亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液对2种云杉某些生理指标影响的比较

亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液对2种云杉某些生理指标影响的比较 亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液对2种云杉某 些生理指标影响的比较 植物生理学通讯第43卷第2期,2007年4月259 亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液对2种云杉某些生理指标影响的比较 敖红l',张羽 东北林业大学生命科学学院,林学院,哈尔滨150040 提要:八年生嫩江云杉和红皮云杉苗木,经喷施20,50,100mmol?L,Na2so3和NaHSO30g尔浓度为3:1)的混合液后 第3,11,20天测定多个生理指标的结果显示,喷后第3天,2种云杉的净光合速率(Pn),光系统II(PSII)的最大光能转换 效率(f_m),光化学量子效率(吐..),叶绿素a(Chla),叶绿素b(chtb)和类胡萝卜素含量均下降;相对电导率上升;苗 木受到胁迫的程度随着Na2so,和NaHSO,混合液浓度的提高而增大.喷后第8~20天各种生理指标开始恢复.气孔导度 ()和胞问CO浓度(G)变化不显着.红皮云杉对胁迫的敏感度高于嫩江云杉,但其在重度胁迫后的修复能力强于嫩江云 杉. 关键词:红皮云杉;嫩江云杉;Na2SO3和NaHSO3混合液;生理指标 ComparisononEffectsofMixedLiquidofNa2SO3andNaHSO3onSomePhysi- ologicalIndexesofTwoSpruces AOHong?,ZHANGYu CollegeofLifeSciences,SchoolofForestry,NortheastForestryUniversity,Harbin150040, China Abstract:Theeight—year—oldKoreanspruce(Piceakoraiensis)andNenjiangspruce(PiceakoraiensisVar. nenj'iangensis)seedlingsweresprayedwith20,50and100mmol?L,mixedliquidofNa2SO3andNaHSO3 (molarconcen~afionis3:1).Somephysiologicalindexeswerede~rminedat3,lland20daftertreatment.The resultsshowedthatnetphotosyntheticrate(),maximumefficiencyofphotosystemII(.m),photochemi— calquantumefficiency(_,psTT),Chla,Chlbandcarotenoidcontentsdecreasedatthe3daftertreatment. Meanwhile,theelectricalconductivityrised.Thedegreeofinjuryincreasedwiththestressincreasing.The physiologicalindexesresumedatthe8— 20daftertreatment.Therewerenosignificantchangesofstomatal conductanceandintercellularCO,.ThesensitivitytostressofKoreansprucewashigherthanthatofNenjiang spruce,andtheself-recoveringcapabilityofKoreansprucewasbetterthanthatofNenjiangspruceunder seriousstressofmixedliquidofNa,SoandNaHSo1. Keywords:Koreanspruce(Piceakoraiensis);Nenjiangspruce(PiceakoraiensisVar.nenjiangensis);mixed liquidofNa2SO3andNaHSO3;physiologicalindexes SO,是我国目前最主要的大气污染物.大气 中的SO,通过气孔进入植物体内后,使植物发生 相应的生理生化变化,同时表现出伤害症状.