【摘要】：近年來鄱陽湖濕地沉水植被退化趨勢明顯,生物多樣性降低,探尋影響沉水植物生長、繁殖與分布的重要環(huán)境因子及其作用機制,對維護鄱陽湖濕地的生態(tài)平衡具有重要的意義。本文利用葉綠素熒光動力學技術(shù)和中尺度實驗,結(jié)合植物和沉積物等理化指標的測定,研究了不同水深和營養(yǎng)鹽濃度復(fù)合作用下鄱陽湖典型沉水植物的生理生態(tài)響應(yīng)過程,探討了重金屬脅迫下沉水植物光合系統(tǒng)響應(yīng)的內(nèi)在機制,獲得的主要研究結(jié)論如下:1.三種沉水植物(苦草、馬來眼子菜和黑藻)均通過橫向生長(增加分枝數(shù)或分株數(shù))來適應(yīng)光源充足的淺水區(qū),通過豎向生長(增加株高或節(jié)間距)獲取光源來適應(yīng)深水區(qū)�？嗖葸m應(yīng)高光強的能力弱于馬來眼子菜和黑藻,適應(yīng)低光強的能力強于兩者,故其更適合在水域下層生長。馬來眼子菜耐受營養(yǎng)鹽的范圍最小。在相同水深和營養(yǎng)鹽條件下,黑藻的光量子產(chǎn)量高于馬來眼子菜和苦草。黑藻耐受營養(yǎng)鹽的范圍最廣且繁殖快,是其在鄱陽湖分布越來越廣的主要原因。2.淺水區(qū)(1.0 m)或深水區(qū)(2.0 m),苦草的光合作用均受到抑制,Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax、可溶性蛋白含量和生物量降低,MDA含量增高。水深和營養(yǎng)鹽的交互效應(yīng)只對株高、生物量、Fv/Fm、CAT和MDA影響顯著。在中度富營養(yǎng)環(huán)境下,苦草的生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax最大,其最適宜在此環(huán)境生長,最適宜的水深是1.0-2.0 m。3.營養(yǎng)鹽濃度對馬來眼子菜形態(tài)指標、光合熒光特性和生理指標的影響比水深變化造成的影響均大,兩者的交互效應(yīng)對形態(tài)指標(株高、分株數(shù)和生物量)、Fv/Fm、Y(NPQ)、ETR_(max)和生理指標影響均顯著。在中營養(yǎng)環(huán)境中,馬來眼子菜的生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)和ETRmax最大。隨著營養(yǎng)鹽濃度和水深增加,MDA積累過量,電子傳遞速率下降,植株逐漸枯萎死亡。馬來眼子菜最適宜在中營養(yǎng)環(huán)境生長,最適宜的水深是1.0-1.5 m。4.水深對黑藻形態(tài)指標(除分枝數(shù))、光合熒光特性(除Y(NPQ))和生理指標(除可溶性糖含量)的影響比營養(yǎng)鹽的影響大,兩種因子的交互效應(yīng)只對生物量、莖節(jié)數(shù)、可溶性蛋白和可溶性糖的影響顯著。在中度和重富營養(yǎng)環(huán)境中,黑藻生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)和ETR_(max)差異不顯著,其最適宜在此兩種環(huán)境生長,最適宜的水深是1.0-1.5 m。5.隨著水體Cu~(2+)、Cd~(2+)及復(fù)合濃度的增加,苦草和馬來眼子菜的株高、生物量均顯著下降;光合色素含量逐漸下降,其中葉綠素a比葉綠素b下降明顯,且Cu~(2+)對葉綠體的毒害作用比Cd~(2+)更大。苦草和馬來眼子菜是銅、鎘超富集植物,且均對銅的富集能力比鎘強。馬來眼子菜對銅、鎘的耐受能力比苦草強。可優(yōu)選馬來眼子菜作為低濃度Cu~(2+)、Cd~(2+)污染水域的修復(fù)物種。6.苦草在Cu~(2+)濃度0.5 mg/L或Cd~(2+)濃度2.0 mg/L的環(huán)境下具有正常的光合活性;Cu~(2+)濃度大于2.0 mg/L苦草無法長時間生存;Cu~(2+)+Cd~(2+)復(fù)合濃度3.0 mg/L超過苦草的自我調(diào)節(jié)能力,熒光特性已不能測出。隨著重金屬濃度的增加葉片利用光能的效率下降,PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞受到明顯的抑制;苦草通過自身調(diào)節(jié)以熱的形式將過剩光能耗散,以減輕PSⅡ反應(yīng)中心受傷害的程度。7.馬來眼子菜在Cu~(2+)濃度1.0 mg/L或Cd~(2+)濃度2.0 mg/L的環(huán)境下光合活性較強;Cu~(2+)濃度3.0 mg/L馬來眼子菜無法長時間生存;Cu~(2+)+Cd~(2+)復(fù)合濃度4.0 mg/L超過馬來眼子菜的自我調(diào)節(jié)能力,其受損嚴重,熒光特性已不能測出。8.重金屬對植株葉片的損傷從葉片邊緣開始,循序到葉脈附近,對葉片的損傷程度表現(xiàn)為:Cu~(2+)Cu~(2+)+Cd~(2+)Cd~(2+)。Cu~(2+)、Cd~(2+)及復(fù)合污染下,葉綠素含量的降低程度小于光合速率的降低,其中Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax的反應(yīng)最靈敏,可作為苦草和馬來眼子菜受損傷的生物標志物。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X524;X173
【圖文】：

