苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)2010年收稿日期:2009-11-12基金項(xiàng)目:濱州學(xué)院自然科學(xué)重點(diǎn)課題(BZXYLG200701;山東省教育廳科研發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(J08LD51第49卷第11期2010年11月湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)Nov .,20101苔蘚植物的生理特性及其對(duì)大氣污染的響應(yīng)苔蘚植物是植物界的一大類群,全世界約有24000種1,廣泛分布于世界各地,對(duì)嚴(yán)酷的環(huán)境條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性。苔蘚植物因植株矮小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,常被認(rèn)為缺乏直接的利用價(jià)值而為人們所忽視。作為由水生到陸生的過(guò)渡類群,苔蘚植物無(wú)根、莖、葉的分化,體內(nèi)無(wú)真正有效的輸導(dǎo)組織,體表亦不具角質(zhì)層,當(dāng)苔蘚暴露于大氣中時(shí),其植物體表面直接吸收離子而無(wú)過(guò)濾作用2

2、,故苔蘚植物對(duì)環(huán)境變化非常敏感。也正由于苔蘚植物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)外源物質(zhì)吸附力強(qiáng),極易對(duì)污染因子產(chǎn)生反應(yīng)。據(jù)報(bào)道,苔蘚植物對(duì)大氣狀況變化反應(yīng)的靈敏度是種子植物的10倍3。已有大量研究表明,苔蘚植物在遭受大氣污染毒害后,葉片出現(xiàn)明顯的黑斑或褐化現(xiàn)象或在葉片下面有特殊的銀灰色光澤;植物體內(nèi)的葉綠素遭到破壞,葉細(xì)胞被破壞或崩潰,長(zhǎng)期污染會(huì)使苔蘚植物發(fā)生嚴(yán)重衰退甚至消失。大氣污染物對(duì)苔蘚植物的生理傷害及產(chǎn)生的癥狀如表14所示。綜上所述,大氣中各成分含量的變化會(huì)對(duì)苔蘚植物的光合作用、生理代謝途徑及次生代謝產(chǎn)物和基因穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一系列的影響。因此,苔蘚植物能夠?qū)Υ髿馕廴酒鸬揭欢ǖ谋O(jiān)測(cè)作用。2苔蘚植物作為大

3、氣污染指示植物的優(yōu)點(diǎn)2.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,反應(yīng)靈敏作為高等植物中的最原始類群,苔蘚植物的莖葉體結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單,通常為單細(xì)胞層,又因苔蘚植物的莖葉無(wú)輸導(dǎo)組織,也不具有真正的根,只有單細(xì)胞或單列細(xì)胞的假根5,6,而且這種假根以固著為主,只能吸收少量的水分,故苔蘚植物可以直接吸收空氣中的養(yǎng)分及污染物質(zhì),且每個(gè)細(xì)胞所受污染的平均濃度高于其他高等植物,所以,苔蘚植物對(duì)大氣中的SO 2等污染物質(zhì)的敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高等植物7。苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用劉俊華1,2,朱靈紅1(1.濱州學(xué)院生命科學(xué)系,山東濱州256603;2.山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濱州256603摘要:苔蘚植物是對(duì)大氣污染最敏

4、感的植物類群之一。利用苔蘚植物可以監(jiān)測(cè)大氣污染,揭示大氣污染的時(shí)空變化規(guī)律。從苔蘚植物的生物學(xué)特性、對(duì)大氣污染的響應(yīng)及其在大氣狀況監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了具體闡述。關(guān)鍵詞:苔蘚;大氣污染;指示作用;環(huán)境變化中圖分類號(hào):Q949.35;X51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(201011-2906-03Application of Bryophytes in Monitoring Air PollutionLIU Jun-hua 1,2,ZHU Ling-hong 1(1.Department of Life Sciences ,Binzhou University ,Binzhou 256

5、603,Shandong ,China ;2.Eco-Environment Key Lab of Yellow River Delta of Shandong Province ,Binzhou University ,Binzhou 256603,Shandong ,China Abstract :Bryophyte is one of the most sensitive groups to air pollution ,thus it is possible to be used to monitor air pollu-tion and disclose the role of ai

