NO對受鎘脅迫下葉用萵苣光合速率的保護效應論文.doc

NO對受鎘脅迫下葉用萵苣光合速率的保護效應王發(fā)春（甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 甘肅 蘭州 730070）摘要：以美國大速生生菜品種為試驗材料，研究相同濃度SNP（100mol/L）保護下不同濃度（0、5、20、100mol/L）Cd脅迫對葉用萵苣光和速率的影響。結(jié)果表明：在Cd脅迫下，幼苗的凈光合速率（Pn）、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)隨著Cd濃度的增加逐漸降低，而胞間CO2濃度(Ci)的變化相反，隨著Cd濃度的增加逐漸增加。NO對Cd脅迫下葉用萵苣凈光合速率（Pn）、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)均有極顯著的保護作用，使Pn 、Gs、Tr均在原有水平上有所提高，在Cd濃度為5mol/L時提高最大，而Ci則在原有水平上有所降低，在Cd濃度為5mol/L時降低數(shù)值最大。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。關(guān)鍵詞：葉用萵苣;Cd脅迫;NO;光合速率;保護效應NO on cadmium stress on photosynthetic rate of leaf lettuce protective effect of聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。 Wangfachun (College of Agriculture, Gansu Agricultural University,Gansu Lanzhou,China)殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。Abstrac:The United States, fast-growing lettuce cultivars with large experimental material, the same concentration of SNP (100mol / L) under the protection of different concentrations (0,5,20,100 mol / L) Cd stress on leaf lettuce light rate. The results showed that: in the Cd stress, the seedlings, the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), transpiration rate (Tr) with the increase of Cd concentration decreased, while the intercellular CO2 concentration (Ci) changes in contrast, With the increase of Cd concentration gradually increased. NO Cd stress on net photosynthetic rate of leaf lettuce (Pn), stomatal conductance (Gs), transpiration rate (Tr) and intercellular CO2 concentration (Ci) were highly significant protective effect, so that Pn, Gs, Tr are the original level has increased, the Cd concentration 5mol / L to raise the maximum, while the Ci level in the former decreased in Cd concentration 5mol / L lower value when the maximum.釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。Key Words：Leaf lettuce ;Cd stress ;Nitric oxide ;Photosynthetic rate;Protective effect彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。近年來,隨著礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)及農(nóng)業(yè)中化肥的大量使用,土壤鎘(Cd)污染越來越嚴重,已成為影響我國持續(xù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的一個重要因素。隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，重金屬污染已經(jīng)成為土壤污染的一個重要方面。由于人類的各種活動，如采礦、冶煉以及污水灌溉等，大量的鎘進入環(huán)境，不但嚴重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，更重要的是進一步通過食物鏈等途徑，直接或間接危害動物和人類的健康12。