免费文献传递   相关文献

Cu和Cd联合胁迫对海草泰来藻光合作用的影响



全 文 :Cu和 Cd联合胁迫对海草泰来藻光合作用的影响*
冯韶辉
1,2,3
黄小平
1**
张景平
1,3
( 1 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室,广州 510301; 2中国科学院研究生院,北京 100049; 3中国科
学院海南热带海洋生物实验站,海南三亚 572000)
摘 要 利用叶绿素荧光技术研究了重金属 Cu和 Cd联合胁迫对热带海草泰来藻(Thalas-
sia hemprichii)光合作用的影响。结果表明:Cd与较高浓度 Cu(1. 0 mg·L-1)的联合胁迫均
使荧光参数———最大光量子产量(Fv /Fm)、光化学猝灭系数(qP)及非光化学猝灭系数
(NPQ)显著降低,且海草于暴露 5 d后死亡,表明在 Cd 与较高浓度 Cu 的联合胁迫下泰来
藻的光合作用遭受严重破坏,光保护机制丧失;而 Cd与较低浓度 Cu(0. 1 mg·L-1)的联合
胁迫 5 d后使 qP 和 NPQ反而有所上升,并且在恢复期,Fv /Fm 可恢复至暴露前的水平,表明
Cd与较低浓度 Cu的联合胁迫可激发泰来藻的光保护机制。另外,在 Cu 和 Cd 的联合胁迫
下,海草叶片色素含量均表现出随 Cd 浓度的上升而增加的趋势,表明在复合胁迫下,仅用叶
绿素等色素含量判断海草受胁迫程度存在不准确性,需要结合其他指标做进一步的分析。
关键词 Cd;Cu;联合胁迫;泰来藻;光合作用;叶绿素荧光
中图分类号 S963 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2013)6-1545-06
Effects of coupled stress of copper and cadmium on the photosynthesis of seagrass Thalassia
hemprichii. FENG Shao-hui1,2,3,HUANG Xiao-ping1**,ZHANG Jing-ping1,3 (1State Key Labo-
ratory of Tropical Oceanology,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sci-
ences,Guangzhou 510301,China;2University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,
China;3Tropical Marine Biological Research Station in Hainan,Chinese Academy of Sciences,San-
ya 572200,Hainan,China). Chinese Journal of Ecology,2013,32(6) :1545-1550.
Abstract:By using chlorophyll fluorescence technique,this paper investigated the photosynthetic
parameters of seagrass Thalassia hemprichii under the coupled stress of Cu and Cd. Under the
stress of Cd plus higher concentration (1. 0 mg·L-1)Cu,the maximum quantum yields (Fv /
Fm) ,photochemical quenching (qP) ,and non-photochemical quenching (NPQ) declined
remarkably,and the seagrass died after 5 days exposure,indicating that the photosynthesis of
T. hemprichii suffered from severe damage,and the photo-protective mechanisms lost. On the
contrary,after 5 days coupled stress of Cd and lower concentration (0. 1 mg·L-1)Cu,the qP
and NPQ had somewhat increase,and the Fv /Fm recovered to the pre-exposure level during re-
covery period,suggesting that the photo-protective mechanisms of T. hemprichii could be pro-
voked and enhanced under the coupled stress of Cd and lower concentration Cu. In addition,un-
der the coupled stress of Cu and Cd,the pigment content of the seagrass increased with increas-
ing concentration Cd,suggesting that simply using pigment content to assess the stressed level of
seagrass was inaccurate,and other indices and further analysis were needed.
Key words:Cu;Cd;coupled stress;Thalassia hemprichii;photosynthesis;chlorophyll fluores-
cence.
