应用15N示踪研究欧美杨对PM2.5无机成分和的吸收与分配

刘庆倩, 石 婕, 安海龙, 曹学慧, 刘 超, 尹伟伦, 夏新莉, 郭惠红

北京林业大学生物科学与技术学院, 北京 100083

刘庆倩, 石 婕, 安海龙, 曹学慧, 刘 超, 尹伟伦, 夏新莉, 郭惠红*

北京林业大学生物科学与技术学院, 北京 100083

工业化和城市化的迅猛发展使得大气颗粒物污染愈发严重。大气中的颗粒物可以降低能见度、影响气候变化[1-2]，还会影响人及其它生物的生命健康，其中PM2.5因其粒径小、易富集有毒有害物质、可直接经由呼吸进入人的肺泡和血液等特点，极易诱发呼吸系统疾病甚至死亡[3]，已经成为国际社会和人民群众关注的焦点。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为长势一致的欧美杨107 (PopuluseuramericanaNeva.)扦插苗，平均株高83 cm，平均基径0.88 cm，每株叶片数目20片左右。2013年4月中旬扦插，8月中旬取材。供试材料共5组(4个处理组，1个对照组)，每组3株。

1.2 PM2.5发生装置

气溶胶发生系统可产生固态气溶胶，是校准大气颗粒物测定的有效工具[12]。本研究利用气溶胶发生系统将实验溶液形成直径≤2.5 μm的微粒，模拟PM2.5颗粒。

图1 PM2.5发生装置示意图Fig.1 Illustration of the PM2.5 generation system

将15NH4NO3和NH415NO3(购自上海化工研究院，丰度为10%)分别配制成2 g/L的溶液，以稳定的流速加入气溶胶发生器(TSI3076，台湾章嘉企业有限公司)。当植物生长室(100 cm×50 cm×100 cm)的气溶胶颗粒浓度达到所需实验浓度后，将欧美杨放入植物生长室，并通过调节流量计流速来维持实验浓度，每天处理2 h，处理完毕后将植物移出植物生长室，共处理7 d。植物生长室内PM2.5浓度通过Dustmate(DM1781，Turnkey Instruments Ltd Northwich England)测定获得。PM2.5发生装置参照麦华俊等[12]的方法加以改进，如图1所示。

1.3 15N同位素处理方法

当植物生长室内的PM2.5浓度达到实验要求后，将欧美杨植株放入植物生长室。放入前花盆上口用保鲜膜严密覆盖，以避免室内空气中PM2.5与土壤接触。实验分3组：

(1)15NH4NO3处理 设置轻度污染浓度(100 μg/m3)和重度污染浓度(200 μg/m3)两个浓度梯度，每个浓度梯度设3个重复。PM2.5浓度梯度的设置根据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)。

(2)NH415NO3处理 PM2.5浓度设置同上，每个浓度梯度设3个重复。

(3)对照组 与处理组同时进行，不做通气处理。目的是与PM2.5处理的植株进行对照分析。

处理于每天10:00—12:00进行，实验周期为1周。

1.4 样品处理与测定指标

在处理前及处理后的1—6d，每组样品于每日10:00分别从植株顶端向下第7片功能叶开始取样，每天取1片，共取6片。叶片按清水→洗涤剂→清水→1%盐酸→3次去离子水顺序冲洗后，于105 ℃下杀青30 min，随后在80 ℃下烘干至恒重，电磨粉碎后过60目筛混匀。样品送至中国科学院植物研究所生态与环境科学稳定同位素实验室，采用同位素比率质谱仪(型号为DELTA V Advantage, Thermo Fisher Scientific, Inc., USA)测定15N丰度和全氮含量(N%)。

处理7d后(第7天处理的次日，即第8天)，10:00整株收获欧美杨植株。单株样品解析为叶片、叶柄、树皮、木质部(茎)、髓(茎)、粗根(≥2 mm)、细根(<2 mm)，按上述方法测定各组织器官15N丰度和全氮含量(N%)。

有关计算公式[13]为：

15N吸收量(mg/g,干重)=全氮含量(mg/g,干重)×Ndff(%)

实验数据采用SPSS 20.0软件进行差异显著性分析，应用Microsoft Excel 2007绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理条件下欧美杨叶片15N吸收速率和15N含量的动态变化

图2 不同处理条件下欧美杨叶片15N吸收速率的动态变化Fig.2 Dynamics of 15N absorption rate in P. euramericana leaves under different treatments

图3 不同处理条件下欧美杨叶片15N含量的动态变化Fig.3 Dynamics of 15N content in P.euramericana leaves under different treatments

2.2 欧美杨不同组织器官对PM2.5中和的吸收与分配

2.2.1 不同处理条件下欧美杨不同组织器官中的15N含量(mg/g,干重)

图4 处理7d后不同处理条件下欧美杨组织器官中的15N含量Fig.4 15N content of P. euramericana tissues and organs 7 days after different treatments误差线表示标准差，不同字母表示差异性显著(P<0.05)，相同字母表示差异性不显著(P≥0.05)，小写字母代表同一器官不同处理间的差异性，大写字母代表同一处理不同器官间的差异性

2.2.2 不同处理条件下欧美杨不同组织器官的Ndff(%)和15N分配率(%)

3 讨论

表1 处理7d后不同处理条件下欧美杨组织器官的Ndff和15N分配率

4 结论

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Absorption and Distribution of PM2．5NH+4and NO－3in Populus euramericana Neva．

国家林业公益性行业科研专项(201304301)

2014-03-21; < class="emphasis_bold">网络出版日期:

日期:2014-12-04

10.5846/stxb201403210510

*通讯作者Corresponding author.E-mail: guohh@bjfu.edu.cn

LIU Qingqian, SHI Jie, AN Hailong, CAO Xuehui, LIU Chao, YIN Weilun, XIA Xinli, GUO Huihong*

CollegeofBiologicalScienceandBiotechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China