鎘脅迫對黃瓜幼苗光合和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2011-06-21 07:54:26劉勁松李秧秧
水土保持研究 2011年5期
劉勁松，石 輝，李秧秧
（1.西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，西安710055；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100）
鎘是一種重要的環(huán)境污染物，自20世紀(jì)50年代日本出現(xiàn)“水俁病”、“骨痛病”以來，人們就開始對鎘污染引起的生態(tài)危機(jī)予以高度重視。圍繞鎘對植物的危害方面作了很多的研究，主要集中在對植物生長和細(xì)胞分裂、光合作用、氣孔功能、酶活性、水分關(guān)系、離子外滲、激素代謝等的影響上［1－2］。其中光合作用是植物生長和產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)于鎘對光合作用的影響也有不少研究，研究結(jié)果表明：鎘對光合作用有嚴(yán)重的抑制作用［3－7］，但抑制的原因一直存在爭議［8］。在鎘脅迫的三葉草、苜蓿和大豆上，凈光合速率和蒸騰的抑制程度呈線性關(guān)系提示光合速率降低主要是由于氣孔的關(guān)閉［3］；在矮菜豆上，鎘導(dǎo)致光合速率降低是由于氣孔阻力和葉肉細(xì)胞對CO2擴(kuò)散阻力的共同增加所致［4］；在大麥上，鎘主要通過降低光合色素含量來抑制植物的光合作用［5］；在西紅柿上觀察到鎘降低了葉片PSII的活性，但對PSI活性影響不大［6］；在菠菜上發(fā)現(xiàn)鎘對Calvin循環(huán)的影響大于對PSII活性的影響［7］。由于植物種類、鎘濃度和生長環(huán)境的差異，引起光合作用降低的主要原因并不一致。黃瓜是我國食用的主要熟菜之一，其多在城郊種植，污水灌溉、大量磷肥施用及城市廢氣等致使其鎘含量很易超標(biāo)，導(dǎo)致生長受阻，產(chǎn)量降低。為此，本文通過研究鎘脅迫對黃瓜幼苗葉片光合和熒光特性的影響，試圖揭示鎘脅迫降低黃瓜葉片光合作用的機(jī)理，為植物鎘污染生理機(jī)制的闡釋和土壤環(huán)境污染的生物修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。
1 材料和方法
1.1 供試材料
實(shí)驗(yàn)黃瓜種子為“津春四號”，由天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司黃瓜研究所生產(chǎn)。采用水培試驗(yàn)。精選的黃瓜種子，吸脹24 h后，置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，用雙層紗布覆蓋，在25～30℃室溫下萌發(fā)，萌發(fā)過程中保持濾紙濕潤。待黃瓜種子萌發(fā)后，播入裝有石英砂的白瓷盤內(nèi)，自然光照，并保持石英砂濕潤。當(dāng)幼苗長出兩片真葉時(shí)，選擇整齊一致的黃瓜幼苗移入10 L的塑料盤內(nèi)，用1／2Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，并保持通氣，培養(yǎng)時(shí)光照為650μmol／（m2·s），溫度為28℃左右。培養(yǎng)5 d后，用全Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)7 d，然后用含鎘的Hoagland全營養(yǎng)液進(jìn)行脅迫處理，鎘的濃度設(shè)定為：0，25，50，100，200μmol／L 5個(gè)梯度，用氯化鎘（CdCl2·21／2H2O）配置，其設(shè)置參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（GB15618－995）的上限（鎘含量≤1.0 mg／kg，如土壤含水量以10%計(jì)，土壤溶液的鎘含量上限為10.0 mg／kg，接近于本研究的100μmol／L）和其它研究者在蔬菜上進(jìn)行鎘污染機(jī)理研究所設(shè)置的濃度梯度［9－10］，每個(gè)濃度梯度設(shè)置4個(gè)重復(fù)。在鎘脅迫的第4天和第8天測定其生長、光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)。
1.2 測定項(xiàng)目及方法
葉面積和生物量：葉片用掃描儀掃描后，用DT－SCAN分析軟件（英國Delta－T公司，Deltascan 2.03版）測定。地上部和根鮮樣在105℃下殺青15 min，75℃下烘干24 h稱其干重，二者干重之和即為生物量。
光合氣體交換：用Li－6400型光合儀（美國Li－Cor公司）測定最上部完全展開葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。測定時(shí)CO2氣體采自相對穩(wěn)定的3～4 m的空中，光量子通量密度為1 000μmol／（m2·s），葉室溫度28℃左右，每次測定于上午9：00－11：30進(jìn)行。
