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红树植物是热带、亚热带海湾河口优势植物种,是该生态系统的重要初级生产者,对维护海湾河口地区的生态平衡起着十分重要的作用。随着江河流域现代工农业的迅猛发展,沿海城市人口与经济的快速增长,多种因素使河口海湾区的环境污染日趋严重,严重影响着区域生态系统的健康与发展。红树林作为一种海岸潮间带森林生态系统,对海湾河口区域的污染具有较高承载力和耐受性。
本研究以在我国分布较广的白骨壤(Avicennia marina)为试材,探讨在不同光照强度条件下,红树林湿地常见的重金属污染物Cd对白骨壤植株生长、叶绿素、Cd、Fe和Mg含量、可溶性糖、丙二醛和谷胱甘肽含量、抗坏血酸过氧化物酶活性等的影响,以求探讨不同光强下Cd对白骨壤光合作用和生理生态特性的影响,以及Cd处理可能加重了白骨壤氧化胁迫程度,推测在中等光强下生长的白骨壤对Cd污染的环境有较好的修复效果,揭示重金属Cd污染对红树植物的毒害机制及治理Cd污染提供理论依据。研究结果主要有:
1.Cd胁迫显著降低了白骨壤叶片的净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度和蒸腾速率,同时也增强了叶片的气孔限制值,其中等光强处理植株的光合指标为最大值。可能的原因是在中等光强下,白骨壤虽然受到Cd的毒害,但光合作用机制没有被完全破坏,光合作用降低是由于气孔限制所引起。但在强光下,使光合作用产生了光抑制;而在弱光下,光合器官发育不充分,光合能力受到显著抑制;
2.Cd胁迫显著提高了白骨壤中Cd的含量,其根中Cd含量最高,这说明Cd主要被富集在根中,进入植物体内的重金属只有少量分布在叶片和茎中。中等光强条件下处理的植株Cd积累量最大,对Cd污染土壤的植物修复效果较好。而Cd处理降低了叶绿素和叶片中Fe、Mg的含量,Mg、Fe含量的降低在一定程度上也会影响叶片中叶绿素的合成,从而影响了光合作用的进行;
3.Cd处理下,白骨壤叶片和根尖中丙二醛(MDA)含量增加,说明根尖和叶片细胞有一定的膜脂过氧化,且中等光强处理植株中MDA含量增长幅度最小,其原因可能是中等光强较强光和弱光可以更好地提高SOD、CAT等抗氧化酶活性,增强了植株清除活性氧的能力,从而降低了Cd胁迫下细胞膜脂过氧化水平。Cd胁迫下,中等光强处理植株的谷胱甘肽(GSH)含量、总酚含量和抗坏血酸过氧化物酶活性最高,说明中等光强可诱导白骨壤增强抗氧化酶系统,有效清除多余的H2O2,提高自身对Cd的抗性,而HL和LL处理植株抗氧化能力更弱,所受的氧化胁迫更严重。
4.Cd胁迫下,白骨壤叶片、根尖以及根系分泌物中有机酸总量上升,且中等光强条件下的总有机酸含量最高。一方面植株根系增加分泌物中的有机酸含量来螯合溶液中重金属,降低金属离子含量和活度,减少Cd对植株的毒害;另一方面,植物体内有机酸含量的升高,可有效地与体内吸收的Cd结合,减少重金属在植物体内的积累,从而减轻对白骨壤幼苗的毒害。