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工业飞速发展的当代,环境污染已经成为全球普遍现象,占地球71%的水资源污染防治已成为人们亟待解决的问题之一。全球三大生态系统类型之一的湿地,是水陆相互作用形成的独特生态系统,沉水植物作为水生生态系统重要的组成部分之一,由于其完全水生的特点,其生存、生长及繁殖与水体环境因素有着密切关系。本文通过野外调查与室内实验两种途径,研究了不同环境条件下湿地沉水植物的生长及叶绿素荧光特性,为退化湿地沉水植物群落的重建及水生生态系统功能的恢复提供一定的参考依据。论文得到国家自然科学基金(D41161035):“鄱阳湖典型湿地沉水植物群落结构及其水环境因子定量研究”的支持与资助。本文的研究一方面,通过2013年11月-2014年10月分别调查了四个季节鄱阳湖南矶国家级自然保护区白沙湖和常湖等典型湖泊湿地,测定其水环境因子、沉水植物叶绿素含量、频度以及物种多样性,采用FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪测定其PSII的最大光量子产量(QY-max),稳态下的PSII反应中心关闭程度(1-Qp_Lss)、稳态下的非光化学淬灭(NPQ_Lss)等参数及其相应的荧光成像,研究自然条件下沉水植物四季生长的时空特征和叶绿素荧光特性。另一方面,于2013年9月选取典型的沉水植物——黑藻(Hydrilla verticillata),采用铅、镉和铜三种重金属分别在5个浓度梯度水平下的河砂水培方法,研究不同浓度重金属胁迫对黑藻(H.verticillata)株高、生物量、成活率和叶绿素含量的影响,以及对黑藻(H.verticillata)叶片最小荧光(Fo)、最大荧光(Fm),QY_max、1-Qp_Lss、NPQ_Lss等光合荧光参数及其荧光成像的影响,研究了各个参数分别随铅、镉、铜浓度递增的变化规律。主要结论如下:(1)鄱阳湖湿地野外调查结果表明,四个不同季节的沉水植物黑藻(H.verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和小茨藻(Najas minor)的频度分布、叶绿素含量和光合荧光参数等均与湿地环境因子均具有不同程度的相关关系,其中湿地水深和透明度是决定沉水植物多样性分布、叶绿素和光合荧光特性的最主要因素之一。本次研究中发现春季和秋季是沉水植物物种多样性较高的两个季节,其中春季、秋季水位变化分别为25~70cm、50~170 cm间,春季、秋季透明度分别在25~65cm、10~65 cm间变化。夏季水深变化为190~250 cm,透明度在45~140 cm之间变化,优势种黑藻和小茨藻适合在夏季迅速生长,光合作用活性较高,QY-max分别为0.55~0.76和0.74~0.78;苦草春季的光合作用活性较高,QY-max为0.34~0.62。黑藻、苦草和小茨藻等沉水植物体现在逆境中避免植物光系统损伤的光保护能力的参数——非光化学淬灭(NPQ_Lss)同样具有显著时空变化,均是冬季时达到最高值,平均值分别为1.28、0.73和1.83。(2)在不同重金属胁迫条件下水培黑藻(H.verticillata)的研究结果表明,黑藻(H.verticillata)在不同重金属胁迫下的光合生理指标、荧光参数及成像特征等方面表现出显著性差异。Cd2+胁迫下黑藻的株高、干重显著下降,说明Cd2+可能对黑藻叶片的维管束结构产生伤害作用,其中Cu2+胁迫对黑藻干重即累积生物量的影响远大于Cd2+;Cd2+和Cu2+胁迫下叶绿素各值均呈下降趋势,而Cu2+对黑藻叶绿体的毒害比Cd2+更大。随着Cd2+或Cu2+胁迫浓度梯度的增加,黑藻的叶绿素荧光参数(Fo、Fm、QYmax)呈显著下降趋势,(1-Qp_Lss)呈上升趋势,而NPQ_Lss先上升后下降。结果表明同等浓度下黑藻(H.verticillata)受重金属胁迫的影响程度为:Cd2+胁迫>Cu2+胁迫>Pb2+胁迫。研究结果可得,5 mg/L以下的Pb2+胁迫对黑藻(H.verticillata)生长和光合作用的影响不显著,推测黑藻(H.verticillata)可作为Pb2+浓度为至少5mg/L及以下的污染水体净化物种;黑藻(H.verticillata)可以在Cu2+浓度低于1 mg/L的环境下具有正常的光合活性,可推测将黑藻(H.verticillata)用于1 mg/L及以下Cu2+污染水域的修复;在Cd2+达3 mg/L及以上浓度的环境下黑藻(H.verticillata)即无法长时间生存,可推测黑藻(H.verticillata)作为Cd2+污染水环境的指示种。综合上述,水位、水体透明度、水体中的氮、磷等营养盐以及重金属污染物等各种环境因子均能对沉水植物的叶绿素含量、光合作用活性、各种荧光参数等产生不同程度的显著影响,各环境因子对沉水植物的生长均具有一个最适宜的生态幅范围。