吳敏蘭，王果，李葒葒，賈洋洋，楊林通

1. 漳州城市職業(yè)學(xué)院，漳州 363000 2. 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002

外源Hg脅迫對(duì)3種煙草品種葉綠素含量和光合效應(yīng)的影響

吳敏蘭1,2,*，王果2，李葒葒2，賈洋洋2，楊林通2

1. 漳州城市職業(yè)學(xué)院，漳州 363000 2. 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002

為研究不同濃度汞(Hg)對(duì)煙草光合作用的影響，選擇福建省3個(gè)主栽煙草品種(翠碧1號(hào)、K326、云煙87)幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，設(shè)置0、1、2、4、8、16 mg·kg-1共6個(gè)濃度組。結(jié)果表明：(1)3種煙草葉片葉綠素含量與對(duì)照比均無(wú)顯著差異(P>0.05)，但Fv/Fm、Fv/Fo、PIABS隨脅迫濃度增加均呈下降趨勢(shì)，可見Hg脅迫下煙草葉綠素含量和光合強(qiáng)度沒有必然的相關(guān)性。(2)在較高濃度(4 mg·kg-1)Hg脅迫下，OJIP曲線改變了形狀，表明Hg脅迫對(duì)煙草葉片光合機(jī)構(gòu)影響主要是PSⅡ及光系統(tǒng)反應(yīng)中心受到損傷，光合電子傳遞過(guò)程受到抑制，這可能是煙草葉片光合效應(yīng)顯著下降的主要因素。(3)煙草葉片PSII單位反應(yīng)中心比活性參數(shù)ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC與脅迫濃度正相關(guān)，ETo/RC和RC/CSo與脅迫濃度呈負(fù)相關(guān)，在較高濃度Hg脅迫下煙草葉片通過(guò)耗散過(guò)剩的光能和提高多余能量消耗量來(lái)保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受更大的傷害，表現(xiàn)出較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力。

汞；煙草；葉綠素；光合效應(yīng)

汞(mercury, Hg)是環(huán)境中毒性極強(qiáng)的重金屬元素之一[1]，主要來(lái)源于燃煤火力發(fā)電、垃圾焚燒、水銀法氯堿生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)、有色金屬和鋼鐵生產(chǎn)等[2]，是非營(yíng)養(yǎng)元素，具有持久性、生物富集性等特性，因此被許多國(guó)際機(jī)構(gòu)列為優(yōu)先污染物[3]。農(nóng)田土壤一旦遭受Hg污染，大部分Hg將殘留于土壤中，通過(guò)“土壤-植物-人”的途徑，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和人類健康造成極大危害。經(jīng)濟(jì)作物煙草的商品價(jià)值主要取決于煙葉的品質(zhì)要素，有關(guān)外源Hg對(duì)經(jīng)濟(jì)作物煙草生理生化影響的研究已有報(bào)道。研究發(fā)現(xiàn)貴州各主要煙區(qū)的土壤及煙草均不同程度受到重金屬Hg的污染，但煙葉中Hg含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[4]。齊敏[5]進(jìn)行了土壤-煙草系統(tǒng)中煙草葉綠素對(duì)Hg脅迫的響應(yīng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煙草葉片中葉綠素含量、葉綠素a/b值隨處理濃度增大而明顯減少，且呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。于建軍等[6]發(fā)現(xiàn)低濃度的汞刺激葉綠素合成，提高PSⅡ化學(xué)活性和能量轉(zhuǎn)化效率，改善PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)，減少能量耗散，提高光合效率；高濃度的汞降低葉綠素含量，抑制PSⅡ化學(xué)活性和能量轉(zhuǎn)化效率，加強(qiáng)能量耗散，降低光合效率。嚴(yán)重玲等[7]研究報(bào)道隨著土壤中Hg濃度的增加，葉綠素含量、葉綠素a/b值逐漸減小等。

