鋅對(duì)白菜和香蔥葉綠素含量的影響研究

劉 珍，黃碧捷，桂思琪，林雪瑩

(江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056)

1 引言

葉綠素(chlorophyll)是植物光合作用(photosynthesis)中最重要的色素，是植物是否能通過(guò)合成一些有機(jī)化合物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的關(guān)鍵。葉綠素分為葉綠素a、葉綠素b、葉綠素c、葉綠素d、葉綠素f、原葉綠素和細(xì)菌葉綠素等。高等植物主要以葉綠素a和葉綠素b的形式存在。鋅在葉片中大多數(shù)以自由離子、低分子化合物和金屬蛋白存在，也有少部分和細(xì)胞壁結(jié)合，呈現(xiàn)不溶的形態(tài)，植物中可溶的Zn2+是引起生理作用的主要形態(tài)[1]。研究鋅對(duì)植物葉綠素的影響對(duì)其植物毒性效應(yīng)研究具有很好的指示意義。

2 材料與方法

準(zhǔn)備白菜(北京慧達(dá)偉實(shí)科技發(fā)展公司，生長(zhǎng)期30 d)和香蔥(北京南無(wú)科貿(mào)公司，生長(zhǎng)期60 d)種子各1包，若干個(gè)Φ10 cm×5 cm的花盆。每組取5 Kg土壤，按照N、P、K均為0.1 g/kg干土的量施配置好的NH3NO3、KH2PO4、K2SO4肥料，將肥料與土混勻；分別用濃度為100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L和500 mg/L的ZnCl2溶液浸泡土壤24 h，風(fēng)干后過(guò)2 mm篩。每個(gè)花盆內(nèi)放5顆種子，6組平行，置于人工氣候箱中培養(yǎng)24 d后，用95 %乙醇提取-原子分光光度法測(cè)量葉片葉綠素含量。

3 結(jié)果與討論

將不同濃度鋅存在下，白菜和香蔥葉片總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a與葉綠素b的比值(以下簡(jiǎn)寫(xiě)為葉綠素a/b)含量繪于圖1。

以下將分別對(duì)總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b的變化進(jìn)行分析與討論。

圖1 不同鋅濃度對(duì)白菜和香蔥葉綠素的影響

3.1 鋅對(duì)總?cè)~綠素含量的影響

由圖1(a)可見(jiàn)：白菜和香蔥的總?cè)~綠素含量隨鋅含量的增加而降低，鋅顯著影響了白菜和香蔥葉綠素的合成，100 mg/kg的鋅使得總?cè)~綠素含量降低了57 %。鋅的存在使得植物光合作用減弱，從而抑制了植物的生長(zhǎng)。隨著鋅濃度的逐步提高，總?cè)~綠素含量緩慢升高，植物在逆境下抑制了葉綠素a的生成，葉綠素a向葉綠素b轉(zhuǎn)化，加強(qiáng)了利用弱光的能力，這可能是更高濃度鋅促使總?cè)~綠素含量增加的原因。鋅是植物的必需元素，可能參與了葉綠素的合成過(guò)程，鋅對(duì)植物的毒性還能通過(guò)改變植物鐵的利用性而實(shí)現(xiàn)，而鐵的利用對(duì)葉綠素的形成起著決定性的作用，一旦葉綠素的形成受到抑制，會(huì)大大影響植物光合作用并且減少植物產(chǎn)量[2]。高濃度的鋅也會(huì)使植物缺乏鐵，從而出現(xiàn)大豆葉片失綠和減少干物質(zhì)產(chǎn)量的現(xiàn)象[3]。劉茵[4]等也發(fā)現(xiàn)鋅對(duì)植物光合作用的影響的直接表現(xiàn)便是植物葉綠素含量的降低。白菜葉片總?cè)~綠素的損失較香蔥更為嚴(yán)重，500 mg/kg的鋅使得白菜和香蔥總?cè)~綠素含量分別損失36.74 %和10.78 %，白菜總?cè)~綠素含量的損失是香蔥的近4倍。鋅對(duì)白菜生長(zhǎng)，尤其是其葉片生長(zhǎng)的抑制作用更甚。

