鉛脅迫對洋常春藤葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2020-11-12 12:46匡經(jīng)舸李琬婷程小毛黃曉霞
浙江林業(yè)科技 2020年5期
匡經(jīng)舸，李琬婷，李 響，程小毛，黃曉霞
（西南林業(yè)大學(xué) 園林園藝學(xué)院，國家林業(yè)與草原局西南風(fēng)景園林工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650224）
在工業(yè)化、城市化的大背景下，鉛（Pb）、鎘（Cd）、銅（Cu）等重金屬不僅污染環(huán)境，并嚴(yán)重威脅著動、植物的生存。重金屬的生物毒性可改變植物細(xì)胞質(zhì)膜的通透性，破壞其功能和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致重金屬離子更容易進(jìn)入細(xì)胞，導(dǎo)致質(zhì)膜上的酶活性絮亂，膜系統(tǒng)通透性加大，各種代謝活動無法正常進(jìn)行[1]。為降低重金屬脅迫傷害，植物啟動自身抗氧化酶系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)[2]，積極利用自身調(diào)節(jié)機(jī)制在細(xì)胞內(nèi)外形成螯合肽、金屬硫蛋白等來減少重金屬的毒害作用[3]。隨著重金屬離子濃度的增加，植物的光合作用電子傳遞受阻，葉綠體被破壞，植物葉綠素含量顯著降低，進(jìn)而導(dǎo)致葉片光合速率下降，同化物合成受阻，加速細(xì)胞衰老，嚴(yán)重時甚至?xí)绊懼参镄畔鲗?dǎo)途徑，導(dǎo)致蛋白功能降低，蛋白質(zhì)合成趨于停頓，導(dǎo)致植株生長受阻[4-5]。葉綠素含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)是反映植物生理狀況的重要指標(biāo)，葉綠素吸收光能后，能迅速地發(fā)生氧化還原反應(yīng)變化，將光能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，推動有機(jī)物的合成。
洋常春藤Hedera helix為五加科Araliaceae 常春藤屬Hedera多年生常綠纏繞類藤本植物，又名英國常春藤，既有觀賞價值[6-7]，也具藥用功能[8]，原產(chǎn)歐洲，目前國內(nèi)外種植十分廣泛，在中國主要分布于福建省和湖北省等光照充足、溫暖濕潤地區(qū)。洋常春藤葉形優(yōu)美，攀巖能力強(qiáng)，可應(yīng)用于庭院垂直綠化[9]，陽臺走廊綠化及地被應(yīng)用[10-11]，其葉片上的氣孔能吸收尼古丁、甲醛等有害物質(zhì)，可盆栽于室內(nèi)，達(dá)到凈化空氣，綠化空間的目的[12-13]。此外，因含有皂苷類化合物，常春藤具有一定的藥用價值。目前有關(guān)洋常春藤的研究主要集中于園林綠化、藥用等[14-15]方面，而關(guān)于洋常春藤抗性生理方面的研究還未見報道。研究洋常春藤的耐性生理，對改善環(huán)境以及提高洋常春藤的綜合利用價值具有深遠(yuǎn)意義。本試驗以洋常春藤幼苗為材料，設(shè)計不同濃度的鉛脅迫處理，通過測定洋常春藤葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，旨在闡明洋常春藤光系統(tǒng)PSII 對不同鉛脅迫的響應(yīng)，以期了解洋常春藤對鉛污染的適應(yīng)能力，為重金屬污染背景下的植物修復(fù)和保護(hù)提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗材料和試驗設(shè)計
于2016 年4 月中旬，在洋常春藤生長旺季進(jìn)行試驗。試驗材料取自云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)老校區(qū)后山苗木基地（25°06′ N，102°76′ E），年平均氣溫為15℃，相對濕度為74%，土壤類型為紅壤，質(zhì)地為黏土，從中選取長勢良好，生長狀況基本一致的洋常春藤，將半木質(zhì)化枝條修剪成10 cm 長的插穗進(jìn)行扦插。扦插基質(zhì)為紅土∶珍珠巖∶腐殖土=1∶1∶2（體積比）。待扦插苗生長勢穩(wěn)定后，帶回實驗室。
