全 文 ：湖南林业科技　2009年第 36卷第 1期 研究报告
收稿日期:2008— 09 — 20
修订日期:2008— 11 — 12
基金项目:湖南省软科学研究 2008zk3009
不同光强下 pH对伊乐藻光合机能的影响
陈　灿 1 , 龚　艳2 , 李　研 3
(1.湖南省环境保护科学研究院 , 湖南长沙　 410004;　 2.长沙理工大学 , 湖南长沙　410076;
3.长沙市园林科学研究所 , 湖南 长沙　 410153)
摘　要:不同光照条件下 , 研究 pH变化对伊乐藻光合机能的影响。实验在水生植物培养室中进行 , 水培箱水深
0.5m,植物在不同光照条件和 pH条件下培养 40 d, 实验发现 pH对植物的影响常常和光照的强弱有一定关联 , 在
pH高于 9.0条件下 , 伊乐藻的叶绿素含量 、PSII活力 、Rubisco活力和生物量下降 , 但在弱光条件下(60 lx)时 , 高 pH
对植物的影响程度加强。长期的高 pH水平和低光照协同作用是湖泊富营养化过程中沉水植物种群退化的重要机
制之一。
关键词:伊乐藻;pH;光合生理
中图分类号:Q945　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003— 5710(2009)01— 0015— 03
EfectofpHonElodeamutaliunderdiferentlightconditions
CHENCan1 , GONGYan2 , LIYan3
(1.HuanEnvironmentProtectionInstitute, Changsha410004, China;　2.ChangshaScienceTechnologyUniversity,
Changsha410076, China;　3.ChangshaInstituteofLandscapescience, Changsha410153, China)
Abstract:TheefectofpHonphotosyntheticfunctionofthesubmersedmacrophyteElodeamutaliwasinvestigatedunderdiferent
lightconditions.Theexperimentwascariedoutinsubmersedmacrophytecultureroomwiththecontinueddifferentlightconditionand
pHfor40daysinshalowwater-body(h=0.5m).ThemainefectonsubmersedmacrophytesbypHwasalwaysrelatedwithlight
condition.WhenthesubmersedmacrophytelivedinwaterwithavaluepHhigherthan9.0, itschlorophyllcontents, PSIIactivity,
Rubiscoactivityandbiomasswoulddecline, howevertheinfluencewouldstrengtheninlowerlightconditionnomorethan60lx.There-
fore, theremaybeapossiblemechanismofhigherpHincooperatedwithshadingeffects, whichinducesthedegenerationofsubmersed
vegetationinlargeshallowlakes.
Keywords:Elodeamutali;pH;photosynthesisphysiology
　　伊乐藻(Elodeanutali)原产北美。雌雄异株植
物于 20世纪 80年代由中科院南京地理与湖泊研究
所从日本琵琶湖引入中国。属一年生高等沉水植物 ,
可越冬生长。近年来被广泛应用于水体净化和富营