3.2 鋅對(duì)葉綠素a含量的影響

由圖1(b)可見(jiàn)：鋅顯著降低了白菜和香蔥葉片葉綠素a的含量，影響了葉片對(duì)紅光的吸收，這對(duì)于喜陰的白菜和間性喜陽(yáng)的香蔥而言，對(duì)白菜的影響更甚。白菜葉綠素a含量迅速降低，100 mg/kg和500 mg/kg的鋅使得白菜葉綠素a分別降低了55.14%和48.73%。葉綠素循環(huán)是植物在不同生理調(diào)節(jié)下實(shí)現(xiàn)的葉綠素a和葉綠素b間的相互轉(zhuǎn)化。在鋅的脅迫下白菜可能通過(guò)增加葉綠素a向葉綠素b的轉(zhuǎn)化而增加對(duì)弱光的利用從而抵抗脅迫對(duì)其生長(zhǎng)的影響，但隨著外界脅迫的增強(qiáng)，這種對(duì)生長(zhǎng)促進(jìn)的作用會(huì)被脅迫對(duì)生長(zhǎng)的毒害而抵消，從而導(dǎo)致葉綠素含量的大量降低。

3.3 鋅對(duì)葉綠素b含量的影響

由圖1(c)可見(jiàn)：白菜和香蔥的葉綠素b的含量隨鋅含量的增加出現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光，鋅脅迫下，白菜和香蔥通過(guò)調(diào)節(jié)自身對(duì)弱光的吸收而耐受鋅的毒害，維持自身的生長(zhǎng)。鋅對(duì)葉綠素b的抑制也是顯著的，鋅最大能分別使白菜和香蔥葉綠素b含量下降65.27%和53.89%。葉綠素b的來(lái)源也可能通過(guò)葉綠素a的轉(zhuǎn)化而實(shí)現(xiàn)，弱光或鋅脅迫條件下，葉綠素a向葉綠素b的轉(zhuǎn)化加快，葉綠素a水解形成脫植基葉綠素a，脫植基葉綠素a再轉(zhuǎn)化為脫植基葉綠素b，最后合成葉綠素b。

3.4 鋅對(duì)葉綠素a/b的影響

由圖1(d)可見(jiàn)，隨鋅含量的增加，白菜和香蔥的葉綠素a/b變化波動(dòng)較大，白菜葉綠素a/b整體出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，香蔥則整體呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。200 mg/kg的鋅使得香蔥葉綠素a/b的值增大1倍；而500 mg/kg的鋅使得白菜葉綠素a/b的值減小了55.78%。在不同生理?xiàng)l件下，葉綠素a和葉綠素b的合成與分解速度影響了葉綠素a/b的比值。鋅的存在，極大的擾動(dòng)了植物正常的葉綠素循環(huán)，影響植物的生長(zhǎng)。葉綠素a/b的值也可以表征葉片的老化，其值越小，表明葉片老化越嚴(yán)重[5]。

3.5 葉片對(duì)鋅的生物積累

300 mg/kg的鋅存在下，白菜和香蔥葉片內(nèi)鋅的含量分別為15.21 mg/kg和188.23 mg/kg，香蔥葉片對(duì)鋅的積累較白菜更高。不同植物對(duì)鋅的富集作用不同，任珺[6]等人發(fā)現(xiàn)濕地植物中，菖蒲富集Zn2+能力最強(qiáng)，其次為水香蔥和蘆葦。葉片中鋅的積累量主要與生長(zhǎng)時(shí)間有關(guān)，隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，隨老葉數(shù)量增加，全株含鋅量明顯增加[7]。一般而言：復(fù)合污染條件下植物可能受到的刺激作用較單一毒性更強(qiáng)，植物對(duì)鋅等金屬元素的吸收存在極限，超過(guò)一定量后，植物便不能進(jìn)一步富集這種元素。如菠菜根上和根下部分的鋅含量隨鋅添加濃度升高而升高，但超過(guò)一定的范圍時(shí)，菠菜體內(nèi)的鋅含量再無(wú)明顯變化[8]。

4 結(jié)論

(1)鋅脅迫下，白菜和香蔥葉片葉綠素a、葉綠素b及其比值發(fā)生變化，擾動(dòng)了正常的葉綠素循環(huán)，光合作用受到影響，生長(zhǎng)受到了抑制。

(2)白菜和香蔥耐受鋅脅迫的機(jī)理可能不一致，值得進(jìn)一步研究。