大气污染对城市行道树生理生化状态的影响

大气污染对城市中行道树生理生化状态的影响前言：随着城市建设总体规模的不断扩大，工业及车辆废气排放量增加，我国大多数城市大气环境污染严重。尽管不同地区大气污染中有害气体及颗粒物的种类不尽相同，但大气污染对大气圈里的生物（包括动物，植物，微生物以及人类）以及气候，土壤，水源等等均可造成极大的影响。相对而言，植物更容易受大气污染危害，首先是因为它们有庞大的叶面积痛空气接触并进行活跃的气体交换；其次，植物不像低等动物那样具有循环系统，可以缓冲外界以避开污染。大气污染往往危害植物酶的功能，影响植物的新陈代谢功能，破坏原生质提的完整性，损害根系生长及其功能，使植物生长不良，生物产量下降，抗病抗虫能力减弱，甚至死亡。大气污染对植物的危害程度还取决与污染物的剂量，组成和组成比例等因素。因此研究城市中不同地点大气污染对植物如城市行道树的影响，可以一方面了解污染对植物的危害机制与危害程度。了解植物的抗性机制，从而为进一步寻找污染指示植物，利用植物来吸收有害气体等提供有益思路。资料收集：行道树【streettrees】指的是沿道路两旁栽植的成行的树木。行道树的主要栽培场所为人行道绿带，分车线绿岛，市民广场游径，河滨林荫道及城乡公路两侧等。理想的行道树种选择标准，从养护管理要求出发，应该是适应性强、病虫害少，从景观效果要求出发，应该是干挺枝秀、景观持久。道路绿化作为城市绿地系统的网络和骨架，成为系统连续性的主要构成因素，直观反映城市风貌的作用十分突出。在行道树的选择应用上，城区道路多以绿荫如盖、形态优美的落叶阔叶乔木为主。而郊区及一般等级公路，则多注重速生长、抗污染、耐瘠薄、易管理等养护成本因素。甬道及墓道等纪念场地行道树种的选择应用，则多以常绿针叶类为主，如圆柏、龙柏、雪松、马尾松等。落叶树种的选择，有柳树、龙爪槐、榆树等。另外，棕榈类树种亦是常被选择应用的对象。近年来，随着城市环境建设标准的提高和绿化、净化、美化、香化指标的实施，常绿阔叶树种和彩叶、香花树种的选择应用有较大的发展并呈上升趋势。目前使用较多的行道树种有悬铃木、椴树、白榆、七叶树以及枫树、喜树、银杏、杂交马褂木、樟树、广玉兰、乐昌含笑以及女贞、青桐、杨树、柳树、槐树、池杉、水杉等。合欢：落叶乔木，树皮灰色，羽状复叶，小叶对生，白天对开，夜间合拢。花萼和花瓣黄绿色，花丝粉红色荚果扁平。木材可以做家具。也叫马缨花。英文名：SilktreeSiris产地分布：产自亚洲及非洲。生于路旁、林边及山坡上。分布于自黄河流域至珠江流域的广大地区。性状：头状花序皱缩成团。花细长而弯曲，长0.7～1cm淡黄棕色至淡黄褐色，具短梗；花萼筒状，先端有5小齿；花冠筒长约为萼筒的2倍，先端5裂，裂片披针形；雄蕊多数，花丝细长，黄棕色至黄褐色，下部合生，上部分离，伸出花冠筒外。气微香，味淡。落叶乔木，高4—15米。羽片4—12对，小叶10—30对，长圆形至线形，两侧极偏斜，长6—12毫米，宽1一4毫米。花序头状，多数，伞房状排列，腋生或顶生；花淡红色。荚果线形，扁平，长9—15厘米，宽1．2—2．5厘米，幼时有毛。花期6月，果期9一11月。通常栽植于庭园中或为行道树。分布于华东、华南、西南以及辽宁、河北、河南、陕西等省。木材耐水湿，可制作家具；树皮含鞣质，纤维可制人造柏；种子可榨油；树皮及花能药用，有安神、活血、止痛之效；对二氧化硫、氯气等有毒气体有较强的抗性。合欢原产我国。喜温暖湿润和阳光充足环境，对气候和土壤适应性强，宜在排水良好、肥沃土壤生长，但也耐瘠薄土壤和干旱气候。植物受大气污染物伤害一般分为两类：受高浓度大气污染物袭击,短期内叶片上出现坏死斑，称为急性伤害；长期与低浓度污染接触，因而生长受阻，发育不良，出现失绿、早衰等现象，称为慢性伤害。当前，我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨区为重。大气污染物排放总量现状：(1)二氧化硫排放现状随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。全国煤炭消耗量从1990年的9.8亿吨增加到1995年的12.8亿吨，二氧化硫排放总量随着煤炭消费量的增长而急剧增加。