李 西, 王麗華, 劉 尉,孫凌霞,*

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院， 成都 611130； 2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 雅安 625014)

三種暖季型草坪草對(duì)二氧化硫抗性的比較

李 西1, 王麗華1, 劉 尉2,孫凌霞1,*

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院， 成都 611130； 2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 雅安 625014)

二氧化硫(SO2)是城市大氣污染的重要污染物之一，這已經(jīng)越來(lái)越成為國(guó)家迫在眉睫須徹底解決的環(huán)境問(wèn)題，解決SO2污染問(wèn)題仍是一個(gè)重要的生態(tài)與環(huán)保課題。草坪植物現(xiàn)已成為城市綠化的主要造景材料，依據(jù)植物對(duì)大氣污染的反應(yīng)特性來(lái)選擇城市草坪草種，使之在發(fā)揮景觀效果的同時(shí)，發(fā)揮其更好的生態(tài)效果。采用人工模擬熏氣法，以CK(自然狀態(tài))、S1(4.29mg/m3)、S2(6.44mg/m3)、S3(8.58mg/m3)、S4(10.73mg/m3)5個(gè)SO2濃度水平，對(duì)城市常用的3種暖季型草坪草：結(jié)縷草(Zoysiajaponica)、百喜草(Paspalumnotatum)、狗牙根(Cynodondactylon)進(jìn)行SO2脅迫處理，并測(cè)定3種草坪草生理生化指標(biāo)，最終比較3種草坪草對(duì)SO2的抗性。結(jié)果表明：隨SO2濃度增加， 3種草坪草的可溶性糖含量(SS) 、脯氨酸含量(Pro)、丙二醛(MDA)含量呈增加趨勢(shì)；結(jié)縷草可溶性蛋白(SP)呈先降后升趨勢(shì)，百喜草則呈先升后降趨勢(shì)，狗牙根各脅迫處理下其SP含量均低于CK；結(jié)縷草和狗牙根過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈增加趨勢(shì)，百喜草SOD和CAT活性呈先升后降趨勢(shì)，同時(shí)其POD活性在各SO2脅迫處理下均低于CK。將所有測(cè)定指標(biāo)采用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式進(jìn)行綜合相關(guān)分析，得出3種草坪草對(duì)SO2的抗性由強(qiáng)到弱的排序?yàn)椋航Y(jié)縷草>狗牙根>百喜草。 結(jié)縷草在SO2脅迫下與其它兩種草坪草相比，表現(xiàn)出了更好的抗性能力，因此，在城市空氣不斷遭受污染的今天，結(jié)縷草可以作為熱帶和亞熱帶城市綠化草坪植物的優(yōu)選草種之一。

二氧化硫；大氣污染；暖季型草坪草；抗性

SO2作為一種常見(jiàn)的全球性大氣污染物，從工業(yè)革命至今，SO2污染問(wèn)題逐漸成為全球性的問(wèn)題，在20世紀(jì)70—90年代引起了世界各國(guó)的高度重視[1- 3]。近年來(lái)我國(guó)城市空氣出現(xiàn)不同程度的污染，嚴(yán)重的霧霾天氣席卷城市上空，而其中有關(guān)SO2污染問(wèn)題的影響范圍大、程度深[4]，這已經(jīng)越來(lái)越成為國(guó)家迫在眉睫須徹底解決的環(huán)境問(wèn)題。因此，解決SO2污染問(wèn)題仍是一個(gè)重要的生態(tài)與環(huán)保課題。

SO2對(duì)植物影響的研究已有百余年的歷史，從早期側(cè)重于描述污染脅迫下植物可見(jiàn)受害癥狀和程度的劃分研究[5- 7]，到近期深入分析污染脅迫下形態(tài)解剖和生理生化等方面的研究[8- 9]。而與植物逆境生理相關(guān)的生理生化指標(biāo)包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸，也包括植物膜脂過(guò)氧化物的主要產(chǎn)物丙二醛，以及包括植物體內(nèi)3種重要的活性酶(過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶)，這些生理生化指標(biāo)的變化與植物在逆境脅迫下的抗性變化緊密相關(guān)。大多數(shù)研究集中在農(nóng)作物和林木類植物的研究，而關(guān)于草坪草對(duì)SO2的抗性研究卻少有報(bào)道。