* 国家自然科学基金项目(41076069、40776086)和南海区海草床环
境质量综合评价方法项目(DOMEP-(MEA)-01-03)资助。
**通讯作者 E-mail:xphuang@ scsio. ac. cn
收稿日期:2013-01-19 接受日期:2013-03-05
海草广泛分布于近岸沿海水域(Short et al.,
2011) ,具有较高的生产力(Short & Wyllie-Echever-
ria,1996)。海草床生态系统有十分重要的生态功
能和经济价值,然而,由于人为因素引起的海草生境
的退化正在全世界范围内蔓延(Waycott et al.,
2009;Short et al.,2011)。
海草可以同时经由叶片和根分别从海水和沉积
物中吸收重金属(Lyngby et al.,1982;Ward,1987;
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2013,32(6) :1545-1550
DOI:10.13292/j.1000-4890.2013.0268
彭勃等,2010) ,因此,其对重金属具有较强的累积
能力。大量研究表明,高浓度的 Cu 或 Cd 暴露会引
起海草叶中色素的含量显著下降,诱发海草叶片过
早的衰老脱落,进而影响海草的光合作用,造成各荧
光参数的显著改变,如 ΔF /Fm显著下降等。Macin-
nis-Ng和 Ralph(2002,2004)研究发现,在高浓度 Cu
(1. 0 或 5. 0 mg·L-1)下暴露 10 h 引起摩羯大叶藻
(Zostera capricorni)有效光量子产量 ΔF /Fm及各色
素含量的显著下降。Ralph 和 Burchett(1998)研究
发现,高浓度的 Cu或 Cd(1. 0 ~ 10. 0 mg·L-1)暴露
导致喜盐草(Halophila ovalis)ΔF /Fm的显著下降,
同时色素含量的分析结果也证实了这一点。Li 等
(2012)的研究也发现,高浓度 Cu 或 Cd(> 1. 0
mg·L-1)暴露 1 d 后引起泰来藻 ΔF /Fm和叶绿素
a、b含量的显著下降。以上研究结果均表明,短期单
一重金属(Cu或 Cd)胁迫下,海草色素含量的分析结
果能够较好地反映叶绿素荧光参数的分析结果。
叶绿素荧光动力学技术被称为研究植物光合功
能的快速、无损伤探针(Papageorgiou & Govindjee,
2004;Baker,2008) ,其在测定植物光合作用过程中
光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面具有
独特的作用(张景平和黄小平,2008,2009)。目前,
叶绿素荧光技术在海草生态学中得到了广泛的应
用,而这方面的研究主要在国外进行,尤其是关于重
金属联合胁迫对热带海草泰来藻(Thalassia hemp-
richii)光合作用影响的研究还未曾见过报道。环境
干扰通常是多种干扰产生耦合作用(Keltjens & van
Beusichem,1998) ,多种污染物共同作用形成的复合
污染在实际环境中更为常见。人类活动对海草生境
的影响持续加剧,同时海草自身累积重金属的特点,
使得海草受到重金属联合胁迫的可能性加大,因此,
研究重金属联合胁迫对海草光合作用的影响显得十
分必要。本文就 Cu 和 Cd 联合胁迫对泰来藻光合
作用的影响进行研究,并分析其可能具有的生态学
意义,从而为海草床的保护与可持续利用提供科学
依据。
1 材料与方法
1. 1 海草的采集与培养
于 2012 年 1 月在海南陵水县新村湾采集泰来
藻。在采集植株时,铲子(不锈钢)入地 12 ~ 15 cm,
目的是保存植株的完整性。采集后,立即就地用海
水冲洗海草各部位,以去除碎屑物和沉积物。将海
草装入泡沫箱,运回实验室。
在实验室中,将海草分装入玻璃水缸中(水缸
体积为 27 cm×22 cm×25 cm,可装海水 12 L) ,用经
0. 45 μm膜过滤的采集地海水(Fabris et al.,1982) ,
在光强为 250 μmol photons·m-2·s-1(由金属卤素
