臭氧对植物的影响

37 臭氧 O3 是一种主要的光化学氧化剂 由汽车 废气及石油 煤炭等燃烧排入大气的碳氢化合物 HC 和氮氧化物 NOx 等一次污染物在阳光 紫外 线 作用下 会发生光化学反应 生成氧化能力很强 的二次污染物 包括 O3 过氧乙酰硝酸酯和醛类等 化学氧化剂 其中很大部分是 O3 约占 90 以上 目前 O3已是分布很广泛的大气污染物 成为突出 的环境污染问题 严重影响植物的生长发育 一 O3对植物的伤害症状及伤害阈值 植物受 O3伤害的症状 一般出现于成熟的叶片 上 嫩叶不易出现症状 受害后出现伤斑 零星分 布于全叶各部分 伤斑可分四种类型 同一植物出现 一种或多种不同 1 呈红棕 紫红或褐色 2 叶 表面变白或无色 严重时扩展到叶背 3 叶子两面 坏死 呈白色或桔红色 叶薄如纸 4 褪绿 有的 呈黄斑 由于叶受害变色 逐渐出现叶弯曲 叶缘 和叶尖干枯而脱落 针叶树受 O3伤害则出现顶部坏 死现象 植物对 O3的反应各异 有的敏感 有的抗性 强 可将各种植物置于 O3暴露中 分别记录 0 5 1 0 2 0 4 0 8 0 小时叶片出现可见伤害面积 5 时的 O3 浓度 ppm 来了解它们对 O3 反应 的阈值 下面是美国国家环保局 1978 年的试验结 果 敏感植物各段时间分别为 0 35 0 50 0 15 0 25 0 09 0 15 0 04 0 09 0 02 0 04 中 等敏 感 植物 分别 为 0 55 0 70 0 25 0 40 0 15 0 26 0 10 0 15 0 07 0 12 抗性植物 分别大于或等于 0 70 0 40 0 30 0 25 0 20 另外 有人根据大量研究工作的结果 综合分 析了可能引起叶片可见伤害时的 O3 剂量 浓度pp m 时间 h 如下 农作物 a 0 20 0 41 0 5 b 0 10 0 25 1 0 c 0 04 0 09 4 0 乔灌木 a 0 20 0 51 1 0 b 0 10 0 25 2 0 c 0 06 0 17 4 0 可见 一般来说农作物对 O3比较敏感 乔木和 灌木相对抗性较强 在乔木中 针叶树比较敏感 二 O3对植物的影响 O3是氧化剂 它对植物的影响即使未出现可见 伤害症状 也会阻碍生长 O3对植物光合作用的影 响表现为 在低 O3浓度中 光合速率随蒸腾速度下 降而降低 终止暴露后 光合速率一般不能恢复 所以 O3的伤害是不可逆的 随着 O3污染浓度增 加 光合速率呈直线下降 研究指出 O 3可促使气 孔关闭 降低叶绿素含量 阻碍光合电子传递系统 等 因此抑制光合作用 O3可损害质膜 使其透性增大 细胞内物质外 渗 必然影响细胞正常的生理功能 O3能引起膜脂 质不饱和脂肪酸的破坏 研究表明 暴露在 O3中一 定时间的植物叶片 总脂肪酸含量下降 而丙二醛 含量显著增加 丙二醛是不饱和脂肪酸分解的标 志 它的增加意味着亚麻酸 亚油酸等不饱和脂肪 酸的解体 将菠菜暴露在 O3中 了解对膜脂质的变化发 现 组成膜脂的糖脂质在接触 O3后很快减少 糖脂 质是叶绿体类囊体膜的主要成分 它的减少必然影 响膜的结构和功能 会阻碍光合电子传递 因而影 响光合作用 曾有报道证明 半乳糖脂肪酶使叶绿 体类囊体膜的单半乳糖甘油二酯和双半乳糖甘油二 酯分解 可抑制光合电子传递活性 O3可产生自由基伤害 O3不是自由基 但在植 物体内可生成自由基 如超氧自由基 过氧化氢 H2O2 等 也能使自由基防御系的一些酶活力下降 或失活 引起伤害 如实验表明 菠菜在 O3所引起 的急性伤害中 抗坏血酸过氧化物酶 超氧歧化酶 和过氧化氢酶等活性都下降或失活 由于 O3产生的 