草坪是人類生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分，不僅是人類城市的景觀美容師，也是人類生活環(huán)境的保衛(wèi)者[10]，草坪在吸塵、減噪、保持水土、吸收有毒氣體、緩和陽(yáng)光輻射等方面發(fā)揮重要的生態(tài)作用。但人們對(duì)草坪草對(duì)SO2的吸收和凈化過(guò)程知之甚少，其中關(guān)于SO2對(duì)草坪草生理生化影響等的基礎(chǔ)研究更是少之又少[11- 13]。

基于以上背景，本試驗(yàn)以目前城市園林中應(yīng)用廣泛的3種暖季型草坪草——結(jié)縷草(Zoysiajaponica)、百喜草(Paspalumnotatum)、狗牙根(Cynodondactylon)為研究對(duì)象，采用人工熏氣法，設(shè)置不同的SO2濃度，研究其對(duì)3種草坪草生理生化過(guò)程的影響，進(jìn)而分析并比較3種草坪草抗SO2能力，最終為草坪草對(duì)SO2抗性研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為城市園林綠化應(yīng)用中草坪植物的選擇提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料選擇與培養(yǎng)

試驗(yàn)材料選取3種暖季型草坪草：狗牙根、百喜草草種由荷蘭百綠集團(tuán)北京代表處提供，2011年5月初進(jìn)行播種繁殖；結(jié)縷草由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)基地提供，2011年4月初進(jìn)行扦插繁殖。3種草坪草均種植于花盆(口徑18 cm，各20盆，共計(jì)60盆)中進(jìn)行培養(yǎng)(播種1個(gè)月后施用復(fù)合肥，每星期除一次雜草，并適時(shí)澆水)。培養(yǎng)所用土壤為河沙土，即雅安當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕土。2011年7月初開(kāi)始進(jìn)行SO2熏氣處理，熏氣處理前一周，將長(zhǎng)勢(shì)均勻且良好的3種草坪草各選15盆(共45盆)以供試驗(yàn)處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用密閉熏氣法對(duì)3種草坪草進(jìn)行SO2脅迫處理，以高等植物不受傷害的臨界濃度(0.43mg/m3SO2)作為依據(jù)[1]，試驗(yàn)共設(shè)CK(自然狀態(tài)，測(cè)定值<0.29mg/m3)、S1(4.29mg/m3)、S2(6.44mg/m3)、S3(8.58mg/m3)、S4(10.73mg/m3) 5個(gè)SO2濃度水平，每個(gè)處理水平重復(fù)3次。試驗(yàn)所用熏氣箱為0.289m3(85cm×85cm×40cm)立體玻璃密閉熏氣箱，共設(shè)5個(gè)。SO2氣體采用燃燒特制的加硫熏香釋放，熏香含硫量0.25g/支，每只熏香釋放4.29mg/m3SO2，該濃度經(jīng)2011年4月到5月3次預(yù)實(shí)驗(yàn)中采用二氧化硫測(cè)定儀(USA，Z- 1300)監(jiān)測(cè)所得，且箱內(nèi)SO2氣體濃度至少3h以內(nèi)保持穩(wěn)定。

將3種草坪草分別放入各水平熏氣箱進(jìn)行密閉熏氣處理，每個(gè)玻璃箱內(nèi)分別放入3種草坪草，熏氣時(shí)間為每天6:30—9:30(該時(shí)段空氣溫度為20—25 ℃)，結(jié)束后放置自然狀況下生長(zhǎng)，并注意水分和雜草管理，熏氣周期為20 d。處理過(guò)程中箱內(nèi)放置3伏電扇輕微攪拌氣體，保證氣體均勻分布；實(shí)驗(yàn)中同樣采取與預(yù)實(shí)驗(yàn)一樣的方法監(jiān)測(cè)箱內(nèi)SO2濃度，以保證實(shí)驗(yàn)在各自實(shí)驗(yàn)設(shè)定濃度下進(jìn)行，且玻璃箱內(nèi)SO2濃度保持3h穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

本試驗(yàn)處理周期為20 d，待周期結(jié)束后剪取離土表2 cm以上葉片部分標(biāo)記裝袋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)測(cè)定。