圖 1.1 沉水植物對氮、磷營養(yǎng)鹽的抗氧化反應(yīng)ig 1.1 Antioxidant responses of submerged macrophytes to N and P nutrrients金屬脅迫下沉水植物的響應(yīng)來，銅、鎘、鉛、鉻等重金屬污染在世界范圍內(nèi)得到廣泛關(guān)注，生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[60]。在中國，金屬礦業(yè)引起嚴重的重金是在長江中下游地區(qū)[61-62]。大量研究表明，許多沉水植物能夠富集中的重金屬[63-64]，且不同種類的沉水植物對重金屬的耐受性也有新課題組研究了重金屬對菹草、黑藻、竹葉眼子菜的毒害作用，不、Cd處理濃度脅迫對植物葉綠素含量、可溶性蛋白量、抗氧化防御POD、CAT、MDA、ASA、GSH）及細胞超微結(jié)構(gòu)都有影響[67-70]。了汞、鎘復(fù)合污染對金魚藻、狐尾藻[71]，鎘、鉻(VI)復(fù)合脅迫對菹復(fù)合脅迫下植物的葉綠素含量、過氧化物酶活性、可溶性蛋白含量

圖 1.2 鄱陽湖濕地沉水植物退化的原因Fig 1.2 The causes of submerged macrophytes degradation in Poyang lake目的與意義 年以來，隨著鄱陽湖“平垸行洪、退田還湖”、三峽水利樞紐峽江水利樞紐建成運行及鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)建設(shè)，鄱陽湖水文生境、濕地演替及植被群落已在悄然發(fā)生變化[121，122]。由于近化和長江來水不足等因素的影響，湖泊水位呈現(xiàn)下降的趨勢，生較大變化[117]，致使?jié)竦刂脖话l(fā)生相應(yīng)變化，退化趨勢明顯[1被的分布面積、優(yōu)勢種群及群落組成均發(fā)生變化。湖流域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，由于礦產(chǎn)開發(fā)及工業(yè)廢水的濫排濫放屬污染問題日益突出[67]。重金屬不能自然降解或被微生物所分食物鏈的生物放大作用富集生物體并損害動物和人類健康[124]。

【參考文獻】

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本文編號：2733842