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重金属污染已成为近海生态环境研究的重点之一,重金属是影响海草床生态系统的重要污染物。国内外众多学者对Cd在不同种类的海草中的累积规律已有较多的研究,然而,对在Cu等重金属联合胁迫下海草对Cd的累积规律,Cd在泰来藻体内的亚细胞分布规律,以及对海草生长的影响等方面的研究尚鲜见报告。本论文将以热带海草泰来藻为例,研究Cd与Cu的联合胁迫下,对其生长的影响,探讨泰来藻对Cd的累积规律,揭示Cd在泰来藻体内的亚细胞分布规律,研究在Cd和Cu联合胁迫下泰来藻可能的保护机制,从而为海草床的保护与恢复提供科学依据。
作者分别于2011年10月、12月在海南省陵水县新村湾海草床采集了泰来藻(Thalassia hemperichii)样本,研究了不同浓度的Cd胁迫下Cd在泰来藻不同器官(根、根状茎、叶)中的化学形态,以及在Cd和Cu的联合胁迫下,Cd在泰来藻不同器官中的亚细胞分布。同时,对泰来藻在Cd胁迫下及Cd与Cu联合胁迫下的光合生理参数(叶绿素荧光、叶绿素含量等)进行了测定。主要结果如下:
(1) Cd在泰来藻体内的累积模式是叶>根>根状茎。
(2)氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态Cd始终是优势形态,分配比例总和占到80%~90%。表明活性较低、迁移能力较弱的形态Cd是其主要形态。
(3)随着Cd暴露浓度的增加,泰来藻各器官中盐酸提取态所占的比例下降7%~24%;而氯化钠和醋酸提取态的分配比例总和增加2%~24%,叶片中活性较高的乙醇和水提取态所占比例之和不断减小,而茎根则呈现相反的趋势。这说明泰来藻通过改变各形态Cd在器官中的分配比例,来降低高浓度Cd胁迫的毒性。
(4)在Cd和Cu的联合胁迫下,泰来藻叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素的含量,以及根、茎、叶等器官中的Cd含量均随着Cd浓度的增加而显著增加,但均随Cu浓度的增加而减小。
(5) Cd与较高浓度Cu的联合胁迫均,使最大量子产量或PSⅡ光合效率Fv/Fm、光化学淬灭系数qP及非光化学淬灭系数NPQ显著降低,最大下降幅度分别为63.8%、66.5%和89.2%(与对照相比),且海草于暴露5d后死亡。这表明在Cd与较高浓度Cu的联合胁迫下,泰来藻的光合作用遭受严重破坏,光保护机制丧失。
(6) Cd与较低浓度Cu的联合胁迫5d后,使qP和NPQ分别增加11.7%~18.1%和13.3%~29.0%(与对照相比),并且Fv/Fm在恢复期可恢复至暴露前的水平,qP和NPQ仍维持相对较高的数值。这表明Cd与较低浓度Cu的联合胁迫可激发泰来藻的光保护机制,从而保护海草的光合作用免遭破坏。
(7)在Cd与Cu的联合胁迫下,细胞溶质中的Cd始终占据绝对优势,其比例为65%~94%,说明细胞溶质部分是Cd在泰来藻体内的主要分布位点。
(8) Cd分别与低浓度Cu的联合胁迫下,泰来藻长势依然良好,但叶和根对Cd的累积量明显增加,且Cd在亚细胞的分布呈现出细胞壁上的分配比例显著增加的趋势。Cd与高浓度Cu的联合胁迫下,泰来藻根和叶各亚细胞组分对Cd的累积量明显低于Cd与低浓度Cu的联合胁迫,但Cd在叶绿体上的分配比例却显著增加,这是可能是致使泰来藻衰亡的主要原因。