Metabolic responses of Azolla pinnata to cadmium stress: photosynthesis,antioxidative system and phytoremediation

This present study deals with the growth, photosynthesis, oxidative stress and phytoremediation character of Azolla pinnata L. exposed to different levels (0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mg·L^?1) of cadmium (Cd). Significant accumulation of Cd in Azolla fronds was noticed after 24 and 96 h of exposure and the accumulation rate was dose and time dependent. Growth of A. pinnata increased significantly after both exposure times with and without metal. At lower Cd doses (0.05 and 0.1 mg·L^?1), growth and photosynthesis of A. pinnata showed a marginal increase over the respective control, however, at higher Cd doses (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mg·L^?1), a decreasing trend was noticed. At lower doses, Azolla fronds could counterbalance the negative effect of enhanced levels of superoxide radicals (SOR) and hydrogen peroxide (H₂O₂) through the greater activity of antioxidative enzymes. The decaresing trends in catalase and peroxidase activity at higher Cd doses suggest that Azolla fronds were not able to mitigate the negative effects of H₂O₂, hence an increase in malondialdehyde content was noticed. The study concludes that up to 0.1 ,mg·L^?1 Cd, A. pinnata can flourish and be used as biofertiliser and for phytoremedial purposes in Cd-contaminated fields; beyond this concentration poor growth may restrict its application.     

附着物对菹草光合作用速率的抑制效应

年5月对白洋淀不同营养水平的8个区域进行现场调查,研究了菹草(Potamogeton crispus)附着物的生物量(以w计)与营养盐水平的关系及其对菹草光合作用速率的影响. 结果表明,随着ρ(TN)、ρ(TP)的增加,菹草上附着物的生物量、w(Chla)和净初级生产力逐渐升高,在营养盐水平较高的王家寨〔ρ(TN)为6.074mg/L,ρ(TP)为0.161mg/L〕达到高峰,附着物的生物量为0.073~0.384mg/g,w(Chla)为0.019~0.112 mg/g,净初级生产力为0.007~0.154mg/(g·h). 附着物对菹草的光合作用速率产生明显的抑制作用,并且随着附着物生物量的增加,抑制作用明显增强,在营养水平较高的王家寨,抑制率可达72%;南刘庄和端村次之,抑制率分别为64%和55%;而在营养水平较低的光淀,抑制率仅为11%. 初步推测附着物对菹草的光合作用的影响可能源于附着物的遮荫作用.      

模拟酸雨对五爪金龙幼苗光合生理特性的影响

在华南地区,酸雨引起的农作物和经济作物生长发育障碍常导致严重的经济损失,而一些有害入侵种在酸雨条件下仍在扩散,危害性未受到明显的抑制.因此,酸雨条件下入侵种生物学特性研究有助于揭示其入侵规律.在人工环境条件下（光照培养箱的温度为30 ℃,相对湿度为47.6%,光合有效辐射为63.6 μmol·m^-2·s^-1）进行五爪金龙（Ipomoea cairica L）盆栽试验.五爪金龙幼苗每天喷施营养液.采用模拟酸雨（pH梯度为2、3、4、5、6）对幼苗进行胁迫实验,利用LI-6400便携式光合仪和分光光度法测定其光合生理特性指标.结果表明：五爪金龙叶片净光合速率随酸雨pH值的下降而降低.当光合有效辐射（PAR）低于200 μmol·m^-2·s^-1时,不同酸雨处理叶片的净光合速率均随光合有效辐射强度的增加而增大;当光合有效辐射高于200 μmol·m^-2·s^-1时,同一光合有效辐射不同pH处理叶片的净光合速率均为：CK（对照） 〉 pH6.0 〉 pH5.0 〉 pH4.0 〉 pH3.0 〉pH2.0.随着酸雨pH值的下降,光饱和点、光补偿点、最大净光合速率、表观量子效率和暗呼吸速率均呈下降的趋势.其中,pH3.0和pH2.0酸雨处理对各项光合特性参数的抑制作用均达到了显著水平.酸雨胁迫导致五爪金龙叶片叶绿素含量下降,丙二醛含量（MDA）和可溶性糖含量均显著增加,表明酸雨胁迫对叶片细胞膜系统产生了破坏作用.pH6.0、pH5.0和pH4.0酸雨处理对五爪金龙的光合生理特性影响较小,pH值为3.0和2.0的酸雨处理对五爪金龙的光合能力抑制显著.酸雨胁迫导致五爪金龙利用强光能力下降,提高了其利用弱光的能力.五爪金龙光合生理特性对酸雨环境较为敏感,对酸雨胁迫具有一定的耐受性和适应性.     