到1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨。在各类二氧化硫排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%，成为排放大户，各类污染源排放二氧化硫的百分比构成如下：民用灶具12%、工业窑炉11%、工业锅炉34%、电站锅炉35%、其他8%。(2)烟尘、粉尘排放现状1995年全国燃煤排放的烟尘总量为1478万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占70%以上。在火电厂排放中，地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟尘是国家电厂的5~10倍，其排放量占到电厂总排放量的65%。1995年全国工业粉尘排放量约为639万吨.其中.钢铁生产排尘占总量的15%，水泥生产排尘占总量的70%。在水泥生产排尘中，地方水泥厂排尘占到80%，成为工业12尘的主要排放源。近年来，乡镇工业发展迅速口1996年全国乡镇工业污染源调查结果表明，1995年全国乡镇工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放量分别占当年全国工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放莹的28.2%、54.2%和68.3%。乡镇工业污染物排放已成为我国环境污染的重要因素。(3)机动车排气污染现状自80年代以后，受经济增长的推动，我国机动车数量增长迅速。全国汽车保有量年增长率保持在13%，特别是一些大型和特大型城市如北京、广州、成都、上海等市机动车数量增长速率远远高于全国平均水平。到1995年，全国汽车保有量已超过1050万辆，比1990年增加420万辆3汽车排放的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物排放总量逐年上升。由于城市人口密集，交通运输量相对大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。实验准备：根据实验所在地南京的污染实际情况，选定合欢为研究对象，选定本校园和尧化门分别为无污染区和重度污染区，与实验前一周进行踩点，实验前一天前往取材，取回后冷冻保存待用。经研究决定进行一下五项实验测定对合欢进行分析研究：叶绿素含量测定，游离脯氨酸含量测定，过氧化物酶含量测定，丙二醛含量测定，可溶性蛋白含量测定。实验目的：1.通过此次扩展性实验锻炼培养自行实验设计的能力2.通过此次扩展性实验提高对分光光度计等实验仪器操作的熟练程度3.痛过此次扩展性实验学习了解更多的实验技能，提高总和实验能力4.通过此次扩展性实验更加深刻的体会大气污染对植物所照成的影响，结合理论课进行实验结果的分析实验设计与实验方法：一.过氧化物酶活性的测定一、目的过氧化物酶广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶。它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系。在植物生长发育过程中它的活性不断发生变化。一般老化组织中活性较高，幼嫩组织中活性较弱。这是因为过氧化物酶能使组织中所含的某些碳水化合物转化成木质素，增加木质化程度，而且发现早衰减产的水稻根系中过氧化物酶的活性增加，所以过氧化物酶可作为组织老化的一种生理指标。此外，过氧化物同工酶在遗传育种中的重要作用也正在受到重视。通过本实验学习并掌握过氧化物酶活性测定的原理及方法。二、原理过氧化物酶催化过氧化氢氧化酚类的反应，产物为醌类化合物，此化合物进一步缩合或与其他分子缩合，产生颜色较深的化合物。本实验以邻甲氧基苯酚（即愈创木酚）为过氧化物酶的底物，在此酶存在下，H2O2可将邻甲氧基苯酚氧化成红棕色的4-邻甲氧基苯酚.红棕色的物质可用分光光度计在470nm处测定其消光值，即可求出该酶的活性。三、实验材料，仪器和试剂材料：合欢叶片仪器:（1）分光光度计（2）移液管（3）离心机（4000r/min）（4）秒表（5）研钵（6）天平药品:（1）0.1mol/LTris-HCl缓冲液（pH8.5）取12.114g三羟甲基氨基甲烷（Tris），加水稀释，用HCl调pH8.5后定容1000mL。