较 高浓度的SO,会对植物的光合速率,呼吸作用, 酶活性,气孔开度及pH等一些生理指标产生影响 (高吉喜1997;Tanaka和Sugahara1980;郑淑颖 2000;温达志2004;黄芳等l999).红皮云杉 为东北地区主要的造林树种和园林绿化树种,嫩 江云杉是红皮云杉的变种(聂绍荃和袁晓颖2004), 其抗逆性比其原变种强.基于对SO在中性水溶 液中是以亚硫酸根和亚硫酸氢根离子的动态平衡 (摩尔浓度之比为3:1)状态存在的认识(仪慧兰等 2001),我们用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液模拟 SO:污染状态,研究其对2种云杉的某些生理效 应,并对两者抗SO:胁迫的能力加以比较. 材料与方法 八年生红皮云杉(PiceakoraiensisNakai)和嫩 江云杉(PiceakoraiensisNakaiVar.nenjmngensisS. Q.NieetX.Y.Yuan)用田园土盆栽,l3个月后用 于测定.Na2SO3和NaHSO3按摩尔浓度为3:l的比 例配制混合液.浓度梯为20,50,100mmo1.L-, 收稿2006一l2.12修定2007.02.26 资助黑龙江省科技攻关重目(GB02103). E-mail:aohong2O03@l63.com:Tel:0451. 89l92207 260植物生理学通讯第43卷第2期,2007年4月 3种混合液的pH值分别是7.41,7.23和7.07.每 个处理5盆.用喷雾器对嫩江云杉和红皮云杉进 行喷施,隔天1次,共喷施4次,每次以针叶 上布满细液滴为度;以喷水为对照.处理后第 3,11,20测定各种指标. 光合参数的测定采用CIRAS.2型便携式光合 仪(英国PPSystems公司),每处理测定4个植株, 测定的叶片部位相同,光强设为1ooolunol?m-2.s,, 取测定结果的平均值.叶绿素,类胡萝卜素,相 对电导率的测定采用李合生(2000)书中的方法. 每个处理4个植株,样品混合后测定,重复3次. 叶绿素荧光参数光系统I1(PSH)的最大光能转换效 率(,/,),光化学量子效率()用调制式荧光 仪FMs.2(英国Hansatech公司)测定,测定前叶 片暗适应30min,饱和脉冲光为6ooolunol?nr2?S,, 作用光为600[.tmo1.m-2.s,. 实验结果 1Na2SO3和NaHSO3混合液对2种云杉Pn,F Fm和?的影响 从图1和图2可以看出:(1)未作处理的2种 云杉的Pn变化不大,而经Na2SO3和NaHSO3混合 一啊:: 4? 0 6. 1叻5. 4. 主\ 1. 0 液处理后第3天,3种不同浓度溶液处理的P都 出现不同程度的下降,并且随着溶液浓度的增 加,P下降的幅度增加.嫩江云杉P.下降程度 小于红皮云杉.处理后第l1天,嫩江云杉P依 然呈下降趋势,而红皮云杉P则开始上升.处 理后第20天,嫩江云杉仅以20mmo1.LJ处理的 有些恢复,其余变化不明显,而红皮云杉的P都 已上升.(2)眠变化幅度较小,以100mmol?L Na,SO和NaHSO混合液处理3d的嫩江云杉最 低.而除了以20mmol?L-溶液处理的嫩江云 杉外,其余浓度的变化较大.处理后第11天时, 以50mmo1.L-.Na2SO和NaHSO3混合液处理的嫩 江云杉还在下降,而红皮云杉已开始上升.以 100mmo1.L-Na2SO和NaHSO混合液处理的2种 云杉的都继续下降.第20天时,嫩江云杉 变化不明显,红皮云杉都在恢复. 2Na:SO3和NaHSO混合液对2种云杉气孔导度 (Gs)和胞间CO2浓度(C3的影响 从表1可以看出,除了以100mmo1.L.溶液 处理的嫩江云杉和红皮云杉的减小并达到显着 差异外,其他浓度的变化不大,均在一定的数值 内波动.G存在类似状况,只有以100mmol?L溶 一对照口20too1.L-?50too1.LI1日100咂01.L- 31120 0.90[ 0.4 处理后时间/d 图1Na2SO3和NaHSO3混合液对嫩江云杉Pn,眠和4II的影响 Fig.1EffectsofmixedliquidofNa2SOsandNaHSO3onPn,耽and?ofNenjiangspruce 一对照口20Ro1.L一?50咂01.L一口100,,--o1.L一 O.90 }[咖雾,3112031120311 处理后时间/d 图2Na2SO3和NaHSO3混合液对红皮云杉,溉和?