蒙古栎叶片对o

蒙古栎叶片对o

近层氧气（o3）是光化学产生的二次污染物。它是温室气体和光化学烟雾的主要成分。这是一种强氧化剂，对植物有很强的毒性作用。降低叶片的空气延续性、光合能力、植株高度和叶面积，加速植物生长，加速植物衰老，改变碳代谢，导致植物和树木的产量降低，严重威胁全球生态系统安全。目前,就平均状况而言,我国大气中臭氧体积分数约为50×10-9~60×10-9,且东部地区比西部地区高约20×10-9。过去,沈阳市大气受以煤炭为主的能源结构的影响,呈现出明显的煤烟型污染特征,但近年来,由于工业上大量使用化石燃料,农业上大量使用含氮化肥以及汽车数量的急剧增加,大气中氮氧化物(NOX)和氧有机挥发物(VOCS)含量剧增,在日光照射等条件下,导致近地层大气O3浓度日益升高,人们将面临光化学烟雾的威胁。开顶式气室(open-topchambers,OTCs)自1973年推出以来就得到广泛应用,20世纪90年代初期传入我国,国内多以研究农作物为主,较少研究城市森林,而城市森林系统又是全球生态系统中重要的组成部分,直接影响着全球生态系统的安全。蒙古栎(Quercusmongolica)是沈阳市城市森林的常用绿化树种,因而,模拟未来O3浓度升高对蒙古栎叶片光合生理的影响,为沈阳市城市森林树种的选育提供了理论依据。1材料和方法1.1实际o3浓度控制试验试验区位于中国科学院沈阳树木园(41°46′N,123°26′E),是沈阳市人口密集商业文化中心地带。试验主要设施为结构和性能完全相同的6个开顶箱(直径4m、高3m玻璃室壁的正八边形,气室间距4m)及与其配套的通气、通风设备。主要包括臭氧发生器(GP-5J,国产)、臭氧传感器(S-900,新西兰)、温湿度传感器,以及数据分析与自动控制充气系统。在整个试验期间气室内实际O3浓度控制稳定。整个处理期内管理方法相同,箱内水肥条件适宜,无病虫害及杂草等。试验设2个处理:O3体积分数[(80±8)×10-9]和对照(自然O3浓度,约45×10-9),每个处理设3次重复。选4年生蒙古栎为试验对象,于2007年4月初将其移栽在开顶箱内,每个气室20株。新移栽的苗木恢复后,6月18日开始每日8:00~17:00不间断通入高浓度O3,10月10日停止供气。每隔30d取样1次。每次取样在上午9:00左右,选取蒙古栎相同叶位全展叶片,保温箱冰浴保存,当天开始实验,同步测定各处理蒙古栎光合作用的相关生理指标。1.2叶绿体膜活性染料的制备净光合速率:利用LI-6400便携式光合作用测定仪测定完成。光合色素含量:用体积分数为80%的丙酮提取,于646nm和663nm处测定吸光度,根据Lichtenthaler等的修正公式计算叶绿素总量和类胡萝卜素含量。可溶性糖和淀粉含量:用蒽酮法测定,参照邹琦的实验方法。相对外渗电导率的测定:外渗电导法测定,参见文献的方法。希尔反应活力的测定:邻菲罗啉盐酸盐比色法。Ca2+-ATPase的测定:取已制备好的叶绿体悬浮液0.1mL,加入1mL激活液,摇匀后置于64℃水浴中保温4min。冷却后吸取0.5mL,加入0.5mL反应液,37℃水浴保温10min后进入终止反应阶段。Mg2+-ATPase的测定:取已制备好的叶绿体悬浮液0.1mL,加入0.8mL激活液。摇匀后光照活化5min,再加入0.1mLATP摇匀,37℃水浴保温5min后进入终止反应阶段。加入20%的三氯乙酸0.2mL终止反应,然后3000r/min离心5min。吸取上清液0.5mL,加入硫酸亚铁-钼酸铵2mL、蒸馏水2.5mL。摇匀后放置30min,660nm波长下测定吸光度。2结果分析2.1处理30d时的最优条件图1表明,O3浓度升高条件下蒙古栎叶片中净光合速率显著低于对照相应值,且最大降幅高达55.37%,在处理30d时,与对照相比差异达到极显著水平(p<0.01),在处理60d和90d时,与对照相比,差异显著(p<0.05)。