魏愛麗，張小冰, 王圣潔，曹冬梅，郝雪峰，徐羽，王云山

(1.太原師范學院 生物系，山西 太原 030031； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，山西 太原 030031)

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13種園林草本花卉對SO2的抗性

魏愛麗1，張小冰1, 王圣潔1，曹冬梅2，郝雪峰1，徐羽1，王云山2

(1.太原師范學院 生物系，山西 太原 030031； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，山西 太原 030031)

[目的]探明不同園林草本花卉(草花)對二氧化硫(SO2)的抗性，為其在SO2污染地區(qū)的應用提供依據(jù)。[方法]在自行設計的密閉靜態(tài)熏氣箱中，采用急性靜態(tài)熏氣法，研究了SO2脅迫下13種常見園林草花植物被傷害癥狀、顯癥時間和閾值濃度，從而對其進行抗性分級。[結果]SO2處理濃度高于0.3 g·m-3時，大部分材料均出現(xiàn)明顯癥狀，主要表現(xiàn)為葉尖焦枯，葉片卷曲，出現(xiàn)黃褐色或者黑色斑點及萎蔫等。13種草花中，對SO2高度敏感型植物有飛燕草和孔雀草；中度敏感型有一串紅和蜀葵，敏感型的有萬壽菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黃和鼠尾草。[結論]薰衣草等高抗和中抗的植物可以在SO2嚴重污染地區(qū)使用，孔雀草、一串紅等可以作為污染指示植物。

草花植物； 二氧化硫； 抗性分級

SO2素有“大氣污染的元兇”之稱[1，2]。SO2污染不僅危害人類健康，嚴重制約動植物生長發(fā)育[3]，還可形成酸雨, 對農(nóng)作物、森林、湖泊、建筑物以及生態(tài)系統(tǒng)都有危害作用[4]。

SO2污染造成環(huán)境惡化,而園林綠化草花植物在美化生態(tài)環(huán)境和凈化空氣中具有重要作用[5～7]，且應用也越來越廣泛。然而不同的綠化環(huán)境，其功能和要求是不同的，因而對草花植物的選擇也不一樣[7]。劉俊鋒等[8]，劉凱等[9]曾對幾種草花植物對SO2的反應和抗性做過研究，發(fā)現(xiàn)不同的草花對大氣污染物SO2抗性不同，但是研究中草花種類很少，所選材料不一定均是用于園林綠化的，分級方法也各成體系，而其余關于植物對SO2的抗性研究大部分集中在木本園林植物及一些農(nóng)作物上[10～13]，草花的研究報道很少。

草本花卉園林綠化植物個體小，遷移方便，費用低，在日常園林綠化中使用普遍, 敏感性強的草花如百日草等可以作為SO2污染與否的指示植物，對SO2抗性能力強的草花，可以在美化城市、建立園林式化工企業(yè)方面充分發(fā)揮作用[8]。故本研究應用熏氣實驗對13種常見的盆栽園林草花植物對SO2抗性進行研究,從而為構建美麗中國，篩選抗SO2污染的園林草花植物提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為石竹(DianthuschinensisL.)、鼠尾草(SalviafarinaceaBenth)、一串紅(SalviasplendensKer-Gawler)、串白(Salviespendenscv.)、飛燕草(Consolidaajacis(L.) Schur.)、薰衣草(LavandulaangustifoliaMill.)、金光菊(RudbeckialaciniataL.)、毛地黃(DigitalispurpureaL.)、蜀葵(AlcearoseaL.)、羽扇豆(LupinusmicranthusGuss.)、孔雀草(TageteserectaL.cv)、萬壽菊(TageteserectaL.cv)、矮牽牛(碧冬茄)(Petuniahybrida(J. D. Hooker) Vilmorin)。

將13種草花植物種子分別播種于72孔穴盤中，在溫室中培養(yǎng)，自然光照(白天光強不超過400 μmol· m-2·s-1)，溫度23～27 ℃，10～13 h 光期，相對濕度60%～90%，出苗后，當長到4～6片真葉時，分別移栽到直徑12 cm花盆中，生長3個月后，用于試驗。