的影响 Fig.2EffectsofmixedliquidofNa2S03andNaris03onP"FFmandofKoreanspruce 植物生理学通讯第43卷第2期,2007年4月261 表1Na2SO3和NaHSO3混合液对2种云杉和ci的影响 Table1EffectsofmixedliquidofNa2SO3andNaHSO3OilG.andcioftwospruces 同列数据上标无相同字母表示差异显着(P<0.05). 液处理的嫩江云杉的C;降低,并达到显着差异. 总的来看,Na2SO3和NaHSO3混合液对这2种指 标影响不大. 3NazSO3和NatlSO3混合液对2种云杉光合色素 含量的影响 从图3和图4可见,叶绿素a(Chla)和叶绿 素b(Chlb)的变化规律和幅度都较为相似.第3 天时,以20mmo1.L溶液处理的嫩江云杉叶绿素 被破坏的程度明显低于红皮云杉.第ll天时,嫩 江云杉的色素含量依然下降,而红皮云杉的色素 含量已开始上升.第20天时,以100mmo1.L溶 1. 窖1? 0? 缸0. 三0. 60. 0 液处理的红皮云杉的恢复程度明显高于嫩江云杉. 胡萝b素的变化幅度相对来说要小些,特别是嫩 江云杉,以20mmo1.L-溶液处理后3次测定,色 素相对值均在97%以上,说明其受到胁迫的影响 较小. 4NazSO3和NaHSO3混合液对2种云杉细胞质膜 透性的影响 图5显示,不同浓度的NaSO和NaHSO3混 合液会造成膜的伤害,并表现出相对电导率随着 溶液浓度增加而增加的趋势.第3天时,相对电 导率最高.第20天时,各组数据与对照相比, 一对照口20too1.L一50Io1.L-口100Io1.L- 一3112031l2031120 处理后时问/d 图3Na2SO3和NaHSO3混合液对嫩江云杉Chla,Chlb和类胡萝b素含量的影响 Fig.3EffectsofmixedliquidofNa2SO3andNaHSO3OilChla,Chlbandcarotenoidcontents ofNeiljiangspruce 262植物生理学通讯第43卷第2期,2007年4月 * 西 脚 韶 霉 善 . 0? 一对照口20m1.L一?501o1.L-口1001ol?L- 处理后时间/d 0.3 ? 目 ?0.2 缸 {螺 L0.1 器 0 图4Na2SO3和NaHSO3混合液对红皮云杉Chla,Chlb和类胡萝卜素含量的影响 Fig.4EffectsofmixedliquidofNa2SO3andNaHSO3onChla,Chlbandcarotenoidconten~o fKoreanspruce 一对照口20m1.L一?50m01.L-.日1001o1.L- 图5Na2SO3和NaHSO3混合液对2种 云杉相对电导率的影响 Fig.5EffectsofmixedliquidofNa2SO3andNaHSO3on relativeelectricalconductivitiesoftwospruces 基本上已没有差异. 讨论 有资料表明,喷施一定浓度的NaHSO可促 进植物的光合作用(王宏炜等2000;Wang和Shen 2002;陈屏昭等2004;胡哲森等2001).本文 的重点在于探讨2种云杉在抗SO,胁迫的能力上是 否存在差异,因此采用了较高浓度的NaHSO与 Na2SO3混合液来模拟SO2对植物的伤害.不同浓 度的NaHSO3与Na2SO混合液的pH值之间有一定 的差异,但不明显,而且都接近中性,因此认 为混合液在对2种云杉产生生理效应时,浓度效 应应更为主要. 以NaHSO3和Na2SO混合液处理的2种云杉的 光合速率在短期内都呈下降的趋势.造成光合下 降的因素可以有多种,光合色素含量高低对植物 的光合作用会产生影响.从化合物的性质上来 看,SO是一种漂白剂(北京师范大学和华中师范 大学1981),HSO一和SO一可使品红,孔雀绿等 一 些有机色素漂白退色(陈寿椿1982).本文结果 表明,用较高浓度Na,SO和NaHSO混合液处理 的2种云杉的光合色素含量均下降.Chla和Chl b的变化规律基本上一致,类胡萝卜素受到的影 响较小.20mmo1.L.的溶液处理的嫩江云杉,其 类胡萝卜素含量下降不到10%.有资料表明,类 胡萝卜素作为光合色素一方面可以吸收光能,另 一 方面也可起到保护光合机构免受过剩光强造成的 损害(王娟和李德全2002).由此看来,维持较高 含量的类胡萝卜素含量对于保持一定的光合速率是 非常有利的.同时,这也说明NaSO和NaHSO 混合液引起的光合的下降与光合色素含量下降可能 有一定的关系. F/F是反映光化学反应状况的参数.