铅胁迫下两种木本植物叶片PSⅡ光化学效率特征研究

摘要

人类活动的不断增加使得土壤重金属污染问题日益突出。植物光合作用受到抑制是重金属毒害的显著症状。近年来叶绿素荧光技术作为一种快速、简便、精确且无损伤的新技术，在植物光合生理生态及胁迫生理生态等研究领域得到了较快的普及和广泛的应用。为此，本研究选取亚热带地区常用于山坡造林的两种木本植物:栾树（Koelreuteria paniculata）、木荷（Schima superba）作为研究对象，采用室内栽培和人工模拟重金属(Pb)污染土壤的方法:将10g·L的PbCl2溶液400mL掺入每盆盆栽土壤里，每次掺入后的第10天、第35天进行叶绿素荧光参数的测定，然后再进行第2次掺入，以此类推，共进行3次，研究Pb胁迫下2种木本植物光系统Ⅱ光化学效率、光能利用、过剩光能耗散等生理指标的响应。研究结果将为木本植物筛选和逆境生理生态学提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)与对照相比，栾树幼苗PSⅡ有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、PSⅡ效率系数（Fq'/Fv'）、光合作用活力指数(Rfd)和PSⅡ最大的或潜在的光化学效率(Fv/Fm)随施入次数的增加呈下降趋势，但没有显著性变化(P＞0.05)。与对照相比，木荷幼苗在Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天光化学效率显著下降(P＜0.05)。说明Pb对栾树幼苗PSⅡ反应中心激发能捕获效率和能量捕捉效率没有显著抑制效应，而对木荷幼苗PSⅡ反应中心激发能捕获效率和能量捕捉效率有显著抑制效应，即木荷PSⅡ反应中心部分失活。
　　(2)与对照相比，栾树幼苗叶片PSⅡ所吸收的激发能的各耗散方式所占的比率，即PSⅡ的实际的量子效率(Y(Ⅱ))、非调节性能量耗散的量子产量参数(Y(NO))、调节性能量耗散的量子产量参数(Y(NPQ))，随施入次数的增加没有显著性变化(P＞0.05)。与对照相比，Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天木荷幼苗PSⅡ的Y(Ⅱ)显著降低，Y(NO)、Y(NPQ)显著增加(P＜0.05)。说明Pb对栾树幼苗PSⅡ所吸收的激发能的各耗散方式所占的比率没有产生显著的影响，而木荷幼苗PSⅡ所吸收的激发能用于PSⅡ反应中心电子传递的份额减少，而通过能量耗散的份额增加。
　　同样地，与对照相比，栾树幼苗光合机构吸收的光能被用于光化学反应的份额(P)和天线热耗散的份额(D)以及激发压（1-qL）随施入次数的增加没有产生显著变化(P＞0.05)。Pb第一次施入第35天木荷幼苗的P显著下降， D及1-qL显著增加，第二次施入第10天和第35天木荷幼苗P显著下降，1-qL显著上升(P＜0.05)。说明Pb对栾树幼苗光合机构吸收光能的利用方式没有产生显著的影响，而木荷幼苗光合机构吸收的光能用于光化学反应的份额降低，而用于天线热耗散的份额增加，打破了激发能捕获和利用之间平衡。
　　(3)与对照相比，栾树幼苗光化学淬灭(qL)和非光化学淬灭(NPQ)随施入次数的累积基本没有发生显著变化(P＞0.05)。Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天，木荷幼苗qL显著降低，NPQ显著增加（P＜0.05）。说明Pb对栾树幼苗荧光淬灭没有产生显著的影响，而木荷幼苗PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额降低，而以热的形式耗散掉的份额增加。
　　(4)与对照相比，栾树和木荷幼苗体内的Pb含量随施入次数的累积而升高，第一次施入后第10天和第35天、第二次施入后第10天和第35天、第三次施入后第10天和第35天Pb处理组栾树幼苗的叶片Pb含量是对照组的1、2、2.5、2.7、2.75和3倍。木荷幼苗的叶片Pb含量是对照组的1.78、2.31、3.85、4.11、4.44和4.33倍。
　　栾树幼苗茎的Pb含量是对照组的1.39、1.71、2.06、2.21、2.39和2.85倍，木荷幼苗茎的Pb含量是对照组的5.11、8.89、12、12.58、13.79和14.15倍。
　　栾树幼苗根的Pb含量是对照组的8.78、19.44、23.67、39.87、45和54.42倍，木荷幼苗根的Pb含量是对照组的8.17、9.72、11.02、14.86、20.27和24.42倍。
　　(5)处理次数对栾树光合作用活力指数（Rfd）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）产生显著影响，处理次数与处理天数的交互作用对Fv'/Fm'、Rfd产生显著影响。
　　处理次数对木荷PSⅡ有效光化学效率（Fv'/Fm'）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）产生显著影响，处理天数对Fv/Fm产生显著影响，处理次数与处理天数的交互作用对Fv'/Fm'、Fq'/Fv'、Rfd、Fv/Fm产生显著影响。
　　栾树地上部分和地下部分Pb含量与光化学效率无显著相关性。木荷地上部分Pb含量只在第一次施入后第35天，第二次施入后第10天和第35天与光化学效率呈显著负相关。木荷地下部分Pb含量与光化学效率无显著相关性。
　　综上所述，累积性Pb施入对栾树和木荷的光化学效率产生了一定的影响，通过激发能和荧光猝灭的分析，栾树和木荷均能将多余的能量以热能形式耗散。其中Pb胁迫下木荷光系统Ⅱ光化学效率抑制程度高于栾树，这可能与木荷吸收Pb转运到叶片中含量过高有关。

