含量降至最低，为对照组的77.56%，之后开始显著上升，当处理浓度达到60μg/m3时升至对照组的103.85%；当处理浓度达到40μg/m3时，彩叶杞柳的叶绿素含量降至最低，为对照组的45.53%，之后开始显著上升，当处理浓度达到60μg/m3时升至对照组的72.09%；随着处理浓度的增加，金银忍冬的叶绿素含量缓慢下降，当处理浓度达到60μg/m3时降至显著水平，为对照组的82.38%(图3)。

随着尾气处理时间的增加，6种花灌木的叶绿素含量总体呈下降趋势，除红王子锦带外，各植物种的叶绿素含量均随着处理时间的增加而不断下降(图2)。当处理时间达到1d时，彩叶杞柳、小叶丁香的叶绿素含量开始降至显著水平，分别为对照组的72.08%和57.39%；当处理时间达到5d时，金银忍冬、紫叶风箱果和辽东水蜡的叶绿素含量开始降至显著水平，分别为对照组的66.68%、38.18%和63.87%；红王子锦带的叶绿素含量在处理时间达到3d时达到显著水平，为对照组的61.95%，当处理时间达到5d时回升为对照组的86.38%(图3)。

图1 不同浓度处理对叶片叶绿素含量的影响 (均值±标准误)

图2 不同时间处理对叶片叶绿素含量的影响 (均值±标准误)

图3 汽车尾气胁迫对叶绿素含量影响的变化幅度

图4 不同浓度处理对叶片叶绿素a/b值的影响 (均值±标准误)

6种花灌木的叶绿素a/b值随着尾气处理浓度的增加，总体呈下降趋势(图4)。随着处理浓度的不断增加，金银忍冬、紫叶风箱果和辽东水蜡的叶绿素a/b值不断下降。当处理浓度达到20μg/m3时，金银忍冬和紫叶风箱果的下降幅度达到显著水平，分别为对照组的81.77%和78.58%；当处理浓度达到30μg/m3时，辽东水蜡的叶绿素a/b值开始降至显著水平，为对照组的61.18%(图6)。

图5 不同时间处理对叶片叶绿素a/b值的影响 (均值±标准误)

图6 汽车尾气胁迫对叶片叶绿素a/b值影响的变化幅度

随着处理浓度的增加，彩叶杞柳和小叶丁香的叶绿素a/b值呈先下降后上升的趋势(图4)，当处理浓度达到40μg/m3时，彩叶杞柳的叶绿素a/b值降至最低并达到显著水平，为对照组的77.21%，之后开始缓慢回升，当处理浓度达到60μg/m3时上升至对照组的85.37%；当处理浓度达到40μg/m3时，小叶丁香的叶绿素a/b值降至最低并达到显著水平，为对照组的66.99%，当处理浓度达到60μg/m3时，回升至对照组的79.86%(图6)。

各植物种的叶绿素a/b值随尾气处理时间的增加，变化趋势不尽相同(图5)，彩叶杞柳、紫叶风箱果和小叶丁香的叶绿素a/b值随着处理时间的增加而不断降低，当处理时间达到1d时，小叶丁香的叶绿素a/b值降至对照组的73.83%，达到显著水平；当处理时间达到3d时，彩叶杞柳和紫叶风箱果分别降至对照组的80.86%和88.15%，达到显著水平；当处理时间达到5d时，彩叶杞柳、紫叶风箱果和小叶丁香的叶绿素a/b值分别降至对照组的71.55%、76.91%和57.73%(图6)。随着处理时间的不断增加，金银忍冬和辽东水蜡的叶绿素a/b值呈下降趋势但变化幅度较小。当处理时间达到1d时，金银忍冬和辽东水蜡的叶绿素a/b值分别降至对照组的70.81%和78.92%，并达到显著水平，之后继续下降但差异不显著。随着处理时间的增加，红王子锦带的叶绿素a/b值呈先上升后下降再回升的趋势，当处理时间达到1d时为对照组的118.19%，当处理时间达到3d时显著下降至对照组的77.68%，当处理时间达到5d时又回升至95.09%并与3d时有显著差异(图6)。

3 结论

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，高等植物叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，植物体内的叶绿素是在不断地合成和分解的代谢中的，而在不利条件下，叶绿素的分解速度会大大超过合成的速率，从而使光合作用受到抑制，叶片出现各种伤斑。随着尾气处理浓度的增加，6种花灌木叶片的叶绿素含量总体呈下降趋势，说明在本试验中的尾气处理浓度水平下，各植物种叶片中的叶绿素都不同程度的遭到了破坏。彩叶杞柳和红王子锦带的叶绿素含量呈先下降后上升的趋势，可能是由于这两种植物中的代谢产生了某种补偿机制，而金银忍冬的叶绿素含量呈缓慢下降趋势，说明在这种浓度处理下，金银忍冬的叶绿素相比其他种耐性更强；6种花灌木的叶绿素含量随尾气处理时间的增加总体亦呈下降趋势，造成这种现象的原因可能是多方面的，在汽车尾气的成分里有很多可以对叶绿素造成破坏的物质，酸性气体如SO2、NO2等可以使叶绿素脱镁从而丧失功能，而强氧化性气体如O3等也可以对叶绿素造成破坏，这与以往的研究结果相符。

随着尾气处理浓度的增加，6种花灌木叶片的叶绿素含量总体呈下降趋势。紫叶风箱果、辽东水蜡和小叶丁香的叶绿素含量随着处理浓度的增加而不断下降，彩叶杞柳和红王子锦带的叶绿素含量呈先下降后上升的趋势，而金银忍冬的叶绿素含量呈缓慢下降趋势；6种花灌木的叶绿素含量随尾气处理时间的增加总体呈下降趋势，各植物种的叶绿素含量均随着处理时间的增加而不断下降，红王子锦带在处理5d时略微回升。6种花灌木叶片的叶绿素a/b值随着尾气处理浓度的增加总体呈下降趋势，随着处理浓度的不断增加，金银忍冬、紫叶风箱果和辽东水蜡的叶绿素a/b值不断下降，而彩叶杞柳和小叶丁香的叶绿素a/b值呈先下降后上升的趋势；随尾气处理时间的增加，彩叶杞柳、紫叶风箱果和小叶丁香的叶绿素a/b值随着处理时间的增加而不断降低，金银忍冬和辽东水蜡的叶绿素a/b值呈下降趋势但变化幅度较小，红王子锦带的叶绿素a/b值呈先上升后下降再回升的趋势。

[1]马树华,王庆成,李亚藏.汽车尾气污染对四种北方针叶树苗木膜脂过氧化和保护酶活性的影响[J].应用生态学报, 2004, 15(12): 2330-2336.

[2]魏后凯.中国大城市交通问题及其发展政策[J].城市发展研究,2001,8(2): 27-32.

[3]邱国敏.汽车尾气对空气污染的危害及对策[J].工业安全与环保, 2001(8): 35-36.

[4]中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社, 2004:302-315.

[5]国家环保局科技标准司.大气污染综合排放标准详解[M]. 北京:中国环境科学出版社, 1997：305-311.

[6]于晶.土壤干旱胁迫对两种风箱果生理特性的影响[D].哈尔滨:东北林业大学, 2011.

[7]金研铭,李良希.雪柳、连翘和叶片解剖结构及其抗旱关系的比较研究[J].东北农业大学学报, 2012, 43(1): 116-120.