大气污染中二氧化硫对植物的影响及环境应用研究进展__墨水学术,

所属栏目：农业环境论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:348

副标题#e#摘要：自工业革命以来，随着工业的发展，含硫燃料燃烧所排放的SO2不断增加，据联合国环境规划署估计，全球每年排放的SO2量为1.5x1010吨。随着大量矿物质燃料的大量使用，产生了大量的SO2。我国SO2的排放量逐年上升，研究SO2对环境的污染及其作用显得尤为重要，本文将就SO2污染对植物的影响研究进展做相关方面的分析，希望藉此能对提升我国SO2污染防治研究提供思路。
　　关键词：SO2；污染；植物；进展
　　一、前言
　　环境问题一直是人们关心的问题，而保护环境防止大气污染是环境问题中的一个重要课题。SO2是大气污染的重要污染物之一，燃煤、燃油、有色金属冶炼及硫燃烧等都会排出大量的SO2。近年来我国二氧化硫排放总量每年在3000万吨左右，大气污染对农田、庄稼、植物以及人体健康造成了影响，经专家测算，每排放一吨二氧化硫造成的经济损失约为2万元人民币。
　　SO2是一种有刺激性气味的无色酸性气体，易溶于水，生成亚硫酸。SO2接触植物叶片时，从气孔扩散至叶肉组织，进入细胞后和水发生反应，形成亚硫酸和亚硫酸根离子，从而对叶肉组织造成破坏，叶片水分减少，叶绿素a与叶绿素b比值变小，糖类和氨基酸减少，叶片失绿，叶面出现黄褐色、土黄、浅黄色等伤斑，严重时细胞发生质壁分离，叶片逐渐枯焦。时间一长使植物死亡。工业上规定，空气中SO2含量不得超过0.02mg／L，SO2气体在空气中含量过多，易形成酸雨，酸雨会损坏森林植被，对自然生态系统会造成严重的危害。因此加强SO2污染对植物影响研究显得尤为必要。
　　二、研究进展分析
　　当前SO2污染对植物影响研究主要集中在以下几个方面。
　　1．对植物具体部位的影响研究
　　由SO2引起植物的可见伤害是失绿或坏死。植物受到SO2伤害以后，会出现可见伤害症状，如叶片萎蔫，失去原有光泽，出现水渍斑、坏死斑、失绿斑。伤斑多出现在叶脉间，成点状或块状，在单子叶植物中也有成条状的，但叶脉一般不受伤害。受害严重的叶子会萎蔫下垂，或皱缩，经风吹日晒后干枯脱落。SO2对植物的伤害程度取决于能否通过气孔进入植物体或进入植物体内的量，因此植物暴露于SO2时，凡有利于气孔开放的条件，都容易使植物受害。幼嫩和完全展开的叶片容易先受到SO2的伤害，而老叶和未展开的幼叶则影响较小。植物体内可积累的硫的限量是正常含量的5-10倍。若植物受SO2污染严重，使植物体内积累的HS03-和SO32-超过了植物的代谢解毒机能，就会产生急性伤害；在长期受SO2污染的情况下，SO42-的聚积大于其被利用的能力，则会产生慢性伤害。
　　不少学者在研究中表明，SO2对植物的毒理性与活性氧的产生有密切的关联。SO32-在光照的条件下，会在叶绿体中由O2-启动转化成SO42-。在仪慧兰的二氧化硫对大麦幼苗的氧化损伤研究中，以大麦为材料，研究SO2水合物NaHSO3-Na2SO3混合液(1：3，mmol•L-1；mmol•L-1)对大麦幼苗的氧化损伤效应。研究结果显示，大麦幼苗的生长受SO2水合物浓度和作用时间的影响，低浓度促进幼苗生长，高浓度抑制生长，抑制效应随作用时间的延长而增强；在胁迫6天后，大麦叶组织中的超氧化物歧化酶(SOD)和符胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性增高，还原型谷胱甘肽(GSH)含量上升。加入外源抗氧化剂抗坏血酸(ASA)后，SO2水合物对大麦幼苗生长的抑制效应得到缓解，膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量降低。
　　SO2污染能改变植物细胞的代谢活性，影响细胞的结构和功能，如环境中高浓度的SO2能引起蚕豆叶片过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性改变，使藻类等叶绿体膨胀，叶绿素破坏，光合速率下降，PSII电子传递活动降低，并能使作物糖合成减少，游离脯氨酸等与胁迫相关的小分子物质在细胞中积累。
　　2．不同植物对SO2污染的外在反应
　　二氧化硫污染可使农作物芽、叶呈现伤#p#副标题#e#斑，直接影响叶片的光合作用，从而抑制生长发育。长期排放二氧化硫形成的酸雨可使土壤酸化，使土壤中有机物的分解和氮的固定受到抑制，与土壤颗粒结合的钙、镁、钾等营养元素受到强化淋溶，从而使土壤贫瘠化。上述情形均会使农作物产量降低。
　　二氧化硫污染，植物的可见伤害首先表现在叶片上。可见症状主要表现在各种植物叶片的叶脉间的伤斑，伤斑由漂白引起失绿，逐渐呈棕色坏死。产生伤斑的叶片，首先是功能叶片。危害较重时，则其他叶片也出现伤斑。伤斑一般在气孔周围形成，形状有点状、块状及线条状等。受伤害的坏死斑叶片正反两面均可出现。
