鑭對汞脅迫下玉米幼苗葉綠素熒光參數的影響

馬占強　李娟

【摘 要】以玉米為材料，利用水培法，用不同濃度 LaCl3處理玉米幼苗2d，再用50mg·L-1HgCl2脅迫2d，對其葉綠素熒光參數進行研究。結果表明：初始熒光（Fo）先下降后上升，PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、PSII潛在活性（Fv/Fo）和葉綠素a、b含量呈現先上升后下降趨勢。說明適宜濃度的La3+緩解了Hg2+對光合作用的影響。LaCl3最佳作用濃度為50mg·L-1。當LaCl3濃度達到100mg·L-1，則與Hg2+協同作用，加劇了對玉米幼苗的傷害。

【關鍵詞】玉米；鑭；汞脅迫；葉綠素熒光參數

稀土元素被廣泛應用于農業生產領域[1]。稀土元素對植物的生理調控主要是促進和協調植物光合作用的光反應過程和暗反應過程，增強抗氧化酶體系對植物的保護作用[2-3]，提高了植物對礦物質養分的吸收、轉化和利用，以至增加作物產量，改善作物品質[5-6]。Hg是危害較為嚴重的重金屬元素之一，其毒性比Cd、Pb、Cu的毒性要強，嚴重影響農作物的生長和發育。本文以玉米為材料，研究了Hg脅迫下施加不同濃度的La對玉米幼苗葉綠素含量和葉綠素熒光參數的影響，為稀土元素的農業應用等提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養

玉米（Zea mays L.）雜交種“鄭單958”種子用2%次氯酸鈉消毒10min，用蒸餾水漂洗5次后，浸種12h后置于鋪有6層濕濾紙的白磁盤中，于28℃恒溫培養箱內催芽。待芽長至0.5cm時，挑選萌發一致的玉米擺放于長35cm×寬20cm，鋪有6層濕濾紙的白磁盤中培養，每盤24株，每1d換澆1次1/2 Hoagland營養液。培養晝夜溫度為28℃/25℃±1℃，每天光照14h，光強為400μmol·m-2·s-1。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

待玉米長至3～4葉時進行以下處理。每組分別加入1/2 Hoagland 營養液及不同濃度LaCl3（0、10、20、50、100mg·L-1 LaCl3，分別記作S0、S1、S2、S3、S4）和50mg·L-1 HgCl2處理，以只加營養液的玉米幼苗為對照（CK）。每天更換相應的處理溶液，取倒數第一片完全展開的葉片測各項指標。

1.2.2 實驗方法

1）光合色素的測定：參照趙世杰等[6]方法

2）葉綠素熒光參數的測定

幼苗在暗處處理30min，用FMS-2便攜脈沖調制式熒光儀在自然條件下測定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、光系統II（PSII）的原初光能轉化效率（Fv/Fm），重復5次。熒光動力學參數按下式計算：PSII潛在活性（Fv/Fo）= （Fm-Fo）/ Fo。PSII實際光化學效率（φPSII）=（ Fm′-Fs）/ Fm′。

2 結果與分析

2.1 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片葉綠素總量的影響

由圖1可知，S0處理對玉米幼苗葉綠素含量具有明顯的抑制作用，與CK相比葉綠素a和b含量分別降低了50.1%和55.9%。S1、S2和S3處理葉綠素含量逐漸提高，其中S3處理與S0相比葉綠素a和b含量分別提高了51.7%和41.6%，，但葉綠素a和b含量仍低于CK；當La3+濃度達到一定程度100mg·L-1時（S4），葉綠素a和b含量又呈現降低趨勢。表明，適宜濃度La3+對維持Hg2+污染脅迫下的玉米幼苗葉綠素含量穩定具有積極作用；但La3+濃度超過一定限度后，會與Hg2+協同傷害玉米幼苗。

2.2 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片熒光參數的影響

由圖2可知，Hg2+增加了Fo值，隨著La3+濃度的升高， Fo值呈現下降趨勢，緩解了Hg2+對Fo的升高效應。當La3+濃度增至100mg·L-1時，Fo值急劇上升，表明La3+濃度過高，會與Hg2+協同影響PSII。 Fv/Fm和Fv/Fo變化基本一致。S0處理下Fv/Fm和Fv/Fo顯著降低，表明重金屬脅迫使PSII潛在活性中心受損，抑制了光合作用的原初反應，光合電子傳遞過程受到影響。隨著La3+的加入，抑制了植株吸收Hg2+，PSII潛在活性得到一定保護或修復，Fv/Fm和Fv/Fo值升高，La3+濃度過高（S4），也會影響光合電子傳遞過程和PSII潛在活性中心，降低Fv/Fm和Fv/Fo值。φPSII在S0處理下明顯下降，表明Hg2+脅迫使PSII反應中心受到了傷害，而低濃度La3+可以保護或修復PSII反應中心受到的傷害，當La3+濃度過高則與Hg2+協同作用影響PSII反應中心，失去保護或修復的作用。

3 討論

葉綠素是是截獲光能的主要色素和光合作用中能量轉化的物質基礎。諸多實驗研究表明重金屬脅迫可降低植物體內的葉綠素含量[7-8]，而稀土元素可提高植物體內葉綠素的含量[9-10]。本研究發現玉米幼苗葉片葉綠素含量變化與前人研究結果一致，Hg2+脅迫對玉米幼苗葉綠素含量具有顯著抑制作用，低濃度La3+的可以緩解的Hg2+傷害，提高玉米幼苗葉綠素的含量，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。