葉綠素?zé)晒鈪?shù)：葉綠素?zé)晒獠捎萌~綠素?zé)晒獬上駜x （德國 WALZ公司的Imaging－PAM ChlorophyⅡFluorometer）進(jìn)行測定。測定前將活體植株置于暗箱內(nèi)適應(yīng)30 min，選取最上部完全展開葉，在軟件的Kinetics窗口檢測各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的動(dòng)力學(xué)變化曲線，相應(yīng)的數(shù)據(jù)可直接從Report窗口導(dǎo)出。相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)分別包括：PSII最大原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv／Fm）、PSII實(shí)際量子產(chǎn)量（Yield）、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（NPQ）和電子傳遞速率（ETR）。
葉綠素相對含量：采用日本產(chǎn)SPAD502葉綠素計(jì)測定黃瓜植株最上部展開葉的葉綠素含量，每片葉上測定5次，取其平均值。
所有測定項(xiàng)目重復(fù)至少3次。數(shù)據(jù)均采用Microsoft excel作圖，并用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。
2 結(jié)果與分析
2.1 鎘脅迫對黃瓜幼苗生長的影響
鎘脅迫第4天，所有鎘處理的葉面積已顯著低于對照，表明鎘對葉片延伸生長有嚴(yán)重的抑制作用；25，50μmol／L的地上部干重、根干重和生物量與對照相比無明顯差異，但100μmol／L和200μmol／L處理的地上部干重和生物量則顯著低于對照。100μmol／L及其以下鎘處理的根干重之間無顯著差異，但200 μmol／L處理的根干重則顯著低于其他處理（表1）。鎘脅迫第8天，所有鎘處理的葉面積、地上部干重和生物量顯著低于對照，根干重除25μmol／L處理與對照差異不顯著外，其余處理與對照間的差異均達(dá)到了顯著水平（表1）。表明鎘對地上部生長的抑制作用要相對大于根；隨著鎘脅迫濃度的升高和脅迫時(shí)間的延長，鎘對黃瓜幼苗生長的抑制作用逐漸增大，毒害作用增強(qiáng)。
表1 鎘脅迫處理對黃瓜幼苗生長的影響
2.2 鎘脅迫對黃瓜幼苗光合氣體交換參數(shù)和葉綠素含量的影響
鎘脅迫第4天，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率已顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度變化不大；脅迫第8天，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度則顯著上升（表2、圖1）。鎘脅迫第4天時(shí)，25，50，100，200μmol／L鎘處理的黃瓜幼苗葉凈光合速率與對照相比分別下降了22.2%，33.8%，46.6%，56.5%；脅迫第8天時(shí)，25，50，100，200μmol／L鎘處理的黃瓜幼苗葉凈光合速率與對照相比分別下降了30.5%，48.9%，60.2%，74.6%，鎘濃度愈大、脅迫時(shí)間愈長，凈光合速率下降愈嚴(yán)重（圖1）。氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率也表現(xiàn)出同樣的趨勢。25，50μmol／L鎘處理凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的下降速率明顯大于100，200μmol／L鎘處理。
表2 光合、葉綠素相對含量和熒光參數(shù)的單因素方差分析
圖1 鎘脅迫對黃瓜幼苗葉光合氣體交換的影響
2.3 不同鎘濃度對黃瓜幼苗葉綠素含量及熒光特性的影響
鎘脅迫第4天，200μmol／L鎘處理的葉綠素含量顯著低于對照，而其它處理與對照相比無差異（表2）。脅迫第8天，25，50，100，200μmol／L鎘處理的葉綠素相對含量分別比對照下降了15%，23.9%，30.8%和60.7%（圖2）。
鎘脅迫4天時(shí)，最大光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm無顯著變化；盡管PSII實(shí)際光量子產(chǎn)量Yield和表觀電子傳遞速率ETR都出現(xiàn)降低的趨勢，但其差異并不顯著；光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)qP則顯著降低，非光化學(xué)熒光系數(shù)NPQ顯著增加，表明這時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受傷害并不大，葉片可通過有效的熱耗散機(jī)制來保護(hù)PSII。脅迫第8天時(shí)，非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)NPQ變化不大，其它熒光參數(shù)都呈現(xiàn)出顯著的下降，表明此時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)已受到嚴(yán)重傷害。脅迫第8天，除NPQ外的所有熒光參數(shù)在50μmol／L出現(xiàn)一個(gè)明顯的V型低谷，其后隨鎘濃度增加有所恢復(fù)，200μmol／L鎘處理導(dǎo)致非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)NPQ除外的所有熒光參數(shù)降低（表2、圖2）。