灯提供)和 25 ℃条件下预培养 5 d。5 d 适应期后,
去除死亡和衰老的组织,选取 100 株株高 18 cm 左
右、株龄相近,且根、茎、叶各部位生长良好的植株在
上述玻璃水缸中进行胁迫培养。
1. 2 Cu和 Cd联合胁迫实验
研究表明,新村湾海水中 Cd 的浓度范围为
0. 06 ~ 0. 12 μg·L-1,Cu 的浓度范围为 2. 99 ~ 3. 26
μg·L-1(Li & Huang,2012)。同时,根据海水水质
标准(GB 3097—1997) ,第四类海水中 Cd 和 Cu 的
最高浓度分别为 0. 01 和 0. 05 mg·L-1。因此,为了
更好地体现实验设计的生态相关性(Niederlehner &
Cairns,1992) ,也为了能在短期的毒性胁迫实验中
观察到毒性症状,故实验设计中 Cd 或 Cu 的最高浓
度为第四类海水水质标准的 10 ~ 20 倍左右,即 Cd
的浓度梯度为 0. 001、0. 01 和 0. 1 mg·L-1,Cu 的浓
度梯度为 0. 1 和 1. 0 mg·L-1。同时,设置 1 个对照
(不添加 Cu 和 Cd 的处理) ,共 7 种处理,即分别为
对照(Cu= 0,Cd = 0)、A(Cd = 0. 001 mg·L-1,Cu =
0. 1 mg· L-1)、B(Cd = 0. 001 mg· L-1,Cu = 1. 0
mg·L-1)、C (Cd = 0. 01 mg · L-1,Cu = 0. 1
mg·L-1)、D (Cd = 0. 01 mg · L-1,Cu = 1. 0
mg·L-1)、E(Cd=0. 1 mg·L-1,Cu = 0. 1 mg·L-1)
和 F(Cd=0. 1 mg·L-1,Cu = 1. 0 mg·L-1) ,每种处
理重复 3 次,每个重复分配 15 ~ 20 株海草。所有的
Cd处理溶液均用 CdCl2·1 /2H2O 固体进行配制,
Cu处理溶液均用 CuCl2·2H2O 固体进行配制。联
合胁迫实验是静态条件下进行的,营养液每隔 2 d
更换一次(Fabris et al.,1982) ,并将 Cd 和 Cu 的浓
度调整到初始水平。实验过程中用增氧泵连续温和
通气。pH 值用 0. 1 mol·L-1 HCl 或 0. 1 mol·L-1
NaOH调节,维持在 8. 0 左右,控制光强为 250 μmol
photons·m-2·s-1。5 d 后随机选取部分海草用于
为期 7 d的海草恢复实验。
1. 3 叶绿素荧光分析
本研究采用调制叶绿素荧光仪 Mini-PAM
(Walz,Germany)测量海草的叶绿素荧光参数。海
草经过一段时间的暗适应后(15 min) ,打开恒定的
光化光,并配合 Walz 公司的 WinControl 3. 0 软件,
6451 生态学杂志 第 32 卷 第 6 期
可得到一条荧光动力学曲线,被称为叶绿素荧光诱
导曲线,也称之为 Kautsky 效应(Govindje,1994)。
从诱导曲线上可得到以下几个有价值的荧光参数:
最大量子产量或 PSⅡ最大光合效率(Fv /Fm) ;光化
学淬灭系数(qP) ;非光化学淬灭系数(NPQ)等(Bil-
ger & Bjrkman,1990;Schreiber et al.,1994)。其
中,qP依赖于首要电子受体 Qa 的氧化还原状态,它
反应了植物光合活性的高低;NPQ反映的是 PSⅡ天
线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热形式耗
散掉的光能部分,是一种自我保护机制,对光系统起
一定的保护作用(Schreiber et al.,1994;Müller et
al.,2001) ;Fv /Fm =(Fm-F0)/Fm,Fm 为在暗适应下
打开饱和脉冲时得到的最大荧光产量,F0 为打开饱
和脉冲前的初始荧光产量,Fv /Fm 反映了植物潜在
最大光合能力(Schreiber et al.,1994)。
进行诱导曲线分析的步骤如下:设定光化光强
度为 5,延迟设定为 40 s,两次饱和光之间的间隔为
20 s。这样得到的诱导曲线可使达到稳定状态的
