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土壤Cd污染是焦点性的环境问题,植物修复是治理环境Cd污染的绿色、环境友好型技术手段,植物修复的关键是保证植物能够正常生长。Cd胁迫下植物光合作用受抑制是显著的毒害现象,目前快速叶绿素荧光诱导动力学技术被广泛认为能快速无损伤地探测到植物光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSⅡ)及光合电子传递链的变化,是研究植物逆境生理的一个强有力工具。因此为了能及早了解植物对Cd的耐受性,本文利用快速叶绿素荧光诱导动力学技术,选用木本植物檫木(Sassafras tzumu)和木荷(Schima superba)幼树为目标种,采用室内盆栽试验,以每kg干土中纯重金属离子质量设置5种浓度的Cd处理(0,300mg/kg,500mg/kg,600 mg/kg,900 mg/kg),即对照组(CK),L1,L2,L3,L4处理组,于第1、5、10、35天进行测定,研究不同Cd污染水平下檫木和木荷叶片PSⅡ原初光化学反应的响应和差异,对比分析2种植物PSⅡ对Cd耐受能力。研究结果将为耐受性木本植物的筛选及重金属污染土壤的植物重建提供理论指导。主要结论如下: 1.低浓度Cd胁迫下檫木叶片出现锈色斑点,且随着Cd处理浓度的增大和作用时间的增加,锈色斑点扩大、落叶增多;而木荷叶片在低浓度Cd胁迫下出现白色斑点,随着处理浓度的增大和作用时间的增加,叶片白色部分、落叶增多。在低浓度Cd胁迫下(L1、L2处理),檫木在试验期内均存活;木荷在L1处理下试验期内存活,L2处理下只存活至第10天;在高浓度Cd胁迫下(L3,L4处理下),檫木和木荷均无法存活。 2.Cd胁迫下,相比对照组,檫木叶片快速叶绿素荧光诱导动力学OJIP曲线随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而依次下降。前10天在L1处理下,相比对照组,檫木叶片的L-band呈负相关,其它三种处理均显示正相关L-band。试验期内四种浓度Cd处理下均显示正相关的K-band,且浓度越高L-band和K-band振幅越大。在试验期内檫木叶片在2ms处的相对可变荧光(VJ),30ms处的可变荧光(VI)相比对照组随着Cd浓度增大和作用时间的延长而上升;其中,L2处理下VJ在第35天、L3处理在第1天和试验期内的L4处理相比对照组和L1处理组差异性显著;只有L2处理下VJ在第35天相比第1天显著升高,其它处理组在作用时间上均无显著差异性;L1处理VI在第35天显著高于第1天,L2处理下VI从第10天开始显著高于对照组和L1处理组,且该处理从第10天开始显著高于第1、5天, L3、L4处理在天数间无显著差异性。 Cd胁迫下,相比对照组,檫木叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RC),单位反应中心捕获的光能(TR0/RC)和单位反应中心用于热耗散的激发能(DI0/RC)均随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而上升,然而性能指数(PIABS),单位反应中心用于电子传递的能量(ET0/RC),原初光化学最大量子效率(ψPO),吸收的光量子传递电子的概率(ψEO),捕获的激子传递电子的概率(ψ0)均随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而降低。其中,L1和L2处理组之间的能量参数在第1天和第5天内均无显著差异性;L2处理下的ET0/RC在第10天的达到峰值且显著高于L1处理,而后相比对照组显著下降;L3、L4处理从第1天开始PIABS、ABS/RC、DI0/RC、TR0/RC与对照组相比差异性显著,但二者处理下在天数之间无显著差异性。上述结果说明Cd胁迫可能阻碍了檫木叶片PSⅡ从供体侧到受体侧的电子传递,且处理浓度越高,作用时间越长,电子传递阻碍现象越明显。 3.Cd胁迫下,相比对照组,木荷叶片快速叶绿素荧光诱导动力学OJIP曲线随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而依次下降。试验期内四种浓度Cd处理下均显示正相关的L-band和K-band,且浓度越高L-band和K-band振幅越大。在试验期内檫木叶片在2ms处的相对可变荧光(VJ),30ms处的可变荧光(VI)相比对照组随着Cd浓度增大和作用时间的延长而上升,其中L1、L2处理组在第5天和10天均与对照组差异性显著,L3、L4处理组从第1天开始与对照组差异性显著,且L4处理组与L1、L2和L3处理组相比均差异性显著;但所有处理组VJ在天数上无显著差异性。四个浓度处理下,仅有L4处理下的VI在第5天显著高于L1、L2处理组;在时间上,L2处理在第10天和L4处理在第5天显著高于第1天,其它处理组在天数上无显著差异性。 能量参数ABS/RC,TR0/RC和DI0/RC均随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而上升,PIABS,ET0/RC,ψPO,ψEO和ψ0均随着Cd处理浓度的增大和作用时间的延长而降低,其中L1处理组的ET0/RC在试验期内逐渐上升且第35天时显著高于对照组和第1天。L1和L2处理组之间所有的能量参数在试验期内均无显著差异性;除了TR0/RC,L4处理组的其它能流参数均与L1处理组差异性显著;在不同天数间,仅有L1处理的ABS/RC,TR0/RC从第10天开始对比第1天、5天差异性显著,和该处理浓度下ET0/RC在第35天显著高于第1天外,其它能量参数在同一浓度不同天数间均无显著差异性。上述结果表明Cd胁迫可能阻碍了木荷叶片PSⅡ从供体侧到受体侧的电子传递,且处理浓度越高,作用时间越长,电子传递阻碍现象越明显。 4.Cd胁迫阻碍了2种植物叶片PSⅡ从供体侧到受体侧的电子传递,这可能与QA-的积累有关,且受体侧电子从QA传递至QB受阻是Cd胁迫下叶片电子传递的主要限制因素。其中,低浓度Cd处理下檫木叶片在PSⅡ受体侧的电子传递受阻可能不是由于QA-的积累,而是供体侧放氧复合体OEC受损,导致电子从PSⅡ供体侧到受体侧的电子传递受阻。 5.总之Cd造成了檫木和木荷的PSⅡ的结构和功能受损,会导致植物光合能力下降,不利于植物生长,这也在一定程度上揭示了檫木和木荷在高浓度处理下死亡的现象。相比檫木,木荷叶片PSⅡ的活性在Cd胁迫下更易受损。因为从低浓度Cd胁迫来看,木荷从Cd胁迫的第1天开始L-band表现为正相关,而檫木叶片在第10天仍表现为负相关,木荷叶片的PIABS,ψEO和ψ0比檫木下降程度大,且出现的时间早,VJ上升程度大且出现时间早,说明檫木较木荷耐受性强。