在重金屬污染中，鎘以移動性大、毒害強成為重金屬污染中最受關(guān)注的元素之一36。研究表明，Cd在土壤中的積累對植物的危害很大，它對植物的影響是多方面的4。Cd被植物吸收后，易導致植物遺傳物質(zhì)損傷和變異5，Cd可破壞細胞膜，能改變?nèi)~綠體、線粒體等細胞器的結(jié)構(gòu)與功能，從而影響到植物的生理代謝活動1,69，給生長發(fā)育帶來不利的影響10,11，因此，如何降低農(nóng)作物Cd毒害及其在作物中的積累是當前亟待解決的問題。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。一氧化氮（nitric oxide, NO）對植物生長發(fā)育的影響是廣泛的12，最早發(fā)現(xiàn)的是植物葉片的生長受NO的調(diào)節(jié)13；外源NO可以明顯地促進豌豆葉片的生長，并抑制乙烯的產(chǎn)生14；以后發(fā)現(xiàn)NO在植物光形態(tài)建成中也具有重要的作用15。NO對小麥幼苗有增綠作用、參與了光介導的大麥葉片的轉(zhuǎn)綠、促進了葉綠體的發(fā)育，Laxalt16等發(fā)現(xiàn)，NO對植物葉片有保綠作用，能夠抑制色素破壞和葉綠體解體。近年來，NO以其獨特的生理生化作用和功能引起人們的普遍關(guān)注。近期的研究表明, NO對植物重金屬毒害具有一定的保護效應17,18。段凱旋等研究發(fā)現(xiàn),25200mol/L的SNP可通過提高部分抗氧化酶活性來緩解銅、鎘脅迫對平邑甜茶幼苗的傷害19,李源等發(fā)現(xiàn)外源SNP和H2O2互作處理可顯著增強鎘脅迫下蠶豆種子活力,從而緩解了重金屬鎘對蠶豆種子萌發(fā)的毒害作用，同時可增強蠶豆幼苗的根系活力,提高葉綠素含量和脯氨酸含量20。目前這方面的研究在蔬菜作物上還很少。光合作用是植物賴以生長和生物量遞增所必須的重要生理過程，光合作用的變化是植物對環(huán)境改變的綜合體現(xiàn)7。本實驗以葉用美國大速生生菜（葉用萵苣）為材料，研究了NO保護下不同濃度Cd脅迫對葉用萵苣光和速率的影響，探明NO對受鎘脅迫葉用萵苣光合速率的緩解機理，明確NO緩解的適宜濃度，以期為重金屬污染傷害植物的生態(tài)防御研究提供一定的科學依據(jù)。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。1. 材料與方法1.1 材料美國大速生生菜1.2 試驗設計試驗于2009年4月在甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院試驗溫室內(nèi)進行。選取飽滿健康的種子播種于營養(yǎng)缽中進行育苗，育苗基質(zhì)為珍珠巖和蛭石（1：3）的混合物，育苗期間進行及時澆水、澆營養(yǎng)液（1/8）、避光、保濕、控溫等的常規(guī)管理。待幼苗長出23片真葉后，改澆營養(yǎng)液（1/4）。實驗設4個處理，Cd（用CdCl2配置）濃度分別為0、5、20、100mol/L，用這4個濃度的鎘溶液處理幼苗，鎘濃度0mol/L為對照，每個處理重復4次。待幼苗再長20天左右改用濃度為100mol/L的 SPN（提供NO）進行保護處理，每4天處理一次，處理20天后測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)與胞間CO2濃度(Ci)。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。1.3 測定內(nèi)容與方法選取長勢一致的完全展開的第3葉，采用英國PPsystem公司生產(chǎn)的CIRAS-2型便攜式光合測定系統(tǒng)進行測定，測定條件：CO2濃度（3505）mol/mol,測定光強為1000mol/(m2s), 凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)與胞間CO2濃度(Ci)由儀器自動給出。每次測量，讀數(shù)4次，取平均數(shù)作為1個重復測定值。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。1.4 數(shù)據(jù)分析 所有的數(shù)據(jù)均為4次重復平均值，采用Excel統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。2. 結(jié)果與分析2.1 NO對受Cd下葉用萵苣凈光合速率(Pn)的影響圖1 不同濃度Cd對萵苣葉片凈光和速率（1A）的影響fig 1 Different concentrations of Cd on leaf net photosynthetic rate of lettuce (1A) of籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。圖2 NO保護下不同濃度Cd對萵苣葉片凈光合速率（2A）的影響fig 2 NO concentration under the protection of Cd on the lettuce leaf net photosynthetic rate (2A) of預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。凈光合速率是植物光合特性中的關(guān)鍵性指標，通過葉片對CO2的吸收同化作用，可直接綜合地反映植物生理代謝功能對外界環(huán)境變化的響應21，由圖1A可知，隨著Cd濃度的增加，凈光合速率逐漸降低，降低幅度在31.97%60.94%，在Cd濃度為5100mol/L時下降極顯著（P0.1）。