翠碧1號(hào)(Cuibi 1)、K326(K326)和云煙87(Yunyan 87)是目前福建省煙草主產(chǎn)區(qū)主要種植品種，其商品價(jià)值主要取決于煙葉的品質(zhì)要素。本試驗(yàn)采用盆栽方法，著重研究這3個(gè)煙草主栽品種從幼苗移栽伸根期至成熟期對(duì)不同濃度Hg2+脅迫敏感性的差異，旨在探討煙草在Hg2+脅迫環(huán)境下的可能適應(yīng)機(jī)制及Hg的毒害機(jī)理。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 供試材料

3種煙草幼苗翠碧1號(hào)、K326和云煙87由福建省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。供試土壤采自福州市閩侯縣的水稻田表層土壤。煙草專用肥由福建省煙草公司提供。乙酸汞(C4H6HgO4)為分析純?cè)噭?/p>

1.2 材料培養(yǎng)與試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院進(jìn)行。供試土壤樣品采回后自然風(fēng)干、錘碎，裝入盆栽容器塑料桶內(nèi)。每盆裝風(fēng)干土9 kg，同時(shí)每盆施入煙草專用肥2.94 g，鈣鎂磷肥0.70 g。Hg2+處理濃度依次為0、1、2、4、8、16 mg·kg-1。以乙酸汞(C4H6HgO4)溶液一次性加入，與土壤充分混合后放置15 d后移栽入煙草幼苗(生長(zhǎng)狀態(tài)基本一致、2-3片真葉)，每盆1株，每組處理均設(shè)置3次重復(fù)。移栽后按一般大田生產(chǎn)要求管理。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法

培養(yǎng)期間，定期進(jìn)行煙草生長(zhǎng)及受害癥狀的觀測(cè)、記錄，并測(cè)定葉片的光合色素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.3.1 煙草受害癥狀觀測(cè)

觀察和記載煙草生長(zhǎng)的伸根期(移栽后19 d)、團(tuán)棵期(移栽后40 d)、旺長(zhǎng)期(移栽后54 d)、現(xiàn)蕾期(移栽后74 d)和成熟期(移栽后100 d)的生長(zhǎng)癥狀。

1.3.2 光合色素含量測(cè)定

移栽85 d后，于2012年6月26日取樣。用面積為0.608 cm2的打孔器在煙草葉片中部相同葉位打孔取樣，樣品裝入錫箔袋中，密封，迅速放入液氮中，帶回實(shí)驗(yàn)室置于﹣86 ℃超低溫冷凍存儲(chǔ)箱備用。以80%丙酮提取色素后采用分光光度法(日本島津UV-1750雙光束紫外可見分光光度計(jì))測(cè)定。光合色素含量測(cè)定參考文獻(xiàn)[8-9]并略作修改，用單位面積計(jì)量葉片中各指標(biāo)含量。

1.3.3 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

于2012年6月25日夜間，在各植株中部選取相同部位同一方向且長(zhǎng)勢(shì)相同的無(wú)病蟲害葉片，用英國(guó)Handy PEA植物效率儀(Hansatech)測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。完整測(cè)定葉綠素的OJIP熒光誘導(dǎo)曲線和Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、PIABS等多個(gè)熒光參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS(v7.05)單因素方差分析，LSD多重比較方法；Sigmaplot(10.0)軟件圖表制作。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

