大气臭氧浓度升高对我国北方城市典型景观植物生长和观赏价值的影响机制研究

Many studies have showed that there were serious adverse effects of elevated atmospheric O3 on the plant growth and development, but most of these studies were focused on agroecosystem and forest ecosystem and fewer studies were related to urban landscape plants. The effects of different elevated O3 stress (different O3 concentration, the exposure time, the exposure frequency and exposed in different growing stage) on the morphological characteristics (plant, leaf and flower), physiological characteristics (photosynthesis and O3 flux) and biochemical characteristics (anthocyanin and antioxidant system) of typical urban landscape plants which are widely planted in Northern China are investigated in this study. There are three research methods: field investigation, open-top chambers (OTCs) experiment and natural conditions planting. We want to investigate the physiological and ecological response process of urban landscape plants under the elevated atmospheric O3 and the relationships between damage symptoms and productivity loss of the plants, reveal the mechanism of the elevated atmospheric O3 on physiological metabolism of urban landscape plants. A comprehensive evaluation of the elevated atmospheric O3 on ornamental value of urban landscape plants based on the study will be carried out and it is useful to breed urban landscape plants and establish the critical O3 standard for the protecting of urban landscape plants.

大量研究表明O3浓度升高对植物的生长发育造成严重不利影响，但是研究主要集中在农田生态系统和森林生态系统方面，很少有研究涉及到O3浓度升高对城市景观植物观赏价值的影响。本研究拟选择我国北方城市种植比较广泛的景观植物，通过野外调查、室外开顶式气室和自然条件种植相结合的方法，研究城市景观植物在不同O3胁迫方式（不同O3浓度、熏蒸时间长短、熏蒸频率及暴露生育期）下的形态特征（植株、叶片、花朵）、生理特征（光合生理、O3通量）和生化特征（花青素、抗氧化系统）的变化，阐明景观植物对大气O3浓度变化的生理生态学响应过程，确定景观植物受害症状与植物生产力损失之间的关系，揭示O3胁迫对景观植物生理代谢的影响机制，综合评价大气O3浓度升高对城市景观植物观赏价值的影响，为我国城市景观植物的选育和城市景观植物保护的O3临界标准的制定提供科学依据。

大量研究表明O3 浓度升高对植物的生长发育造成严重不利影响，但是研究主要集中在农田生态系统和森林生态系统方面，很少有研究涉及到O3 浓度升高对城市景观植物观赏价值的影响。本研究选用我国北方常用的城市景观植物黄栌、月季、串红、万寿菊、矮牵牛及喇叭花作为研究对象，通过开顶式气室原位监测供试植物，研究植物在不同O3 胁迫方式（不同O3 浓度、熏蒸时间长短、熏蒸频率及暴露生育期）下的形态特征（植株、叶片、花朵）、生理特征和生化特征（抗氧化系统、激素）的变化，阐明景观植物对大气O3 浓度变化的生理生态学响应过程，确定景观植物受害症状与植物生产力损失之间的关系，揭示O3 胁迫对景观植物生理代谢的影响机制，综合评价大气O3 浓度升高对城市景观植物观赏价值的影响，为我国城市景观植物的选育和城市景观植物保护的O3 临界标准的制定提供科学依据。结果表明：1）臭氧对叶片伤害具有累积效应，可能会起到与短期高浓度臭氧暴露相似的作用；2）万寿菊及矮牵牛叶片光合色素含量受臭氧胁迫更为敏感；3）万寿菊与矮牵牛叶片总黄酮含量对臭氧胁迫响应一致，经臭氧熏蒸后均显著增加，但两者增加的原因有所差异：万寿菊黄酮总量的增加是由于合成了新的物质以及原有的P2物质含量的显著增加；而臭氧熏蒸后的矮牵牛叶片并未形成新的黄酮成分，只是促进了原有的某些成分的合成；4）臭氧对植物生长的影响主要是通过抑制其横向生长来实现的，臭氧胁迫影响植物生物量的累积，一定程度上会改变光合产物的分配；5）植物生物量累积对O3胁迫响应因其种类的不同而有所差异；6）臭氧胁迫可扰乱万寿菊以及喇叭花叶片的氧化还原状态，致使叶片长期处于高度氧化状态；臭氧处理亦促进了矮牵牛及喇叭花叶片膜脂过氧化；臭氧处理只是加速了可溶性蛋白降解，但并未加剧其降解程度；臭氧胁迫扰乱了植物体内的激素平衡 (水杨酸与茉莉酸比例增加)，影响了蛋白质和糖类物质的代谢，从而抑制了植物的生长发育；7）6种实验植物中，月季与串红可被认为是耐臭氧植物，黄栌、万寿菊、矮牵牛及喇叭花可作为臭氧指示植物。