圖2 不同鎘脅迫濃度對黃瓜幼苗葉片葉綠素及熒光特性的影響
3 討論
本研究證實(shí)：25μmol／L及其以上鎘處理對黃瓜生長有明顯的抑制作用，這與鎘對光合作用有顯著的抑制作用有關(guān)。鎘脅迫對光合作用的傷害機(jī)理一直存在爭議，可能是氣孔因素和非氣孔因素如葉綠素含量、光呼吸、Rubisco活性、RUBP的再生以及反應(yīng)中心PSII的光化學(xué)效率、Mehler反應(yīng)等在起作用。從本研究看，鎘脅迫的第4天，100μmol／L及其以下鎘處理的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度已顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度無變化，葉綠素相對含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)（PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm、PSII實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率Yield和表觀電子傳遞速率ETR）均未隨鎘濃度增加而發(fā)生變化，表明這時(shí)導(dǎo)致光合速率降低主要是氣孔限制，而200μmol／L鎘處理凈光合速率下降的同時(shí)，葉綠素含量也在下降，表明其光合下降可能由氣孔和非氣孔因素共同決定。在脅迫第8天，所有鎘脅迫處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度進(jìn)一步下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度則顯著上升，表明這時(shí)光合下降的主要原因是非氣孔限制，葉綠素含量和熒光參數(shù)也證明了這點(diǎn)。脅迫第8天葉綠素相對含量顯著下降，葉綠素?zé)晒鈪?shù)PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm、PSII實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率Yield、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)qP和表觀電子傳遞速率ETR均顯著下降，但熒光參數(shù)NPQ無顯著變化，NPQ反映了PSII吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分，NPQ無顯著變化可能與此時(shí)熱耗散機(jī)制受到破壞有關(guān)，葉綠素?zé)晒馓匦员砻鬟@時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受鎘傷害嚴(yán)重。因此此時(shí)光合速率的下降主要可能與非氣孔因素如葉綠素含量下降和PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受到傷害等有關(guān)。在水稻、小白菜上也發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重鎘脅迫導(dǎo)致光合速率的降低與原初光化學(xué)反應(yīng)受到破壞有關(guān)［11－12］。
值得注意的是鎘脅迫第8天PSII熒光參數(shù)Fv／Fm、Yield、qP和ETR在50μmol／L鎘處理上均出現(xiàn)一低谷值，其產(chǎn)生的原因尚不清楚。鎘脅迫導(dǎo)致Fe的缺乏，且這種現(xiàn)象在低濃度鎘處理比高濃度鎘處理上表現(xiàn)得更為嚴(yán)重［13］，原因可能與低濃度鎘使生長受抑制較小，而高濃度鎘嚴(yán)重抑制生長從而降低了其養(yǎng)分需求。我們推測50μmol／L鎘處理上熒光參數(shù)的降低可能與鎘引起的嚴(yán)重Fe缺乏有關(guān)，但有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
［1］Prasad M N V.Cadmium toxicity and tolerance in vascular plants［J］.Environmental and Experimental Botany，1995，35（4）：525-545.
