The Response of Hydrophytes to Environmental Pollution with Heavy Metals

The effects of Cu²⁺, Cd²⁺, and Ni²⁺ at low and high concentrations (0.025 and 0.25 mg/ml) on the accumulation capacity, the state of the pigment complex, and photosynthesis rate have been studied in model experiments with three floating hydrophytes (Hydrocharis morsus-ranae L., Lemna gibba L., and Potamogeton natans L.) and four submerged hydrophytes (Elodea canadensis Michx., Lemna trisulka L., Ceratophyllum demersum L., and Potamogeton lucens L.). Copper and cadmium are especially toxic at the concentrations studied. The effect of Cu²⁺ was the strongest in hydatophytes, and the effect of Cd²⁺, in pleustophytes. It is hypothesized that the differences between hydrophytes with respect to accumulation of metals and decrease in photosynthesis rate may cause predominant elimination of submerged species. Therefore, changes in the species structure of hydrophyte communities may be expected in waters polluted with metals.     

Effects of cerium on growth and physiological mechanism in plants under enhanced ultraviolet-B radiation

Effect of cerium （Ce^3＋） on the growth, photosynthesis and antioxidant enzyme system in rape seedlings （Brassica juncea L.） exposed to two levels of UV-B radiation （T1： 0.15 W/m^2 and T2：0.35 W/m^2） was studied by hydroponics under laboratory conditions. After 5 d of UV-B treatment, the aboveground growth indices were obviously decreased by 13.2%-44. 1%（T1） and 21.4%-49.3% （T2）, compared to CK, and except active absorption area of roots, the belowground indices by 14.1%-35.6%（T1） and 20.3%-42.6% （T2）. For Ce＋UV-B treatments, the aboveground and belowground growth indices were decreased respectively by 4.1%-23.6%, 5.2% -23.3%（Ce＋T1） and 10.8%-28.4%, 7.0%-27.8%（Ce＋T2）, lower than those of UV-B treatments. The decrease of growth indices appeared to be the result of changes of physiological processes. Two levels of UV-B radiation induced the decrease in chlorophyll content, net photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal conductance and water use efficiency by 11.2%-25.9%（T1） and 20.9%- 56.9%（T2）, whereas increase in membrane permeability and activities of antioxidant enzymes including superoxide dismutase（SOD）, catalase （CAT） and peroxidase （POD） by 6.9%, 22.8%, 21.5%, 9.5%（T1） and 36.6%, 122.3%, 103.5%, 208.9%（T2）, respectively. The reduction of the photosynthetic parameters in Ce＋UV-B treatments was lessened to 3.2%-13.8%（Ce＋T1） and 4.9%-27.6%（Ce＋T2）, and the increase of membrane permeability and activities of antioxidant enzymes except POD in the same treatments were lessened to 2.4%, 8.4%, 6.6%（Ce＋T1） and 30.1%, 116.7%, 75.4%（Ce＋T2）. These results indicate that the regulative effect of Ce on photosynthesis and antioxidant enzymatic function is the ecophysiological basis of alleviating the suppression of UV-B radiation on growth of seedlings. Furthermore, the protective effect of Ce on seedlings exposed to TI level of UV-B radiation is superior to T2 level.     

太湖春季和秋季蓝藻光合作用活性研究

采用Phyto-PAM浮游植物分析仪测定太湖蓝藻光合作用活性的时空间分布.结果表明,太湖蓝藻光合活性具有显著的时空差异:春季蓝藻的最大光量子产量F_v/F_m (可变荧光和最大荧光之比)和实际光量子产量F_v'/F_m'分别在0.35~0.49和0.16~0.29之间,秋季蓝藻分别在 0.33~0.53和0.21~0.43之间,太湖秋季蓝藻的最大光合作用能力和实际光合作用能力大于春季蓝藻.春季和秋季蓝藻的非光化学淬灭NPQ(non-photochemical quenching)分别在0.012~0.17和0.035~0.26之间,秋季蓝藻的NPQ高于春季蓝藻,说明秋季蓝藻的自我保护能力高于春季蓝藻.快速光响应曲线(Rapid light curve, RLC)的特征参数表明春季蓝藻的光能利用效率、最大电子传递速率和光饱和强度点高于秋季蓝藻;从空间分布来看,蓝藻的最大光合作用能力、实际光合作用能力和光合作用效率在营养水平低和有水草分布的湖区相对较低,富营养化水平高的湖区则相对较高.因此,降低太湖营养盐浓度,恢复水生植物,能够抑制蓝藻的光合作用活性和生长,从而降低蓝藻水华强度.     