可溶性蛋白(SP)含量測(cè)定：采用紫外吸收法[14]。

可溶性糖(SS)和丙二醛(malondialdehyde，即MDA)含量測(cè)定：采用硫代巴比妥酸顯色法[15]。

脯氨酸(Pro)含量測(cè)定：采用茚三酮比色法測(cè)定[16]。

超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定：采用氮藍(lán)四唑法[17]，以抑制NBT 光化還原的50%為1個(gè)酶活單位U。

過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定：參照愈創(chuàng)木酚法[18]，將每分鐘OD增加0.01定義為1個(gè)酶活單位U。

過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定：參照紫外分光光度法[18]，將每分鐘OD減少0.1為1個(gè)酶活單位U。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel2007和SPSS17.0軟件，進(jìn)行One-way ANOVA方差分析和繪圖。

綜合評(píng)定方法采用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式[19]進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，計(jì)算每個(gè)草種的具體隸屬函數(shù)值：

U(Xi)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，

Δ=∑U(Xi)/n

若某一指標(biāo)與抗性為負(fù)相關(guān)，用反隸屬函數(shù)計(jì)算其隸屬函數(shù)值，即：

U(Xi)=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，

Δ=∑U(Xi)/n

其中Xij為第i個(gè)草種第j個(gè)測(cè)定指標(biāo)；U(Xi)∈[0,1];Δ為每個(gè)草種各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定的綜合評(píng)定結(jié)果，n為測(cè)定的指標(biāo)總數(shù)；Xjmax，Xjmin為全部草種第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

圖1 各水平處理下3種草坪草可溶性糖含量(SS)變化Fig.1 The soluble sugar (SS) variation of three turfgrasses on each level

2.1 SO2脅迫對(duì)3種草坪草葉片可溶性糖(SS)含量的影響

隨SO2濃度增加，結(jié)縷草、百喜草SS含量均呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，狗牙根SS含量呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)(圖1)。結(jié)縷草在S2、S3和S4下差異性不顯著(P>0.05)；百喜草各水平間差異性顯著(P<0.05)；狗牙根在S1時(shí)下降，相比CK下降了8.86%，在S2時(shí)恢復(fù)到對(duì)照水平，隨后S3和S4水平呈上升趨勢(shì)。結(jié)縷草、百喜草、狗牙根在S4下SS含量均達(dá)到最大值，與CK相比分別增加了29.61%、74.52%、22.58%，其中百喜草增幅最大。

2.2 SO2脅迫對(duì)3種草坪草葉片可溶性蛋白(SP)含量的影響

如圖2所示，3種草坪草SP含量變化趨勢(shì)均不一致。結(jié)縷草在S1時(shí)與CK相比下降了10.01%，且差異性顯著(P<0.05)，在S2后開(kāi)始逐漸上升，且各處理間差異性顯著(P<0.05)，這可能是在SO2濃度低時(shí)自身蛋白遭到破壞，在高濃度下又產(chǎn)生了新的逆境蛋白來(lái)適應(yīng)和抵御SO2脅迫；百喜草隨濃度增加，在S1、S2時(shí)相比CK增加了22.24%和5.01%；在S3、S4時(shí)呈下降趨勢(shì),與CK相比下降了2.8%和1.13%，表明百喜草在低濃度下產(chǎn)生了逆境蛋白來(lái)提高對(duì)SO2抗性，而在高濃度下其逆境蛋白也遭到破壞；狗牙根在不同SO2濃度脅迫下，可溶性蛋白均低于CK，且各處理間差異性顯著(P<0.05)，S4相比CK下降了39.37%，這表明一旦SO2濃度超過(guò)其耐受范圍，會(huì)直接使其自身蛋白合成機(jī)制遭到破壞。

圖2 各水平處理下3種草坪草SP變化Fig.2 The soluble protein (SP) variation of three turfgrasses on each level

2.3 SO2脅迫對(duì)3種草坪草葉片脯氨酸(Pro)含量的影響

由圖3所示，結(jié)縷草、百喜草、狗牙根Pro含量隨SO2濃度增加而增加，且各處理間差異性顯著(P<0.05)。在S4時(shí)都達(dá)到最大值，與CK相比分別增加了323.83%、698.32%、272.93%。說(shuō)明3個(gè)草種均受到SO2較強(qiáng)的脅迫，其中百喜草增幅最大，說(shuō)明與其它草種相比百喜草對(duì)其更敏感，需要體內(nèi)產(chǎn)生較多的脯氨酸來(lái)維持正常的生理活動(dòng)。