［2］張金彪，黃維南.鎘對植物的生理生態(tài)效應(yīng)的研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（3）：514-523.
［3］Huang C Y，Bazzazz F A，Vanderhoeff L N.The inhibition of soyben metabolism by cadmium and lead［J］.Plant Physiology，1974，54：122-124.
［4］Krupa Z，Oquist G，Huner N P A.The effects of cadmium on photosynthesis ofPhaseolusvulgaris：a fluorescence analysis［J］.Physiologia Plantarum，1993，88：626-630.
［5］Stobart A K，Griffiths W T，Ameen-Bukhari I，et al.The effect of Cd2＋on the biosynthesis of chlorophyll in leaves of barley［J］.Physiologia Plantarum，1985，63：293-298.
［6］Siedlecka A，Krupa Z.Interaction between cadmium and iron and its effects on photosynthetic capacity of primary leaves ofPhaseoiusvulgaris［J］.Plant Physiology and Biochemistry，1996，34：833-841.
［7］Baszynski T，Wajda L，Krol M，et al.Photosynthetic activities of cadmium-treated tomato plants［J］.Physiologia Plantarum，1980，48：365-370.
［8］Clijsters H，Assche F.Inhibition of photosynthesis by heavy metals［J］.Photosynthesis Research，1985，7：31-40.
［9］馮建鵬，史慶華，王秀峰，等.鎘對黃瓜幼苗光合作用、抗氧化酶和氮代謝的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（4）：970-97.
［10］López-Millán A F，Sagardoy R，Solanas M，et al.Cadmium toxicity in tomato （Lycopersiconesculentum）plants grown in hydroponics［J］.Environmental and Experimental Botany，2009，65：376-385.
［11］孫光聞，朱祝軍，方學(xué)智，等.鎘對小白菜光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（5）：700-703.
［12］徐紅霞，翁曉燕，毛偉華，等.鎘脅迫對水稻光合、葉綠素?zé)晒馓匦院湍芰糠峙涞挠绊懀跩］.中國水稻科學(xué)，2005，19（4）：338-342.
［13］Larbi A，Abadía M F，Abadía J.Fe resupply to Fe-deficient sugar beet plants leads to rapid changes in the violaxanthin cycle and other photosynthetic characteristics without significant de novo chlorophyll synthesis［J］.Photosynthesis Research，2004，79：59-69.