养湖泊生态恢复研究中 ,结果显示出较强的净化 N、P
(高光 , 1996;朱伟等 , 2004)和富营养湖泊生态恢复的
效果(朱松泉等 , 1996;陈灿等 , 2006),也表现出较强
的克藻效应(鲜启鸣等 , 2005)。但湖泊富营养化引起
的特征藻类暴发 ,表层沉积物的悬浮 ,导致水体透明
度下降 ,水下植物有效光合辐射(PAR)衰减 ,藻类对
水体中有效无机碳 、H2PO4 -的吸收导致水体 pH上升
(曾宪凯 , 2003)。pH上升又不利于沉水植物对无机
碳的吸收 ,从而引起沉水植物衰退 ,甚至消失。因此
探讨沉水植物对富营养水体中 pH值和光照强度的
变化的生理响应 ,对于揭示富营养湖泊藻类暴发条件
下沉水植被退化机理具有重要意义 ,同时对富营养化
湖泊藻类暴发条件下沉水植被的恢复可提供理论指
导 。
1　材料与方法
1.1　植物来源与栽培
伊乐藻植株来自东太湖 ,带回实验室后用 1M
CuSO4浸泡消毒杀菌 2 h,自来水中反复清洗 ,取 10g
鲜绿的枝叶放入水族箱(H=0.5m, R=0.2 m)中 ,加
满自来水在 3 000lx光照下驯化培养 10d,待长出根
陈　灿 ,等:不同光强下 pH对伊乐藻光合机能的影响
系后进行实验。
1.2　实验设计
实验在生物栽培室内进行 ,采用光强和 pH双
因子 4水平两重复正交实验 。光强分别设定 A1:
60 lx, A2:200lx, A3:1 000 lx, A4:4 000 lx,变动
范围在 5%以内 ,光源采用三基色冷光源 (PHIL-
IPS)。pH分别设定 B1:7.0 , B2:8.0 , B3:9.0,
B4:10.0 ,不同梯度采用 HCl和 KOH溶液调节获
得 ,每天清晨调节 1次 ,用 pH计指示读数 ,调节误
差不超过 0.1。光照周期 12 h/12 h,温度控制在
15±2 ℃,植物栽培在 5 L的玻璃烧杯中。栽培基
质:5 cm厚沙土层 +30 cm深的营养液 ,沙土层由
林下心土和消毒河沙 , 体积比为 3∶1组成 。营养
液由过夜自来水和营养盐配得。主要营养成分见
表 1。水体营养控制采用每周更换营养液 1次 。
表 1　培养液的化学成分及其浓度
化学成分 N P Ca K Mg SO42 - Cl-
浓度(mg/L) 4.2 0.2 32.0 6.0 12.0 63.0 46
1.3　采样与测试方法
实验开始 30 d后采样测定 ,每个处理中取有
代表性的 3根枝条 ,重量计入鲜重(FW), 同一指
标剪取枝条相同部位测定 。
叶绿素(chla、chlb)测定方法参照 Arnon法(李
合生 , 2000);光合系统 II(PSI)电子传递速率测
定采用邻菲啰啉盐酸显色法(汤章城主编 , 2004,
pp108 — 110);鲜叶的 ATP含量测定方法参照樊广
华(2005)方法 。
1.4　数据分析
实验数据采用 OriginPro7.0数据处理工具进
行数据处理 (误差分析等 ),差异显著性检验采用
Oneway-ANOVA中 Tuncan检验(P=0.05)。
2　结果与分析
2.1　叶片叶绿素的变化
不同试验条件下伊乐藻叶绿素含量的变化见
图 1。伊乐藻 chla和 chlb含量在较弱光(200 lx、
60 lx)显著高于较强光 (1 000 lx、 4 000 lx);弱光
条件下 ,不同 pH处理间伊乐藻叶绿素含量差异显
著(P<0.05),在 pH:8.0处理中叶绿素含量出
现峰值;而强光条件下 ,不同 pH处理间伊乐藻叶
绿素含量差异不显著(P>0.05)。
2.2　光合系统 II(PSII)电子传递速率变化
PSI是类囊体膜上存在的一种复杂的色素蛋
白复合体 ,参与水裂解放氧 ,在光合作用的电子传
图 1　不同光照条件下 , pH对伊乐藻叶绿素含量的变化
递过程中起着非常重要的作用。 PSI活力表示
PSII吸收光能后裂解水释放电子的能力大小。不
同光照条件下 pH对伊乐藻 PSI活力的变化见图