圖3 各水平處理下3種草坪草Pro變化Fig.3 The proline (Pro) variation of three turfgrasses on each level

2.4 SO2脅迫對(duì)3種草坪草葉片丙二醛(MDA)含量的影響

由圖4可見(jiàn)，隨SO2濃度增加，3種草坪草葉片MDA含量均呈上升趨勢(shì)。在S4時(shí)都達(dá)到最大值，與CK相比增加了41.90%、66.04%和47.26%，其中百喜草增幅最大，與CK相比差異顯著(P<0.05)；同時(shí)值得注意的是，在不同SO2濃度下，3種草坪草MDA含量由高到低順序均為百喜草、結(jié)縷草、狗牙根。通過(guò)分析表明，百喜草受膜脂過(guò)氧化影響相比其余兩種草種更為嚴(yán)重。

2.5 SO2脅迫對(duì)3種草坪草葉片3種酶活性的影響

如圖5所示，3種草坪草各自葉片 POD、CAT、SOD活性變化趨勢(shì)不一致，并且同一指標(biāo)在草種間的變化趨勢(shì)也不相同。

2.5.1 SO2脅迫對(duì)過(guò)氧化物酶( POD)的影響

由圖5看出，結(jié)縷草和狗牙根葉片POD活性隨SO2濃度增加而升高，S4時(shí)與CK相比分別增加了35.05%和47.37%，結(jié)縷草各處理間差異性顯著(P<0.05)；百喜草各處理均低于對(duì)照，其中S2與CK相比下降了15.17%，各處理間差異不顯著(P<0.05)；狗牙根除S3和S4之間差異性不顯著(P<0.05)，其余處理間差異顯著(P<0.05)。

從POD活性變化可知，不同SO2濃度對(duì)3種草種POD活性影響存在差異，也說(shuō)明POD活性在3種草種中各自抗氧化系統(tǒng)中的作用大小可能不盡相同。

2.5.2 SO2脅迫對(duì)過(guò)氧化氫酶(CAT)的影響

從圖5可知，在SO2脅迫下3種草坪草葉片CAT活性均高于CK，但各自的變化趨勢(shì)不同。結(jié)縷草隨SO2濃度增加而逐漸增加，最大值S4與CK相比增加了80.51%，各處理間差異顯著(P<0.05)；狗牙根表現(xiàn)為緩慢增加，最大值S4與CK相比增加了48.21%，各處理間差異顯著(P<0.05)；百喜草在S1下CAT活性急劇增加，與CK相比增加了122.22%，S2后開(kāi)始下降， S4相比CK增加了35.74%。從CAT活性上，3種草種CAT活性不同的變化體現(xiàn)了各自不同的抵抗程度。結(jié)縷草和狗牙根均隨脅迫濃度的增加而增加，這表明了其較強(qiáng)的抗性能力，而百喜草CAT活性在低濃度脅迫下活性增大，高濃度時(shí)又降低，這表明隨脅迫濃度增大其抗氧化活性也受到了影響。

圖5 各水平處理下3種草坪草POD、CAT、SOD活性變化Fig.5 The peroxidase (POD)、catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activity variations of three turfgrasses on each level

2.5.3 SO2脅迫對(duì)超氧化物歧化酶(SOD)的影響

由圖6可知，3種草坪草葉片中SOD活性均高于CK，百喜草變化趨勢(shì)不同于其它兩個(gè)草種。結(jié)縷草和狗牙根SOD活性隨SO2濃度增加而呈升高趨勢(shì)，結(jié)縷草各處理間差異顯著(P<0.05)，狗牙根S2和S3之間差異不顯著(P0.05)，最大值S4與CK相比分別增加了75.74%、36.16%；百喜草SOD活性呈先升后降趨勢(shì)，在S2時(shí)達(dá)到最大值，與CK相比增加了35.45%，在S4時(shí)與對(duì)照相比增加了13.98%，各處理間差異性顯著(P<0.05)。從SOD活性變化上，百喜草SOD活性先升后降，這說(shuō)明高濃度脅迫下其SOD活性受到抑制，結(jié)縷草和狗牙根SOD活性隨濃度升高而升高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性反應(yīng)。

