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水生植物是水生生态系统的重要组成部分,在维持水生生态系统的稳定性中发挥着重要作用。了解水生植物对污染环境的耐受机理,能为重建和恢复重金属污染的水生生态系统的结构和功能提供科学依据。植物络合素(Phytochelatins,PCs)的诱导生成是植物对重金属污染的适应机制之一,但目前对PCs的研究成果主要来源于藻类和陆生植物,对水生植物体内PCs的合成研究明显不足。因此,本文采用反相高效液相色谱(RP-HPLC)法,研究了水培条件下3种形态砷[三价砷As(Ⅲ)、五价砷As(Ⅴ)和二甲基砷DMA]的5个处理浓度(0～5.0mg·L-1)对水鳖科黑藻(Hydrilla verticillata (Linn.f.) Royle)砷吸收和PCs合成的影响。同时研究在外界因素(Pb2+、Cd2+、NH4+-N. NO3--N、pH)的影响下,黑藻对这三种形态砷的吸收和PCs合成的影响,并通过测定砷在黑藻亚细胞中的分布和细胞超微结构观察,研究3种形态砷在黑藻叶细胞中的储存部位及对黑藻叶细胞超微结构的损伤。通过上述研究,以期反映As胁迫对黑藻生长的影响、PCs发挥的作用及其参与水生植物抵抗砷胁迫的机制,为水体As污染的防治和评价提供依据。主要研究结果如下：(1)黑藻对As表现出明显的吸收和富集效应,低浓度As能促进黑藻生长,对As(Ⅲ)的吸收显著高于As(Ⅴ)和DMA。As(Ⅲ)和As(Ⅴ)处理显著诱导了谷胱甘肽(GSH)、PC2和PC4的合成,且与黑藻体内As含量呈显著正相关(P<0.05)。PCs对DMA处理不敏感,只有在0.3mg·L-1下能合成PCs。在As(Ⅲ)处理下,GSH和PC2的合成随As(Ⅲ)浓度的增加呈先增加后减少的趋势,而PC4的合成却随As(Ⅲ)浓度的增加而增加；在As(Ⅴ)处理下,GSH的合成随As(Ⅴ)浓度的增加呈先增加后减少的趋势,而PC2和PC4的合成则随As(Ⅴ)浓度的增加而增加。在3种形态As的不同浓度处理中PC3的合成很少,只在0.3mg·L-1下有少量合成。研究结果表明PCs对As(Ⅲ)和As(V)的胁迫较敏感,可选择性地作为这2种形态砷胁迫下黑藻的生物标记物。(2)外界因素对黑藻砷吸收和PCs合成的影响不同：①在As. Pb、Cd复合污染下,3种重金属之间的联合作用方式为独立作用,不同As浓度对黑藻As含量有显著影响(P<0.05),但不同Pb、Cd浓度对黑藻As含量无显著影响(P<0.05)；不同As浓度对黑藻体内GSH、PC2、PC4含量有显著影响；不同Pb浓度对黑藻GSH、PC2. PC4含量无显著影响；不同Cd浓度只对黑藻PC2含量有显著影响。②在3.0mg·L-1As(Ⅲ)培养条件下,经铵态氮处理黑藻体内As含量明显高于硝态氮处理。酸性条件(pH=5)能显著增加黑藻对As(Ⅲ)的吸收和PCs的含量,但碱性条件(pH=9)则显著降低黑藻对As(Ⅲ)的吸收和PCs的含量。(3)3.0mg·L-1As(Ⅴ)培养条件下,在1.0、10.0mg.L-1的氮浓度下,硝态氮比铵态氮更能促进黑藻对砷的吸收,但在5.0mg.L-1的氮浓度下,钱态氮更能促进黑藻对砷的吸收,使黑藻砷含量最高。pH=5时,能显著促进黑藻对As(V)的吸收和PCs的合成；pH为中性和碱性时会显著降低黑藻对As(V)的吸收和PCs的含量。(3)砷形态影响As在黑藻叶细胞中的分布。以As(Ⅲ)或As(V)处理黑藻,As主要分布在细胞壁和以液泡为主的细胞质中,在叶绿体和线粒体中则较少。用DMA处理时,As主要分布在细胞壁,而在以液泡为主的细胞质中分布较少。通过电镜观察3.0mg·L-1As(Ⅲ)、 As(Ⅴ)或DMA培养7d的黑藻叶片,发现As(Ⅲ)对黑藻叶细胞的伤害比As(V)和DMA严重。As对黑藻的毒害并不是破坏某一个细胞器,而是对植物细胞的膜结构和非膜结构的整体伤害,但这些结构的耐性各异,内质网和高尔基体是最容易受伤害的细胞器,而叶绿体则受害最轻。