Fm是 Fm 的 1 /3 ~ 2 /3。并取最后 4 个测量参数的
平均值用于计算 NPQ和 qP 等参数。在暴露 8、24、
72 h、恢复 24 h、恢复 72 h、恢复 120 h后对泰来藻进
行诱导曲线分析。测量时选择成熟叶,并在近轴面
叶子的中部测定(Ralph,2000)。
1. 4 色素含量分析
在暴露的第 5 天,对泰来藻叶各色素的含量进
行了分析。采用 Dennison(1990)的方法,用 722S型
分光光度计分别在 725、663、645 和 470 nm 4 个波
长处测定萃取液的吸光值,并计算叶绿素含量
(Prange & Dennison,2000)。
1. 5 数据分析
所有数据均用 Microsoft Excel 2010 和 SPSS
13. 0 软件进行处理,用双因素方差分析法(two-way
ANOVA)对各色素的含量进行方差齐性、正态性和
显著性检验,用三因素方差分析法(three-way ANO-
VA)对各荧光参数的变化进行方差齐性、正态性和
显著性检验,用 LSD 法进行平均数的多重比较,所
得结果均为 3 次重复的平均值±标准差。α = 0. 05
分析显著性。利用 SigmaPlot 10. 0 软件作图。
2 结果与分析
2. 1 荧光参数的变化
在 Cd(0. 001、0. 01 和 0. 1 mg· L-1)与 1. 0
mg·L-1 Cu 的联合胁迫下暴露 5 d,泰来藻的叶片
已经开始发黑,Mini-PAM仪已难以根据叶片释放的
荧光计算其各荧光参数,因此缺少该处理条件下恢
复期的数据(即图1中的处理B、D、F)。三因素方
图 1 不同处理条件下各荧光参数随着时间的变化
Fig. 1 Time course of different fluorescence parameters of
samples exposed to various treatments. Error bars indicate
the 95% confidence interval of the mean
对照:不添加 Cu和 Cd的处理;A:Cd=0. 001 mg·L-1和 Cu = 0. 1 mg
·L-1;B:Cd=0. 001 mg·L-1和 Cu=1. 0 mg·L-1;C:Cd=0. 01 mg·
L-1和 Cu=0. 1 mg·L-1;D:Cd=0. 01 mg·L-1和 Cu = 1. 0 mg·L-1;
E:Cd=0. 1 mg·L-1和 Cu=0. 1 mg·L-1;F:Cd=0. 1 mg·L-1和 Cu=
1. 0 mg·L-1;n=3。
7451冯韶辉等:Cu和 Cd联合胁迫对海草泰来藻光合作用的影响
表 1 暴露 4 d后各色素的含量(mg·g-1)
Table 1 Content of pigments after 4 days’exposure
处理(mg·L-1) 叶绿素 a 叶绿素 b 叶绿素 a /b 总叶绿素 类胡萝卜素 总叶绿素 /类胡萝卜素
对照 0. 733±0. 125 b 0. 517±0. 163 ab 1. 457±0. 185 1. 249±0. 288 b 0. 274±0. 060 b 4. 552±0. 091 c
A(Cd:0. 001,Cu:0. 1) 0. 647±0. 061 b 0. 405±0. 045 bc 1. 600±0. 057 1. 053±0. 105 b 0. 247±0. 032 bc 4. 272±0. 140 c
B(Cd:0. 001,Cu:1. 0) 0. 384±0. 035 c 0. 271±0. 023 d 1. 415±0. 024 0. 656±0. 058 c 0. 118±0. 014 d 5. 584±0. 256 b
C(Cd:0. 01,Cu:0. 1) 0. 748±0. 069 b 0. 497±0. 065 ab 1. 512±0. 059 1. 245±0. 133 b 0. 281±0. 032 b 4. 435±0. 138 c
D(Cd:0. 01,Cu:1. 0) 0. 415±0. 020 c 0. 294±0. 015 cd 1. 414±0. 009 0. 709±0. 035 c 0. 120±0. 003 d 5. 894±0. 210 a