于6 月將長勢一致，生長狀況良好的扦插苗放入裝有MS 培養(yǎng)基的水培瓶中培養(yǎng)。本試驗共設(shè)5 個不同濃度的Pb(CH3COO)2溶液處理組：對照（CK）濃度為0 μmol·L-1，輕度脅迫濃度為50 μmol·L-1（Pb1），中度脅迫濃度為200 μmol·L-1（Pb2）和400 μmol·L-1（Pb3），重度脅迫濃度為800 μmol·L-1（Pb4）。每個處理組10 瓶，每瓶一株。所有幼苗放入人工氣候箱中培養(yǎng)，每天光照12 h（光強(qiáng)≥56.6 μmol·m-2·s-1），溫度（白天/晚上）為25℃/20℃，濕度80%。供試材料鉛脅迫處理時間為2016 年6 月15 日至8 月14 日，共60 d。處理結(jié)束后，于8月15 日將葉片完全展開的并處同一高度的葉片作為葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定材料。
1.2 試驗方法
1.2.1 葉綠素含量的測定 葉綠素含量測定：參照Inskeep and Bloom 的方法，稱取0.3 g 植物新鮮葉片，剪碎，用4℃的二甲基甲酰胺在黑暗環(huán)境下浸提72 h，采用分光光度法于663.8 和646.8 nm 波長下進(jìn)行比色。計算單位葉片質(zhì)量的葉綠素a、葉綠素b 的含量，并計算總?cè)~綠素（葉綠素a+b）以及葉綠素a/b。
1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 將待測試驗苗暗處理3 h 后，采用Imaging-PAM 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。利用葉夾夾住洋常春藤葉片，設(shè)置測量光強(qiáng)為0.5 μmol·m-2·s-1，飽和光脈沖為2 700 μmol·m-2·s-1，脈沖時間0.8 s，作用光照強(qiáng)度為76 μmol·m-2·s-1。初始熒光（F0），PSII 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），PSII 實際光合效率（Yield），非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN），光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和PS 域非循環(huán)光合電子傳遞速率（ETR）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)均由儀器自動給出。試驗植株測試之前應(yīng)經(jīng)充分暗適應(yīng)（20～ 30 min），測量時應(yīng)避免葉片的主脈位于葉室打光的中部，每個處理至少5 個重復(fù)。
1.3 數(shù)據(jù)處理
試驗數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并做相關(guān)性分析，采用Duncan’s 進(jìn)行多重比較(α=0.05)，采用Origin 9.1 軟件作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。。
2 結(jié)果與分析
2.1 鉛脅迫對洋常春藤葉綠素含量的影響
由表1 可知，與CK 相比，洋常春藤葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量在鉛脅迫下均顯著下降趨勢（P＜0.05），但不同濃度鉛脅迫處理間的差異較??；與CK 相比，在Pb4脅迫處理下葉綠素b 含量下降了43%，比葉綠素a 含量下降（32%）更為明顯，這使得葉綠素a/b 在Pb4脅迫處理下顯著高于CK（P＜0.05），而該指標(biāo)在Pb1，Pb2和Pb3（50，200 和400 μmol·L-1）脅迫處理間并無顯著差異。
表1 鉛脅迫對洋常春藤葉綠素含量的影響Table 1 Effect of different concentration of lead stress on the content of chlorophyll in H.helix