2.1 Hg對(duì)煙草毒害的表觀癥狀

在Hg濃度為0～16 mg·kg-1時(shí)，煙草的表觀癥狀因Hg脅迫濃度、脅迫時(shí)間和煙草品種而異，表明不同品種對(duì)Hg毒害的敏感程度不同。在煙草旺長(zhǎng)期(移栽后54 d)，Hg脅迫對(duì)翠碧1號(hào)生長(zhǎng)的影響較K326、云煙87小，葉片失綠現(xiàn)象也不明顯(圖1)。隨著脅迫時(shí)間增加，脅迫效應(yīng)逐漸顯著。3種煙草中表觀癥狀受到較明顯影響的是K326和云煙87，表現(xiàn)為植株瘦弱、莖細(xì)長(zhǎng)，葉片稀疏，葉片失綠發(fā)黃，根條數(shù)減少等。而翠碧1號(hào)莖較前二者粗壯，中上部葉色較綠，對(duì)Hg毒害的敏感性較小。3種煙草株高受到Hg脅迫影響的結(jié)果見表1。由此可見同一品種不同劑量、不同品種同一劑量對(duì)脅迫表現(xiàn)出不同的生理響應(yīng)。

2.2 Hg對(duì)煙草葉光合色素含量的影響

研究結(jié)果表明，Hg對(duì)3個(gè)品種翠碧1號(hào)、K326、云煙87葉片中光合色素含量的影響并不顯著(P﹤0.05)，排序依次為翠碧1號(hào)﹤K326﹤云煙87，見表2。

2.3 Hg對(duì)不同品種煙草葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>

2.3.1 Hg對(duì)比活性參數(shù)的影響

光合機(jī)構(gòu)的比活性可以更準(zhǔn)確反映植物的光合器官對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化和耗散等狀況[10]。由表3可見，對(duì)于單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)這項(xiàng)指標(biāo)，翠碧1號(hào)各處理組均高于對(duì)照且差異達(dá)顯著水平(P﹤0.05)，在4 mg·kg-1達(dá)最高值，隨后呈下降趨勢(shì)。K326在各Hg濃度脅迫下，ABS/RC總體呈上升趨勢(shì)但與對(duì)照無(wú)顯著水平差異。云煙87的ABS/RC隨Hg脅迫濃度的增加而上升，在16 mg·kg-1達(dá)最高值，比對(duì)照增加了22.77%，差異顯著(P﹤0.05)。

圖1 Hg對(duì)煙草脅迫的表觀癥狀注：A、C、E圖為旺長(zhǎng)期，B、D、F為現(xiàn)蕾期。A、B圖為翠碧1號(hào)，Hg處理濃度從左至右依次為0、1、2、4、8、16 mg·kg-1；C、D圖為K326，Hg處理濃度從左至右依次為0、1、2、4、8、16 mg·kg-1；E、F圖為云煙87，Hg處理濃度從左至右依次為0、1、2、4、8、16 mg·kg-1。Fig. 1 Apparent symptom of tobacco under Hg stressNotes: A, C, E in fast growing period; B, D, F in budding period. A, B show Cuibi 1 after exposure to Hg with concentration of 0, 1, 2, 4, 8, 16 mg·kg-1 (from left to right); C, D show K326 after exposure to Hg with concentration of 0, 1, 2, 4, 8, 16 mg·kg-1(from left to right); E，F(xiàn) show Yunyan 87 after exposure to Hg with concentration of 0, 1, 2, 4, 8, 16 mg·kg-1 (from left to right).

表1 Hg脅迫對(duì)不同時(shí)期煙草株高的影響Table 1 Effects of Hg on the plant height of tobacco in different stages

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同列中不同小寫字母表示不同時(shí)期煙草株高在各處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)。

Note: The data in the table are “average±standard error”. Different lowercase letters in each column indicate significant difference between treatments and control at different periods of tobacco plant.

表2 Hg脅迫對(duì)不同品種煙草葉片光合色素含量的影響Table 2 Effect of Hg on content of photosynthetic pigment in tobacco leaves

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同列中不同小寫字母表示不同品種煙草光合色素含量在各處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)。

Note: The data in the table are “average±standard error”. Different lowercase letters in each column indicate significant difference between treatments and control of different tobacco cultivars.

