二氧化氮叶片吸收物种特异性的生理生态学研究

In the context of regional atmospheric pollution occurring frequently, NO2 and particulate matters maintaining a high level in atmosphere, atmospheric pollutant deposition via greening trees are the key issues for the control of atmospheric pollution and the selection of greening tree species. In this project, we selected four common street tree species in Harbin city as materials; by using top-open gas fumigation equipments and Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive Spectrometer (EDS) technique, we planned to analyze chemical elements composition and observe morphological and structural characters of stomata and the mesophyll tissues adjacent to stomata in the leaves exposed to NO2. We also planned to analyze the correlations between NO2-N metabolism and photosynthesis, dark respiration, and photorespiration rates estimated by Postillumination CO2 burst and the method of Laisk and Sumberg (1994) using chemical analysis, photosynthetic system and chlorophyll fluorescence measurements.Based on the above results, we expected to summarize epidermis and stomata related physicochemical characteristics of the street trees in responding to NO2. Moreover, we aimed to analyze the relationships between photorespiratory rates/the metabolites and NO2-N metabolisms as well as distribution of photosynthetic electron flow in carbon and nitrogen metabolism in the leaves treated by a combination of NO2 and foliar spraying of chemicals stimulating or inhibiting photorespiration. The results were expected to demonstrate the roles of photorespiration in foliar NO2 absorption.The aims of this project were to reveal eco-physiological mechanisms of the species dependence of foliar NO2 uptake.

区域性大气污染频发、大气中可吸入颗粒物、二氧化氮（NO2）浓度居高背景下，探明绿化植物对大气污染物沉积、净化能力，是大气污染控制、绿化植物选择要解决的核心问题。本项目拟以哈尔滨市街道主要绿化树种为研究对象，采用开顶式气体熏蒸设备，利用SEM/EDS技术研究熏蒸叶片表皮化学元素组成、气孔及临近的叶肉组织形态、结构特征，并结合对熏蒸叶片NO2-N代谢（中间物、关键酶活性）与光合作用、暗呼吸、光呼吸速率（CO2猝发法和Laisk and Sumberg法）等关联性分析，总结出绿化树叶表皮、气孔相关的理化过程对NO2响应特点；通过叶面喷施光呼吸促进剂或抑制剂，分析熏蒸叶片光呼吸作用（光呼吸速率、代谢中间物）与NO2-N代谢、光合电子流在碳氮代谢中分配的关系，初步确定光呼吸在NO2叶片吸收中的作用。本项目旨在揭示NO2叶片吸收物种特异性的生理生态学机制。

二氧化氮（NO2）是大气污染物主要成分之一；绿化植物对NO2具有沉降作用，且不同植物种属对NO2的响应存在显著差异。因此，在大气NO2污染仍较严重背景下，本项目以哈尔滨市绿化植物银中杨、小叶丁香或紫丁香为研究对象，采用NO2熏蒸或叶面喷施硝酸盐处理，研究植物叶片对NO2吸收特征及其形态学、生理学基础。本项目产出一批高质量的研究成果：（1）综述了“NO2处理对植物根、茎、叶、花和果实的影响”及“NO2吸收、转化、运输过程中可能涉及的影响因素和调控机制”（Frontiers in Plant Science （SCI，IF=4.495，Q1）2014年第7期，被引用4次）。（2）对气体熏蒸设备进行了改进和创新；已获得国家授权专利一项（ZL 2015 2 0050388.6）；2016年，申报发明专利（胡彦波等，一种气体稀释、混合系统，CN105536624A）一项。（3）利用自主设计的顶盖可拆卸式气体熏蒸系统，证实了银中杨和小叶丁香对NO2气体具有显著的吸收，获得了其对NO2的吸收特征及影响因素，发现了植物叶片-NO2互作的形态、结构和生理学基础，如银中杨、小叶丁香叶片叶肉细胞内富含叶绿体、线粒体、嗜饿体；银中杨叶片内过氧化物酶体含量较高，而小叶丁香叶片的核内体和溶酶体含量较高；银中杨叶片线粒体出现透明化现象，而小叶丁香的线粒体未见透明化现象。我们推测菌根共生对叶片吸收NO2具有一定的影响，并开展了初步研究工作。（4）研究并发现叶面喷施硫化物能增强银中杨对NO2胁迫的抗性，可能是通过H2S代谢途径实现的（Journal of Plant Physiology（SCI），2014年第10期）。（5）发现气态（NO2）或液态（NO3/NO2）氮氧化物处理对植物叶片的气孔行为、光合-呼吸过程、氮代谢过程均有显著影响，影响程度与处理时间、NO2浓度、叶片温度密切相关（Acta Physiol Plant (SCI) 2015年第37卷第2期；«植物研究»2015年第35卷第6期）。本项目探明了叶片对NO2吸收特征，揭示了叶片NO2吸收物种特异性的形态、解剖、生理学基础；为下一步研究绿化植物对大气NO2沉积、吸收作用以及遗传改良奠定理论基础，为城市绿化筛选、培育和种植优良的抗性品种提供实践指导。

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