本文 中2种云杉的经NaHSO和Na2SO混合液处 理3d后下降,且下降幅度随着溶液浓度的增加 而增加,这显示Na2SO3和NaHSO混合液对2种 云杉潜在的光能转化效率有一定的伤害.随后, 又逐渐恢复.此外,代表PSII中电子传递量子 效率,与碳同化,光呼吸和对o,依赖的电子传 递有关的..变化幅度比大,说明Na2SO3 和NaHSO混合液对电子传递效率带来的影响相对 大一些,其恢复时间也较长,这暗示伤害程度可 能更深一些. So2或NaHSO,可造成气孔关闭(彭子模 2000).但本文结果表明,除了以100mmo1.L.混 合液处理的之外,G和Ci的变化并不大,各处理 之间的差异不显着.因此认为气孔限制可能不是 Na2SO和NaHSO混合液导致2种云杉光合作用下 降的主要因素. SO,对植物的影响是多方面的,它进入到植 物体后,细胞膜透性,pH值,自由基的产生, 植物生理学通讯第43卷第2期,2007年4月263 酶活性都受影响(Ranieri等1999;廖飞勇和何平 2004;康敏明和陈红跃2006).本文结果表明, 模拟SO污染的Na2SO和NaHSO3混合液喷施云杉 后,其光合色素减少,电子传递量子效率下降, 膜透性增加,进而造成了光合速率下降,但气孔 受到的影响并不明显.2种云杉对胁迫的反应不 一 ,红皮云杉对胁迫的敏感程度和受到较为严重 的伤害后的自我修复能力都比嫩江云杉强一些. 两者受伤害的机制是否有异,尚待进一步研究. 参考文献 北京师范大学,华中师范学院(1981).无机化学.北京:高等教育 出版社,539 陈屏昭,罗家刚,王磊,陈顺方,桑正林,周云(2004).亚硫酸氢钠影 响脐橙叶片光合作用的原因.西北农业,13(1):69, 75 陈寿椿(1982).重要无机化学反应.上海:上海科学技术出版社, 918 高吉喜(1997).二氧化硫对植物新陈代谢的影响(1).环境科学研 究,10(2):36,39 胡哲森,时忠杰,许长钦(2OO1).亚硫酸氢钠对油茶光合机构的生 理效应研究.林业科学,37(1):68,71 黄芳,王建民,徐玉梅(1999).SO对不同抗性植物几种酶活性的 影响.中国环境科学,19(2):161164 康敏明,陈红跃(2006).几种鉴定植物抗大气污染能力指标的介 绍.植物生理学通讯,42(2):349—353 李合生主编(2000).植物生理生化实验原理与技术.北京:高等教 育出版社,134,138,261,262 廖飞勇,何平(2004).熏气对油桐叶片细胞膜脂组成和叶绿体超 微结构的影响.植物生理学通讯,40(1):424 聂绍荃,袁晓颖(2004).东北云杉属一新变种.植物研究,24(2): 129 彭子模(2000).亚硫酸氢钠对植物叶片气孔开度的调节作用.新 疆师范大学(自然科学版),19(2):38,41 王宏炜,魏家绵,沈允钢(2000).喷洒低浓度亚硫酸氢钠可促进小 麦叶片光合磷酸化和光合作用.科学通报,45(4):394,397 王娟,李德全(2002),水分胁迫下植物体内的抗氧化剂及其作用. 生物学通报,37(10):22,23 温达志(2003).30种园林植物对短期大气污染的生理生态反应. 植物生态,27(3):3l1,317 仪慧兰,孟紫强,杜建红(2001).亚硫酸氢钠对大蒜有丝分裂周期 的影响.山西大学(自然科学版),24(3):262,264 郑淑颖(2000).二氧化硫污染对植物影响的研究进展.生态科学, 19(1):59,-64 RanieriA,PieruccettiF,PanicucciA,CastagnaA,LorenziniG, SoldatiniGF(1999).SO2一induceddecreaseinphotosynthetic activityintwobarleycultivars.Evidenceagainstspecific damageattheprotein-pigmentcomplexleve1.PlantPhysiol Biochem,37(12):919—929 TanakaK,SugaharaK(198o).Roleofsuperoxidedismutaseinthe defenseagainstSO2toxicityandanincreaseinsuperoxide dismutaseactivitywithSO2fumigation.PlantCellPhysiol, 21(4):601,-611 WangHW,ShenYG(2002).Howbisulfiteenhancesphotosynthesis. 植物生理与分子生物学,28(4):247,252