由圖2A可知，在NO保護下，不同Cd濃度下的凈光合速率在原有水平上均有了提高，從低到高依次提高了24.63%、12.28%、5.69%，Pn提高極顯著（P0.1），說明NO對受Cd脅迫下葉用萵苣的凈光合速率有明顯的保護緩解效應，在Cd濃度為5mol/L時提高值最大。NO緩解凈光合速率的最適宜Cd濃度為5mol/L。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.2 NO對受Cd下葉用萵苣蒸騰速率(Tr)的影響圖1不同濃度Cd對萵苣葉片蒸騰速率（1B）的影響fig 1 Different concentrations of Cd on the lettuce leaf transpiration rate (1B) of鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。圖2 NO保護下不同濃度Cd對萵苣葉片蒸騰速率（2B）的影響fig 2 NO different concentrations of Cd under the protection of leaf transpiration rate of lettuce (2B) of擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。 蒸騰作用是植物吸收水分和轉(zhuǎn)運水分的主要動力，能維持植物各部分的水分飽和，保持細胞組織的形態(tài)，促進無機鹽類在植物體內(nèi)的分布，而且能將植物在光合作用和氧化代謝中產(chǎn)生的多余熱能散出22。由圖1B可知，蒸騰速率(Tr)隨著Cd濃度的增加而逐漸降低，和凈光合速率的變化趨勢是一樣的。降幅分別是53.45%、64.92%和73.94%。由圖2B可知，NO保護下的蒸騰速率在原有水平上均有了提高，從5100mol/L依次提高了40.14%、11.76%、9.3%，Tr提高極顯著（P0.1），說明NO對受Cd脅迫下葉用萵苣的蒸騰速率有顯著的保護緩解效應，和凈光合速率一樣，蒸騰速率也是在Cd濃度為5mol/L時提高值最大。NO緩解蒸騰速率的最適宜Cd濃度為5mol/L。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.3 NO對受Cd下葉用萵苣氣孔導度(Gs)的影響圖1 不同濃度Cd對萵苣葉片氣孔導度（1C）的影響fig 1 Different concentrations of Cd on the lettuce leaf stomatal conductance (1C) of壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。圖2 NO保護下不同濃度Cd對萵苣葉片氣孔導度（2C）的影響fig 2 NO concentration under the protection of Cd on the lettuce leaf stomatal conductance (2C) of蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。植物進行光合作用時，必須張開氣孔，從大氣中獲取所需的CO2 22,不同濃度Cd處理后的葉用萵苣葉片氣孔導度見圖1C，結(jié)果表明，Cd處理后，葉用萵苣葉片氣孔導度與凈光合速率和蒸騰速率有相似的變化趨勢，即隨著Cd濃度的增加，氣孔導度逐漸降低，降幅分別為52.42%、63.94%、72.12%。由圖2 C可知，NO保護下的氣孔導度在原有水平上均有了提高，從5100mol/L依次提高了9.22%、8.49%、6.25%，Gs提高極顯著（P0.1），說明NO對受Cd脅迫下葉用萵苣的氣孔導度有顯著的保護緩解效應，和凈光合速率一樣，氣孔導度也是在Cd濃度為5mol/L時提高值最大。NO緩解氣孔導度的最適宜Cd濃度為5mol/L。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。2.4 NO對受Cd下葉用萵苣胞間CO2濃度(Ci)的影響圖1 不同濃度Cd對萵苣葉片胞間CO2濃度（1D）的影響fig 1 Different concentrations of Cd on the lettuce leaf intercellular CO2 concentration (1D) of綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。圖2 NO保護下不同濃度Cd對萵苣葉片胞間CO2濃度（2D）的影響fig 2 NO concentration under the protection of Cd on the lettuce leaf intercellular CO2 concentration (2D) of驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。由圖1D可知，在不同濃度Cd脅迫下，胞間CO2濃度的變化趨勢與凈光合速率相反，即隨著Cd濃度的增加，胞間CO2濃度逐漸增加，當Cd濃度為5、20、100mol/L時，萵苣幼苗的胞間CO2濃度分別為對照的3.19、4.3、6.9倍，差異極顯著（P0.1）。由圖2D可知，NO保護下的胞間CO2濃度在原有水平上均有了降低，從5100mol/L依次降低了1.42、1.18、1.06倍，Ci降低極顯著（P0.1），說明NO對受Cd脅迫下葉用萵苣的胞間CO2有顯著的緩解效應，和凈光合速率一樣，胞間CO2濃度也是在Cd濃度為5mol/L時降低的數(shù)值最大。