蜈蚣草在砷胁迫过程中光合作用的变化.docVIP

砷胁迫下蜈蚣草光合作用的变化 邓培雁1 *，刘 威2，韩志国2 1. 华南师范大学化学与环境科学学院环境科学研究所，广州 510631；2. 暨南大学水生生物研究所，广州 510632 利用荧光成像技术研究了营养液培养条件下砷胁迫对蜈蚣草光合作用的影响。在0、5、10、20和40 mg?L-1质量浓度的砷处理中, 蜈蚣草地上部、地下部生物量无显著差异（P 0.01）变化范围分别为1.24～1.33，0.24～0.30 g；地上、地下部砷质量分数变化范围分别为191～1129和160～548 mg·kg-1，其质量分数的比值范围为1.20～2.35。砷胁迫下，全叶片蜈蚣草Fv/Fm 变化范围为0.498～0.566，与对照（0.786）相比较下降超过30%；快速光曲线中最大潜在相对电子传递速率（Pm）、半饱和光强（Ik）随砷处理浓度的增加而下降，其变化范围分别为24.52～47.67和140.50～217.45 μmol?m-2?s-1，下降比例分别为2849%和2435%；快速光曲线的初始斜率（α）随砷处理浓度的增加下降不明显，变化范围为0.17～0.22。以上结果显示尽管蜈蚣草对砷超量吸收并且有效向地上部分转移，但Fv/Fm显著下降反映蜈蚣草光合作用受到明显的砷胁迫。Pm、Ik的下降反映出蜈蚣草光耐受能力和电子传递能力在砷胁迫下逐渐减弱；α下降不明显反映蜈蚣草捕光能力在砷胁迫过程中始终维持较高水平，砷胁迫并未对蜈蚣草捕光系统造成显著伤害。 蜈蚣草；砷；叶绿素荧光成像；光合作用；快速光曲线中图分类号：X1 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）0-0775-04砷非植物所需的元素，正常植物叶片中砷质量分数通常小于3 mg?kg-1 [1]。过高的砷将抑制植物正常的生理过程，甚至死亡；其中，高等植物光合作用对重金属胁迫的反应比其它生理过程更为敏感[2]。而Ma[3]等人在《Nature》上报道蜈蚣草（Pteris vittata）羽片中砷含量可以超过5000 mg?kg-1，而不表现受毒害的迹象；Tu Ma[4]发现蜈蚣草地上部分生物量会随着生长介质中砷含量的增加而增加。由于蜈蚣草（Pteris vittata）对砷的超量吸收特征，使其在砷污染土壤和水体的生物修复以及植物在进化、遗传、生理、生化、生物地球化学等方面具有重要的研究价值，其相应的研究也日渐深入。但是，蜈蚣草羽片如此高的砷含量如何影响其光合作用却没有研究和报道。 叶片是植物进行光合作用的器官，但不同部位具有光合作用的异质性。传统的调制叶绿素荧光由于传输路线光纤直径的限制，只能反应叶片局部光合活性的变化，难以反映整个叶片的光合作用。荧光成像技术的出现，可以更全面的了解植物的光合作用。而快速光曲线被认为是研究植物光合作用的有力工具[5]。利用叶绿素荧光技术得到的相对电子传递速率（relative Electron Transport Rate，rETR）随光合有效辐射（Photosynthetic Active Radiation）的变化曲线，即快速光曲线[6]，是一种测量快速且对样品光合状态影响小的光响应曲线[7]，在生理生态学领域得到了广泛应用[8]。 本文利用叶绿素荧光成像技术，研究和探讨了砷胁迫对蜈蚣草光合作用的影响。 蜈蚣草采集于暨南大学校园（15-20 cm），用大量自来水洗净后，用1/2强度的Hoagland营养液进行适应性培养。20天后选择生长良好，长势一致的幼苗进行砷处理：用1/2强度的Hoagland营养液将Na2HAsO4·7H2O配成0、5、10、20、40 mg ?Ｌ-1质量浓度的含砷营养液 浓度以纯As5+计 ，于温室中培养，每隔3天更换培养液，重复4次，培养20天后，测量叶绿素荧光。 利用配置大探头IMAG-MAX/L的调制荧光成像系统MAX-IMAGING-PAM WALZ，德国 测量全叶片叶绿素荧光。IMAG-MAX/L具有44个Luxeon蓝光（450 nm）二极管（3W），提供调制测量光、光化光和饱和脉冲。测量光频率为1Hz，强度为0.5 μmol?m-2?s-1；光化光强为186 μmol?m-2?s-1，持续时间10 min；饱和脉冲强度为2800 μmol?m-2?s-1，持续时间为0.8 s。IMAG-MAX/L还有16个红光（660 nm）和16个远红外（780 nm）二极管，根据它们照射到叶片后的重发射（红光R ，近红外NIR）可求出叶片吸光系数Abs 1-R/NIR[9]。信号用640×480像素的数码相机CCD像素记录。作为测定，测量时用细线辅助使整个叶片展平。 于清晨阳光直射前将整株植物暗适应20 min后，选取整个叶片（包括羽片和叶柄）分别测量最小荧光Fo和最大荧光Fm并计算光合作用的最大量