大气污染植物指示物研究进展 2

大气污染植物指示物研究进展

姓名：李梁雄 学号：110813056 班级：11环境科学本（1）班

摘要 生物指示物(Bioindicator)是指能通过典型症状或可衡量的反应来揭示大气污染物存在与否的生物体或生物反应。许多对污染物敏感的植物和微生物都可以做为大气污染的生物指示物。和传统的监测方法相比,利用植物监测大气污染物是一种经济、简便而且可靠的方法.植物受到不同的大气污染物的危害会表现出不同的受害症状,根据这些受害症状可以判断出大气污染物的种类,并根据植物受害程度和污染时间来估测其质量浓度范围。

1 引言

生物指示物可以概括为3类:第1类是根据污染物对这个物种造成形态或生理伤害的程度判断污染状况;第2类根据某个敏感物种出现或消失的概率判断污染状况;第3类是动物或植物对污染物有生物累积作用,可以通过分析其内污染物的含量判断污染状况。常用的生物指示物大多是植物,微生物也较多应用于指示大气污染。

运用植物学方法监测大气污染物,其基本原理是利用植物对大气污染物的生物效应,即植物(主要指叶片)受害症状与大气污染物的种类、质量浓度和接触时间有相关性.根据植物群落受害种类和伤害症状来判断大气污染状况,尤其是用来监测大气中污染物的种类,并根据植物受害程度及污染时间,估测污染物的质量浓度.

1.1 植物监测大气污染物的机理

大气污染物从植物叶片的气孔进入植物体内,植物叶片是植物的重要组成部分,是植物进行光合作用与蒸腾作用的主要器官.而大气污染物可以直接使叶片受害,植物受伤害的程度与污染大气从气孔进入与否,以及进入多少直接相关.从植物受伤害的症状,可以监测出有害气体的种类,并估测污染物的质量浓度.

2 植物指示物

2.1 敏感植物

植物尤其是敏感植物,一旦遇到污染,可依照污染程度在群落、个体上,在细胞、组织和器官上,在细胞内酶系和生理生化反应等不同水平层面上做出应激反应。不同植物在解剖结构和生物学特性等诸多方面对污染物的抵抗能力是不一样的,这决定了其对大气污染物的不同反应。一般可以把植物分成敏感、抗性中等、抗性强等几个层次。敏感植物一般可以做为指示植物,常见的主要属于苔藓植物、裸子植物和被子植物等几个植物纲,涉及农作物、园艺作物、经济作物、药用植物、野生植物和林木等。虽然不同植物对污染物的抗性不一样,但有些植物对不同污染物的敏感度往往是一致的,所以这些植物可以同时用于几种污染物的指示。表1给出了常见大气污染物的指示植物。

表1 常见大气污染物的指示植物

污染物 二氧化硫（SO2） 指示植物 紫花苜蓿(Medicago sativa)、荞麦(Fagopуrum esculentum)、金荞麦、芝麻(Sesamu mindicum)、向日葵(Helianthus annuus)等 氟化氢唐菖蒲、郁金香(Tulipa gesneriana)、金荞麦、小苍兰(Freesia

(HF) 臭(O3) 乙(C2H4) 烯氧refracta)、 杏(Prunus armeniaca)、葡萄(Vitis vinifera)等 烟草(Nicotiana tabacum)、矮牵牛 (Petunia hуbrida)、光叶榉 (Zelkova serrata)、牵牛花(Pharbitis nil)等 芝麻、香石竹(Dianthus fragrans)、番茄(Lуcopersicum esculentum)等； PAN 二氧化氮（NO2） 早熟禾(Poa annua)、矮牵牛、菜豆(Phaseolus vulgaris)等 悬铃木 向日葵 秋海棠 烟草 小麦 玉米 燕麦 玉米 胡萝卜 番茄 马铃薯 洋葱 蚕豆 瓜类等 2.2 植物指示物的作用