1.2處理及調(diào)查方法

1.2.1SO2熏氣濃度及處理

選擇健康、生長一致、無病蟲斑的溫室生長的13種草花植物，放入準備好的自行設計的帶有風扇的靜態(tài)熏氣箱(1m×1m×0.7m)中，參照魏愛麗等[14]的方法進行熏氣。試驗共設對照及0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 g·m-3五個熏氣濃度，每4 h換1次氣，加1次藥品，熏氣8 h，并用加拿大BW-GAXT-S型SO2檢測儀定時檢測箱內(nèi)SO2的量。每個處理重復3次。熏氣過程中，每隔1 h觀察1次，記錄下植物的癥狀，以及出現(xiàn)癥狀的時間。

1.2.2調(diào)查方法及分級標準

葉片受害級別的劃分參照徐玉梅等[10]的方法，以受害葉面積為準, 分為五級：

0：無受害；Ⅰ：輕微受害為 受害面積≤10%；

Ⅱ: 輕度受害為 10%<受害面積≤30%；

Ⅲ: 中度受害為 30%<受害面積≤ 60%；

Ⅳ: 嚴重受害為 受害面積≥60%。

供試草花植物的抗性級別的劃分按照孔國輝等[15]的方法，以受害閾值(T) (濃度×時間) 為準,分為6個類型：

(1)高度敏感型: 受害閾值(T ≤0.05 g·m-3×8 h)

(2)中度敏感型: 受害閾值(0.05 g·m-3×8 h

(3)敏感型: 受害閾值(0.1 g·m-3×8 h

(4)微抗型: 受害閾值(0.2 g·m-3×8 h

(5)中抗型：受害閾值(0.3 g·m-3×8 h

(6)高抗型: 受害閾值( T>0.4 g·m-3×8 h)

1.3葉片SO2臨界劑量和傷害閾值的確定

臨界劑量和傷害閾值的確定參照劉燕云等[13]的方法。本試驗以出現(xiàn)可見傷害時的SO2劑量作為臨界劑量，以產(chǎn)生≤10%的受害葉面積的SO2濃度和時間的總值(g·m-3×8 h)作為傷害閾值。

2　結果與分析

2.113種草花植物受不同濃度的SO2處理后的受害情況

從表1可以看出，除一串紅、孔雀草和飛燕草外，其余材料在SO2低濃度(0.05 g·m-3)處理時，基本沒有癥狀出現(xiàn)，在SO20.1 g·m-3濃度處理時,一半左右的材料無癥狀，部分種類材料葉尖出現(xiàn)癥狀，表現(xiàn)為發(fā)黃卷曲，蜀葵、飛燕草和一串紅葉片中間癥狀明顯，在SO2濃度為0.2 g·m-3時，除羽扇豆、串白，金光菊，薰衣草、矮牽牛和鼠尾草外，其余材料都出現(xiàn)顯著癥狀，SO2濃度為0.3 g·m-3時，矮牽牛和鼠尾草也出現(xiàn)顯著癥狀，在SO2濃度為0.4 g·m-3時，除薰衣草、金光菊外所有材料出現(xiàn)了癥狀，表現(xiàn)為葉尖焦枯，葉片卷曲，出現(xiàn)黃褐色或者黑色斑點及萎蔫等。同時發(fā)現(xiàn)，SO2劑量的加大不僅加重原有癥狀，還會引發(fā)新的癥狀出現(xiàn)。如：一串紅在SO2濃度增大到0.1 g·m-3時出現(xiàn)了低濃度沒有出現(xiàn)的葉片卷曲；飛燕草在SO2濃度增大到0.2 g·m-3時出現(xiàn)黑色小斑點；孔雀草在SO2濃度增加到0.2 g·m-3時出現(xiàn)了葉片卷曲；毛地黃在SO2濃度增加到0.2 g·m-3時葉緣變黃；石竹則在SO2濃度加到0.2 g·m-3時出現(xiàn)黃色橢圓形斑點；萬壽菊在SO2濃度增加到0.4 g·m-3時葉片；鼠尾草在SO2濃度增到4 g·m-3時出現(xiàn)了黃色斑點。大部分草花的顯癥時間在低濃度時，8 h內(nèi)無明顯癥狀，高濃度時在2～6 h內(nèi)不等。