2.2 鉛脅迫對洋常春藤F0 和Fv/Fm 的影響
由圖1A 可以看出，洋常春藤幼苗受不同濃度鉛脅迫后，隨著鉛脅迫濃度的增加其F0值整體上有所增加。與CK 相比，F(xiàn)0值在Pb1脅迫下無顯著變化（P＞0.05），在Pb2，Pb3和Pb4脅迫下顯著上升（P＜0.05），但3個處理組間無顯著差異。此外，由圖1B 可知，洋常春藤葉片的Fv/Fm在Pb1，Pb2，Pb3脅迫下有所上升，但與CK 之間均無顯著差異（P＞0.05），而在Pb4脅迫下其Fv/Fm顯著下降（P＜0.05），其Fv/Fm由CK 的0.72降至0.66。
圖1 鉛脅迫對洋常春藤葉片F(xiàn)0 和Fv/Fm 的影響Figure 1 Effect of different concentration of lead stress on initial fluorescence and the maximum photochemical efficiency of PSII in H.helix
2.3 鉛脅迫對洋常春藤葉片qN，qP 和Yield 和ETR 的影響
由表2 可看出，與CK 相比，鉛脅迫對洋常春藤葉片的qN，qP，Yield以及ETR均有不同程度的影響。在輕度鉛脅迫下，植株的qN，qP，Yield以及ETR與CK 相比均無顯著差異；而在中度和重度鉛脅迫下，植株的Yield，qP和ETR，隨著鉛濃度的增加而呈下降趨勢，qN卻呈上升的趨勢，在重度鉛脅迫時高出CK 15.7%。
表2 鉛脅迫對洋常春藤葉片Yield，qN，qP 和ETR 的影響Table 2 Effect of different concentration of lead stress on Yield, qN, qP and ETR of H.helix
2.4 鉛脅迫下洋常春藤葉綠素指標(biāo)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)相關(guān)性分析
由表3 可知，在鉛脅迫下，洋常春藤葉片的葉綠素a 和葉綠素b 極顯著正相關(guān)（r=0.949*），總?cè)~綠素與葉綠素a 和葉綠素b 均極顯著正相關(guān)（r=0.996**，r=0.974**）；F0與Fv/Fm，Yield，qN，qP及ETR均無顯著相關(guān)性。Yield與qP和ETR均極顯著正相關(guān)（r=0.992**，r=1.000**）；qP與ETR極顯著正相關(guān)（r=0.992**）。
表3 鉛脅迫下洋常春藤葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉綠素指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation between chlorophyll fluorescence parameters and chlorophyll parameters of H. helix treated by different concentration of lead
3 結(jié)論與討論
葉綠素存在于植物葉綠體片層膜系統(tǒng)中，是植物進(jìn)行光合作用的重要組成部分。葉綠素吸收光子后，就進(jìn)入不穩(wěn)定的、高能狀態(tài)的激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)能量推動光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。重金屬會使植物膜系統(tǒng)破壞，導(dǎo)致位于膜上的酶活性紊亂，同時影響葉綠素的合成，導(dǎo)致植物的光能利用率降低[16-18]。本研究中在鉛脅迫下，洋常春藤的葉綠素含量顯著低于對照的（P＜0.05），這可能是鉛脅迫造成的離子毒害導(dǎo)致葉綠體受損，使合成葉綠素的相關(guān)性酶失活或變性，葉綠素合成受阻，降解加快，最終導(dǎo)致洋常春藤葉片的葉綠素含量顯著降低，說明洋常春藤葉綠素對鉛脅迫較為敏感。此外，葉綠素a/b 在Pb4（800 μmol·L-1）脅迫下顯著上升（P＜0.05），說明洋常春藤葉片的葉綠素b 比葉綠素a 對鉛脅迫更為敏感，出現(xiàn)這一情況可能是由于高濃度鉛脅迫下植物光合機(jī)能調(diào)節(jié)器官受損，減緩了葉綠素的合成，為維持其基本光合作用而進(jìn)行一系列自我保護(hù)措施，這一結(jié)果與李西[19-20]等的研究結(jié)果相類似，認(rèn)為鉛脅迫可顯著降低植株葉片中的葉綠素含量。葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化反映了光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞與耗散，反映植物受脅迫的狀況[21]。當(dāng)葉綠體受到重金屬脅迫時，金屬離子抑制了Hill 反應(yīng)，引起正電荷在水氧化系統(tǒng)水平上的積累，導(dǎo)致了圍繞PSII 的循環(huán)電子流動，進(jìn)而使PSII 和光合電子傳遞活性受到抑制[22]。
在本研究中，洋常春藤葉片初始熒光（F0）值在Pb2，Pb3和Pb4（200，400 和800 μmol·L-1）脅迫下均呈顯著上升（P＜0.05），且在重度鉛脅迫下達(dá)到最大值，與此同時，植株葉片的PSII 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）顯著降低（P＜0.05），達(dá)到最小值。這說明洋常春藤葉片在Pb4時其PSII 反應(yīng)中心的破壞或者可逆失活引起F0水平的增加，導(dǎo)致PSII 放氧復(fù)合體脫離，反應(yīng)中心失活，原初反應(yīng)的光能轉(zhuǎn)換效率下降，最終導(dǎo)致光合機(jī)構(gòu)受到損傷。在Pb1，Pb2，Pb3（50，200，400 μmol·L-1）鉛脅迫下，其PSIIFv/Fm之間并沒有顯著差異，說明該濃度鉛脅迫對洋常春藤PSII 的活性影響不大，說明洋常春藤對輕、中度鉛脅迫具有較好的耐受性。前人[23-25]研究發(fā)現(xiàn)在鉛脅迫初期不同植物可通過調(diào)節(jié)自身的應(yīng)激性來增加PSII 活性去抵御重金屬毒害，但由于PSII 活性中心受損，使得植株受到嚴(yán)重毒害，反應(yīng)中心失活使得被動保護(hù)機(jī)制逐漸失去作用。本研究與這些研究結(jié)果存在一些不同之處，說明不同植物對重金屬脅迫的熒光特性響應(yīng)存在一定差異。光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）反映了原初反應(yīng)中原初電子受體的還原情況和PSII 開放的程度；非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）值反映PSII 反應(yīng)中心對天線色素吸收過量光能后的以熱能散發(fā)掉的部分，可反映光和機(jī)構(gòu)的受損程度；光合電子傳遞速率了（ETR）反映了植物光合作用的表觀電子傳遞；PSII 實際光合效率（Yield）是反映植物光合能力的重要指標(biāo)之一，代表PSII 反應(yīng)中心進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的效率[26]。本研究結(jié)果與劉濤等[27]的研究結(jié)果相似，洋常春藤葉片在Pb1（50 μmol·L-1）鉛脅迫下，qN、qP，Yield以及ETR與對照相比均無顯著差異，表明此脅迫濃度下植株的電子傳遞活性較高，受抑制程度較輕；隨鉛濃度的增加，除qN顯著上升外，Yield，qP和ETR均呈下降趨勢，則說明鉛脅迫抑制洋常春藤葉片PSII 反應(yīng)中心的開放比例，導(dǎo)致PSII 光能轉(zhuǎn)化效率下降，光合電子傳遞效率下降，光抑制加劇，以熱或者其他形式耗散的光能增加，為避免光合機(jī)構(gòu)損傷，表現(xiàn)出洋常春藤的自我保護(hù)機(jī)制。在鉛脅迫處理下洋常春藤葉片的葉綠素a 和葉綠素b 呈極顯著正相關(guān)，葉綠素（a+b）與葉綠素a 和葉綠素b 之間均呈極顯著正相關(guān)；洋常春藤葉片的qP，ETR與Yield均呈極顯著正相關(guān)，qP與ETR呈極顯著正相關(guān)。這表明在鉛脅迫處理下洋常春藤葉片的ETR受PSII 光能轉(zhuǎn)換效率影響較大，其轉(zhuǎn)變過程及機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步試驗研究。從本試驗結(jié)果來看，在Pb1下，洋常春藤葉片的F0，F(xiàn)v/Fm，qN，qP，Yield以及ETR與對照相比均無顯著差異，F(xiàn)0上升程度和Fv/Fm的下降程度均在Pb2，Pb3和Pb4下逐漸增大，其他熒光參數(shù)Yield，qP 和ETR下降程度亦是如此。