自由基有毒物质超过了这些防御酶的解毒能力 植 物便受到自由基的伤害 叶绿素 蛋白质等生物功 能分子遭到破坏 有关这方面的研究正在深入进行 之中 O3破坏植物正常的代谢 损害植物的生理活 动 除降低植物总的生长和产量外 也影响同化产 物在植物体内的分配 尤其是运输到根部和繁殖器 官的同化产物量减少 如荷兰芹暴露在 0 2ppmO3 臭氧 对植物的影响 高庆义 任少亭 38 中 1天 4 小时 每周 5天 8 周后 测量干物质的重 量 与对照相比个体重减少 23 根重减少 43 而叶几乎没有减少 有的大豆 小麦品种在生长季 中 若处于每天 7小时 0 04 0 05ppmO3暴露下 产量可下降 10 此外 O3还可降低柑桔 葡萄 棉花 甜菜 马玲薯等许多经济植物的产量及品 质 大量的研究表明 空气中的 O3浓度要远低于 0 10ppm 才能保护大多数植物不受影响 上述之外 在 O3长期作用下 可使天然森林生 态系统发生变化 覆盖率下降 种的丰富度减少 真菌 地衣群落减少 树木中一部分敏感的种群将 衰亡和淘汰 一部分种群生长削弱 促使少数抗氧 化剂的种群生长起来 所以有人指出 臭氧是一个 重要的环境参数 它影响自然群落的组成 种的多 样性和稳定性 在植物演替和种的优势度中最终将 起主要的作用 作者单位菏泽师专生物系 山东菏泽 274015 CO2浓度加倍对光合色素含量的影响 CO2浓度加倍有利于植物叶片单位鲜重或单位 叶面积的叶绿素和类胡萝卜素含量的提高 叶绿素 含量的提高 显然有助于植物捕获更多光能供光合 作用所利用 因为在 CO2浓度加倍条件下 植物要 充分利用环境资源 增加对 CO2的同化 需要通过 增加叶片叶绿素的含量 或扩大叶面积来提高对光 能的捕获能力 以满足碳同化时能量的需求 此 外 CO2浓度加倍 能降低叶绿素 a b 比值 说明 它更有利形成叶绿素 b 以含等量叶绿素的叶绿体所作的实验表明 来 自生长在 CO2浓度加倍条件下的植物叶绿体 对光 能的吸收能力 明显高于在正常大气 CO2浓度下生 长的同种植物叶绿体 这可能与 CO2倍增降低叶绿 素 a b 比值 更大幅度地增加叶绿素 b 的含量有 关 因为叶绿素 b 是捕光色素蛋白复合体的重要组 成部分 它们含量的增加有利于形成更多捕光色素 蛋白复合体 从而增加叶绿体膜捕获光能的截面 积 结果增强了叶绿体对光能的吸收 此外 CO2 浓度加倍还可降低荧光非光化学猝灭系数 表明它 可减少植物对不能参与光反应的非幅射能量的耗 散 使叶绿体所捕获的光能更有效地用于光合作 用 这些结果都可为光合作用反应中心提供更充足 的光能供其转化为化学能 以保证植物在高 CO2浓 度的环境下 有更充足的 能量用于固 定和还原 CO2 使环境资源得到更充分的利用 这显然是生 物对环境适应性的表现 CO2浓度加倍提高类胡萝卜素的含量 不仅有 助于植物对光能的吸收 因为这类色素是光合作用 的辅助色素 它们能把所吸收的光能传递给叶绿 素 使被它们吸收的光能最终用于光合作用 而且 还能提高植物的抗逆性 因为类胡萝卜素尤其是其 中的 胡萝卜素能淬灭不稳定的三线态叶绿素和 具有强氧化作用 对光含膜有潜在破坏作用的单线 态氧 从而起到保护受光激发的叶绿素免遭光氧化 的破坏 降低光合膜受损害的程度 提高植物抗光 抑制能力 使光合作用能在不利的外界环境因子 如 强光 高温和干旱等 胁迫下顺利进行 可见 叶绿 素和类胡萝卜素含量的增加 叶绿体对光能吸收能 力的提高 以及减少非辐射能量的耗散 均有利于 植物对环境中所增加的 CO2的利用 最终有利于光 合作用的提高 CO2浓度加倍对转能效率的影响 从上面的资料可以看到 CO2浓度加倍能提高 植物