表1不同濃度SO2處理后不同草花植物被傷害癥狀和顯癥時間

Table 1The damaged symptoms and time of symptoms shown of different herbal flower plants treated with different concentrations of SO2

植物種類Plantspecies不同濃度SO2處理8h內(nèi)的癥狀/顯癥時間/hSymptomstreatedwithdifferentconcentrationsofSO28h/timeofsymptomsshown0.05g·m-30.1g·m-30.2g·m-30.3g·m-30.4g·m-3石竹無明顯變化/8無明顯變化/8葉片發(fā)黃,萎焉,向外卷曲的葉片有黃色橢圓形斑點/4葉片發(fā)黃,萎焉,向外卷曲的葉片有黃色橢圓形斑點/3葉片發(fā)黃,萎焉嚴重,葉片向外卷曲,且有黑色斑點/1一串紅葉尖及邊緣出現(xiàn)黑斑,且幼葉的受害面積大于老葉/8葉片向內(nèi)卷曲且卷曲程度幼葉大于老葉/6葉片向內(nèi)卷曲,葉片中央上有褐色塊狀斑/5葉片向內(nèi)卷曲,葉邊緣呈黑褐色/4老葉也明顯向內(nèi)卷曲,葉片呈黑褐色,有焦黃色/1飛燕草葉片整體發(fā)黃,且向內(nèi)卷曲/7葉片整體發(fā)黃,且向內(nèi)卷曲嚴重/6有黑色圓形小斑,葉片向內(nèi)卷曲/4葉片發(fā)黃,部分葉片卷曲,葉片有黃色橢圓形斑點/3葉片整體發(fā)黃,萎焉,葉片向內(nèi)卷曲,葉片黃色斑點較0.3時增大/1薰衣草無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8金光菊無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8毛地黃無明顯變化/8葉片向內(nèi)卷曲/8葉片向內(nèi)卷曲,邊緣呈淺黃色/3葉片整體發(fā)黃/3葉片發(fā)黃部分卷曲,萎焉嚴重/1蜀葵無明顯變化葉片中間有點狀黃斑,且老葉較幼葉明顯/8葉片中間有點狀黃斑,且老葉較幼葉明顯/8葉片向內(nèi)卷曲嚴重,葉片中間有點狀黃斑,且老葉較幼葉明顯/7葉片向內(nèi)卷曲嚴重,葉片中間有點狀黃斑,且老葉較幼葉明顯/6串白無明顯變化/8無明顯變化無明顯變化/8無明顯變化/8葉片中散布有黃色斑/6羽扇豆無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8葉片萎焉,向外卷曲,葉片呈淺黃色/6鼠尾草無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8葉片有黃色斑點,且老葉較幼葉明顯/6葉片萎焉,向外卷曲,且有黃色斑點,變黃,老葉較幼葉明顯/6矮牽牛無明顯變化/8無明顯變化/8無明顯變化/8葉片向外卷曲,且有黃色壞死斑點,萎蔫/6葉片向外卷曲,且有黃色壞死斑點,萎蔫/6孔雀草葉尖略卷/5葉尖卷曲發(fā)黃/5葉尖與葉緣卷曲發(fā)黃/4葉片萎蔫,葉尖與葉緣卷曲發(fā)黃,葉片中央出現(xiàn)少量斑點/3葉片萎蔫,葉尖與葉緣變黃變干枯,葉片中央出現(xiàn)大片斑點/2萬壽菊無明顯變化/8葉片出現(xiàn)少量黃斑/8葉片萎焉,有黃色斑點/5葉片萎焉,葉片呈黃色/3葉片萎焉,卷曲,葉邊緣呈淺黃色/1