6、r pollution changes with space-time.This paper present s the biological characteristics and monitoring function of bryophyte in air pollution ;furthermore the ecological monitoring methods were discussed in detail.Key words :bryophyte ;air pollution ;indication function ;environment change第11期2.2材料易

7、得,簡(jiǎn)便易行苔蘚植物分布廣泛,種類繁多,很多種類的苔蘚都具有大氣污染的監(jiān)測(cè)作用,所以比較容易獲得8。并且苔蘚植物對(duì)環(huán)境條件的要求相對(duì)不高,且較易用于短期人工栽培,故利用苔蘚植物來(lái)監(jiān)測(cè)大氣污染,成本低。此外,苔蘚植物監(jiān)測(cè)大氣質(zhì)量是以生物檢測(cè)為基礎(chǔ),并可反映大氣中污染物對(duì)植物的長(zhǎng)期影響。2.3癥狀明顯,易于檢測(cè)當(dāng)苔蘚植物長(zhǎng)時(shí)間暴露于污染環(huán)境中時(shí),其植物體對(duì)污染物質(zhì)的脅迫會(huì)產(chǎn)生非常明顯而直觀的傷害病癥,因此能夠較為及時(shí)而準(zhǔn)確地指示環(huán)境污染狀況。同時(shí),苔蘚植物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,其吸收的污染物質(zhì)可以通過(guò)各種常用方法進(jìn)行檢測(cè),因此污染類型、污染程度的測(cè)定較為簡(jiǎn)便直接。3苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用3.1用作大氣

8、污染監(jiān)測(cè)的苔蘚植物種類用苔蘚植物指示環(huán)境污染,特別是用于大氣污染的指示,早已被世界公認(rèn),在許多國(guó)家的生態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中已被廣泛應(yīng)用,如在日本、加拿大、德國(guó)、瑞典、芬蘭等國(guó)已將苔蘚植物用于大氣污染的監(jiān)測(cè),并已獲得成功9,10。我國(guó)有關(guān)苔蘚植物監(jiān)測(cè)大氣污染的研究也逐步深入。通過(guò)調(diào)查苔蘚植物種群、群落分布組成和植物個(gè)體的生長(zhǎng)狀況以及對(duì)其體內(nèi)污染物含量的化學(xué)分析,可反映大氣污染的相對(duì)程度,起到指示大氣污染的作用。我國(guó)地域遼闊,南北分布的苔蘚種屬有明顯的地區(qū)性差別,主要苔蘚種類如表2所示。3.2常用的生態(tài)監(jiān)測(cè)方法生態(tài)監(jiān)測(cè)是環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要的組成部分,利用苔蘚植物進(jìn)行重金屬污染生態(tài)監(jiān)測(cè)具有靈敏度高、反應(yīng)綜合

9、性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)工作可連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。常用的苔蘚植物生態(tài)監(jiān)測(cè)方法有生態(tài)調(diào)查法、大氣凈度指數(shù)法(IAP、移植比較法(Transplantation、苔蘚測(cè)定儀法(Bryometer、污染影響指數(shù)法(IA和忍耐指數(shù)測(cè)定法(RT等11-13。不同生態(tài)監(jiān)測(cè)方法及作用的比較見(jiàn)表3。3.3影響苔蘚植物對(duì)大氣污染監(jiān)測(cè)的因素表1大氣污染物對(duì)苔蘚植物的傷害污染物類型多環(huán)芳烴類硫氧化物鹵化物氮氧化物重金屬污染物來(lái)源石油、煤等化石燃料及木材、煙草等在不完全燃燒的過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物化學(xué)燃料不完全燃燒或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車產(chǎn)生的廢氣,以SO2最具毒性化學(xué)肥料廠、電解工廠等排放的廢氣,以HF的危害最為嚴(yán)重和普遍燃料經(jīng)高溫燃燒產(chǎn)生,或汽車

