本文關(guān)鍵詞：吲哚乙酸對砷脅迫下兩種鳳尾蕨屬植物光合作用的影響及機理

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【摘要】：重金屬和類金屬砷對植物生長和光合作用雖有一定的的抑制作用,但外源吲哚乙酸(IAA)不僅可以促進植物的生長和光合作用,還能促進植物富集重金屬和砷。然而,砷脅迫下外源IAA如何調(diào)節(jié)植物光合作用,目前文獻報道尚少。為研究砷脅迫下IAA對不同砷富集能力植物光合作用的影響,本研究以砷超富集植物大葉井口邊草(Pteris cretica var.nervosa)和同屬非砷超富集植物劍葉鳳尾蕨(Pteris ensiformis)為實驗材料,采用2 mg·L-1 As5+脅迫下添加不同濃度(0、10、20、40mg·L-1)IAA的水培試驗,研究了 IAA對兩種植物形態(tài)指標(株高、干重、鮮重、根長)、砷含量、光合色素(類胡蘿卜素、葉綠素a和葉綠素b)、葉綠素熒光參數(shù)(PSII最大光化學效率(Fv/Fm)、PSII實際光化學效率(ΦPSII)、光化學淬滅系數(shù)(qP)、非光化學淬滅系數(shù)(qN))、暗反應酶活性(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPC)和甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH))以及葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:1.在2mg·L-1As5-脅迫下,添加20mg·L-1IAA處理時,2種不同砷富集能力植物的干重均比對照顯著增加(P0.05),在10、40mg·L-1IAA處理時則與對照無顯著差異(P0.05)。20mg·L-IAAA處理時,2種植物的鮮重也顯著增加,并且大葉井口邊草高于劍葉鳳尾蕨。雙因素方差分析表明,植物種類之間、IAA濃度之間以及兩者交互作用對植物生物量有極顯著影響(P0.01)。砷脅迫下,砷超富集植物大葉井口邊草在添加不同濃度梯度的IAA處理后,株高與對照(0mg·L-1IAA)相比無顯著差異;在20mg·L-1IAA處理下,非超富集植物株高顯著增加(P0.05),但在10或40mg·L-1IAA處理時則與對照無顯著差異。20mg·L-1IAA處理時,2種植物的根長與對照相比均顯著增加,并且達到最大值;在10 mg·L-1 IAA處理時,2種植物根長與對照相比顯著增加;40 mg·L-1 IAA處理時,超富集植物大葉井口邊草的根長與對照相比無顯著變化,非超富集植物劍葉鳳尾蕨的根長則顯著增加。雙因素方差分析表明,植物種類之間、IAA濃度之間對植物株高和根長均有極顯著影響(P0.01)。因此,外源添加20 mg·L-1 IAA有助于兩種植物生長和生物量的增加。2.20 mg·L-1IAA處理時,2種不同砷富集能力植物的體內(nèi)總砷和葉片砷含量顯著增加,且大葉井口邊草顯著高于劍葉鳳尾蕨。與此同時,砷超富集植物大葉井口邊草在富集大量砷的同時光合色素含量、葉綠素a/b值與對照相比無顯著變化;劍葉鳳尾蕨葉片的光合色素含量在20 mg·L-1 IAA處理時開始顯著下降,葉綠素a/b值在40mg·L-1 IAA處理時顯著降低。10-40 mg·L-1的IAA處理時,大葉井口邊草葉片F(xiàn)v/Fm、ΦPSII和qN值與對照相比無顯著變化,而在20mg·L-1的IAA處理時,劍葉鳳尾蕨則顯著下降;10-40 mg·L-1的IAA處理時,大葉井口邊草qP呈增加趨勢,而劍葉鳳尾蕨則顯著下降。20 mg··L-1的IAA處理時,大葉井口邊草葉片中的RuBPC和GAPDH活性與對照相比顯著增加,后下降到對照水平,與對照無顯著差異;劍葉鳳尾蕨葉片中的RuBPC在10-40 mg·L-1的IAA處理時顯著降低,GAPDH活性在40 mg·L-1的IAA處理時與對照相比顯著降低,在其他IAA濃度處理下仍顯著高于對照。因此,大葉井口邊草在20mg·L-1IAA處理時其光合色素含量、葉綠素a/b值以及葉綠素熒光參數(shù)與對照相比無顯著變化,RuBPC活性顯著增加;而劍葉鳳尾蕨光合色素含量、RuBPC活性以及葉綠素熒光參數(shù)與對照相比顯著降低。3.從葉綠體超微結(jié)構(gòu)看,超富集植物大葉井口邊草在單一砷脅迫下依然保持葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的完整性,尤其在添加20 mg·L-1IAA時,雖然葉片富集了大量砷,但葉綠體超微結(jié)構(gòu)并未受到明顯影響,葉綠體呈橢圓形或梭形,雙膜結(jié)構(gòu)完整,基粒和基質(zhì)片層排列整齊,具有典型的健康葉綠體結(jié)構(gòu)特征,僅出現(xiàn)淀粉粒和少量嗜鋨顆粒。在10和40 mg·L-1 IAA處理時,大葉井口邊草葉綠體超微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定程度的受害癥狀,葉綠體膜系統(tǒng)發(fā)生變化,基粒數(shù)量減少或排列紊亂,基粒類囊體腫脹扭曲或變薄并且排列松散,與此同時,其光合色素含量顯著降低;而非超富集植物劍葉鳳尾蕨葉綠體超微結(jié)構(gòu)則在單一砷肋迫下葉綠體就受到傷害,呈圓形,雙層膜邊界模糊,基粒類囊體小且少,排列雜亂無章,淀粉粒大且多,少量嗜鋨顆粒出現(xiàn)。在10mg·L-1的IAA處理下,葉綠體腫脹,基粒類囊體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,出現(xiàn)融合現(xiàn)象;在20mg·L-1的IAA處理下,葉綠體雙層膜結(jié)構(gòu)幾乎消失,基粒類囊體甚少,并且也出現(xiàn)融合現(xiàn)象,伴有有少量嗜鋨顆粒出現(xiàn);在40 mg·L-1的IAA處理下,葉綠體雙層膜結(jié)構(gòu)消失,基粒類囊體也幾乎消失,出現(xiàn)的基粒也很模糊,有淀粉粒出現(xiàn),嗜鋨顆粒增多。并且在20和40 mg·L-1的IAA處理下其光合色素含量顯著降低。綜合植物葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)和葉綠素含量的變化,發(fā)現(xiàn)兩種不同砷富集能力植物在葉綠體超微結(jié)構(gòu)受害的同時,葉綠素含量也顯著下降,因此葉綠體超微結(jié)構(gòu)的破壞是導致葉綠素含量降低的結(jié)構(gòu)因素;綜合葉綠素熒光參數(shù)與葉綠體超微結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)兩種植物葉綠體超微結(jié)構(gòu)和功能受損嚴重的同時,劍葉鳳尾蕨qN值顯著降低;盡管10和40mg·L-1IAA處理時大葉井口邊草的qN值與對照相比無統(tǒng)計學差異,但有下降的趨勢。因此,外源添加20mg·L-1IAA對砷超富集植物大葉井口邊草具有一定的光合保護機制,在維持正常生長的同時,促進其超量的富集砷。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q945.78

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