探索古树衰亡机理 科学进行复壮保护
2010/8/12 来源:中国花卉报 作者:骆会欣

  --访首都师范大学生物重点实验室教授赵琦

  树木衰亡是个复杂的过程,既有树体自身生理功能衰退的原因,也有外界环境作用的结果。在北京市科委支持下,为揭开古树衰亡机理,奠定古树复壮坚实的理论基础,首都师范大学生物重点实验室教授赵琦对古树衰弱机理进行了专项研究。赵琦介绍,他们的研究涉及叶片结构、色素和蛋白质含量、内源防御酶、内源激素以及矿质营养元素等方面。

  叶片结构及细胞组变化叶片是植物进行光合、呼吸及蒸腾作用的重要器官,其中叶绿体、线粒体是判断细胞生理活性的重要结构。对古树而言,发生在这些细胞器中的渐进性功能衰退及细微的结构变化,直接影响到古树的代谢平衡,干扰古树的正常生长。研究结果显示,古树衰弱主要表现在叶绿体的超微结构上,古树叶片的叶绿体片层减少,导致叶绿体中积累大量的淀粉粒,在衰弱古树叶片的叶绿体超微结构上,可以看到叶绿体中巨大淀粉粒的积累,显示叶片衰老的开始。

  赵琦介绍,在植物衰老进程中,叶绿素和蛋白质含量会显著下降。叶绿素和蛋白质形成了色素蛋白复合体,在光合过程中共同起作用,其变化趋势基本一致。不同树龄的古树,衰弱程度不同,叶绿素和蛋白质含量也不同,例如,古油松强势树比衰弱树的叶绿素含量要高30%。故根据古树叶绿素或蛋白质含量可以判断古树的衰老程度,便于及时采取复壮措施。

  内源防御酶和激素变化赵琦认为,叶片衰老与活性氧代谢呈正相关。如果植物体内积累过多的活性氧,就会破坏膜结构,危害植物正常代谢。同时,植物细胞内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POA)共同组成活性氧清除系统,去除细胞中的活性氧,防止活性氧对细胞的氧化损坏,故这三种酶的活性可用来判断植物的衰老程度。而延缓古树衰老,从改善内源防御酶系统入手,可事半功倍。

  生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯等内源激素是植物体内微量但具有重要调节作用的生理活性物质,与植物生长发育和衰老有关。许多试验证实,生长素、细胞分裂素及赤霉素可明显地推迟离体叶片的衰老,而脱落酸和乙烯可加速离体叶片衰老。曾有人利用细胞分裂素、生长素、赤霉素对古银杏进行过复壮研究,结果表明,细胞分裂素能有效延缓古银杏的叶绿素降解,并降低核酸酶的活力,从而延缓衰老。赵琦说,细胞分裂素和生长素的复合处理,比单一处理延缓古银杏枝条的叶绿素降解效果明显。

  矿质营养元素失衡赵琦发现,矿质营养元素的失衡会影响古树的正常生长。通过高频等离子吸收光谱仪分析古油松、古白皮松、侧柏的当年生针叶及根系的矿质元素,同时测定叶片、土壤中的N素含量,结果表明,古油松的氮和钾两种元素严重缺失,导致古油松生长势衰弱;而古白皮松矿质元素平衡失调与缺镁、铁、锌有直接关系。钠元素过量则是古白皮松、古侧柏、古油松的矿质营养失衡共同的特点。赵琦说,元素过量或不足都会影响树体的正常代谢,此外,土壤中的矿物质元素含量对树木的生长也具有一定的影响。古树的衰老和死亡是一个渐变的进程,如果能在开始阶段就检测出古树的衰老,并发现衰主要原因,就能在古树保护中占领先机,有的放矢。