E(Cd:0. 1,Cu:0. 1) 0. 885±0. 041 a 0. 623±0. 023 a 1. 422±0. 067 1. 508±0. 054 a 0. 341±0. 012 a 4. 421±0. 134 c
F(Cd:0. 1,Cu:1. 0) 0. 642±0. 047 b 0. 474±0. 052 b 1. 360±0. 052 1. 116±0. 099 b 0. 202±0. 014 c 5. 519±0. 173 b
所有数据均为平均值±SD。同列中不同的字母(a、b、c和 d)表示处理间存在显著性差异(P<0. 05)。
差分析结果表明,Cu的浓度对暴露期各荧光参数的
影响最为显著(P<0. 001,图 1)。
由图 1a可知,Cd 与 1. 0 mg·L-1 Cu 的复合处
理使泰来藻 Fv /Fm 随着暴露时间的增加而呈现急
剧下降趋势,最大下降幅度为 63. 8% (与对照相
比)。并且海草于暴露的 5 d 后死亡,PAM 仪已无
法根据其测得的荧光值(F t 为 20 左右)计算其 Fv /
Fm。然而,在 Cd与 0. 1 mg·L
-1 Cu的复合处理下,
Fv /Fm 在暴露期虽有所下降(但与对照并无显著差
异) ,且在恢复期可恢复至暴露前的水平。
在 Cd 与 1. 0 mg·L-1 Cu 的联合胁迫下,泰来
藻 qP和 NPQ在暴露期急剧下降(与对照相比,最大
下降幅度分别为 66. 5%和 89. 2%) ,直至海草死亡;
而 Cd与 0. 1 mg·L-1 Cu的复合处理虽使海草的 qP
和 NPQ在暴露 8 h后显著低于对照,但在暴露 24 h
后,qP和 NPQ波动状回升,在暴露 72 h后增幅分别
为 11. 7% ~ 18. 1%和 13. 3% ~ 29. 0% (与对照相
比) ,并于恢复期仍保持相对较高的数值(图 1)。
由图 1d 可知,qP /NPQ 比值在 Cd 与 1. 0 mg·
L-1 Cu的复合处理下波动较大,在暴露 24 h 后降至
最低值,但在暴露 72 h 后,出现回升;而在对照和
Cd与 0. 1 mg·L-1 Cu的复合处理下,比值 qP /NPQ
在整个暴露期和恢复期近似保持常数,并且各处理
间不存在显著性差异。
此外,由图 1 可知,与处理 B(0. 001 mg·L-1 Cd
与 1. 0 mg·L-1 Cu)和处理 F(0. 1 mg·L-1 Cd 与
1. 0 mg·L-1 Cu)相比,处理 D(0. 01 mg·L-1 Cd 与
1. 0 mg·L-1 Cu)下的泰来藻受胁迫程度相对较轻,
比如 Fv /Fm、qP和 NPQ相对较高等。
2. 2 色素含量的变化
由实验观察得知,在 Cd 与 1. 0 mg·L-1 Cu 的
联合胁迫下暴露 3 d,泰来藻叶片就已显示出不同程
度的失绿症状,其中幼叶受影响程度较大。失绿症
状始于叶尖和叶边缘,并逐渐向叶基部扩散。
由表 1 可知,在 Cu 和 Cd 联合胁迫下暴露 4 d
后(即第 5 天) ,泰来藻各色素(叶绿素 a、叶绿素 b
和类胡萝卜素)的含量具有显著的 Cu 和 Cd 浓度依
赖性。首先,Cu暴露浓度的增加显著降低各色素的
含量。例如,对处理 E 和 F 而言,Cu 暴露浓度的增
加使处理 F 各色素的含量均显著低于处理 E。其
次,Cd暴露浓度的增加使各色素的含量也增加。例
如,泰来藻叶中叶绿素 a 的含量呈现出以下规
律:E(0. 885 mg· g-1)> C(0. 748 mg· g-1)> A
(0. 647 mg·g-1)。然而,总叶绿素 /类胡萝卜素的
比值的变化规律与各色素含量的变化规律相反,且
对照和 Cd与 0. 1 mg·L-1 Cu 的复合处理之间无显
著差异。此外,叶绿素 a /b值在各处理间变化不大,
不存在显著差异(表 1)。两因素方差分析结果还表
明,Cu和 Cd之间存在交互作用,但此交互效应对各
色素含量的影响并未达到显著性水平,但 Cu 或 Cd
的浓度对各色素含量的影响均达到显著性水平。
3 讨 论
3. 1 复合胁迫对各荧光参数的影响