双酚A对紫背浮萍生长和光合色素及抗氧化系统影响

以紫背浮萍为实验对象,探究双酚A(bsiphenol A, BPA)对其生长、光合色素含量、抗氧化系统和渗透压调节物质的影响。结果表明,不同浓度(0、1、5、20和50 mg·L~(-1))BPA连续暴露7 d后,与对照组相比,随暴露浓度升高,紫背浮萍湿重和叶绿素含量呈现先显著增加后降低的趋势;暴露组过氧化氢(H_2O_2)含量和抗超氧阴离子自由基活性显著降低;丙二醛(MDA)含量在20和50 mg·L~(-1)组显著升高;暴露组抗氧化酶活性包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和总抗氧化能力(T-AOC)均低于对照组;谷胱甘肽(GSH)含量在高浓度组显著升高,20 mg·L~(-1)组可溶性糖含量显著升高,可溶性蛋白含量在中高浓度组显著增加。研究表明,中低浓度BPA会提高紫背浮萍光合色素含量,有机物积累增多,促进其生长;但随BPA浓度不断升高,紫背浮萍体内产生氧化损伤,抗氧化酶活性及叶绿素含量降低,生长受到抑制。本研究结果将为BPA污染控制及对水生植物生态毒性效应评价提供理论基础。     

四环素对微囊藻生长及光合作用的毒性效应机制

光合作用是蓝藻生长繁殖的生理基础,研究四环素胁迫下蓝藻的生长和光合作用的变化和响应,有助于揭示其作用机制。为探究四环素对微囊藻的毒性效应,对培养在0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和5.0 mg·L~(-1)共7个浓度下的微囊藻的细胞数、叶绿素a含量、微囊藻光合系统Ⅱ(PSⅡ)快速光响应曲线(RLCs)及快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)进行了测定。结果表明,四环素处理7 d后,微囊藻的半致死浓度(LC_(50))为(0.571±0.036) mg·L~(-1)。随着四环素浓度的增加,微囊藻生长受到抑制,叶绿素含量减少,PSⅡ中单位反应中心失活。当四环素浓度高于0.5 mg·L~(-1)时,微囊藻Q_A~-到Q_B的电子传递被抑制,造成Q_A~-大量积累,影响PSⅡ的电子受体侧。然而,在低浓度四环素处理中,以吸收光能为基础的性能指数(PI_(ABS))、用于电子传递的量子产额(φ_(Eo))和最大光化学效率(φ_(Po))显著升高,用于热耗散的量子比率(φ_(Do))显著降低。这些结果表明,低浓度四环素处理时,微囊藻能通过自身调节改变PSⅡ中能量配置,改变电子传递速率,提高光合效率,从而应对低浓度四环素胁迫,而当四环素浓度较高时,微囊藻的光合作用显著降低,生长受到抑制。     

Effects of Nitrogen Supply on the Sensitivity to O3 of Growth and Photosynthesis of Japanese Beech (Fagus crenata) Seedlings

To obtain basic information for evaluating critical levels of O₃ under different nitrogen loads for protecting Japanese beech forests, two-year-old seedlings of Fagus crenata Blume were grown in potted andisol supplied with N as NH₄NO₃ solution at 0, 20 or 50 kg ha⁻¹ year⁻¹ and exposed to charcoal-filtered air or O₃ at 1.0, 1.5 and 2.0 times the ambient concentration from 16 April to 22 September 2004. The O₃ induced significant reductions in the whole-plant dry mass, net photosynthetic rate at 380 μmol mol⁻¹ CO₂ (A ₃₈₀), carboxylation efficiency (CE) and concentrations of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) and total soluble protein (TSP) in the leaves. The concentrations of Rubisco and TSP were negatively correlated with the concentration of leaf acidic amino acid, suggesting that O₃ enhanced the degradation of protein such as Rubisco. The N supply to the soil did not significantly change the whole-plant dry mass and A ₃₈₀, whereas it significantly increased the CE and concentrations of Rubisco and total amino acid. No significant interactive effects of O₃ and N supply to the soil were detected on the growth, photosynthetic parameters and concentrations of protein and amino acid in the leaves. In conclusion, N supply to the soil at ≤50 kg ha⁻¹ year⁻¹ does not significantly change the sensitivity to O₃ of growth and net photosynthesis of Fagus crenata seedlings.     

