鋅對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 化學與環境工程學院，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，是植物是否能通過合成一些有機化合物將光能轉變為化學能的關鍵。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，也有少部分和細胞壁結合，呈現不溶的形態，植物中可溶的Zn2+是引起生理作用的主要形態[1]。研究鋅對植物葉綠素的影響對其植物毒性效應研究具有很好的指示意義。

2 材料與方法

準備白菜(北京慧達偉實科技發展公司，生長期30 d)和香蔥(北京南無科貿公司，生長期60 d)種子各1包，若干個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，風干后過2 mm篩。每個花盆內放5顆種子，6組平行，置于人工氣候箱中培養24 d后，用95 %乙醇提取-原子分光光度法測量葉片葉綠素含量。

3 結果與討論

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

以下將分別對總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b的變化進行分析與討論。

圖1 不同鋅濃度對白菜和香蔥葉綠素的影響

3.1 鋅對總葉綠素含量的影響

由圖1(a)可見：白菜和香蔥的總葉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的鋅使得總葉綠素含量降低了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。隨著鋅濃度的逐步提高，總葉綠素含量緩慢升高，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轉化，加強了利用弱光的能力，這可能是更高濃度鋅促使總葉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程，鋅對植物的毒性還能通過改變植物鐵的利用性而實現，而鐵的利用對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，會大大影響植物光合作用并且減少植物產量[2]。高濃度的鋅也會使植物缺乏鐵，從而出現大豆葉片失綠和減少干物質產量的現象[3]。劉茵[4]等也發現鋅對植物光合作用的影響的直接表現便是植物葉綠素含量的降低。白菜葉片總葉綠素的損失較香蔥更為嚴重，500 mg/kg的鋅使得白菜和香蔥總葉綠素含量分別損失36.74 %和10.78 %，白菜總葉綠素含量的損失是香蔥的近4倍。鋅對白菜生長，尤其是其葉片生長的抑制作用更甚。

3.2 鋅對葉綠素a含量的影響

由圖1(b)可見：鋅顯著降低了白菜和香蔥葉片葉綠素a的含量，影響了葉片對紅光的吸收，這對于喜陰的白菜和間性喜陽的香蔥而言，對白菜的影響更甚。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%。葉綠素循環是植物在不同生理調節下實現的葉綠素a和葉綠素b間的相互轉化。在鋅的脅迫下白菜可能通過增加葉綠素a向葉綠素b的轉化而增加對弱光的利用從而抵抗脅迫對其生長的影響，但隨著外界脅迫的增強，這種對生長促進的作用會被脅迫對生長的毒害而抵消，從而導致葉綠素含量的大量降低。

3.3 鋅對葉綠素b含量的影響

由圖1(c)可見：白菜和香蔥的葉綠素b的含量隨鋅含量的增加出現先降低后升高的趨勢，葉綠素b主要吸收藍紫光，鋅脅迫下，白菜和香蔥通過調節自身對弱光的吸收而耐受鋅的毒害，維持自身的生長。鋅對葉綠素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的來源也可能通過葉綠素a的轉化而實現，弱光或鋅脅迫條件下，葉綠素a向葉綠素b的轉化加快，葉綠素a水解形成脫植基葉綠素a，脫植基葉綠素a再轉化為脫植基葉綠素b，最后合成葉綠素b。

3.4 鋅對葉綠素a/b的影響

由圖1(d)可見，隨鋅含量的增加，白菜和香蔥的葉綠素a/b變化波動較大，白菜葉綠素a/b整體出現先增大后減小的趨勢，香蔥則整體呈現先減小后增大的趨勢。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%。在不同生理條件下，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，極大的擾動了植物正常的葉綠素循環，影響植物的生長。葉綠素a/b的值也可以表征葉片的老化，其值越小，表明葉片老化越嚴重[5]。

3.5 葉片對鋅的生物積累

300 mg/kg的鋅存在下，白菜和香蔥葉片內鋅的含量分別為15.21 mg/kg和188.23 mg/kg，香蔥葉片對鋅的積累較白菜更高。不同植物對鋅的富集作用不同，任珺[6]等人發現濕地植物中，菖蒲富集Zn2+能力最強，其次為水香蔥和蘆葦。葉片中鋅的積累量主要與生長時間有關，隨著生長時間的延長而增加，隨老葉數量增加，全株含鋅量明顯增加[7]。一般而言：復合污染條件下植物可能受到的刺激作用較單一毒性更強，植物對鋅等金屬元素的吸收存在極限，超過一定量后，植物便不能進一步富集這種元素。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，但超過一定的范圍時，菠菜體內的鋅含量再無明顯變化[8]。

4 結論

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

(2)白菜和香蔥耐受鋅脅迫的機理可能不一致，值得進一步研究。