10、、機(jī)車等排放的廢氣,以NO為最常見(jiàn)的污染物機(jī)車排放的廢氣,以Pb的毒性最強(qiáng)對(duì)苔蘚植物傷害的癥狀導(dǎo)致苔蘚植物體變色,萎縮,卷曲,直至脫落,影響植物的正常生長(zhǎng)導(dǎo)致苔蘚植物細(xì)胞質(zhì)膜剝離,造成組織細(xì)胞壞死,莖葉體表面呈褐色斑點(diǎn)的黑變病狀抑制細(xì)胞酶的合成,破壞葉綠素分子,在莖葉體綠色部分出現(xiàn)焦黑病變,或由葉尖開(kāi)始枯死并漸向下擴(kuò)展,壞死部分也會(huì)因枯黃而與正常部分明顯分開(kāi),生長(zhǎng)受阻使苔蘚莖葉體表面出現(xiàn)枯斑,進(jìn)入植物體后破壞其組織細(xì)胞,葉片表面發(fā)生黃萎或黑斑病癥,或出現(xiàn)發(fā)育失常影響苔蘚植物細(xì)胞核分裂,使植物生長(zhǎng)畸形表2我國(guó)不同地區(qū)的主要苔蘚種類地區(qū)華北地區(qū)華中地區(qū)華東地區(qū)東北地區(qū)西南地區(qū)主要苔蘚植物種類葫蘆蘚

11、、小扭口蘚、扭口蘚、墻蘚、真蘚、叢生真蘚、鳳尾蘚、紅蒴立碗蘚,等鐘帽蘚、狹葉小羽蘚、狹葉絹蘚、卷葉蓑蘚、羽枝青蘚、短枝附干蘚、多褶青蘚、銀葉真蘚、粗肋薄羅蘚,等尖葉走燈蘚、鼠尾蘚、細(xì)葉小羽蘚、大羽蘚、仙鶴蘚、鱗葉蘚、密葉絹蘚、葫蘆蘚、羊角蘚、真蘚、江岸立碗蘚、羽枝青蘚,等金灰蘚、牛舌蘚、密葉絹蘚、波葉仙鶴蘚、尖葉走燈蘚、長(zhǎng)葉鱗葉蘚,等仙鶴蘚、大灰蘚、大羽蘚、尖葉走燈蘚、東亞毛灰蘚、白發(fā)蘚、曲柄蘚,等表3不同生態(tài)監(jiān)測(cè)方法的比較監(jiān)測(cè)方法生態(tài)調(diào)查法大氣凈度指數(shù)法苔袋法化學(xué)分析法作用在測(cè)定一廣大地區(qū)空氣污染情況的研究方面,生態(tài)調(diào)查法最為常用具有積極意義,但是并不能指示污染源的種類和污染物濃度主要用于監(jiān)

12、測(cè)空氣重金屬物質(zhì)程度的分析,具有簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)、選點(diǎn)靈活,適用于全年監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)地面苔蘚植物材料及進(jìn)行化學(xué)分析,并用于監(jiān)測(cè)指示大氣重金屬污染劉俊華等:苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用2907湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)2010年污染物質(zhì)的吸收能力和敏感程度不同,又因存在的生活型差異,直接影響苔蘚植物暴露于空氣中的方式以及污染物質(zhì)侵入體內(nèi)的途徑,從而導(dǎo)致苔蘚植物體內(nèi)重金屬含量不同。不同的苔蘚類群對(duì)不同的污染物耐受性和敏感性不同,耐受性好的類群對(duì)污染物的富集能力較強(qiáng),是較好的修復(fù)材料,而敏感性較好的類群則為較好的監(jiān)測(cè)指示材料14。一般來(lái)說(shuō),不同苔蘚種類之間在大氣污染監(jiān)測(cè)中的差異性表現(xiàn)12,15為:苔蘚植物體表面積不同