本研究发现,与其他处理相比,Cd 与较高浓度
Cu的复合处理均使 Fv /Fm、qP和 NPQ显著降低,这
与 Prange和 Dennison (2000)的研究结果类似,他们
发现,在 1. 0 mg·L-1 Cu 下暴露 6 d 使摩羯大叶藻
的 Fv /Fm 显著下降。然而,与低浓度 Cd 和较高浓
度 Cu的复合处理以及高浓度 Cd 和较高浓度 Cu 的
复合处理相比,在中等浓度 Cd 和高浓度 Cu 的复合
处理下的泰来藻受胁迫程度相对较轻,比如 Fv /Fm、
qP 和 NPQ相对较高等。qP 反应了植物光合活性
的高低,NPQ反应了植物耗散过剩光能为热能的能
力(Schreiber et al.,1994;Maxwell & Johnson,2000;
Müller et al.,2001) ,较高的 qP 和 NPQ 表明海草受
8451 生态学杂志 第 32 卷 第 6 期
胁迫程度相对较轻,内部的光保护机制发挥了一定
的作用。叶绿体是泰来藻叶片进行光合作用的场
所,Cd较少的分配在叶绿体部位可有效地减弱 Cd
对光合作用过程的影响。此外,Cd 与较低浓度 Cu
的复合处理使泰来藻 qP 和 NPQ均表现出高于对照
的趋势,这说明此种联合胁迫在一定程度上会增强
泰来藻的光合活性和光保护能力,在此种胁迫下泰
来藻叶片可将过剩的光能有效的耗散为热能,从而
保证光合作用过程正常有效的动作。
3. 2 复合胁迫对各色素含量的影响
相比 Cd与较低浓度 Cu的复合处理,Cd与较高
浓度 Cu的复合处理使叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素
及类胡萝卜素的含量显著降低。有研究表明,海草
对 Cu胁迫非常敏感(Giordani et al.,2000) ,Cu会干
扰色素的合成过程,进而引发叶绿素的解体(Prasad
& Strzalka,1999;Macinnis-Ng & Ralph,2002) ,且 Cu
的浓度越高,其损害作用越明显(Macinnis-Ng &
Ralph,2002;Li et al.,2012)。Macinnis-Ng 和 Ralph
(2002)的研究也发现,0. 1 mg·L-1 Cu 暴露 4 d 可
使摩羯大叶藻叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素和类胡
萝卜素的含量显著下降。值得注意的是,Cd 胁迫增
强下色素含量并没有出现 Cu 胁迫增强时含量显著
降低的情况,相反,叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素和
类胡萝卜素的含量随着 Cd 暴露浓度的增加而增
加。Li等(2012)研究也发现,在 10 μmol·L-1 Cd
(约 1. 0 mg·L-1 Cd)下暴露 7 d,泰来藻叶绿素 a和
叶绿素 b的含量反而高于对照。可以看出,色素含
量在指示胁迫强度存在不确定性。本研究得出的结
果,其原因可能是较低浓度的 Cd(<1. 0 mg·L-1)对
色素含量的刺激作用要强于高浓度 Cu 对色素的解
体作用,并且这种刺激作用随着 Cd 暴露浓度的增
加而增强;也可能是 Cd与较高浓度 Cu 之间存在较
强的拮抗作用,从而抑制较高浓度 Cu 对色素的损
害;还可能是这两种情况同时存在,需要作进一步的
研究加以确定。
虽然叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素和类胡萝卜
素的含量随着 Cd 暴露浓度的增加而增加,但是叶
绿素荧光的分析结果表明,在 Cd 与较高浓度 Cu 联
合胁迫下暴露 5 d 后,PAM 却已无法根据获得的荧
光值(Ft<30)计算这 3 种处理下泰来藻的各荧光参
数。这可能与高浓度的 Cu 对电子传递过程的抑制
(Prasad & Strzalka,1999) ,从而引起量子产率的下
降有关。虽然各色素的含量有所增加,但由于电子
传递受到抑制,从而影响荧光产量和海草的光合作
用。光反应阶段一旦受到影响就不能提供足够多的
ATP 用于光合碳循环,也就不能合成足够的糖类等
物质用于正常的新陈代谢,这可能进一步导致海草