氯氰菊酯暴露对龙须菜的胁迫影响

在实验室条件下研究了不同浓度氯氰菊酯胁迫下,龙须菜的生长状况及藻体生理生化指标变化情况.结果表明,龙须菜对氯氰菊酯敏感性较低,氯氰菊酯浓度低于100μg.L-1时对龙须菜生长的抑制作用不明显.在氯氰菊酯胁迫的24h内,龙须菜体内的叶绿素a、藻红蛋白、可溶性蛋白、可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈现出低浓度(5或10μg.L-1)促进、高浓度(10或50μg.L-1)抑制的现象.在本研究设置的氯氰菊酯浓度下(1～100μg.L-1),膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量均增加,呈现典型的剂量-反应关系,由氧自由基所引起的膜脂过氧化是氯氰菊酯对龙须菜产生毒害作用的重要原因.低浓度暴露早期SOD的激活以及蛋白质和糖类的促进作用对于抵抗氯氰菊酯的过氧化胁迫具有重要作用,但在高浓度氯氰菊酯胁迫下,SOD的失活致使氯氰菊酯对龙须菜产生明显毒性作用.     

营养盐对长江口2种主要赤潮原因藻光合色素和光合作用影响的比较研究

比较研究了不同营养条件对中肋骨条藻和东海原甲藻的光合色素含量和光合作用的影响.结果发现：①低浓度营养盐处理组培养的中肋骨条藻和东海原甲藻的叶绿素a （chlorophyll a,Chl-a）、叶绿素c （chlorophyll c,Chl-c）和总类胡萝卜素（total coloured carotenoids,TCC）含量均低于高浓度营养盐处理组;②初始N/P比值一定（16/1）的条件下, 2种藻的光合速率变化不同,对于中肋骨条藻,低浓度处理组以单位细胞表示的光合速率从第5 d开始显著低于高浓度处理组,至试验结束时, 2组的光合速率(以O₂计,下同)分别为0.031×10^-4 μmol·(cell·h)^-1和0.13×10^-4 μmol·(cell·h)^-1,以单位叶绿素a（μg）表示的光合速率与高浓度处理组之间差异不显著,分别为12.92 μmol·(μg·h)^-1和13.03 μmol·(μg·h)^-1,而对于东海原甲藻,低浓度处理组的以单位细胞和单位叶绿素a表示的光合速率均显著高于高浓度处理组;P源充足低N处理组的2种藻的单位细胞表示和以单位叶绿素a表示的光合速率均高于高N处理组;N源充足低P处理组的2种藻以单位细胞表示和以单位叶绿素a表示的光合速率低于高P处理组;2种藻的光合速率与胞内磷酸盐浓度之间存在显著正相关关系;③相同营养条件下东海原甲藻比中肋骨条藻含有更多的单位细胞光合色素含量和更高的光合速率.试验从2种藻的光合特性角度,进一步论证了东海原甲藻比中肋骨条藻更能适应营养盐浓度较低的环境.     

不同光强下镉胁迫对紫茉莉光合作用和抗氧化系统的影响

通过土培实验,比较分析了3种光强(全光照(HL)、50%全光照(ML)和10%全光照(LL))下镉胁迫(30 mg·kg-1)对紫茉莉植株生长、光合作用、光合色素、镉、镁、铁和钾含量、脂质过氧化、抗氧化酶活性、抗坏血酸和谷胱甘肽含量的影响.结果发现,镉胁迫显著降低紫茉莉叶片的净光合速率,对HL植株的抑制程度高于ML和LL植株;HL和LL植株最大光化学效率在镉胁迫下显著降低,而ML植株所受影响不明显;镉胁迫显著提高了紫茉莉叶片的暗呼吸速率,ML植株提高幅度最大.镉胁迫对紫茉莉植株生长的抑制作用显著,对HL植株的抑制最大.镉胁迫显著增加了紫茉莉叶片的镉含量,减小叶片叶绿素、类胡萝卜素、Mg、Fe和K的含量,对HL植株影响最大.镉胁迫下,HL植株超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性增强,过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性降低,谷胱甘肽和抗坏血酸含量减小,过氧化氢和丙二醛含量、超氧阴离子产生速率增高,电解质渗漏加重.上述结果表明,镉加重了叶片氧化胁迫程度和强化了对紫茉莉生长的抑制,特别在高光强条件下.     

Cu在海草中的累积及其对海草生理生化特性的影响

就20多年来国内外关于Cu污染对海草生理生态影响的研究结果进行了综述,包括Cu在海草中的积累特性及其影响因素,Cu对海草光合作用的影响,以及海草耐Cu胁迫机制等,并提出了今后的研究方向:(1)加强在Cu或与其他重金属多重胁迫下,Cu在海草细胞中的亚细胞分布研究,以及Cu在海草亚细胞组分中的化学形态的研究;(2)从分子水平和细胞水平,探究Cu对海草光合作用的影响机理;(3)对Cu在海草生态系统不同营养级上的传递规律进行研究;(4)加强海草耐Cu机制方面的研究。