镉胁迫下多年生黑麦草的光合生理响应

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1、第２１卷第３期草业学报１９１－１９７Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ２０１２年６月镉胁迫下多年生黑麦草的光合生理响应刘俊祥１，２，孙振元１，２，勾萍３，钱永强１，２，巨关升１，２，韩蕾１，２（１．中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室，北京１０００９１；２．林木遗传育种国家重点实验室中国林业科学研究院林业研究所，北京１０００９１；３．沈阳农业大学林学院，辽宁沈阳１１０１６１）摘要：以多年生黑麦草为植物材料，对其进行０（ＣＫ），５，１０，２０ｍｇ／Ｌ的Ｃｄ２＋处理６ｄ，结果表明，Ｃｄ２＋处理显著降低了地上部、地下部

2、的生物量；随着处理浓度的升高，Ｃｄ在地上部、地下部的含量显著升高，地上部Ｃｄ的分布比例显著升高，地下部Ｃｄ的分布比例显著降低，多年生黑麦草对Ｃｄ具有超量吸收和转运的能力。在处理的０，０．２５，２＋处理的多年生黑麦草叶片的气体交换参数、光合色素含量和叶绿素荧光参数，结果表１，３，６ｄ，测定５ｍｇ／ＬＣｄ明，Ｃｄ２＋处理未导致光合色素含量的变化，气体交换参数和叶绿素荧光参数均受到显著的影响。处理１ｄ内，净光合速率（犘狀）、气孔导度（犌狊）和胞间二氧化碳浓度（犆犻）具有相同的变化趋势，犘狀的下降是由气孔因素导致的。犘狀在处理３和６ｄ分别较未处理显著下降了２４．４％和２３．４

3、％，非气孔因素对犘狀的降低起到了主要作用。蒸腾速率（犜狉）在处理１ｄ较未处理显著上升了７４．１％，这有助于Ｃｄ向地上部转运。潜在光化学效率（犉狏／犉０）在处理的０．２５，１，３ｄ时分别较未处理显著上升了１４．４％，２１．０％和１４．４％。最大光化学效率（犉狏／犉犿）在处理０．２５，１，３ｄ分别较未处理显著上升了３．１％，３．２％和３．１％。实际光化学效率（Φ犘犛Ⅱ）、相对电子传递效率（狉犈犜犚）和光化学淬灭系数（狇犘）在处理６ｄ较未处理显著下降了２５．３％，２５．３％和２１．１％，叶片ＰＳⅡ的光化学反应能力显著降低。非光化学淬灭系数（狇犖）在处理０．２５，１ｄ分别较未

4、处理显著下降了１５．６％，４１．５％，随着处理时间的延长，狇犖值显著升高，起到了光保护的作用。非调节性能量耗散［犢（犖犗）］在处理０．２５，１ｄ分别较未处理显著上升了３０．８％，３７．８％，处理３和６ｄ下降至与未处理无显著差异。调节性能量耗散［犢（犖犘犙）］在处理１ｄ比未处理显著下降了３６．９％，在６ｄ时显著上升了１７．０％，减轻了光合机构的伤害程度。关键词：镉；胁迫；多年生黑麦草；光合生理；响应中图分类号：Ｓ５４３＋．６０４；Ｑ９４５文献标识码：Ａ文章编号：１００４５７５９（２０１２）０３０１９１０７镉（Ｃｄ）是生物毒性很强的重金属元素。土壤中的镉极易被植物吸

5、收、积累，一旦进入食物链对人类健康危害极大。植物修复是治理镉污染土壤的重要手段，现有镉超积累植物普遍存在生物量小、适应性差等缺点，仅适合作重金属抗性机理方面的理论研究，很难在实际镉污染地中应用。因此，抗镉、富集镉、生物量大、可多次收获的修复植物的选育尤为重要。多年生黑麦草（犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲）属禾本科黑麦草属，是我国北方草坪建植的常用［１］［２］冷季型草坪草种，其生长快、生物量大，根系发达、适应性强，对镉具有较强的富集能力，具备修复植物的潜在特性。近年来，关于多年生黑麦草对Ｃｄ２＋的抗性已有研究报道。Ｃｄ２＋处理下，多年生黑麦草种子发芽率降低，根［３］［４］系

6、发育受阻，植株高度、地上生物量、叶绿素含量下降。镉、铅、锌复合污染下，多年生黑麦草根系丙二醛含量［２］［５］显著升高，根系和叶片中超氧化物歧化酶的活性均显著降低。李勇等的研究结果表明，随着土壤基质中的镉负荷增加，多年生黑麦草吸收镉量明显增加。［６］光合作用为植物生长发育提供物质和能量，是植物生长发育的基础。高等植物光合作用对重金属胁迫的反应比其他生理过程更为敏感［７］。因此，光合生理的变化可以衡量植物对重金属的耐受性。２０ｍｇ／ＬＺｎ２＋处理多年生黑麦草植株１５ｄ，叶片最小初始荧光（犉），最大荧光（犉），最大光化学效率（犉／犉）和实际光化学效率０犿狏犿［８］（Φ犘犛Ⅱ

7、）的值均显著降低，净光合速率（犘狀）也呈显著下降的趋势，而胞间二氧化碳浓度（犆犻）则显著升高。与２＋相比，Ｃｄ２＋对植物光合机构的破坏作用更大，Ｃｄ２＋能抑制叶绿素合成、破坏叶绿素结构，改变叶绿素组成［９］；Ｚｎ收稿日期：２０１１１１２１；改回日期：２０１２０２１６基金项目：国家“８６３”项目（２０１１ＡＡ１００２０９）资助。作者简介：刘俊祥（１９８１），男，辽宁本溪人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｌｊｘ２９５＠１６３．ｃｏｍ通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｓｕｎｚｙ＠２６３．ｎｅｔ１９２ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２）Ｖ