綜上所述，Pb1（50 μmol·L-1）鉛脅迫對洋常春藤幼苗葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)無顯著影響，而Pb2和Pb3（200，400 μmol·L-1）鉛脅迫對其有一定的影響，但光系統(tǒng)未受明顯損傷，說明該植物對鉛脅迫具有較好的耐受性。建議今后可對洋常春藤的鉛耐受性及鉛吸附富集能力等進(jìn)行更深一步的研究，以期作為鉛污染地區(qū)的生態(tài)修復(fù)地被物種進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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洋常春藤Hedera helix為五加科Araliaceae 常春藤屬Hedera多年生常綠纏繞類藤本植物，又名英國常春藤，既有觀賞價值[6-7]，也具藥用功能[8]，原產(chǎn)歐洲，目前國內(nèi)外種植十分廣泛，在中國主要分布于福建省和湖北省等光照充足、溫暖濕潤地區(qū)。洋常春藤葉形優(yōu)美，攀巖能力強(qiáng)，可應(yīng)用于庭院垂直綠化[9]，陽臺走廊綠化及地被應(yīng)用[10-11]，其葉片上的氣孔能吸收尼古丁、甲醛等有害物質(zhì)，可盆栽于室內(nèi)，達(dá)到凈化空氣，綠化空間的目的[12-13]。此外，因含有皂苷類化合物，常春藤具有一定的藥用價值。目前有關(guān)洋常春藤的研究主要集中于園林綠化、藥用等[14-15]方面，而關(guān)于洋常春藤抗性生理方面的研究還未見報道。研究洋常春藤的耐性生理，對改善環(huán)境以及提高洋常春藤的綜合利用價值具有深遠(yuǎn)意義。本試驗以洋常春藤幼苗為材料，設(shè)計不同濃度的鉛脅迫處理，通過測定洋常春藤葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，旨在闡明洋常春藤光系統(tǒng)PSII 對不同鉛脅迫的響應(yīng)，以期了解洋常春藤對鉛污染的適應(yīng)能力，為重金屬污染背景下的植物修復(fù)和保護(hù)提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗材料和試驗設(shè)計
于2016 年4 月中旬，在洋常春藤生長旺季進(jìn)行試驗。試驗材料取自云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)老校區(qū)后山苗木基地（25°06′ N，102°76′ E），年平均氣溫為15℃，相對濕度為74%，土壤類型為紅壤，質(zhì)地為黏土，從中選取長勢良好，生長狀況基本一致的洋常春藤，將半木質(zhì)化枝條修剪成10 cm 長的插穗進(jìn)行扦插。扦插基質(zhì)為紅土∶珍珠巖∶腐殖土=1∶1∶2（體積比）。待扦插苗生長勢穩(wěn)定后，帶回實驗室。
于6 月將長勢一致，生長狀況良好的扦插苗放入裝有MS 培養(yǎng)基的水培瓶中培養(yǎng)。本試驗共設(shè)5 個不同濃度的Pb(CH3COO)2溶液處理組：對照（CK）濃度為0 μmol·L-1，輕度脅迫濃度為50 μmol·L-1（Pb1），中度脅迫濃度為200 μmol·L-1（Pb2）和400 μmol·L-1（Pb3），重度脅迫濃度為800 μmol·L-1（Pb4）。每個處理組10 瓶，每瓶一株。所有幼苗放入人工氣候箱中培養(yǎng)，每天光照12 h（光強(qiáng)≥56.6 μmol·m-2·s-1），溫度（白天/晚上）為25℃/20℃，濕度80%。供試材料鉛脅迫處理時間為2016 年6 月15 日至8 月14 日，共60 d。處理結(jié)束后，于8月15 日將葉片完全展開的并處同一高度的葉片作為葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定材料。
1.2 試驗方法