對(duì)于單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量(TRo/RC)這項(xiàng)指標(biāo)，翠碧1號(hào)各處理組均高于對(duì)照，尤其是1、2、4 mg·kg-1組分別比對(duì)照增加了13.74%、14.43%和13.48%，與對(duì)照有顯著水平差異(P﹤0.05)。K326和云煙87在各Hg濃度脅迫下，TRo/RC總體呈上升趨勢(shì)但較對(duì)照無(wú)顯著水平差異。

對(duì)于單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)這項(xiàng)指標(biāo)，翠碧1號(hào)在1 mg·kg-1Hg濃度脅迫時(shí)增加，之后隨脅迫濃度增加呈下降趨勢(shì)，在8和16 mg·kg-1濃度脅迫時(shí)分別比對(duì)照下降了14.53%和14.29%，且差異顯著(P﹤0.05)。K326的TRo/RC隨Hg脅迫濃度的增加呈下降趨勢(shì)，從2 mg·kg-1開始就與對(duì)照有顯著差異(P﹤0.01)，分別下降了16.64%(2 mg·kg-1)、19.22%(4 mg·kg-1)、23.21%(8 mg·kg-1)和24.50%(16 mg·kg-1)。云煙87的TRo/RC隨脅迫濃度的增加呈下降趨勢(shì)，從4 mg·kg-1開始就與對(duì)照有顯著差異(P﹤0.05)，在16 mg·kg-1時(shí)比對(duì)照下降了22.33%，與對(duì)照有顯著差異(P﹤0.01)。

表3 Hg脅迫對(duì)不同品種煙草葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 3 Effect of Hg on the chlorophyll fluorescence parameters in tobacco leaves

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同列中不同小寫字母表示不同品種煙草葉綠素?zé)晒鈪?shù)在各處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)。ABS/RC表示單位反應(yīng)中心吸收的光能、TRo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量、ETo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量、DIo/RC表示單位反應(yīng)中心耗散掉的能量、RC/CS表示單位面積上的反應(yīng)中心的數(shù)量。

Note: The data in the table are “average±standard error”. Different lowercase letters in each column indicate significant difference between treatments and control of different tobacco cultivars. ABS/RC stand for the light energy absorbed by unit reaction center; TRo/RC stand for the energy captured by unit reaction center used for reduction of QA; ETo/RC stand for the energy captured by unit reaction center used for the electron transfer; DIo/RC stand for the energy dissipated by unit reaction center; RC/CS stand for the number of the reaction center per unit area.

對(duì)于單位反應(yīng)中心耗散掉的能量(DIo/RC)這項(xiàng)指標(biāo)，翠碧1號(hào)隨Hg脅迫濃度增加呈上升趨勢(shì)，從脅迫濃度4 mg·kg-1開始與對(duì)照有顯著區(qū)別(P﹤0.05)，8和16 mg·kg-1脅迫濃度組分別較對(duì)照增加44.75%和46.21%。K326的DIo/RC隨脅迫濃度增加呈先升后降趨勢(shì)，但均顯著高于對(duì)照(P﹤0.05)。Hg脅迫濃度為2、4、8和16 mg·kg-1時(shí)，DIo/RC分別比對(duì)照增加33.12%、31.73%、28.33%和28.47%。云煙87的DIo/RC隨Hg脅迫濃度增加呈上升趨勢(shì)，脅迫濃度為8和16 mg·kg-1時(shí)，分別較對(duì)照增加47.44%和48.52%。

對(duì)于單位面積上的反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/CSo)這項(xiàng)指標(biāo)，翠碧1號(hào)隨Hg脅迫濃度增加總體呈下降趨勢(shì)，Hg脅迫濃度為4、8和16 mg·kg-1時(shí)，分別較對(duì)照下降了11.78%、16.28%和16.18%。K326的RC/CSo隨脅迫濃度增加呈下降趨勢(shì)，脅迫濃度為2、4、8和16 mg·kg-1時(shí)，分別比對(duì)照下降13.88%、17.15%、22.11%和24.15%。云煙87的RC/CSo隨脅迫濃度增加呈下降趨勢(shì)，脅迫濃度為2、4 mg·kg-1時(shí)，分別比對(duì)照下降12.43%和15.92%，尤其16 mg·kg-1濃度組較對(duì)照下降了21.11%。