2。相同光照条件下 ,不同 pH对伊乐藻 PSI活力
影响的差异通过 Tuncan检验。光照 60 lx条件下 ,
伊乐藻 PSII活力峰值出现在 pH:7.0水体中。光
照 200 ～ 1 000 lx条件下 , 峰值出现在 pH:8.0水
体中 。较强光照条件下 (4 000 lx), 峰值出现在
pH:9.0水体中 。整体看来 ,随光照强度的增强 ,伊乐
藻 PSI活力峰值将向碱性环境偏移。同时 ,随光强的
增强 OH-对伊乐藻 PSII活力的影响显著性减小。
图 2　不同 pH条件下 ,不同光照条件下伊乐藻 PSII
活力的变化
2.3　叶片 ATP含量的变化
ATP是植物体内主要的能量传输的形式 ,在叶绿
体内是通过光合磷酸化将光能驱动形成的电位能转
变为 ATP分子中的化学能 ,贮存并推动碳同化等反
应 ,对植物的生理代谢起着非常重要的作用。不同光
照条件下 , pH对伊乐藻 ATP的影响见图 3。相同光
照条件下 ,不同 pH对伊乐藻 PSI活力影响的差异通
过 Tuncan检验。试验 30d后 ,强光(4 000lx)和弱光
(60 lx)下 ,伊乐藻叶片 ATP含量均处于较低的水平
·16·
研究报告　　　
(<40μg·g-1),在中等光强(1 000 ～ 200lx)条件
下 ,叶片 ATP含量处于较高水平 ,特别 pH在 8.0左
右时 , ATP含量超过 160μg· g-1。说明伊乐藻光合
器官在中等光强和弱碱性(pH:8.0 ～ 9.0)环境条件
下能保持较高的 ATP含量 ,维持较旺盛的新陈代谢。
图 3　不同光照条件下 , pH变化对伊乐藻 ATP含量的变化
2.4　干物质和鲜物质增长量的变化
生物量的积累反映植物光合作用的效果。从图
4可见 ,在光强 200lx下培养 ,各 pH处理中干物质的
总量均较多 ,弱光(60 lx)下较少;各光照条件下 , pH
8.0处理中干物质积累量较多。鲜物质增加量最高
出现在高光强 (4 000lx)在 pH 9.0条件下 ,光强
(1 000 lx)在 pH 8.0条件下 ,光强(200 lx)在 pH=
7.0条件下 ,光强(60lx)在各 pH条件下鲜重(FW)
均出现负增长。
图 4　不同 pH条件下光照条件对伊乐藻生物量的影响
3　讨论
伊乐藻是较为耐营养盐的沉水植物 ,具有一定的
抗逆境胁迫和适应环境的能力 。水下光强的衰减是
富营养湖泊沉水植物退化的主要原因 。水下的光强
不足将直接影响沉水植物叶绿素的合成(Barko等 ,
1983)。有报道认为高 pH可导致沉水植物生产力下
降 ,生长受抑(金送笛等 , 1991;1993;苏胜齐等 , 2001;
Xiangcan等 , 2001)。
本研究发现 ,在高光强条件下(4 000lx),沉水植
物(伊乐藻)生理功能受到抑制 ,表现在 chla和 chlb
含量 、Hil活力 、ATP含量 、叶片 Rubisco活力和生物
量的积累都比中等光强(1 000lx)的低。当水体中
pH超过 9.0,高光强下这种生理抑制表现为增强效
应 。但光强进一步降低又导致伊乐藻这些生理指标
下降。其原因可能是低光条件下叶绿素含量增加是
植物对环境的一种适应。有研究发现遮光会导致植
物叶片的叶绿素含量增加(BarkoandSmart1981, Gol-
dsborough和 Kemp, 1988),但光强减少到一定程度 ,
叶绿素合成受到抑制 ,是因为叶绿体在非常弱的光强
下很难合成叶绿素合成酶(Hong-Wei等 , 2001)。 Hil
活力 、绿色器官中 ATP含量和 Rubisco活力的变化在
强光下可能是伊乐藻产生了光抑制 ,过弱的光条件下
主要与植物光饥渴导致的一系列应激反映有关。
关于 pH升高对沉水植物胁迫机理还不十分清
楚 。本研究结果显示伊乐藻在弱碱性(pH8.0)水环
境中光合生理机能处于较佳的状态。随着 pH增高 ,
伊乐藻叶绿素含量 、Hil活力 、绿色器官中 ATP含量