1.2.1 葉綠素含量的測定 葉綠素含量測定：參照Inskeep and Bloom 的方法，稱取0.3 g 植物新鮮葉片，剪碎，用4℃的二甲基甲酰胺在黑暗環(huán)境下浸提72 h，采用分光光度法于663.8 和646.8 nm 波長下進(jìn)行比色。計算單位葉片質(zhì)量的葉綠素a、葉綠素b 的含量，并計算總?cè)~綠素（葉綠素a+b）以及葉綠素a/b。
1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 將待測試驗苗暗處理3 h 后，采用Imaging-PAM 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。利用葉夾夾住洋常春藤葉片，設(shè)置測量光強(qiáng)為0.5 μmol·m-2·s-1，飽和光脈沖為2 700 μmol·m-2·s-1，脈沖時間0.8 s，作用光照強(qiáng)度為76 μmol·m-2·s-1。初始熒光（F0），PSII 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），PSII 實際光合效率（Yield），非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN），光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和PS 域非循環(huán)光合電子傳遞速率（ETR）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)均由儀器自動給出。試驗植株測試之前應(yīng)經(jīng)充分暗適應(yīng)（20～ 30 min），測量時應(yīng)避免葉片的主脈位于葉室打光的中部，每個處理至少5 個重復(fù)。
1.3 數(shù)據(jù)處理
試驗數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并做相關(guān)性分析，采用Duncan’s 進(jìn)行多重比較(α=0.05)，采用Origin 9.1 軟件作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。。
2 結(jié)果與分析
2.1 鉛脅迫對洋常春藤葉綠素含量的影響
由表1 可知，與CK 相比，洋常春藤葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量在鉛脅迫下均顯著下降趨勢（P＜0.05），但不同濃度鉛脅迫處理間的差異較??；與CK 相比，在Pb4脅迫處理下葉綠素b 含量下降了43%，比葉綠素a 含量下降（32%）更為明顯，這使得葉綠素a/b 在Pb4脅迫處理下顯著高于CK（P＜0.05），而該指標(biāo)在Pb1，Pb2和Pb3（50，200 和400 μmol·L-1）脅迫處理間并無顯著差異。
表1 鉛脅迫對洋常春藤葉綠素含量的影響Table 1 Effect of different concentration of lead stress on the content of chlorophyll in H.helix
2.2 鉛脅迫對洋常春藤F0 和Fv/Fm 的影響
由圖1A 可以看出，洋常春藤幼苗受不同濃度鉛脅迫后，隨著鉛脅迫濃度的增加其F0值整體上有所增加。與CK 相比，F(xiàn)0值在Pb1脅迫下無顯著變化（P＞0.05），在Pb2，Pb3和Pb4脅迫下顯著上升（P＜0.05），但3個處理組間無顯著差異。此外，由圖1B 可知，洋常春藤葉片的Fv/Fm在Pb1，Pb2，Pb3脅迫下有所上升，但與CK 之間均無顯著差異（P＞0.05），而在Pb4脅迫下其Fv/Fm顯著下降（P＜0.05），其Fv/Fm由CK 的0.72降至0.66。
圖1 鉛脅迫對洋常春藤葉片F(xiàn)0 和Fv/Fm 的影響Figure 1 Effect of different concentration of lead stress on initial fluorescence and the maximum photochemical efficiency of PSII in H.helix
2.3 鉛脅迫對洋常春藤葉片qN，qP 和Yield 和ETR 的影響