2.6 3種草坪草對(duì)SO2抗性能力的綜合評(píng)定

受到逆境脅迫而引起植物生理生化指標(biāo)變化的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，因此植物抗SO2能力僅憑單個(gè)指標(biāo)的大小來(lái)評(píng)定是不能真實(shí)反映其抗性本質(zhì)的。將所測(cè)定的指標(biāo)通過(guò)模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式對(duì)其進(jìn)行定量轉(zhuǎn)化，進(jìn)而綜合分析和評(píng)價(jià)各草種的抗SO2能力的大小[19]。本試驗(yàn)中，除MDA采用反隸屬函數(shù)計(jì)算，其余指標(biāo)SS、SP、Pro、POD、CAT、SOD均采用隸屬函數(shù)計(jì)算。每個(gè)草種各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的平均值作為草種抗性能力綜合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表1，得出3種草坪草對(duì)SO2抗性能力依次排序?yàn)椋航Y(jié)縷草>狗牙根>百喜草。

表1 3種草坪草對(duì)SO2抗性綜合能力

3 討論

3.1 SO2脅迫對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

植物在逆境條件下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)作用的研究目前已有明確認(rèn)同，即滲透調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是在逆境條件下細(xì)胞內(nèi)溶物質(zhì)的主動(dòng)積累和由此導(dǎo)致的細(xì)胞滲透勢(shì)的下降使植株加強(qiáng)吸水，并維持一定的膨壓[20]。

植物組織中SS含量的變化與其抗逆性有密切關(guān)系，SS含量越高，說(shuō)明植物抗逆性越強(qiáng)，反之亦然[15]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨SO2濃度增加，結(jié)縷草和百喜草SS含量均呈上升趨勢(shì)，與王際振等[21]對(duì)紫薇進(jìn)行脅迫后葉片SS含量變化結(jié)果一致，說(shuō)明植物可通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)可溶性糖來(lái)抵御SO2脅迫；然而狗牙根葉片SS含量卻呈先降后升的趨勢(shì)，與楊梅等人[22]在對(duì)杉木進(jìn)行外源酚酸脅迫研究的結(jié)果一致，因此可以說(shuō)明狗牙根在低濃度SO2脅迫下具有較強(qiáng)的維持細(xì)胞膨壓、降低滲透勢(shì)的能力。

可溶性蛋白質(zhì)也是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。錢永常[23]對(duì)大豆進(jìn)行SO2脅迫后發(fā)現(xiàn)，植物受SO2脅迫時(shí)能改變植物的基因表達(dá)，植物產(chǎn)生逆境蛋白提高自身抗性。在一定范圍內(nèi)隨脅迫增加而增加，當(dāng)超過(guò)該范圍則不再增加或者下降[24- 25]，此時(shí)SO2對(duì)植物自身蛋白質(zhì)的破壞超過(guò)了逆境蛋白合成。本試驗(yàn)中，隨SO2濃度增加，結(jié)縷草SP含量呈先降后升的趨勢(shì)，說(shuō)明其抗性較強(qiáng)，在低濃度下，通過(guò)消耗自身蛋白來(lái)抵御SO2脅迫，而在高濃度下，又產(chǎn)生了新的逆境蛋白來(lái)抵御SO2。百喜草隨脅迫濃度增加SP含量呈先升后降的趨勢(shì)，說(shuō)明低濃度脅迫下自身產(chǎn)生了逆境蛋白，對(duì)SO2抗性得到提高，而在高濃度下逆境蛋白完全遭到破壞。狗牙根各處理SP含量均低于CK，這可能是狗牙根遭遇SO2脅迫后，其自身蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)合成機(jī)制會(huì)立即受到嚴(yán)重破壞。相關(guān)研究也有類似結(jié)果，鄭立文[26]和孫淑萍等[27]在對(duì)多種園林綠化樹(shù)種做SO2脅迫處理后有同樣的發(fā)現(xiàn)。

植物體內(nèi)的脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它的積累可保護(hù)植物抵抗逆境的脅迫，有關(guān)研究表明，SO2可使植物體內(nèi)的Pro含量增加，從而保護(hù)植物免受傷害[28]。通常，脯氨酸含量較多，抗性也較強(qiáng)[29]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，3種草坪草的脯氨酸含量隨SO2濃度增加呈上升趨勢(shì)，而李向應(yīng)等[23,30- 31]在對(duì)李屬彩葉樹(shù)木、大豆以及一些綠化樹(shù)木進(jìn)行SO2脅迫處理后同樣發(fā)現(xiàn)這一結(jié)果，說(shuō)明植物通過(guò)脯氨酸積累能在一定程度內(nèi)調(diào)節(jié)胞內(nèi)膨壓，使植物適應(yīng)逆境。