NO緩解胞間CO2濃度的最適宜Cd濃度為5mol/L。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3. 小結(jié)和討論3.1 Cd脅迫萵苣幼苗的原因探討Cd是主要的重金屬環(huán)境污染物，對植物具有明顯的毒害作用5,9.有關(guān) Cd抑制植物光合作用的研究報道較多7,8,21,22, 23，24.光合作用是植物生長的基礎。多種植物上的研究結(jié)果表明：Cd對植物光合作用產(chǎn)生抑制作用，葉綠素是高等植物吸收光能的主要色素，其含量高低是衡量葉片光合能力的重要參數(shù)。Cd脅迫會降低植物葉綠素含量，減少CO2吸收，干擾氣孔的開放，影響植物體內(nèi)CO2同化。本研究表明：隨著Cd濃度的逐漸增加，萵苣的Pn、Tr和Gs逐漸降低，這與前人研究結(jié)果一致。何俊瑜7等認為土壤重金屬能嚴重抑制植物根系生長，根尖細胞加速退化，水分吸收和運輸受到破壞，使葉面細胞水勢降低，導致氣孔開度降低，甚至關(guān)閉。葉面氣孔控制著植物的光合和蒸騰作用，氣孔導度的減小造成了植物與外界對CO2和HO2的交換障礙，進一步降低了植物的光合效率，并間接地降低了水分利用效率21。研究表明，在不同濃度的Cd脅迫下，Gs的變化趨勢與Pn一致，但是Ci的變化卻相反，即隨著脅迫程度的加重，Ci逐漸增加，表明Cd脅迫引起的萵苣幼苗Pn的下降的原因不僅僅是因為氣孔限制，可能還有非氣孔限制因素。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.2 NO對Cd脅迫的緩解機理探討一氧化氮(NO)是一種不穩(wěn)定的氣體信號分子,廣泛參與植物各種生理過程的調(diào)節(jié)20,NO對植物重金屬毒害具有一定的保護效應17-20。本研究表明，在NO保護下受Cd脅迫萵苣幼苗的Pn、Tr和Gs均在原有水平上有了顯著地提高，增強了萵苣幼苗的光合作用，表明NO對Cd脅迫下的萵苣幼苗具有保護作用，這與前人研究結(jié)果一致。鎘脅迫下,各處理的萵苣幼苗葉片的葉綠素含量均有不同幅度的降低7，葉綠素含量下降直接影響了葉片的光合作用,首當其沖的就是Pn，而NO有效地減弱了葉綠素的降解反應, 對植物葉片有保綠作用，能夠抑制色素破壞和葉綠體解體16,還提高了葉片細胞的滲透調(diào)節(jié)能力和耐毒能力20。而葉綠素決定著植物的光合效率7，進而使Pn顯著提高，Gs也隨之提高，這是Gs在原有水平上提高的一個方面。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。根系活力,泛指根系的吸收能力、合成能力、氧化能力和還原能力等,是一種較客觀地反映根系生命活動的生理指標20，主要影響植物的蒸騰速率。而NO可不同程度地緩解鎘對根系的毒害作用,提高根系活力，所以在本實驗中NO會顯著提高受Cd脅迫萵苣幼苗的Tr。NO對氣孔的運動具有調(diào)控作用，外源NO可誘導氣孔關(guān)閉，氣孔的開閉對于光合作用非常重要，因此，可以通過調(diào)節(jié)氣孔開閉影響光合作用26，最直接的影響就是氣孔導度和胞間CO2濃度。但本試驗中萵苣幼苗的Gs顯著提高，說明NO對萵苣葉片的保護是通過非氣孔因素來起作用的，如通過影響光合機構(gòu)或暗反映酶活性來影響光合作用24。因Cd能產(chǎn)生氧化脅迫10，而一氧化氮(NO)能夠使非生物脅迫條件下的植物生長發(fā)育免受活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的傷害,減少非生物脅迫下植物體內(nèi)ROS的積累,緩解各種脅迫造成的氧化損傷,從而增強植物的適應能力12，一定程度上保護了葉綠體，并最終提高光合效率，進而使光合作用加強，消耗掉胞間CO2，使其濃度降低。這也是NO保護的另一個方面。由此可見，NO對Cd脅迫下萵苣幼苗的緩解機制主要是通過非氣孔因素來實現(xiàn)的，而對葉綠素的保護又是主要的。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。3.3 外源NO在植物重金屬脅迫保護中的研究展望應用外源NO能夠改善植物的生理功能,增強對外界脅迫的適應能力, 目前對NO參與植物抗病的研究較多,人們在這一方面的認識也深入一些。由于植物抗病和其對其他各種逆境因素的反應之間有一些類似或共同的機制,因此對于NO參與植物抗病的認識將有助于對NO在其他抗逆過程中的作用及機制的研究。但是在NO對植物生產(chǎn)力提高方面的研究甚少,這一方面也是NO應用領(lǐng)域的研究應該注重的. 目前,國內(nèi)外開始重視從基因水平去研究植物抗重金屬污染的作用機理27,而NO可以在一定程度上誘導植物某些防御基因的表達28。深入研究NO對植物生理活動的調(diào)節(jié)機理,通過研究NO在植物抗逆過程中的作用和調(diào)節(jié)NO水平來改善植物生理狀況以提高生活力,將具有十分重要的理論和實踐價值。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。參考文獻：1 He J Y,Zhu C,Ren Y F,etal Genotypic variation in grain cadmium concentration of lowland riceJ. 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