（2）0.2mol/L磷酸缓冲液（pH6.0）贮备液A：0.2mol/LNaH2PO4溶液（27.8gNaH2PO4·H2O配成1000mL）。贮备液B：0.2mol/LNa2HPO4溶液（53.65gNa2HPO4·7H2O或71.7gNa2HPO4·12H2O配成1000mL）。分别取贮备液A87.7mL与贮备液B12.3mL充分混匀并稀释至200mL。（3）反应混合液取0.2mol/L磷酸缓冲液（pH6.0）50mL，过氧化氢0.028mL，愈创木酚0.019mL混合。四、实验步骤1．酶液提取：取合欢叶片（水分吸干）1g，剪碎置于研钵中，加5mL0.1mol/LTris-HCl缓冲液（pH8.5），研磨成匀浆，以4000r/min离心5min，倾出上清液，必要时残渣再用5mL缓冲液提取一次，合并两次上清液，保存在冰箱（或冷处）备用。2．取光径1cm比色杯2个，向其中之一加入上述酶液1mL（如酶活性过高可稀释之），再加入反应混合液3mL，立即开启秒表记录时间；而向另一比色杯中加入0.2mol/L磷酸缓冲液（pH6.0），作为零对照。用分光光度计在470nm波长下测定反应5min时的光密度值。五、结果计算以每分钟光密度变化（以每分钟OD470nm变化0.01为1个活力单位）表示酶活性大小，即过氧化物酶活力=△OD470nmmin·mg（FW）六、附注酶的提取纯化需在低温下进行。二．叶绿素含量的测定（分光光度法）一、原理根据叶绿体色素提取液对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波长测定其吸光度，即可用公式计算出提取液中各色素的含量。根据朗伯—比尔定律，某有色溶液的吸光度A与其中溶质浓度C和液层厚度L成正比，即A＝αCL式中：α比例常数。当溶液浓度以百分浓度为单位，液层厚度为1cm时，α为该物质的吸光系数。各种有色物质溶液在不同波长下的吸光系数可通过测定已知浓度的纯物质在不同波长下的吸光度而求得。如果溶液中有数种吸光物质，则此混合液在某一波长下的总吸光度等于各组分在相应波长下吸光度的总和。这就是吸光度的加和性。今欲测定叶绿体色素混合提取液中叶绿素a、b和类胡萝卜素的含量，只需测定该提取液在三个特定波长下的吸光度A，并根据叶绿素a、b及类胡萝卜素在该波长下的吸光系数即可求出其浓度。在测定叶绿素a、b时为了排除类胡萝卜素的干扰，所用单色光的波长选择叶绿素在红光区的最大吸收峰。二、材料、仪器设备及试剂（一）材料：新鲜（或烘干）的植物叶片。（二）仪器设备：1.分光光度计；2.电子顶载天平（感量0.01g）；3.研钵；4.棕色容量瓶；5.小漏斗；6.定量滤纸；7.吸水纸；8.擦境纸；9.滴管。（三）试剂：96％乙醇（或80％丙酮）；石英砂；碳酸钙粉。三、实验步骤1.取新鲜植物叶片（或其它绿色组织）或干材料，擦净组织表面污物，剪碎（去掉中脉），混匀。2.称取剪碎的新鲜样品0.2g，共3份，分别放入研钵中，加少量石英砂和碳酸钙粉及2～3ml95％乙醇，研成均浆，再加乙醇10ml，继续研磨至组织变白。静置3～5min。3.取滤纸1张，置漏斗中，用乙醇湿润，沿玻棒把提取液倒入漏斗中，过滤到25ml棕色容量瓶中，用少量乙醇冲洗研钵、研棒及残渣数次，最后连同残渣一起倒入漏斗中。4.用滴管吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体色素全部洗入容量瓶中。直至滤纸和残渣中无绿色为止。最后用乙醇定容至25ml，摇匀。5.把叶绿体色素提取液倒入光径1cm的比色杯内。以95％乙醇为空白，在波长665nm、649nm下测定吸光度。四、结果计算：将测定得到的吸光值代入下面的式子：Ca=13.95A665－6.88A649；Cb=24.96A649－7.32A665。据此即可得到叶绿素a和叶绿素b的浓度（Ca、Cb：mg/L），二者之和为总叶绿素的浓度。最后根据下式可进一步求出植物组织中叶绿素的含量：叶绿素的含量（mg/g）=[叶绿素的浓度×提取液体积×稀释倍数]/样品鲜重（或干重）。三.植物组织中可溶性蛋白质含量的测定Ⅰ．斐林-酚试剂法[原理]斐林(Folin)