的死亡。这说明,与单一胁迫(Li et al.,2012)相比,
联合胁迫更加复杂,仅仅用叶绿素等色素含量这一
指标来判断海草的受胁迫程度是不够的,还需要结
合其他指标,如叶绿素荧光参数等,才能更好地判断
海草的生长状况。
4 结 语
本研究表明,叶绿素荧光参数是重金属联合胁
迫下海草健康状态的有效探针。Cd 与较高浓度 Cu
的联合胁迫对泰来藻光合作用的抑制作用较强,引
起 Fv /Fm、qP 和 NPQ 的显著降低;而 Cd 与较低浓
度 Cu 的联合胁迫却对海草的光合作用起到了一定
的刺激作用,qP 和 NPQ 值的增加提高了泰来藻抵
抗胁迫的能力。此外,本研究还表明,单一利用叶绿
素等色素含量指示胁迫强度具有不确定性,需要其
他手段作为辅证。
参考文献
彭 勃,黄小平,张大文. 2010. 泰来藻、海菖蒲体内铜的化
学形态与累积规律. 生态学杂志,29(10) :1993-1997.
张景平,黄小平. 2008. 海草与其附生藻类之间的相互作
用. 生态学杂志,27(10) :1785-1790.
张景平,黄小平. 2009. 叶绿素荧光技术在海草生态学研究
中的应用. 海洋环境科学,28(6) :772-778.
Baker NR. 2008. Chlorophyll fluorescence:A probe of photo-
synthesis in vivo. Annual Review of Plant Biology,59:89-
113.
Bilger W,Bjrkman O. 1990. Role of the xanthophyll cycle in
photoprotection elucidated by measurements of light-in-
duced absorbance changes,fluorescence and photosynthesis
in leaves of Hedera canariensis. Photosynthesis Research,
25:173-185.
Dennison WC. 1990. Chlorophyll content / / Phillips RC,
McRoy CP, eds. Seagrass Research Methods. Paris:
UNESCO:83-85.
Fabris GJ,Harris JE,Smith JD. 1982. Uptake of cadmium by
the seagrass Heterozostera tasmanica from Corio Bay and
Western Port,Victoria. Australian Journal of Marine and
Freshwater Research,33:829-836.
Giordani T,Natali L,Maserti BE,et al. 2000. Characterization
and expression of DNA sequences encoding putative type-II
metallothioneins in the seagrass Posidonia oceanica. Plant
Physiology,123:1571-1582.
Govindje E. 1994. Sixty-three years since Kautsky:Chlorophyll
9451冯韶辉等:Cu和 Cd联合胁迫对海草泰来藻光合作用的影响
a fluorescence. Australian Journal of Plant Physiology,
22:131-160.
Keltjens WG,van Beusichem ML. 1998. Phytochelatins as bio-
markers for heavy metal stress in maize (Zea mays L.)and
wheat (Triticum aestivum L.) :Combined effects of copper
and cadmium. Plant and Soil,203:119-126.
