胁迫条件下红树植物叶片汞释放及汞对红树植物生理生态的影响

摘要

红树植物对汞具有较高的富集能力,其叶片和大气之间有着频繁的汞交换。为认识红树植物叶片富集和释放气态汞的规律和生物学机制,对秋茄(Kandelia obovata)、白骨壤(Avicennia marina)和桐花树(Agicerascorniculatum)三种红树植物幼苗进行急性(14h)高浓度(100ppm)的Hg2+胁迫实验,测定三种植物叶片与大气之间气态汞交换通量的昼间变化,同时对秋茄、白骨壤、桐花树的光合作用指标和各部位汞含量进行测定。此外,对代表性非泌盐植物秋茄和代表性泌盐植物白骨壤进行了不同浓度(1ppm、5ppm、10ppm、50ppm、100ppm)的5d汞胁迫实验,测定叶片汞交换通量、生理生态特征和Hg2+在植物根尖和叶片的亚细胞分布,研究汞交换通量与红树植物生理生态特征的关系,结果表明:1、对照组秋茄、白骨壤和桐花树叶片多表现为对大气汞的吸收,而100ppm汞胁迫组植物叶片均表现为释放汞,释汞通量大小的顺序为:白骨壤＞桐花树＞秋茄。三种红树植物叶片气态汞释放通量的昼间变化规律不相同,秋茄、白骨壤幼苗叶片气态汞的释放表现为双峰型曲线,但它们的释汞通量峰值出现的时间不同;桐花树叶片对气态汞的释放表现为单峰型曲线,峰值出现在15:00时。
　　 2、植物生理生态活动直接影响红树植物与大气的汞交换。蒸腾作用、气孔开合以及植物体内Hg2+还原酶的活性都能影响红树植物叶片释放气态汞;其次,光照和温度也是促进植物释放气态汞的主要因素。秋茄、白骨壤和桐花树叶片气态汞的释放规律与各自净光合速率(Pn)的变化基本一致,释汞通量的峰值与净光合速率的峰值出现在同样的时间:叶片的释汞通量随温度升高而增加,当温度最高时,叶片的释汞通量达到峰值。
　　 3、100ppm汞胁迫后,三种红树植物的净光合速率均低于各自的对照植物,但昼间变化规律不同,秋茄对照组和胁迫组的净光合速率曲线均为单峰型,峰值出现在13:00;白骨壤对照组为单峰型曲线,胁迫后变为双峰型曲线;桐花树幼苗对照组和胁迫组均表现为双峰型曲线,峰值出现在11:00和15:00,其中胁迫后的白骨壤幼苗和桐花树幼苗均有“午休”现象。影响秋茄和桐花树光合作用的可能是非气孔因素;白骨壤光合作用的限制因素可能是气孔因素。高Hg2+胁迫12h后三者的叶绿素含量均有下降,加速了红树叶片的衰老。
　　 4、三种植物各部位总汞含量大小为:根＞茎＞叶,表明根是这三种红树植物幼苗富集汞的主要部位。其中白骨壤幼苗的根汞含量最高,三种红树植物幼苗根部的汞含量与叶片释放气态汞通量有极显著正相关关系,茎部和叶部的汞含量也与叶片释汞通量显著相关。
　　 5、不同浓度汞溶液对白骨壤和秋茄5d胁迫,两种红树植物都表现出对汞的释放。中高浓度(10ppm、50ppm、100ppm)胁迫下的红树植物叶片释汞通量高于低浓度(1ppm、5ppm)胁迫。白骨壤和秋茄幼苗叶片释汞通量与各部位根、茎、叶中Hg含量均显著相关。
　　 6、汞可以抑制白骨壤叶片的光合活性,随着胁迫时间的增加,叶片净光合速率、叶绿素含量降低。气孔是中低浓度汞(1ppm、5ppm)胁迫下抑制白骨壤幼苗光合作用的主要因素,而高浓度汞胁迫下抑制白骨壤幼苗光合作用的因素是由气孔和其他因素(如叶肉光合能力、1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)活性与含量等因素)共同作用。低浓度汞胁迫对白骨壤幼苗叶片SOD、POD活性有一定的促进作用,高浓度则表现为抑制作用。
　　 7、Hg在秋茄叶片和根尖亚细胞各组分分布均为;可溶部分＞细胞壁＞细胞器＞细胞膜,而且随着胁迫浓度和胁迫时间的增加,各组分中汞含量也增加,说明液泡区域化和细胞壁的Hg沉淀是秋茄对重金属的解毒、耐性和富集的主要方式。根尖亚细胞中的Hg含量高于叶片亚细胞,且均远远大于对照细胞组分中的汞含量。