猜你喜歡
玉米葉氣孔特征對氮素和水分的響應(yīng)及其與葉氣體交換的關(guān)系干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究(2022年1期)2022-01-28 04:51:30 清新脆嫩的黃瓜中老年保健(2021年5期)2021-08-24 07:08:02 黃瓜留瓜要注意兩點(diǎn)今日農(nóng)業(yè)(2020年16期)2020-12-14 15:04:59 我喜歡黃瓜小學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)(低年級)(2020年10期)2020-11-09 09:21:54 某灰鑄鐵汽油機(jī)缸體電機(jī)面氣孔的解決探討裝備制造技術(shù)(2019年12期)2019-12-25 03:06:52 KD490：一種軟包鋰離子電池及其制作工藝科技創(chuàng)新與品牌(2019年12期)2019-02-06 04:03:29 如何區(qū)分總光合與凈光合新課程·下旬(2017年7期)2017-08-14 11:12:50 摘黃瓜小學(xué)生導(dǎo)刊(2017年19期)2017-07-19 13:41:50 重型車用氣缸蓋濕型砂鑄造氣孔缺陷的降低中國鑄造裝備與技術(shù)(2015年5期)2015-12-10 10:23:33 Photosynthetic Responses of A New Grapevine Variety‘Xinyu'in Turpan西北林學(xué)院學(xué)報(bào)(2015年5期)2015-01-03 05:12:20
劉勁松，石 輝，李秧秧
（1.西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，西安710055；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100）
鎘是一種重要的環(huán)境污染物，自20世紀(jì)50年代日本出現(xiàn)“水俁病”、“骨痛病”以來，人們就開始對鎘污染引起的生態(tài)危機(jī)予以高度重視。圍繞鎘對植物的危害方面作了很多的研究，主要集中在對植物生長和細(xì)胞分裂、光合作用、氣孔功能、酶活性、水分關(guān)系、離子外滲、激素代謝等的影響上［1－2］。其中光合作用是植物生長和產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)于鎘對光合作用的影響也有不少研究，研究結(jié)果表明：鎘對光合作用有嚴(yán)重的抑制作用［3－7］，但抑制的原因一直存在爭議［8］。在鎘脅迫的三葉草、苜蓿和大豆上，凈光合速率和蒸騰的抑制程度呈線性關(guān)系提示光合速率降低主要是由于氣孔的關(guān)閉［3］；在矮菜豆上，鎘導(dǎo)致光合速率降低是由于氣孔阻力和葉肉細(xì)胞對CO2擴(kuò)散阻力的共同增加所致［4］；在大麥上，鎘主要通過降低光合色素含量來抑制植物的光合作用［5］；在西紅柿上觀察到鎘降低了葉片PSII的活性，但對PSI活性影響不大［6］；在菠菜上發(fā)現(xiàn)鎘對Calvin循環(huán)的影響大于對PSII活性的影響［7］。由于植物種類、鎘濃度和生長環(huán)境的差異，引起光合作用降低的主要原因并不一致。黃瓜是我國食用的主要熟菜之一，其多在城郊種植，污水灌溉、大量磷肥施用及城市廢氣等致使其鎘含量很易超標(biāo)，導(dǎo)致生長受阻，產(chǎn)量降低。為此，本文通過研究鎘脅迫對黃瓜幼苗葉片光合和熒光特性的影響，試圖揭示鎘脅迫降低黃瓜葉片光合作用的機(jī)理，為植物鎘污染生理機(jī)制的闡釋和土壤環(huán)境污染的生物修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。
1 材料和方法
1.1 供試材料
實(shí)驗(yàn)黃瓜種子為“津春四號”，由天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司黃瓜研究所生產(chǎn)。采用水培試驗(yàn)。精選的黃瓜種子，吸脹24 h后，置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，用雙層紗布覆蓋，在25～30℃室溫下萌發(fā)，萌發(fā)過程中保持濾紙濕潤。待黃瓜種子萌發(fā)后，播入裝有石英砂的白瓷盤內(nèi)，自然光照，并保持石英砂濕潤。當(dāng)幼苗長出兩片真葉時(shí)，選擇整齊一致的黃瓜幼苗移入10 L的塑料盤內(nèi)，用1／2Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，并保持通氣，培養(yǎng)時(shí)光照為650μmol／（m2·s），溫度為28℃左右。培養(yǎng)5 d后，用全Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)7 d，然后用含鎘的Hoagland全營養(yǎng)液進(jìn)行脅迫處理，鎘的濃度設(shè)定為：0，25，50，100，200μmol／L 5個(gè)梯度，用氯化鎘（CdCl2·21／2H2O）配置，其設(shè)置參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（GB15618－995）的上限（鎘含量≤1.0 mg／kg，如土壤含水量以10%計(jì)，土壤溶液的鎘含量上限為10.0 mg／kg，接近于本研究的100μmol／L）和其它研究者在蔬菜上進(jìn)行鎘污染機(jī)理研究所設(shè)置的濃度梯度［9－10］，每個(gè)濃度梯度設(shè)置4個(gè)重復(fù)。在鎘脅迫的第4天和第8天測定其生長、光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)。