綜上所述，3種草坪草種均可通過(guò)自身滲透調(diào)節(jié)來(lái)抵抗SO2脅迫，但由于草種之間的差異性，使其滲透調(diào)節(jié)過(guò)程也不盡相同，進(jìn)而導(dǎo)致各自呈現(xiàn)出不同的抗性表現(xiàn)，尤其狗牙根可溶性蛋白的異常表現(xiàn)還需進(jìn)一步研究。

3.2 SO2脅迫對(duì)丙二醛含量的影響

MDA是植物膜脂過(guò)氧化物的重要產(chǎn)物，它會(huì)損傷植物的細(xì)胞膜和酶，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)及其生理完整性被破壞。植物體內(nèi)MDA含量與其質(zhì)膜相對(duì)透性具有相關(guān)性，同時(shí)MDA含量的多少也體現(xiàn)了植物受害程度，一般來(lái)說(shuō)MDA含量越高，表示植株受害程度越大[32]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨SO2濃度增加，3種草坪草MDA含量均增加，與李彥慧[10]對(duì)4種李屬彩葉樹(shù)木以及王際振[21]對(duì)紫薇的研究結(jié)論一致。大多數(shù)研究表明在低濃度SO2脅迫下植物MDA含量升高不明顯或沒(méi)有，如竇宏偉等[33]對(duì)桑樹(shù)的研究以及孫淑萍等[27]對(duì)野薔薇的研究。本試驗(yàn)中，結(jié)縷草和狗牙根的MDA含量在低濃度下，呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，這可能是在低濃度下，結(jié)縷草和狗牙根具有很強(qiáng)的維持細(xì)胞膜不受破壞的能力，即通過(guò)自身其他解毒機(jī)制抵御SO2。而百喜草的MDA含量急劇增加，表明當(dāng)脅迫濃度過(guò)高或者超過(guò)其耐受范圍，便會(huì)刺激植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的MDA來(lái)維持正常生長(zhǎng)，在王振際[12]對(duì)紫薇進(jìn)行SO2脅迫的研究中也有相同的解釋。

3.3 SO2脅迫對(duì)3種保護(hù)酶的影響

正常情況下，植物體內(nèi)的活性氧的產(chǎn)生和消除處于動(dòng)態(tài)平衡中，植物在接觸致害劑量的SO2后會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化傷害，產(chǎn)生大量活性氧[11]。POD、 CAT和 SOD正是植物體內(nèi)參與淬滅活性氧過(guò)程的3種重要活性酶。

POD是定位于葉綠素中的專一酶，其作用是將H2O2分解為H2O[11]。本試驗(yàn)中，結(jié)縷草和狗牙根葉片POD活性均隨SO2脅迫增加而增加，與黃芳等[24]對(duì)谷子POD活性的研究和李利紅等[25]對(duì)擬南芥的研究結(jié)果一致；百喜草各處理水平低于對(duì)照，這與陳莉等[34]研究發(fā)現(xiàn)某些植物POD活性隨SO2脅迫增加而降低的結(jié)果一致。

CAT在植物體內(nèi)主要承接將H2O2轉(zhuǎn)化為O2和H2O的作用[11]。本研究結(jié)果顯示，結(jié)縷草和狗牙根隨SO2脅迫加劇而增加，百喜草呈先升后降。在李利紅等人[25,27,33]在對(duì)擬南芥植物、桑樹(shù)以及3種垂直綠化植物進(jìn)行SO2脅迫研究中均出現(xiàn)上述變化情況，表明不同草種由于自身保護(hù)酶體系不同，其 CAT活性對(duì)SO2脅迫反應(yīng)也是完全不同的。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析和討論，3種草坪草對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)有些相同，有些不同。綜合評(píng)定各項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果表明：3種草坪草對(duì)SO2抗性能力由強(qiáng)到弱依次排序?yàn)椋航Y(jié)縷草>狗牙根>百喜草。結(jié)縷草在SO2脅迫下與其它兩種草坪草相比，表現(xiàn)出了更好的抗性能力，因此，在城市空氣不斷遭受污染的今天，結(jié)縷草可以作為熱帶和亞熱帶城市綠化草坪植物的優(yōu)選草種之一。