Li L,Huang XP. 2012. Three tropical seagrasses as potential
bio-indicators to trace metals in Xincun Bay,Hainan
Island,South China. Chinese Journal of Oceanology and
Limnology,30:212-224.
Li L,Huang XP,Borthakur D,et al. 2012. Photosynthetic
activity and antioxidative response of seagrass Thalassia
hemprichii to trace metal stress. Acta Oceanologica Sinica,
31:98-108.
Lyngby JE,Brix H,Schierup HH. 1982. Absorption and trans-
location of zinc in eelgrass (Zostera marina L.). Journal
of Experimental Marine Biology and Ecology,58:259 -
270.
Müller P, Li XP, Niyogi KK. 2001. Non-photochemical
quenching:A response to excess light energy. Plant Physi-
ology,125:1558-1566.
Macinnis-Ng CMO,Ralph PJ. 2002. Towards a more ecologi-
cally relevant assessment of the impact of heavy metals on
the photosynthesis of the seagrass, Zostera capricorni.
Marine Pollution Bulletin,45:100-106.
Macinnis-Ng CMO,Ralph PJ. 2004. Variations in sensitivity to
copper and zinc among three isolated populations of the
seagrass,Zostera capricorni. Journal of Experimental Ma-
rine Biology and Ecology,302:63-83.
Maxwell K,Johnson GN. 2000. Chlorophyll fluorescence:A
practical guide. Journal of Experimental Botany,51:659-
668.
Niederlehner BR,Cairns J. 1992. Community response to
cumulative toxic impact:Effects of acclimation on zinc tol-
erance of Aufwuchs. Canadian Journal of Fisheries and
Aquatic Sciences,49:2155-2163.
Papageorgiou GC,Govindjee. 2004. Chlorophyll A Fluores-
cence: A Signature of Photosynthesis. Dordrecht:
Springer.
Prange JA,Dennison WC. 2000. Physiological responses of five
seagrass species to trace metals. Marine Pollution Bulletin,
41:327-336.
Prasad MNV,Strzalka K. 1999. Impact of heavy metals on pho-
tosynthesis / / Prasad MNV,Hagemeyer J, eds. Heavy
Mtal Stress in Plants. Berlin:Springer:117-138.
Ralph PJ. 2000. Herbicide toxicity of Halophila ovalis assessed
by chlorophyll a fluorescence. Aquatic Botany,66:141-
152.
Ralph PJ,Burchett MD. 1998. Photosynthetic response of
Halophila ovalis to heavy metal stress. Environmental Pol-
lution,103:91-101.
Schreiber U,Bilger W,Neubauer C. 1994. Chlorophyll fluores-
cence as a non-intrusive indicator for rapid assessment of in
vivo photosynthesis / / Schulze M,Caldwell MM,eds. Eco-
physiology of Photosynthesis. Berlin: Springer-Verlag:
49-70.
Short FT,Polidoro B,Livingstone SR,et al. 2011. Extinction
risk assessment of the world’s seagrass species. Biological
Conservation,144:1961-1971.
Short FT, Wyllie-Echeverria S. 1996. Natural and hu-
man-induced disturbances of seagrasses. Environmental
Conservation,23:17-27.
Ward TJ. 1987. Temporal variation of metals in the seagrass
Posidonia australis and its potential as a sentinel accumula-
tor near a lead smelter. Marine Biology,95:315-321.
Waycott M,Duarte CM,Carruthers TJB,et al. 2009. Acceler-
ating loss of seagrasses across the globe threatens coastal
ecosystems. Proceedings of the National Academy of Sci-
ences of the United States of America,106:12377-12381.
作者简介 冯韶辉,男,1988 年生,硕士研究生,主要从事海
洋环境污染与生态保护研究。E-mail:xphuang@ scsio. ac. cn
责任编辑 李凤芹
0551 生态学杂志 第 32 卷 第 6 期