超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.)光合作用对镉胁迫响应机理的研究

目前，镉污染已成为世界性的环境问题之一，植物修复提取技术是镉污染土壤治理的理想途径，超积累植物是植物提取修复技术的核心问题。对植物重金属超积累的生理生化过程研究正成为超积累植物新的研究热点。光合作用是超积累植物支撑其完成重金属超富集能力的基础，针对目前超积累植物存在生长速率慢、生物量小的缺点，进行生物量较大超积累植物光合作用对重金属胁迫响应机理的研究显得尤为重要。本项目以镉超积累植物龙葵和非超积累植物茄子为实验材料进行比较研究，通过光系统Ⅱ功能测定、蛋白质印迹以及酶学测定等，从光系统II的原初光化学反应及其多肽组分、碳同化酶活性、光合气体交换参数等方面综合分析研究结果，从而探讨镉超积累植物光合作用对镉胁迫的响应机理，以期为光合效率高、生物量大超积累植物的筛选以及揭示超积累植物耐性机理的研究提供一定的理论依据，并对提高复重金属污染土壤植物修复效率，进而保护生态环境都具有一定的实践意义。

在三年的研究工作当中，基本完成了计划中的研究工作内容，本项目以镉超积累植物龙葵和非超积累植物茄子为实验材料进行比较研究，通过植物生物量、色素含量、光系统Ⅱ功能测定等，研究了镉胁迫对植物光系统II的原初光化学反应、光合气体交换参数等的影响，特别是对能量和电子传递的影响进行了较为升入的研究，并综合分析研究结果，从而探讨镉超积累植物光合作用对镉胁迫的响应机理，并对外源钙缓解植物镉胁迫的机制进行了研究。研究成果正在整理准备发表。. 研究结果表明，从生物量及色素含量的变化趋势来看，与茄子相比较，龙葵在镉胁迫下能保持较高的生物量和色素含量，对镉具有较强的耐受能力；镉处理引起龙葵和茄子幼苗的Pn和Gs均显著降低，并伴随着Ci的升高，表明镉处理对龙葵和茄子光合作用的限制可能是由非气孔限制引起的，龙葵胞间CO2浓度(Ci)的上升幅度小于茄子，表明龙葵在镉胁迫下能维持较高的光合速率；高镉浓度引起Fv /Fm、RC/CS均显著降低，这说明Cd2 + 胁迫可破坏或抑制龙葵和茄子叶片PSⅡ反应中心活性，且对茄子的破坏或抑制作用大于龙葵，说明龙葵的PSⅡ反应中心对镉的抗性大于茄子，且仍能维持较多数量的有活性反应中心，有利于光合能力的运转；与茄子相比，龙葵在镉胁迫下能增加更多的单位反应中心吸收的光能和耗散能量，使PSⅡ反应中心保持高的激发能转化效率，以此来适应镉胁迫；高镉浓度胁迫下龙葵和茄子叶片 ΔK-band > 0，说明放氧复合体遭受破坏，导致失活，对茄子放氧复合体的损伤程度大于茄子，龙葵的放氧复合体在镉胁迫下仍能运转；高镉浓度胁迫下茄子ΔL-band > 0，说明茄子基粒类囊体解离，导致PSⅡ复合物之间的离散度增加，从而引发PSⅡ复合物单元之间的能量传递受阻，龙葵能保持能保持较好的类囊体稳定性和PSⅡ复合物单元之间的能量传递的畅通，从而提高光合作用对镉胁迫的耐受性；外源钙能逆转龙葵生物量、色素含量、荧光参数等的变化趋势，结果表明外源钙对龙葵幼苗的镉胁迫伤害有一定的缓解作用。