2.2影响蒙古鹳叶含有相同的氨基酸含量2.2.1o3处理前后的比较在一个生长季内,蒙古栎叶片叶绿素含量的变化趋势基本呈现先升高后下降的趋势,且在整个处理期间,均为O3处理低于对照处理,其值下降了1.56%~13.61%,见图2。与对照相比,叶绿素在处理30d和60d时均显著低于对照(p<0.05),而在处理第90天时,叶绿素含量与对照相比达到差异极显著水平(p<0.01)。2.2.2先升温后下降的趋势从图3中可以看出,在整个处理期间,高浓度O3处理下蒙古栎叶片中类胡萝卜素含量的变化趋势与对照相似,并且低于对照,呈现出先升高后下降的趋势,其降低的最大幅度为12.8%。在处理第30天时,高浓度O3处理下的蒙古栎叶片中类胡萝卜素含量低于对照,且达到极显著水平(p<0.01),而在第60天时,类胡萝卜素含量变化不显著(p>0.05),第90d时,叶片中的类胡萝卜素含量显著低于对照(p<0.05)。2.3由于o3浓度的增加，这种大规模的聚合物电子传输和聚合物磷酸化的影响2.3.1光合能力希尔反应是植物进行光合作用重要的反应之一,其活力大小反映了光合能力的强弱。由图4可以看出,高浓度O3处理下蒙古栎叶片的希尔反应略低于对照,最大降幅为4.74%,差异不显著(p>0.05),两处理的变化趋势基本一致,均呈现先升高后略下降。2.3.2ca2+-atpase活性O3浓度的升高使Ca2+-ATPase和Mg2+-ATPase在整个处理期间均呈先上升后下降的趋势,且活性均降低,与对照相比,最大降幅分别为17.64%和25.34%,见图5、6。在处理第30天时,Ca2+-ATPase活性与对照达到差异极显著(p<0.01),在第60天时,差异显著(p<0.05)。而Mg2+-ATPase活性在整个处理期间均与对照差异极显著(p<0.01)。2.4对总可溶性糖含量的影响由图7、8可知,O3浓度的升高抑制了蒙古栎叶片中可溶性糖和淀粉含量的积累,两者的变化趋势均与对照相似,且低于对照,呈先上升后略下降的趋势。可溶性糖与对照差异不显著(p>0.05),最大降幅为21.41%;可溶性淀粉的最大降幅为13.15%,在处理第30天和60天时,分别与对照达到差异极显著(p<0.01)和显著水平(p<0.05)。2.5对相对电导率的影响相对电导率是反映膜透性的重要指标之一。由图9可以看出,随着处理时间的延长,相对电导率在不断增加,且高浓度O3处理高于对照处理,最大增幅为41.48%。在处理第60天时,达到差异极显著水平(p<0.01),其它时间差异不显著(p>0.05)。3类胡萝卜素的抗氧化活性本试验研究表明,在整个处理期间,蒙古栎叶片的相对电导率随通气时间的延长呈上升趋势,这说明高浓度臭氧破坏了叶片细胞的膜结构,导致了膜选择透性的改变和丧失。净光合速率随着处理时间的延长呈显著性降低,同时高浓度O3降低了光合色素的合成,这是由于高浓度O3作用于叶绿体,破坏其结构,引起植物体内叶肉细胞光合活性的变化,导致光合色素含量的下降。在处理前期叶绿素变化差异不显著时,类胡萝卜素便达到差异极显著,这是由于类胡萝卜素在叶绿体中除了传递光合能量以外,还是重要的辅助色素,在光合作用过程中的主要功能包括过剩激发能的耗散和活性氧的清除,可以猝灭激发态的叶绿素,免遭光氧化作用对光合系统造成伤害,降低光合膜受损害程度,使光合作用在不利外界因子的胁迫下能顺利进行。希尔反应活力反映了PSⅡ结构、功能完整性与电子传递效率。本试验中O3浓度升高使蒙古栎叶片的希尔反应活力呈下降趋势,但整个处理期间差异不显著。高浓度O3处理下,蒙古栎叶片中的Ca2+/Mg2+-ATP酶活性均降低,这与郭丹等对银杏的研究结果相一致。作为光合磷酸化反应的偶联因子,它不仅在ATP的合成反应中起关键作用,且同时具有ATP酶的活性,即可以利用水解ATP能量进行质子跨膜运输,其活性降低意味着叶片光合磷酸化受到抑制,从而影响光合作用下一步同化反应。净光合速率下降与光合色素含量降低必然会减弱植物的光合作用,抑制光合产物的积累。糖和淀粉的含量在高浓度O3处理下呈下降的趋势,但糖含量在整个处理期间变化都不