Ce(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗光化学反应的影响

用水培法研究Ce(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗光化学反应的影响.结果表明, 20 mg·L^-1 CeCl₃使大豆幼苗净光合速率(Pn)、Hill反应、Mg²⁺-ATPase活性与光合磷酸化活力4项指标较对照提高23.2%～14.3%; 有效抑制UV-B辐射(T₁=0.15 W·m^-2和T₂=0.45 W·m^-2)胁迫下4项指标下降, 4项指标降幅［Ce(Ⅲ)+T₁为36.6%～15.9%,Ce(Ⅲ)+T₂为65.6%～33.2%］小于对应的UV-B辐射组(T₁为50.9%～23.3%,T₂为77.3%～51.4%). 动态变化显示, Ce(Ⅲ)减缓了胁迫期4项指标的下降趋势,促进了恢复期4项指标上升幅度. 说明Ce(Ⅲ)通过减轻UV-B辐射对大豆幼苗光化学反应的伤害, 遏制UV-B辐射胁迫下大豆幼苗Pn下降.     

荔枝落叶对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响

利用浮游植物荧光分类仪对暴露于不同浓度荔枝落叶浸出液下铜绿微囊藻的生长、最大光合作用效率(Fv/Fm)、实际光合作用效率(YⅡ)、光能利用效率(α)、最大相对电子传递速率(r ETRmax)和光饱和系数(Ik)进行了为期15 d的检测,研究浸出液对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响.结果发现,浸泡5 d的荔枝落叶浸出液可以抑制藻的生长,呈明显的浓度抑制型变化,随着时间的延长,抑制作用下滑.荧光参数Fv/Fm、YⅡ和α与浸出液浓度由负相关转为正相关或保持正相关关系,浸出液可能早期对藻光合作用发生胁迫,或通过提高光能利用效率来度过胁迫环境,r ETRmax、Ik和叶绿素a浓度与浸出液浓度由负相关转为显著负相关关系.三维荧光图谱结果表明,第15 d时,在投量为2.0 g·L-1时,色氨酸及酪氨酸荧光峰强度约为1.2g·L-1投量情况下的1/3,同时腐殖酸的荧光峰强度减弱.进一步研究藻细胞生长的半抑制浓度EC50值表明,与传统的农作物秸秆控藻比较,其EC50值较低,可能荔枝落叶化感控藻效果较强,只需较低的浸出液浓度而能达到较好的控藻效果.     

孑遗植物四合木(Tetraenamongolica)迁地保护中的光合作用日变化特征与生理生态适应性

为了进一步廓清迁地保护条件下孑遗植物四合木（Tetraena mongolica）的光合生理生态适应性,在分析了瞬时光合效率的基础上,应用LI-6400光合作用测定系统测定了迁地保护试验区的四合木以及原生境伴生种白刺（Nitraria tangutorum）的光合作用日变化,并测定了其生长量。结果表明：四合木实生苗的生长南北冠幅大小依次为乌海四合木核心区实生苗（26.48 cm×27.26 cm）>鄂尔多斯实生苗（21.27 cm×21.75 cm）>阿拉善实生苗（19.25 cm×18.27 cm）。在原生境地乌海四合木核心区种植的实生苗与阿拉善实生苗之间的生长量存在显著差异（P≤0.01）,与鄂尔多斯实生苗之间的生长量存在显著差异（P≤0.05）。迁地保护条件下四合木生实生苗植株叶片光合速率Pn日变化均呈“双峰”曲线。不同试验区四合木光合作用日变化（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间 CO2浓度（Ci）均表现出明显的分异。迁地保护四合木条件下原生境地栽培的四合木实生苗的光合速率>鄂尔多斯栽培的四合木实生苗的光合速率>阿拉善栽培的四合木实生苗。鉴此可以作进一步推论,孑遗濒危植物四合木从原生境地西鄂尔多斯核心区（乌海）东移进行迁地保护具有更高的生理生态适应性和生境适宜性。但完成“从种子到种子”进而实现“保存性和代表性”,最终实现四合木迁地保护的“保持性和防止性”,保持其遗传多样性和遗传稳定性,最终成功实现四合木的迁地保护仍有待作进一步探索和深入研究。     