植物的叶片、树皮、污染物含量以及各种生理生化指标都可以因大气污染程度不同而表现出各种特征变化,从而起到指示作用。 2.2.1 植物生长状况

植物通过叶片同外界进行气体交换作用,容易受到各种大气污染物的侵害,根据受害程度的不同,叶片上会出现伤斑,绿色变浅、变黄,枯萎,甚至整株死去等症状,因而可以直观地反映出大气污染的程度。采用观察植物叶片伤害症状判断植物的受害程度来指示大气污染状况仍是目前最常用的方法。植物在不同的大气污染物作用下对植物叶片的可见伤害因伤斑的部位、形状、颜色和受害叶龄等特征的不同而互相区别。表2将常见大气污染物对指示植物毒害的症状、机理等做一简单总结。植物叶片对污染物的反应除了与污染物的毒性密切相关以外,其自身形态解剖结构特征对抵抗污染物的毒害是相当重要的。一般情况下,抗性强的植物叶片较厚、革质,外表皮角质化或表面具有蜡质层,气孔较少,叶背面多毛等。有

人认为栅栏组织与海绵组织厚度的比值越大,抗性就越强。

表2. 大气中几种主要污染物对植物的危害症状

大气污染危害机理 物 二氧化硫(SO2) 伤斑部位 伤斑形状 伤斑颜受害叶龄色 和程度 使海绵细胞和栅多脉间、无规律点、土黄、展开的嫩栏细胞产生质壁分离,少叶缘 然后收缩或崩溃,叶绿素分解 块状、 界限分明 红棕色 叶>成熟 叶>老叶和未展开 的嫩叶 氟化物 使叶肉与细胞产多叶间、带状或环棕黄色 幼叶>成生质壁分离 缘,少脉带状 间 熟叶>老叶 臭氧(O3) 破坏栅栏组织细多叶面,散布细密棕、黄成熟叶>胞壁和表皮细胞,使葡少数脉间 点状 萄糖氧化 褐色 幼叶>老叶 过氧乙酰使叶子收缩,失多叶背,玻璃状,坏银白、幼龄叶片少叶先端 死带 棕、古尖部和老铜色 龄叶片基部易受害 硝酸酯水,然后充入空气 (PAN) 二氧化氮 (NO2)

使细胞破裂 脉间 不规则伤白、黄嫩叶易受斑或全 褐、棕害

叶点色 斑 氯和氯化物 破坏叶绿素 脉间 点块状界严重失成熟叶易限模糊或绿,漂白 受害 过渡 2.2.2 植物体内有毒物含量

植物叶片是大气污染物的主要吸收器官,通过分析叶片中污染物含量,可以一定程度上反应污染状况。研究比较多的植物是林木或绿化植物,如松树(Pinus sylvestris)、圣栎(Quercusilex)、云杉(Piceaabies)、橡树(Quer-cus robur)等。

植物叶片中重金属含量与大气污染有一定的相关性,可以通过测定叶片中的重金属含量来监测大气污染状况。任乃林等研究表明,植物叶片中的重金属元素富积量和大气中污染指数正相关,植物叶片的重金属元素富积量可较好和客观地指示市区大气的重金属污染状况。通过测定植物叶片中Zn、Pb、Cd和As的含量,可以判定测定区的大气污染等级。污染区植物叶片中Cu、Pb、Cd、Cr元素含量比清洁区的高,可用于监测大气污染状况。通过测定叶片中有机污染物的含量可指示大气中有机污染物的水平。有研究发现,松针中多氯代二苯并二恶英(PCDDs)、多氯代二苯并呋喃(PCDFs)等二恶英以及非邻位取代PCB的含量可以用于监测大气中这些污染物的水平。利用树皮作为生物指示物有取样容易、不伤害树木等优点,因此被推荐为大气污染的指示物,尤其是在其他生物指标难以发现的时候,例如在城市市区或工业区内,许多阔叶树木和针叶树木的树皮都被用于指示大气污染。

2.2.3 植物生理生化指标

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