2.2熏氣完成后的恢復情況

對植物熏氣完成后，繼續(xù)觀察20 h發(fā)現(xiàn)，大部分植物在SO2較高濃度下，表現(xiàn)為原有癥狀加重(表2)，有些抗性強的植物，熏氣結束無癥狀，在熏氣完成后出現(xiàn)了癥狀，比如：薰衣草在0.4 g·m-3的濃度下熏氣完成后的6 h葉片萎焉，葉尖變黃；金光菊在0.3 g·m-3的濃度下6 h后葉片萎焉，葉尖出現(xiàn)黃色斑點。

表2不同濃度SO2處理完成后恢復20 h后不同材料的癥狀(與熏氣結束時相比)

Table 2The symptoms of different materials after 20h’s recovery treated with different concentrations of SO2(Compared to the end of fumigation)

植物種類Plantspecies不同濃度SO2處理后恢復20h的癥狀Thesymptomsofdifferentmaterialsafter20h’srecoverytreatedwithdifferentconcentrationsofSO20.05g·m-30.1g·m-30.2g·m-30.3g·m-30.4g·m-3石竹無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片萎焉加重葉片萎焉加重一串紅葉片出現(xiàn)萎焉葉片萎焉加重葉片萎焉加重葉片萎焉加重,趨于死亡葉片萎焉加重,趨于死亡飛燕草葉片卷曲嚴重葉片卷曲嚴重葉片卷曲嚴重葉片干枯,幾乎死亡葉片干枯,幾乎死亡薰衣草無明顯變化無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片萎焉,葉尖變黃金光菊無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片出現(xiàn)萎焉,出現(xiàn)黃色斑點葉片萎焉,出現(xiàn)黃色斑點毛地黃無明顯變化無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片萎焉加重蜀葵無明顯變化無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片萎焉加重串白無明顯變化無明顯變化無明顯變化無明顯變化黃色斑點增多羽扇豆無明顯變化無明顯變化無明顯變化無明顯變化葉片萎焉加重,葉尖干枯,莖彎曲孔雀草葉片萎焉葉片萎焉葉片萎焉加重葉片萎焉加重所有葉片萎焉萬壽菊沒有顯著變化極少部分葉片出現(xiàn)葉緣焦枯少部分葉片葉緣和葉尖焦枯萎蔫加重,葉片上有斑點,所有葉片葉緣焦枯萎蔫加重,葉緣嚴重焦枯,有黃色斑點鼠尾草無顯著變化葉片變黃,少量葉片萎蔫葉片變黃,少量葉片萎蔫葉片變黃,較多葉片萎蔫較多葉片變黃,葉片枯萎變黑矮牽牛無顯著變化少量葉片葉緣卷曲、變黑,有黑色條紋與斑點大量葉緣變黑卷曲葉片全部萎蔫卷曲葉片全部萎蔫卷曲

2.313種草花植物對SO2傷害的抗性比較

從表3可以看出, 依據(jù)上述標準, 在本試驗所測13種草花植物中, 對SO2高度敏感型植物有飛燕草和孔雀草；中度敏感型有一串紅和蜀葵，敏感型的有萬壽菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黃和鼠尾草?？剐宰顝姷霓挂虏蓍撝荡笥?.4 g·m-3，在處理結束時都沒有很明顯的癥狀，只是熏完后繼續(xù)觀察時，才發(fā)現(xiàn)其在最高濃度下有被傷害癥狀出現(xiàn)。

表3　不同草花植物的受害程度及抗性級別

3　討論與結論

SO2進入植物體內(nèi)的主要通道是氣孔, 因此對植物的傷害首先表現(xiàn)在葉上。急性和慢性的SO2暴露都會影響植物的生長，對植物造成傷害[3,16,17]，甚至死亡[18]，且與SO2的濃度、污染時間及植物種類有關[9，13,16]。本課題組前期的研究結果表明[14]，即使同一種植物萱草，不同品種之間，差異也很大。本研究結果表明，不同觀賞草花植物受不同濃度SO2處理后，主要表現(xiàn)為葉尖焦枯，葉片卷曲，出現(xiàn)黃褐色或者黑色斑點(嚴重時成洞)及萎蔫等，并隨著濃度的增加和時間的延長，不但原有癥狀程度加深，而且還會引發(fā)新的癥狀?？赡苡捎跉鈶B(tài)SO2主要經(jīng)氣孔進入細胞，在胞內(nèi)產(chǎn)生亞硫酸根和亞硫酸氫根，同時產(chǎn)生大量的自由基等有毒物質(zhì)，從而對植物葉片造成傷害[19]。不同草花植物對SO2響應的差異，推測可能與其葉片組織結構和氣孔分布有關。