1.2 測定項(xiàng)目及方法
葉面積和生物量：葉片用掃描儀掃描后，用DT－SCAN分析軟件（英國Delta－T公司，Deltascan 2.03版）測定。地上部和根鮮樣在105℃下殺青15 min，75℃下烘干24 h稱其干重，二者干重之和即為生物量。
光合氣體交換：用Li－6400型光合儀（美國Li－Cor公司）測定最上部完全展開葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。測定時(shí)CO2氣體采自相對穩(wěn)定的3～4 m的空中，光量子通量密度為1 000μmol／（m2·s），葉室溫度28℃左右，每次測定于上午9：00－11：30進(jìn)行。
葉綠素?zé)晒鈪?shù)：葉綠素?zé)晒獠捎萌~綠素?zé)晒獬上駜x （德國 WALZ公司的Imaging－PAM ChlorophyⅡFluorometer）進(jìn)行測定。測定前將活體植株置于暗箱內(nèi)適應(yīng)30 min，選取最上部完全展開葉，在軟件的Kinetics窗口檢測各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的動(dòng)力學(xué)變化曲線，相應(yīng)的數(shù)據(jù)可直接從Report窗口導(dǎo)出。相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)分別包括：PSII最大原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv／Fm）、PSII實(shí)際量子產(chǎn)量（Yield）、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（NPQ）和電子傳遞速率（ETR）。
葉綠素相對含量：采用日本產(chǎn)SPAD502葉綠素計(jì)測定黃瓜植株最上部展開葉的葉綠素含量，每片葉上測定5次，取其平均值。
所有測定項(xiàng)目重復(fù)至少3次。數(shù)據(jù)均采用Microsoft excel作圖，并用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。
2 結(jié)果與分析
2.1 鎘脅迫對黃瓜幼苗生長的影響
鎘脅迫第4天，所有鎘處理的葉面積已顯著低于對照，表明鎘對葉片延伸生長有嚴(yán)重的抑制作用；25，50μmol／L的地上部干重、根干重和生物量與對照相比無明顯差異，但100μmol／L和200μmol／L處理的地上部干重和生物量則顯著低于對照。100μmol／L及其以下鎘處理的根干重之間無顯著差異，但200 μmol／L處理的根干重則顯著低于其他處理（表1）。鎘脅迫第8天，所有鎘處理的葉面積、地上部干重和生物量顯著低于對照，根干重除25μmol／L處理與對照差異不顯著外，其余處理與對照間的差異均達(dá)到了顯著水平（表1）。表明鎘對地上部生長的抑制作用要相對大于根；隨著鎘脅迫濃度的升高和脅迫時(shí)間的延長，鎘對黃瓜幼苗生長的抑制作用逐漸增大，毒害作用增強(qiáng)。
表1 鎘脅迫處理對黃瓜幼苗生長的影響
2.2 鎘脅迫對黃瓜幼苗光合氣體交換參數(shù)和葉綠素含量的影響
鎘脅迫第4天，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率已顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度變化不大；脅迫第8天，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度則顯著上升（表2、圖1）。鎘脅迫第4天時(shí)，25，50，100，200μmol／L鎘處理的黃瓜幼苗葉凈光合速率與對照相比分別下降了22.2%，33.8%，46.6%，56.5%；脅迫第8天時(shí)，25，50，100，200μmol／L鎘處理的黃瓜幼苗葉凈光合速率與對照相比分別下降了30.5%，48.9%，60.2%，74.6%，鎘濃度愈大、脅迫時(shí)間愈長，凈光合速率下降愈嚴(yán)重（圖1）。氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率也表現(xiàn)出同樣的趨勢。25，50μmol／L鎘處理凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的下降速率明顯大于100，200μmol／L鎘處理。
表2 光合、葉綠素相對含量和熒光參數(shù)的單因素方差分析
圖1 鎘脅迫對黃瓜幼苗葉光合氣體交換的影響
2.3 不同鎘濃度對黃瓜幼苗葉綠素含量及熒光特性的影響
鎘脅迫第4天，200μmol／L鎘處理的葉綠素含量顯著低于對照，而其它處理與對照相比無差異（表2）。脅迫第8天，25，50，100，200μmol／L鎘處理的葉綠素相對含量分別比對照下降了15%，23.9%，30.8%和60.7%（圖2）。