由表2 可看出，與CK 相比，鉛脅迫對洋常春藤葉片的qN，qP，Yield以及ETR均有不同程度的影響。在輕度鉛脅迫下，植株的qN，qP，Yield以及ETR與CK 相比均無顯著差異；而在中度和重度鉛脅迫下，植株的Yield，qP和ETR，隨著鉛濃度的增加而呈下降趨勢，qN卻呈上升的趨勢，在重度鉛脅迫時高出CK 15.7%。
表2 鉛脅迫對洋常春藤葉片Yield，qN，qP 和ETR 的影響Table 2 Effect of different concentration of lead stress on Yield, qN, qP and ETR of H.helix
2.4 鉛脅迫下洋常春藤葉綠素指標(biāo)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)相關(guān)性分析
由表3 可知，在鉛脅迫下，洋常春藤葉片的葉綠素a 和葉綠素b 極顯著正相關(guān)（r=0.949*），總?cè)~綠素與葉綠素a 和葉綠素b 均極顯著正相關(guān)（r=0.996**，r=0.974**）；F0與Fv/Fm，Yield，qN，qP及ETR均無顯著相關(guān)性。Yield與qP和ETR均極顯著正相關(guān)（r=0.992**，r=1.000**）；qP與ETR極顯著正相關(guān)（r=0.992**）。
表3 鉛脅迫下洋常春藤葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉綠素指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation between chlorophyll fluorescence parameters and chlorophyll parameters of H. helix treated by different concentration of lead
3 結(jié)論與討論
葉綠素存在于植物葉綠體片層膜系統(tǒng)中，是植物進(jìn)行光合作用的重要組成部分。葉綠素吸收光子后，就進(jìn)入不穩(wěn)定的、高能狀態(tài)的激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)能量推動光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。重金屬會使植物膜系統(tǒng)破壞，導(dǎo)致位于膜上的酶活性紊亂，同時影響葉綠素的合成，導(dǎo)致植物的光能利用率降低[16-18]。本研究中在鉛脅迫下，洋常春藤的葉綠素含量顯著低于對照的（P＜0.05），這可能是鉛脅迫造成的離子毒害導(dǎo)致葉綠體受損，使合成葉綠素的相關(guān)性酶失活或變性，葉綠素合成受阻，降解加快，最終導(dǎo)致洋常春藤葉片的葉綠素含量顯著降低，說明洋常春藤葉綠素對鉛脅迫較為敏感。此外，葉綠素a/b 在Pb4（800 μmol·L-1）脅迫下顯著上升（P＜0.05），說明洋常春藤葉片的葉綠素b 比葉綠素a 對鉛脅迫更為敏感，出現(xiàn)這一情況可能是由于高濃度鉛脅迫下植物光合機(jī)能調(diào)節(jié)器官受損，減緩了葉綠素的合成，為維持其基本光合作用而進(jìn)行一系列自我保護(hù)措施，這一結(jié)果與李西[19-20]等的研究結(jié)果相類似，認(rèn)為鉛脅迫可顯著降低植株葉片中的葉綠素含量。葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化反映了光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞與耗散，反映植物受脅迫的狀況[21]。當(dāng)葉綠體受到重金屬脅迫時，金屬離子抑制了Hill 反應(yīng)，引起正電荷在水氧化系統(tǒng)水平上的積累，導(dǎo)致了圍繞PSII 的循環(huán)電子流動，進(jìn)而使PSII 和光合電子傳遞活性受到抑制[22]。