　　受二氧化硫危害后，水稻谷粒小、秕粒多，谷壳色泽变淡，或变漂白；白菜、菠菜、油麦菜出现灰白斑或黄白斑；韭菜、油菜、豌豆叶出现淡黄色或黄浆色斑块。
　　3．不同浓度下植物对SO2污染的反应
　　徐玉梅等学者在42种园林植物对SO2伤害的敏感性研究表明，42种园林植物对SO2剂量的反应差别较大。对于同一种树种，处理时所用的浓度越高，出现伤害的时间越早，伤害的程度也越重。对于不同树种，敏感树种在较低浓度下达到伤害阈值，而抗性品种在低剂量下出现伤害症状，但是这种伤害症状仅仅达到了临界浓度而未达到阈值浓度，即只是出现了可见伤害症状但是叶片的受害面积小于10%。如枫杨在0.1g•m-3×4h处理后，3h就表现出伤害，伤害程度为Ⅱ级。而大叶黄杨用0.5g•m-3×4h处理后20h才表现出轻微的伤害症状。
　　4．SO2污染的植物监测
　　有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出可觉察的受害症状，例如紫花苜蓿在SO2浓度达到0.3mg/L时就有明显反应。这些敏感生物的生存状况可以反映其生存介质的环境质量，用来监测环境。植物还能够将污染物或其代谢产物富集在体内，通过分析植物体的化学成分可确定其含量。同时，植物本身的不可移动性、便于管理等特征，使其成为重要的大气污染监测生物。
　　利用植物来指示和监测环境质量，既灵敏可靠，又简单易行。植物监测在20世纪初就引起人们的注意，几十年来，这方面的研究工作取得了较大的进展。我国从70年代初就开展监测植物的选择和利用，积累了较多经验，有的已经应用于生产实践中。大气SO2污染能够引起植物体一系列的变化，包括形态学、解剖学及生理学的变化和细胞遗传学的变异等效应。其中有些指标与污染程度具有很好的对应关系，可以作为环境监测的指标。如植物形态结构、细胞内的硫的含量、细胞内与氧化性相关的酶活性的改变等，在一定的范围内与污染程度具有线性对应关系，因此可以用来指示环境污染状况。
　　随着植物监测被认知，采用植物对环境化学物和环境污染物进行毒性评价的研究报告在学术刊物上日渐增多，内容包括对植物生理、生化指标的检测，对细胞形态结构、细胞功能以及细胞存活率和细胞周期的观察分析，对细胞遗传结构稳定性的影响等。
　　三、SO2污染对植物影响未来发展趋势
　　1．由宏观向微观方向发展
　　二氧化硫对植物影响的研究将从宏观的和表观的角度走向深层次和机理性研究。研究表明，SO2进入植物体后在细胞内首先转化为HSO3-和SO32-，之后SO32-被氧化成SO42-，在此氧化过程中产生活性氧，如•OH、O2-和H2O2等。研究将向着更加广阔的未知微观角度进发，探究细胞、酶甚至是分子结构的机理和原理。
　　2．研究手段上的创新
　　传统的试验方法一般是比较简单的。例如在密闭的广口瓶中通过燃烧硫份来观察其中叶片颜色或状态的变化。随着科学技术手段的提高，目前对植物影响研究这一块有了更新的技术，能够客观真实的反应植物在受到二氧化硫污染影响的各项生理指标。其中有叶绿素荧光参数Fv／Fm(光系统Ⅱ最大光化学效率)和∅psⅡ(通过光系统II线#p#副标题#e#性电子传递的量子效率)、使用便携式荧光测定仪测量快速光强响应曲线等几种常见的测试指标方法。
　　3．监测植物对SO2污染适应性与微进化的研究
　　环境污染虽然能使某些植物种类消失于污染地带，但大多数植物程度不同地都具有一
　　定的抗性，在污染环境中程度不同地仍能生长繁衍。在选种情况下，植物种群已经经历了
　　一个被选择和种群重建过程，此时的种群在生理生化特性和遗传特征等方面已经同原来的
　　种群发生了很太的改变，产生了渐变群、生态型；时间较长时，抗性基因型也将产生。抗
　　性在一定程度上具有遗传性，从而可以进行代间传递。很长时间以来，人们关注的都是环境污染的短期急性效应和直接的破坏作用，很少从生物的长期适应和进化的角度上思考着一问题。近年来，西方国家的研究者开始关注这一问题，但所积累的资料也是报有限的，对认识这些问题尚无一个全面的框架。国内该方面的研究工作开展很少。抗污染适应进化的研究为污染条件下提高生物生产力提供理论保证，为污染条件下物种多样性的保持提供新的理论依据。因此，今后加强这方面的研究具有很大的现实意义。
　　四、结语
　　二氧化硫污染对植物的影响研究对于我们加强对其污染途径、污染机理以及污染产生的危害有了更深一步的认识，这对于促进环境保护具有重要的意义，希望广大的科技工作者能进一步推动我国在这一方面研究的进步，促进整体研究水平的提升。
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