和 Rubisco活力都出现下降的趋势。说明高 pH对植
物形成胁迫 ,可溶性糖类含量升高后降低 ,说明植物
受到胁迫后调节糖的代谢适应高 pH的水环境 。但
随着胁迫强度的增加 ,超出植物体的耐受限 ,表现出
可溶性糖含量的下降。因为有研究证明糖的关键作
用在于积累到一定临界水平可启动内源 ABA的形
成 ,提高抗性(Zeiger, 2002)。
pH升高对植物造成的胁迫机制可能有以下 4条
途径;① pH的升高改变了水中其它的重要生态因
子 ,例如水体氨氮含量和无机碳形态的改变 ,因为水
体氨氮含量升高会对沉水植物产生胁迫 ,王珺等发现
水体中氨氮含量的上升将对轮叶黑藻产生胁迫作用
(王珺等 , 2005;2006);②水体 pH上升将导致游离
CO2的下降 ,植物可直接利用无机碳源形态 CO2 和
H2CO3的减少 ,从而使沉水植物光合作用受阻 ,光合
速率下降(金送笛等 , 1991;苏胜齐等 , 2001);③叶周
围的 pH变化可能影响其叶绿素的合成 (Xiangcan
等 , 2001);④如果沉水植物叶周围水相 OH-离子较
高 ,其叶将释放更多的 H+离子以调节 ,这种调节需要
消耗更多的能量。因此关于 pH对沉水植物的作用机
制仍需进一步研究。本研究发现伊乐藻在弱碱性水
环境中光合生理机能处于较佳的状态 ,这与 Vester-
gaard等(2000)在 Danmark82个湖泊中的水生植物
种群调查发现的结果一致。他们的发现:伊乐藻属
　　　 (下转第 14页)
·17·
龚玉子 ,等:库拉索芦荟组织培养技术研究
表 6　库拉索芦荟生根培养基的优化筛选
培养基
编号
培养基配方
基本培养基 NAA(mg·L-1)
根诱导率
(%) 生根数
初始出根
天数(d)
11 MS 0.0 78.1bB 2.1bB 15
12 MS 0.2 100aA 3.2bB 12
13 MS 0.5 100aA 6.3aA 9
14 MS 1.0 100aA 5.1abAB 10
15 1/2MS 0.0 70cB 1.8bB 17
16 1/2MS 0.2 100aA 2.8bB 13
17 1/2MS 0.5 100aA 3.3bB 12
18 1/2MS 1.0 100aA 4.2abAB 10
基 ,稍加晾干 ,将小苗移栽到营养袋中 ,移栽基质为营
养土∶沙土 =3∶1。移栽后注意通风保湿 、遮荫 ,防止
根部积水烂根 , 40 d后 ,移栽成活率可达 70%。
3　结论
研究表明 ,库拉索芦荟继代培养基中 , BA浓度以
2.0 ～ 3.0 mg·L-1、糖浓度以 3%为宜 ,继代培养基以
MS+BA3.0mg·L-1 +NAA0.5 mg· L-1为最佳 ,其
芽增殖系数达 5.2;生根培养中 , NAA激素对试管苗
生根率和生根数都有极显著影响 ,生根培养基以 MS
+NAA0.5mg·L-1为最佳 ,生根率 100%,平均生根
数 6.3条;试管苗炼苗 3 ～ 7d后移栽到营养土∶沙土
=3∶1的基质上 ,移栽成活率可达 70%以上 ,在移栽
过程中特别要注意移栽基质不能过湿 ,以免造成根部
积水烂根。
致谢:本文得到湖南省森林植物园饶红欣研究
员的悉心指导 ,在此特表感谢 !
参考文献:
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　(上接第 17页)
植物主要分布在 pH7.5 ～ 8.5的水域 ,很少出现在低
pH水域 ,而且要求碱度较高。但湖泊中 pH长期高于
9.0将对伊乐藻造成胁迫 ,导致光合色素含量下降 ,
正常的光合生理过程受阻 ,不利于种群生存和扩张。
当水体中光强的减弱(<60lx)时 ,高 pH对植物的影
响程度加强。长期的高 pH水平和低光照是湖泊富营
养化过程中沉水植物种群退化的重要原因之一。
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·14·