致謝：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院胡庭興、動(dòng)物科技學(xué)院劉琳為試驗(yàn)提供幫助，特此致謝。

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Comparison study of sulfur dioxide resistance of three warm-season turf grasses

LI Xi1, WANG Lihua1, LIU Wei2, SUN Lingxia1,*

1CollegeofLandscapeArchitecture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China2CollegeofForestry,SichuanAgriculturalUniversity,Ya′an625014,China

Sulfur dioxide (SO2) is a major air pollutant and has a significant impact on the environment. Because of its widespread presence in air-pollution gases, SO2is one of the most important air pollutants in urban areas. Turf grasses are essential landscape plant species among the current urban greening, and understanding the physiological mechanism of turf grass resistance to SO2can help us choose suitable turf grass species for various types of lawn. In this study, three warm-season turf grasses—Zoysia (Zoysiajaponica), Bahia (Paspalumnotatum) and Bermuda (Cynodondactylon) —growing under greenhouse conditions were selected and screened for tolerance to acute SO2injury. Five treatments including CK (0 mg/m3), S1 (4.29mg/m3), S2 (6.44mg/m3), S3 (8.58mg/m3) and S4 (10.73mg/m3) were used in this study, and release of SO2was achieved using the artificial simulated fumigation method. The plants screened for SO2injury were growing in a pair of sealed glass chambers in the greenhouse. Differential response to SO2injury among these three species was manifested by soluble sugar and protein content, and by the activities of peroxidase (POD), catalase (CAT) and the superoxide dismutase (SOD). Our results showed that the leaf content of soluble sugar, proline and malonaldehyde rose gradually as SO2concentration in the three grass species increased, each reaching its maximum at the level of 10.73mg/m3SO2. The relative increase of these three substances in Bahia was the largest among the three turf grass species, which suggested that Bahia was more susceptible than Zoysia and Bermuda to SO2injury. The accumulation of soluble protein in Zoysia showed a decline at 4.29mg/m3SO2compared with the control, and reached its highest level at 10.73mg/m3SO2, whereas Bahia had the highest levels at 4.29mg/m3SO2. However, the accumulation of soluble protein in Bermuda decreased in all four SO2treatments compared with the control. These results implied that Zoysia is much more tolerant of SO2injury at higher concentrations than are Bahia and Bermuda. The activities of POD, SOD and CAT in Zoysia gradually increased with increments in SO2concentration compared with those in the control and reached the greatest level at the highest SO2treatment, achieving the highest levels of SO2at 10.73mg/m3. The activities of these three enzymes in Bermuda showed a similar trend to those in Zoysia, except that the relative increase was smaller. The activities of SOD and CAT in Bahia were higher at all four concentrations of SO2compared with those in the control, and the activities of SOD and CAT reached their highest levels at 6.44mg/m3and 4.29mg/m3SO2, respectively. However, the activities of POD showed a reverse trend in Bahia compared with those in Zoysia and Bermuda; they gradually decreased, starting from the control through the four SO2treatments in ascending order. These results indicated that Zoysia and Bermuda had the stronger protective enzyme system under abiotic stress than Bahia. Combining all the results, we concluded that the resistance of the three turf grasses to SO2could be ordered in sequence from strong to weak as Zoysia > Bermuda > Bahia. This conclusion can guide us in respect of the large-scale use of Zoysia in heavily SO2-polluted areas in tropical and subtropical regions.

air pollutant; sulfur dioxide; warm-season turf grasses; resistance

四川省教育廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目(12ZA116)

2012- 10- 19;

2013- 07- 31

10.5846/stxb201210191454

*通訊作者Corresponding author.E-mail: sunlingxiasicau@foxmail.com

李西, 王麗華, 劉尉,孫凌霞.三種暖季型草坪草對(duì)二氧化硫抗性的比較.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(5):1189- 1197.

Li X, Wang L H, Liu W, Sun L X.Comparison study of sulfur dioxide resistance of three warm-season turf grasses.Acta Ecologica Sinica,2014,34(5):1189- 1197.