結(jié)果表明，翠碧1號(hào)、K326和云煙87單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)、單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量(TRo/RC)、單位反應(yīng)中心耗散掉的能量(DIo/RC)均與Hg脅迫濃度正相關(guān)；而單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)和單位面積上的反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/CSo)與Hg脅迫濃度負(fù)相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)Hg脅迫使煙草反應(yīng)中心吸收的光能用于有效的光化學(xué)轉(zhuǎn)換的比例減少，而用于非化學(xué)反應(yīng)的耗散掉的能量的比例增加，這是植物應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫的一種保護(hù)機(jī)制。否則當(dāng)PSⅡ反應(yīng)中心吸收了過(guò)量的光能時(shí)，如不能及時(shí)地耗散將對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成失活或破壞。所以隨著Hg脅迫濃度的增加，ABS/RC、DIo/RC上升，RC/CSo下降應(yīng)該是一種應(yīng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制，對(duì)光合機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用。這與李彥慧等[11]的研究成果一致。

研究結(jié)果表明，翠碧1號(hào)、K326和云煙87在Hg脅迫下通過(guò)耗散過(guò)剩的光能和減少反應(yīng)中心數(shù)量來(lái)保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受更大的傷害，有較強(qiáng)的自我保護(hù)機(jī)制。但葉片的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)均受到不同程度的影響，煙草葉片受到傷害與PSⅡ反應(yīng)中心失活有關(guān)。

2.3.2 Hg對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fo、Fv/Fm、PIABS的影響

本研究結(jié)果表明翠碧1號(hào)、K326和云煙87在不同濃度Hg脅迫下，F(xiàn)o均高于對(duì)照，有些濃度處理甚至達(dá)到顯著差異水平(P﹤0.05)。3種煙草的Fm均隨Hg濃度增加呈下降趨勢(shì)。翠碧1號(hào)在Hg濃度處理大于等于4 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)m顯著低于對(duì)照(P﹤0.05)。K326在Hg脅迫濃度高于1 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)m已顯著低于對(duì)照(P﹤0.05)。云煙87的Fm隨Hg濃度增加也呈下降趨勢(shì)，在脅迫濃度高于2 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)m顯著低于對(duì)照(P﹤0.05)。

Fv/Fm、Fv/Fo值常用于度量植物葉片原初光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ潛在活性，是表征光化學(xué)反應(yīng)狀況的2個(gè)重要參數(shù)[11]。如圖2所示，3種煙草在Hg脅迫下，F(xiàn)v/Fo隨脅迫濃度增加均呈下降趨勢(shì)。翠碧1號(hào)在脅迫濃度為4、8、16 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)v/Fo分別比對(duì)照降低了35.52%、37.84%和39.90%。云煙87在脅迫濃度為8、16 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)v/Fo分別比對(duì)照下降42.99%和44.07%。

Fv/Fm是研究各種脅迫環(huán)境對(duì)光合作用影響的重要指標(biāo)[12]。在Hg脅迫下，3種煙草Fv/Fm隨脅迫濃度上升均呈下降趨勢(shì)。如云煙87在脅迫濃度為8、16 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)v/Fm分別下降35.63%和36.52%。

圖2 Hg脅迫對(duì)不同品種煙草葉片的葉綠素?zé)晒庵?Fv/Fo、Fv/Fm、PIABS)的影響Fig. 2 Effect of Hg on the chlorophyll fluorescence parameters (Fv/Fo, Fv/Fm, PIABS) in tobacco leaves of different cultivar