鎘脅迫4天時(shí)，最大光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm無顯著變化；盡管PSII實(shí)際光量子產(chǎn)量Yield和表觀電子傳遞速率ETR都出現(xiàn)降低的趨勢，但其差異并不顯著；光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)qP則顯著降低，非光化學(xué)熒光系數(shù)NPQ顯著增加，表明這時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受傷害并不大，葉片可通過有效的熱耗散機(jī)制來保護(hù)PSII。脅迫第8天時(shí)，非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)NPQ變化不大，其它熒光參數(shù)都呈現(xiàn)出顯著的下降，表明此時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)已受到嚴(yán)重傷害。脅迫第8天，除NPQ外的所有熒光參數(shù)在50μmol／L出現(xiàn)一個(gè)明顯的V型低谷，其后隨鎘濃度增加有所恢復(fù)，200μmol／L鎘處理導(dǎo)致非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)NPQ除外的所有熒光參數(shù)降低（表2、圖2）。
圖2 不同鎘脅迫濃度對黃瓜幼苗葉片葉綠素及熒光特性的影響
3 討論
本研究證實(shí)：25μmol／L及其以上鎘處理對黃瓜生長有明顯的抑制作用，這與鎘對光合作用有顯著的抑制作用有關(guān)。鎘脅迫對光合作用的傷害機(jī)理一直存在爭議，可能是氣孔因素和非氣孔因素如葉綠素含量、光呼吸、Rubisco活性、RUBP的再生以及反應(yīng)中心PSII的光化學(xué)效率、Mehler反應(yīng)等在起作用。從本研究看，鎘脅迫的第4天，100μmol／L及其以下鎘處理的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度已顯著下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度無變化，葉綠素相對含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)（PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm、PSII實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率Yield和表觀電子傳遞速率ETR）均未隨鎘濃度增加而發(fā)生變化，表明這時(shí)導(dǎo)致光合速率降低主要是氣孔限制，而200μmol／L鎘處理凈光合速率下降的同時(shí)，葉綠素含量也在下降，表明其光合下降可能由氣孔和非氣孔因素共同決定。在脅迫第8天，所有鎘脅迫處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度進(jìn)一步下降，但細(xì)胞間隙CO2濃度則顯著上升，表明這時(shí)光合下降的主要原因是非氣孔限制，葉綠素含量和熒光參數(shù)也證明了這點(diǎn)。脅迫第8天葉綠素相對含量顯著下降，葉綠素?zé)晒鈪?shù)PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv／Fm、PSII實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率Yield、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)qP和表觀電子傳遞速率ETR均顯著下降，但熒光參數(shù)NPQ無顯著變化，NPQ反映了PSII吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分，NPQ無顯著變化可能與此時(shí)熱耗散機(jī)制受到破壞有關(guān)，葉綠素?zé)晒馓匦员砻鬟@時(shí)PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受鎘傷害嚴(yán)重。因此此時(shí)光合速率的下降主要可能與非氣孔因素如葉綠素含量下降和PSII原初光化學(xué)反應(yīng)受到傷害等有關(guān)。在水稻、小白菜上也發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重鎘脅迫導(dǎo)致光合速率的降低與原初光化學(xué)反應(yīng)受到破壞有關(guān)［11－12］。
值得注意的是鎘脅迫第8天PSII熒光參數(shù)Fv／Fm、Yield、qP和ETR在50μmol／L鎘處理上均出現(xiàn)一低谷值，其產(chǎn)生的原因尚不清楚。鎘脅迫導(dǎo)致Fe的缺乏，且這種現(xiàn)象在低濃度鎘處理比高濃度鎘處理上表現(xiàn)得更為嚴(yán)重［13］，原因可能與低濃度鎘使生長受抑制較小，而高濃度鎘嚴(yán)重抑制生長從而降低了其養(yǎng)分需求。我們推測50μmol／L鎘處理上熒光參數(shù)的降低可能與鎘引起的嚴(yán)重Fe缺乏有關(guān)，但有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
［1］Prasad M N V.Cadmium toxicity and tolerance in vascular plants［J］.Environmental and Experimental Botany，1995，35（4）：525-545.
