香港中文大学(中大)地球系统科学课程副教授戴沛权教授率领的研究团队,早前完成华南地区首个检测空气污染的生态实验,利用一种生物指示(Bioindicator)植物,量化及真实呈现香港的臭氧浓度对植物和环境的影响,并发现即使在臭氧平均浓度较低的春季,以及在郊区地方种植,臭氧水平仍足以对植物造成重大伤害。研究结果已刊登于国际期刊《大气》。

戴教授(右二)和他的团队(左至右:梁沛健博士,刘雪颖和Mehliyar Sadiq)访问中国科学院在北京的大气物理研究所的臭氧与植物相互作用研究实验田。

香港是世界上人口最稠密的城市之一,数以百万人生活和工作在空气污染严重的街道旁。在各种空气污染物中,主要由人为污染排放间接产生的表面臭氧(surface ozone)特别受关注。根据环保署2019年监测结果,香港空气质素在过去二十年虽有改善,五种空气中主要污染物有四种平均浓度下跌,唯独臭氧水平不断上升[1]

表面臭氧主要成因是汽车及工业废气排放有机挥发物和氮氧化物,它们遇到阳光后,与空气中的氧结合形成臭氧。它对人体和生态系统的健康均具有相当大的危害,对植物的毒性包括破坏光合作用、减少气体交换、诱发早期叶片死亡并阻碍自然植被和农作物的生长。由于植物在调节生态环境中起着至关重要的作用,臭氧引起的植物破坏可能进一步加速环境恶化,对人类健康造成严重后果。

为了进一步监测、量化和了解臭氧对植物的破坏机理,戴教授的团队在中大校园建立了一个开放性(Free-Air)的实验菜园「臭氧园」(Ozone garden)。在实验中,研究团队种植了具有不同臭氧敏感性的四季豆品种,作为当地空气污染对生态系统影响的生物指标。

戴教授对建立「臭氧园」感到很兴奋:「这样开放性的臭氧园已经在美国和欧洲的多个地方建立,但在华南地区尚属首次。从这个菜园中获得的数据,不仅可反映在当地特定环境条件下空气污染对植物的影响,还可以获得生态生理学和生物气象学的重要参数,以建立区域性的地球系统模型。」

研究团队所选择的四季豆叶子,是由英国生态与水文学研究中心提供,它们会根据大气中臭氧的含量显示出独特的红色斑点图案。是次研究使用了两种不同基因的豆,分别是臭氧敏感基因型 (sensitive genotype) 及抗臭氧基因型 (resistant genotype)。负责实验的梁沛健博士发现,对臭氧较敏感的豆明显遭受由臭氧诱导的叶面损害,有更多的红色斑点和高死亡率。另外,植物在受到环境压力下会开更多的花,以维持其繁殖机会。在是次实验中,臭氧敏感的豆长出的花朵数量较抗臭氧的豆多出三成,意味臭氧对植物的生存形成环境压力。此外,团队亦发现抗臭氧的豆从开花到形成豆荚的成功率较臭氧敏感的豆高出至少一成七,未成熟或死去的豆荚亦较少。

研究团队在中大建立臭氧园,以测试四季豆暴露在环境臭氧水平下的生长情况。团队选用一种经特别培植的四季豆 (Phaseolus vulgaris),它由英国生态与水文学研究中心特别开发,用来研究臭氧污染对生态系统的影响。团队成员正计算臭氧园每棵豆长出的花朵数量。

以上发现证明即使身处人流车流较少的市郊地区,例如中大校园,臭氧水平仍然十分高,会对植物造成重大损害。此结果有助研究臭氧污染如何影响香港和华南地区的农作物,亦提供了支持清洁空气政策以减少香港车辆排放的数据。研究团队将继续进行实验,以研究可控环境中各种臭氧浓度下植物的生理状况。

是次研究由中大可持续主题研究计划资助,并得到了农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)的支持。

植物叶面遭受高浓度臭氧损害,出现较多的红色斑点。

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)简介

农业生物技术国家重点实验室的设立,主要为应付迫切的食物供应问题 — 如何增加农业产量,确保食物安全和有足够营养,以满足全中国十多亿人口的需要。实验室建基于中大及中国农业大学的合作,这两所同在农业生物技术占领导地位的大学,合力发展分子生物技术,并将之应用于增加农作物的产量及改善其营养价值上。

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