在本研究中，洋常春藤葉片初始熒光（F0）值在Pb2，Pb3和Pb4（200，400 和800 μmol·L-1）脅迫下均呈顯著上升（P＜0.05），且在重度鉛脅迫下達(dá)到最大值，與此同時，植株葉片的PSII 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）顯著降低（P＜0.05），達(dá)到最小值。這說明洋常春藤葉片在Pb4時其PSII 反應(yīng)中心的破壞或者可逆失活引起F0水平的增加，導(dǎo)致PSII 放氧復(fù)合體脫離，反應(yīng)中心失活，原初反應(yīng)的光能轉(zhuǎn)換效率下降，最終導(dǎo)致光合機(jī)構(gòu)受到損傷。在Pb1，Pb2，Pb3（50，200，400 μmol·L-1）鉛脅迫下，其PSIIFv/Fm之間并沒有顯著差異，說明該濃度鉛脅迫對洋常春藤PSII 的活性影響不大，說明洋常春藤對輕、中度鉛脅迫具有較好的耐受性。前人[23-25]研究發(fā)現(xiàn)在鉛脅迫初期不同植物可通過調(diào)節(jié)自身的應(yīng)激性來增加PSII 活性去抵御重金屬毒害，但由于PSII 活性中心受損，使得植株受到嚴(yán)重毒害，反應(yīng)中心失活使得被動保護(hù)機(jī)制逐漸失去作用。本研究與這些研究結(jié)果存在一些不同之處，說明不同植物對重金屬脅迫的熒光特性響應(yīng)存在一定差異。光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）反映了原初反應(yīng)中原初電子受體的還原情況和PSII 開放的程度；非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）值反映PSII 反應(yīng)中心對天線色素吸收過量光能后的以熱能散發(fā)掉的部分，可反映光和機(jī)構(gòu)的受損程度；光合電子傳遞速率了（ETR）反映了植物光合作用的表觀電子傳遞；PSII 實際光合效率（Yield）是反映植物光合能力的重要指標(biāo)之一，代表PSII 反應(yīng)中心進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的效率[26]。本研究結(jié)果與劉濤等[27]的研究結(jié)果相似，洋常春藤葉片在Pb1（50 μmol·L-1）鉛脅迫下，qN、qP，Yield以及ETR與對照相比均無顯著差異，表明此脅迫濃度下植株的電子傳遞活性較高，受抑制程度較輕；隨鉛濃度的增加，除qN顯著上升外，Yield，qP和ETR均呈下降趨勢，則說明鉛脅迫抑制洋常春藤葉片PSII 反應(yīng)中心的開放比例，導(dǎo)致PSII 光能轉(zhuǎn)化效率下降，光合電子傳遞效率下降，光抑制加劇，以熱或者其他形式耗散的光能增加，為避免光合機(jī)構(gòu)損傷，表現(xiàn)出洋常春藤的自我保護(hù)機(jī)制。在鉛脅迫處理下洋常春藤葉片的葉綠素a 和葉綠素b 呈極顯著正相關(guān)，葉綠素（a+b）與葉綠素a 和葉綠素b 之間均呈極顯著正相關(guān)；洋常春藤葉片的qP，ETR與Yield均呈極顯著正相關(guān)，qP與ETR呈極顯著正相關(guān)。這表明在鉛脅迫處理下洋常春藤葉片的ETR受PSII 光能轉(zhuǎn)換效率影響較大，其轉(zhuǎn)變過程及機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步試驗研究。從本試驗結(jié)果來看，在Pb1下，洋常春藤葉片的F0，F(xiàn)v/Fm，qN，qP，Yield以及ETR與對照相比均無顯著差異，F(xiàn)0上升程度和Fv/Fm的下降程度均在Pb2，Pb3和Pb4下逐漸增大，其他熒光參數(shù)Yield，qP 和ETR下降程度亦是如此。
綜上所述，Pb1（50 μmol·L-1）鉛脅迫對洋常春藤幼苗葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)無顯著影響，而Pb2和Pb3（200，400 μmol·L-1）鉛脅迫對其有一定的影響，但光系統(tǒng)未受明顯損傷，說明該植物對鉛脅迫具有較好的耐受性。建議今后可對洋常春藤的鉛耐受性及鉛吸附富集能力等進(jìn)行更深一步的研究，以期作為鉛污染地區(qū)的生態(tài)修復(fù)地被物種進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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