［2］張金彪，黃維南.鎘對植物的生理生態(tài)效應(yīng)的研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（3）：514-523.
［3］Huang C Y，Bazzazz F A，Vanderhoeff L N.The inhibition of soyben metabolism by cadmium and lead［J］.Plant Physiology，1974，54：122-124.
［4］Krupa Z，Oquist G，Huner N P A.The effects of cadmium on photosynthesis ofPhaseolusvulgaris：a fluorescence analysis［J］.Physiologia Plantarum，1993，88：626-630.
［5］Stobart A K，Griffiths W T，Ameen-Bukhari I，et al.The effect of Cd2＋on the biosynthesis of chlorophyll in leaves of barley［J］.Physiologia Plantarum，1985，63：293-298.
［6］Siedlecka A，Krupa Z.Interaction between cadmium and iron and its effects on photosynthetic capacity of primary leaves ofPhaseoiusvulgaris［J］.Plant Physiology and Biochemistry，1996，34：833-841.
［7］Baszynski T，Wajda L，Krol M，et al.Photosynthetic activities of cadmium-treated tomato plants［J］.Physiologia Plantarum，1980，48：365-370.
［8］Clijsters H，Assche F.Inhibition of photosynthesis by heavy metals［J］.Photosynthesis Research，1985，7：31-40.
［9］馮建鵬，史慶華，王秀峰，等.鎘對黃瓜幼苗光合作用、抗氧化酶和氮代謝的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（4）：970-97.
［10］López-Millán A F，Sagardoy R，Solanas M，et al.Cadmium toxicity in tomato （Lycopersiconesculentum）plants grown in hydroponics［J］.Environmental and Experimental Botany，2009，65：376-385.
［11］孫光聞，朱祝軍，方學(xué)智，等.鎘對小白菜光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（5）：700-703.
［12］徐紅霞，翁曉燕，毛偉華，等.鎘脅迫對水稻光合、葉綠素?zé)晒馓匦院湍芰糠峙涞挠绊懀跩］.中國水稻科學(xué)，2005，19（4）：338-342.
［13］Larbi A，Abadía M F，Abadía J.Fe resupply to Fe-deficient sugar beet plants leads to rapid changes in the violaxanthin cycle and other photosynthetic characteristics without significant de novo chlorophyll synthesis［J］.Photosynthesis Research，2004，79：59-69.
猜你喜歡
干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究(2022年1期)2022-01-28 04:51:30
中老年保健(2021年5期)2021-08-24 07:08:02
今日農(nóng)業(yè)(2020年16期)2020-12-14 15:04:59
小學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)(低年級)(2020年10期)2020-11-09 09:21:54
裝備制造技術(shù)(2019年12期)2019-12-25 03:06:52
科技創(chuàng)新與品牌(2019年12期)2019-02-06 04:03:29
新課程·下旬(2017年7期)2017-08-14 11:12:50
小學(xué)生導(dǎo)刊(2017年19期)2017-07-19 13:41:50
中國鑄造裝備與技術(shù)(2015年5期)2015-12-10 10:23:33
西北林學(xué)院學(xué)報(bào)(2015年5期)2015-01-03 05:12:20