13、,表面積越大,捕獲顆粒污染物的能力越強(qiáng);苔蘚植物的表面結(jié)構(gòu)特征不同,比如多毛分枝結(jié)構(gòu)等;苔蘚的持水力越強(qiáng),越易吸附金屬離子。4展望隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快,大氣污染日益加劇,也成為威脅人類生命安全和生存繁衍的不利因素18,且由于大氣成分的不斷變化,導(dǎo)致灰霾天氣出現(xiàn)的頻率不斷增加,也是城市空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化的體現(xiàn)19。因苔蘚植物具有的特殊結(jié)構(gòu)與生理功能,使其對(duì)大氣污染狀況具有有效的指示作用,不僅可以定性和定量地識(shí)別區(qū)域性的大氣污染類型,同時(shí)又能對(duì)特征污染物質(zhì)特別是重金屬元素污染源的位置和對(duì)周圍地區(qū)的污染程度進(jìn)行定位,還可揭示大氣沉降隨時(shí)間的變化規(guī)律。目前,利用苔蘚植物來(lái)監(jiān)測(cè)重金屬污染已經(jīng)得到了國(guó)

14、內(nèi)外學(xué)者和環(huán)境部門的重視,為環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)提供了一種很好的方法,但在監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析上仍然存在一定的局限性,所以今后的研究必須將現(xiàn)代化的分析技術(shù)與生物監(jiān)測(cè)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,不斷改進(jìn)和提出新的監(jiān)測(cè)方法,最終使苔蘚植物監(jiān)測(cè)大氣污染技術(shù)得到大范圍的推廣和更有效的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):1ASAKAWA Y.Biologically active compounds from bryophytesJ.Pure and Applied Chemistry,2007,79(4:557-580.2李艷紅,苔蘚植物生理學(xué)A.吳鵬程.苔蘚植物生物學(xué)C.北京:科學(xué)出版社,1998.131-147.3黃建斌,肖化云.苔

15、蘚生物監(jiān)測(cè)大氣沉降中多環(huán)芳烴(PAHs污染研究進(jìn)展J.江西科學(xué),2008,26(3:511-516.4陸亞芳.大氣污染梯度下樹(shù)木附生苔蘚植物體內(nèi)生理生化指標(biāo)的變化D.南京:南京林業(yè)大學(xué),2005.5胡人亮.苔蘚植物學(xué)M.北京:高等教育出版社,1987.440-445.6彭紀(jì)鵬,盧龍.苔蘚植物在環(huán)境中的監(jiān)測(cè)指示作用J.江西科學(xué),2008,26(3:279-283.7林齊維,李慶新,瞿麗稚,等.苔蘚植物監(jiān)測(cè)大氣污染生態(tài)生理學(xué)方法的初步探討J.環(huán)保科技,1994,16(4:27-30.8孫守琴,王定勇.苔蘚植物對(duì)大氣污染指示作用的研究進(jìn)展J.四川環(huán)境,2004,23(5:31-35.9BARKMAN

16、 J J.The influence of air pollution on bryophytesand lichensA.ENDER F.Air Pollution:Proceedings of the First European Congress on the Influence of Air Pollution on Plants and AnimalsC.Wageningen:Centre for Agricultural Publishing and Documentation,1969.197-209.10曼寧W T,費(fèi)爾德W H.大氣污染的植物監(jiān)測(cè)M.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,

17、1987.11林齊維.苔蘚植物監(jiān)測(cè)大氣污染生態(tài)學(xué)方法的比較研究J.環(huán)?？萍?1995,17(2:8-12.12孫守琴.苔蘚對(duì)重金屬的吸附特性及在大氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用D.重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.13崔明昆.附生苔蘚植物對(duì)城市大氣環(huán)境的生態(tài)監(jiān)測(cè)J.云南師范大學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(3:54-57.14魏海英,方炎明.苔蘚植物與環(huán)境重金屬污染監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展J.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2004,28(5:77-81. 15KAPUR A,CHOPRA R N.Effects of some metalions on proto-mental growth and bud formation in the moss Timmiella anomala grown in aseptic culturesJ.J Hattori Bot Lab, 1989,66:283-298.16吳玉環(huán),黃國(guó)宏,高謙.苔蘚植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)及適應(yīng)性研究J.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001,12(6:943-