熏氣完成后，繼續(xù)觀察20 h，發(fā)現(xiàn)多數(shù)植物表現(xiàn)出在原有癥狀的基礎上有加重的趨勢。薰衣草在高濃度時出現(xiàn)了低濃度時沒有的癥狀，可能是植物吸收的SO2，在細胞內(nèi)較長時間的積累產(chǎn)生的有毒物質(zhì)造成的傷害。同時發(fā)現(xiàn)，本試驗方法下，不同草花植物的顯癥時間越早，抗性的級別越低。但是也有些植物(如孔雀草)雖然抗性很低，但是顯癥時間比有些抗性強的晚。由于確定閾值濃度是根據(jù)受害面積的大小來定的，有些植物剛開始出現(xiàn)癥狀就比較明顯，受害面積較大，因此出現(xiàn)閾值濃度稍微小于臨界濃度的情況，如飛燕草。

本試驗結合顯癥時間、傷害癥狀、臨界濃度和閾值濃度分析得出：實驗所測13種草花植物中，對SO2高度敏感型植物有飛燕草和孔雀草；中度敏感型有一串紅和蜀葵，敏感型的有萬壽菊，高抗型的有薰衣草、金光菊，中抗型的有石竹、串白和羽扇豆，微抗型的有毛地黃和鼠尾草。薰衣草等高抗和中抗的植物可以在SO2嚴重污染地區(qū)使用。與前人所做的個別重復的花卉[9]如一串紅等,雖然分類體系和評價方法不盡一樣，但結果相似。

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(編輯：武英耀)

Studies on the resistibility of 13 species garden herbal flower plants to sulfur dioxide

Wei Aili1, Zhang Xiaobing1, Wang Shengjie1, Cao Dongmei2, Hao Xuefeng1, Xu Yu1, Wang Yunshan2

(1.DepartmentofBiology,TaiyuanNormalUniversity,Taiyuan030031,China， 2.InstituteofHorticulture,ShanxiAcademyofAgriculturalSciences,Taiyuan030031,China)

[Objective] The objective of the study is to explore the resistibility of different garden herbal flower plants to sulfur dioxide and provide experimental evidence to their application in SO2polluted areas. [Methods]Acute artificial fumigation protocol was carried out to study the damaged symptoms, time of symptoms shown and threshold concentration, and then the resistibility difference of 13 kinds common garden herbal flower plants in Shanxi Province were analyzed. [Results]Most materials showed overt symptom when SO2concentration exceeded 0.3 g·m-3. The typical symptom was yellow and shriveled in leaf blade tip and margin, tawny or black spots and wilting could be found in leaf blade. Among 13 kinds of plants,C.ajacisandT.erectacv showed the highest sensitivity to SO2,S.splendensandA.roseashowed middle level sensitivity,T.erectashowed sensitivity to SO2,L.angustifoliaandR.laciniatashowed the highest resistibility to SO2,D.chinensis,S.spendenscv. andL.micranthusshowed middle resistibility to SO2,D.purpureaandS.farinaceashowed tiny resistibility to SO2.[Conclusion]L.angustifoliaandR.laciniataetc. can be used in pollution areas.T.erectacv andS.splendensetc can be used as SO2pollution indicative plants.

Herbal flower plants, Sulfur Dioxide, Resistibility

2016-07-21

2016-07-27

魏愛麗(1969-)，女(漢)，博士后，教授，研究方向：植物生理生態(tài)及環(huán)境毒理

山西省科技基礎條件平臺項目(2014091003-0108)，山西省科技攻關項目(20130311019-3；20140311014-1)

X171.5

A

1671-8151(2016)10-0691-05