性能指數(shù)(PIABS)包含了3個(gè)相互獨(dú)立的參數(shù)，所以性能指數(shù)和推動(dòng)力可以更準(zhǔn)確地反應(yīng)植物光合機(jī)構(gòu)的狀況，它們對(duì)某些脅迫比對(duì)Fv/Fm更敏感，能更好地反映脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響[9]。由圖2可知，3種煙草在Hg脅迫下PIABS變化趨勢(shì)和Fv/Fo、Fv/Fm一樣，隨脅迫濃度上升均呈下降趨勢(shì)。翠碧1號(hào)在脅迫濃度為1、2、4、8、16 mg·kg-1時(shí)，PIABS分別比對(duì)照降低了36.13%、50.25%、69.08%、71.08%和73.90%。K326在脅迫濃度為4 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)v/Fm與對(duì)照差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.01)，這與Fv/Fo、Fv/Fm的變化完全一致。云煙87在脅迫濃度為2、4、8、16 mg·kg-1時(shí)，F(xiàn)v/Fm分別較對(duì)照降低49.40%、49.84%、72.88%和75.07%。

Hg2+脅迫下Fv/Fo、Fv/Fm、PIABS顯著降低的原因可能主要在于Hg2+嚴(yán)重影響了光合膜上PSⅡ的作用中心及捕光色素系統(tǒng)中葉綠素分子的結(jié)合態(tài)；另外，Hg2+能夠破壞葉綠體膜系統(tǒng)，使葉綠體色素降解，從而導(dǎo)致PSⅡ電子傳遞中斷和葉綠素?zé)晒饨档蚚13]。

Hg2+脅迫下Fv/Fo、Fv/Fm變化趨勢(shì)一致，均隨脅迫濃度增加呈下降趨勢(shì)，且在較高濃度處理時(shí)，差異達(dá)到顯著(P﹤0.01)，表明煙草葉片原初光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ潛在活性顯著降低，說(shuō)明光系統(tǒng)Ⅱ遭到破壞，進(jìn)而影響了植物光合速率。這與李志軍等[14]、景茂等[15]的研究結(jié)果一致。

2.3.3 Hg對(duì)葉綠素?zé)晒釵-J-I-P曲線的影響

圖3分別為翠碧1號(hào)、K326和云煙87在不同Hg脅迫濃度下葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線(O-J-I-P)的變化情況。0 mg·kg-1為標(biāo)準(zhǔn)的葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線。可見，與對(duì)照相比，翠碧1號(hào)在1、2、4 mg·kg-1Hg脅迫下O-J-I-P曲線形狀變化不大，說(shuō)明此時(shí)熒光值升高是由于電子傳遞受阻，而并非天線色素細(xì)胞或放氧復(fù)合體被破壞。這與張謐等[16]對(duì)沙冬青的研究類似。隨著脅迫加劇，J-I-P段熒光值顯著下降，可見光合電子傳遞鏈的傳遞已受到顯著影響。與對(duì)照相比，K326在各濃度脅迫下O-J-I-P曲線形狀已發(fā)生變化，但起始部分所受影響不大，說(shuō)明此時(shí)熒光值升高是由于電子傳遞受阻，而并非天線色素細(xì)胞或放氧復(fù)合體被破壞。隨著脅迫濃度增加，J-I-P段熒光值顯著下降。云煙87除在1 mg·kg-1脅迫濃度下O-J-I-P曲線形狀變化不大外，其余濃度脅迫下曲線形態(tài)發(fā)生變化，不再為標(biāo)準(zhǔn)的O-J-I-P曲線，表明已受到顯著影響。

綜上可知，Hg脅迫對(duì)煙草光合色素含量和光合強(qiáng)度的影響沒有必然的相關(guān)性。Hg脅迫下，3個(gè)煙草品種葉片光合色素含量較對(duì)照并無(wú)顯著差別，但Fv/Fm、Fv/Fo、PIABS均呈下降趨勢(shì)，故Hg破壞葉綠素不是降低光合速率的唯一原因。