藻华聚集的环境效应:对漂浮植物水葫芦光合作用的影响

利用适应性强、生物量大的水生植物来净化污染水体,已成为目前水体生态修复的一种快捷有效的方法.然而,在夏季蓝藻水华严重聚集的水体,藻华聚集后对水生植物的生理生态影响及其环境效应,尚缺乏系统研究.本研究以水葫芦为代表,模拟在高温阶段(水温WT25℃)、水华严重聚集时,对水葫芦的光合作用的影响进行研究,以揭示蓝藻水华聚集后造成的浅水生态系统中水生植物消亡的深层机制,并为减轻藻华聚集对水生植物的不良影响、充分发挥水生植物的水体净化功能提供理论依据.结果表明,藻华聚集会很快消耗掉水生植物根区内的溶氧,呈现缺氧状态(DO0.2 mg·L-1);植物根区内ORP出现明显下降现象,实验进行1 d后低于-100 m V,实验结束时达-200 m V,水体呈现强还原环境.与对照相比,根区内p H值低0.7个单位.藻华细胞在死亡、分解后释放大量的无机营养盐于水体中,植物根区内的NH+4-N含量比对照实验中高102倍;较高的NH+4-N含量(平均为45.6 mg·L-1)加之缺氧的协迫作用,导致植物机体受到破坏,植物的光合作用能力严重下降.叶片的平均净光合速率仅为对照的0.6倍,实验结束时其光合速率Pn为3.96μmol·(m2·s)-1,而同期对照实验的叶片净光合速率Pn为22.0μmol·(m2·s)-1;叶片蒸腾速率仅为对照的0.55倍,至实验结束时其蒸腾速率为1.38 mmol·(m2·s)-1,同期对照实验的叶片蒸腾速率为7.61 mmol·(m2·s)-1,表明藻华长期的聚集对植物产生了不可逆的伤害作用.在实际生产中,要避免蓝藻的严重堆积和快速消亡,以减轻藻华暴发对植物的伤害,充分发挥植物的水体净化功能.     

四环素类抗生素对不同蔬菜生长的影响及其富集转运特征

本研究探讨了四环素类抗生素(TCs)对两种蔬菜生长的影响及其在蔬菜体内的富集和转运特征,以期为四环素类抗生素的植物毒性和对人体健康的风险评价提供理论基础.采用土培试验研究了不同水平(0、50和150 mg·kg-1)的四环素类抗生素(四环素TC、土霉素OTC、金霉素CTC)对生菜和小白菜生长、抗生素含量及其富集转运特征的影响.结果表明,TCs总体上抑制了生菜的生长,地上部和地下部鲜重分别较CK降低了1.56%~26.84%和17.36%~51.04%,小白菜地上部和地下部鲜重反而较对照提高了3.7%~7.3%和3.1%~82.2%.TCs在一定程度上增加了生菜和小白菜的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),抑制了生菜的净光合速率(Pn),Pn在TCs为150 mg·kg-1时较CK降低了32.43%~82.43%.TCs还抑制了生菜和小白菜的SOD活性,较CK降低了29.17%~223.12%,以OTC的抑制作用最强.生菜和小白菜的MDA含量在TCs为150mg·kg-1时达到最大值(生菜地上部除外).小白菜地上部和地下部TCs的含量均高于生菜,以CTC处理的小白菜和生菜TCs含量较高.种植生菜的土壤TCs残留量高于小白菜土壤,以OTC处理的土壤TCs残留量最高.小白菜对TCs的富集系数和转运系数分别是生菜的1.07~7.35倍和1.15~2.25倍.3种四环素类抗生素中以OTC和CTC的生态风险较大.     

黄河三角洲柽柳光合作用及树干液流对潜水埋深的响应

为揭示黄河三角洲柽柳（Tamarix chinensis）叶片光合作用及耗水特征对潜水埋深的响应规律,明确维持柽柳较高光合效率及适宜生长的潜水埋深,以三年生柽柳苗木为试验材料,模拟设置淡水条件下0 m、0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m共7个潜水埋深,测定分析柽柳叶片气体交换参数的光响应过程和树干液流日动态。结果表明：不同潜水埋深可显著改变土壤水分条件,从而影响柽柳的光合作用和耗水性能,柽柳叶片净光合速率、光合光响应参数、水分利用效率以及树干液流速率具有明显的水位响应性。在浅水位（≤0.3 m）导致渍水胁迫和深水位（1.8 m）导致干旱胁迫时,柽柳幼苗光合作用受到较大抑制。柽柳呈现出耐干旱不耐水湿的光合水分适应性,深水位（≥0.6 m）柽柳的光合能力显著高于浅水位（≤0.3 m）,在潜水埋深0.9~1.5 m之间柽柳光合能力较强,1.2 m是柽柳生长最适宜的潜水埋深。     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。