目录

声明

缩略语

摘要

第一章 综述

1．1 研究背景

1．1．1 铅污染现状及危害

1．1．2 光合作用-光化学反应

1．2 光化学效率的研究现状

1．2．1 光系统Ⅱ光化学效率的研究现状

1．3 木本植物在植物恢复中的优越性

1．4 研究方案

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线图

2．1 材料与方法

2．1．1 试验地点

2．1．2 试验材料

2．1．3 试验设计

2．1．4 荧光参数的测定

2．1．5 植物体内Pb含量的测定

2．1．6 数据处理

第三章 结果

3．1．2 第二次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片PSⅡ光化学效率的影响

3．1．3 第三次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片PSⅡ光化学效率的影响

3．1．4 小结

3．2 Pb对两种木本植物幼苗叶片激发能分配使用的影响

3．2．1 第一次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片激发能分配使用的影响

3．2．2 第二次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片激发能分配使用的影响

3．2．3 第三次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片激发能分配使用的影响

3．2．4 小结

3．3 Pb对两种木本植物幼苗叶片荧光淬灭的影响

3．3．1 第一次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片荧光淬灭的影响

3．3．2 第二次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片荧光淬灭的影响

3．3．3 第三次施入后Pb对两种木本植物幼苗叶片荧光淬灭的影响

3．3．4 小结

3．4 Pb胁迫下两种木本植物不同部位中Pb含量的变化

3．4．1 Pb胁迫下两种木本植物叶片中Pb含量的变化

3．4．2 Pb胁迫下两种木本植物茎中Pb含量的变化

3．4．3 Pb胁迫下两种木本植物根中Pb含量的变化

3．5 两种木本植物叶片光化学效率与Pb含量的关系分析

3．5．1 Pb连续施入及时间对两种木本植物光化学效率的影响

3．5．2 植物体内Pb含量与光化学效率之间的相关性分析

第四章 讨论

第五章 结论

5．3 Pb对两种木本植物幼苗叶片荧光淬灭的影响

5．4 Pb胁迫下两种木本植物不同部位中Pb含量的变化

5．5 两种木本植物叶片光化学效率与Pb含量的关系分析

参考文献

附录

致谢