重金屬對(duì)植物光合作用的影響是通過(guò)影響光合過(guò)程中的電子傳遞、破壞葉綠體和葉綠素等光合系統(tǒng)的完整性而實(shí)現(xiàn)的[17]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析有助于探明光合機(jī)構(gòu)受逆境傷害的部位和程度[18]。Fm、Fv/Fm下降，表明植物葉片發(fā)生了光抑制[19]，而Fv/Fm降低的同時(shí)伴隨有Fo的上升，表明光系統(tǒng)Ⅱ遭受破壞[20]。這與比活性參數(shù)ET0/RC隨脅迫濃度增加呈下降趨勢(shì)相吻合。

在正常條件下，有活性的PSⅡ反應(yīng)中心將捕獲的光能用于光化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)電子傳遞和耦聯(lián)的光合磷酸化形成同化力，推動(dòng)碳同化反應(yīng)。然而，在某些脅迫下，PSⅡ反應(yīng)中心發(fā)生可逆失活，成為一個(gè)能量陷阱，能吸收光能但不能推動(dòng)電子傳遞。有研究表明，這種反應(yīng)中心失活可能也是一種保護(hù)機(jī)制[10]。ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC與脅迫濃度正相關(guān)，反之ETo/RC和RC/CSo呈負(fù)相關(guān)是一種應(yīng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制，對(duì)光合機(jī)構(gòu)有一定的保護(hù)作用。

圖3 Hg脅迫對(duì)不同品種煙草葉片葉綠素?zé)晒釵-J-I-P曲線的影響Fig. 3 Effect of Hg on O J I P curve of chlorophyll fluorescence in tobacco leaves of different cultivar

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◆

Influence of Exogenous Mercury Stress on Chlorophyll Content and Photosynthetic Effect of Three Tobacco Cultivars

Wu Minlan1,2,*, Wang Guo2, Li Honghong2, Jia Yangyang2, Yang Lintong2

1. Zhangzhou City University, Zhangzhou 363000, China 2. College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China

Received 27 January 2016 accepted 9 May 2016

In order to study the influence of different concentrations of mercury (Hg) on the photosynthesis of tobacco, seedlings of three tobacco cultivars (Cuibi 1, K326 and Yunyan 87) from Fujian Province were pot-planted, and treated with Hg under six varied concentrations (0, 1, 2, 4, 8, 16 mg·kg-1). The results showed that: (1) No significant difference is observed in the chlorophyll content in the leaves of three tobacco cultivars (P > 0.05) when compared with control group, but Fv/Fm, Fv/Fo, PIABSshow decreasing trend with the increase of Hg concentration. There is no correlation between chlorophyll content and photosynthesis intensity of tobacco under Hg stress. (2) OJIP curve shape changes under the stress of higher concentration of Hg (4 mg·kg-1). Hg affects the photosynthetic apparatus of tobacco leave, which is mainly related to the mechanisms that the PSII and photosystem reaction center are damaged and photosynthetic electron transport process is inhibited. This may explain the significant decrease of tobacco photosynthesis effect. (3) The specific activity parameters ABS/RC, TRo/RC, DIo/RC are positively correlated with Hg concentration, and ETo/RC and RC/CSoare negatively correlated with Hg concentration in PSII unit reaction center of tobacco leaves. Tobacco leaves dissipate excessive light energy and improve the consumption of excessive energy to protect the photosynthetic apparatus from greater harm under the stress of higher concentration of Hg, which shows strong self-adjustment ability.

mercury; tobacco; chlorophyll; photosynthetic effect

中國(guó)煙草總公司福建省分公司資助項(xiàng)目

吳敏蘭(1966-)，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)學(xué)，E-mail：214923238@qq.com

10.7524/AJE.1673-5897.20160127001

2016-01-27 錄用日期：2016-05-09

1673-5897(2016)6-282-09

X171.5

A

吳敏蘭, 王果, 李葒葒, 等. 外源Hg脅迫對(duì)3種煙草品種葉綠素含量和光合效應(yīng)的影響[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(6): 282-290

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