葉綠素熒光可快速檢測完整植株在脅迫下光合作用的真實行為，逆境脅迫的輕重與Fm/Fo、Fv/Fo等參數值被抑制的程度之間存在著正相關，可作為植物抗逆的指標。本試驗中，葉綠素熒光參數Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII在Hg2+脅迫下明顯降低，這與前人結論一致；外源La3+可通過減緩葉綠素含量的降低途徑緩解Hg2+對玉米幼苗光合機構的傷害，隨著La3+濃度的升高，緩解了Hg2+對Fo的升高效應和對Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII降低效應，PSII潛在活性中心得到一定保護或修復，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。但La3+濃度過高時，則La3+與Hg2+協同作用，導致脅迫程度加劇，PSII活性受抑程度增強，電子傳遞受阻。

【參考文獻】

[1]郭伯生.農業中的稀土[M].北京：中國農業科技出版社，1988.

[2]李永裕，潘騰飛，邱棟梁.稀土元素對植物生物學作用機制的研究進展[J].中國農學通報，2005，21（12）： 217-219.

[3]高永生，陳集雙.鹽脅迫下鑭對小麥幼苗葉片抗氧化系統活性的影響[J].中國稀土學報，2005，23（4）：490-495.

[4]李松克，余常水，張春林.稀土不同噴施濃度對水稻產量和性狀的影響[J].貴州農業科學，2002，30：26-27.

[5]吳其飛，黃達明，董英.莖部注射稀土元素對金柑生長及果實品質的影響[J].中國農業科學，2002，35（10）：1254-1259.

[6]趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業科學出版社，2002：132-133.

[7]嚴重玲，付舜珍，方重華等. Hg、Cd及其共同作用對煙草葉綠素含量及抗氧化酶系統的影響[J].植物生態學報，1997，21（5）：468-473.

[8]張義賢.汞、鎘、鉛脅迫對油菜的毒害效應[J].山西大學學報，2004，27（4）：410- 413.

[9]趙貴文，汪東風.稀土等葉面肥對茶樹葉片中葉綠素含量的影響[J].茶葉通報， 1998， 20（1）：16-17.

[10]洪法水，魏正貴，趙貴文.鑭元素與菠菜體內葉綠素的作用關系[J].中國科學：C，2001，31（5）：392-400.

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】以玉米為材料，利用水培法，用不同濃度 LaCl3處理玉米幼苗2d，再用50mg·L-1HgCl2脅迫2d，對其葉綠素熒光參數進行研究。結果表明：初始熒光（Fo）先下降后上升，PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、PSII潛在活性（Fv/Fo）和葉綠素a、b含量呈現先上升后下降趨勢。說明適宜濃度的La3+緩解了Hg2+對光合作用的影響。LaCl3最佳作用濃度為50mg·L-1。當LaCl3濃度達到100mg·L-1，則與Hg2+協同作用，加劇了對玉米幼苗的傷害。

【關鍵詞】玉米；鑭；汞脅迫；葉綠素熒光參數

稀土元素被廣泛應用于農業生產領域[1]。稀土元素對植物的生理調控主要是促進和協調植物光合作用的光反應過程和暗反應過程，增強抗氧化酶體系對植物的保護作用[2-3]，提高了植物對礦物質養分的吸收、轉化和利用，以至增加作物產量，改善作物品質[5-6]。Hg是危害較為嚴重的重金屬元素之一，其毒性比Cd、Pb、Cu的毒性要強，嚴重影響農作物的生長和發育。本文以玉米為材料，研究了Hg脅迫下施加不同濃度的La對玉米幼苗葉綠素含量和葉綠素熒光參數的影響，為稀土元素的農業應用等提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養

玉米（Zea mays L.）雜交種“鄭單958”種子用2%次氯酸鈉消毒10min，用蒸餾水漂洗5次后，浸種12h后置于鋪有6層濕濾紙的白磁盤中，于28℃恒溫培養箱內催芽。待芽長至0.5cm時，挑選萌發一致的玉米擺放于長35cm×寬20cm，鋪有6層濕濾紙的白磁盤中培養，每盤24株，每1d換澆1次1/2 Hoagland營養液。培養晝夜溫度為28℃/25℃±1℃，每天光照14h，光強為400μmol·m-2·s-1。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

待玉米長至3～4葉時進行以下處理。每組分別加入1/2 Hoagland 營養液及不同濃度LaCl3（0、10、20、50、100mg·L-1 LaCl3，分別記作S0、S1、S2、S3、S4）和50mg·L-1 HgCl2處理，以只加營養液的玉米幼苗為對照（CK）。每天更換相應的處理溶液，取倒數第一片完全展開的葉片測各項指標。

1.2.2 實驗方法

1）光合色素的測定：參照趙世杰等[6]方法

2）葉綠素熒光參數的測定

幼苗在暗處處理30min，用FMS-2便攜脈沖調制式熒光儀在自然條件下測定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、光系統II（PSII）的原初光能轉化效率（Fv/Fm），重復5次。熒光動力學參數按下式計算：PSII潛在活性（Fv/Fo）= （Fm-Fo）/ Fo。PSII實際光化學效率（φPSII）=（ Fm′-Fs）/ Fm′。

2 結果與分析

2.1 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片葉綠素總量的影響

由圖1可知，S0處理對玉米幼苗葉綠素含量具有明顯的抑制作用，與CK相比葉綠素a和b含量分別降低了50.1%和55.9%。S1、S2和S3處理葉綠素含量逐漸提高，其中S3處理與S0相比葉綠素a和b含量分別提高了51.7%和41.6%，，但葉綠素a和b含量仍低于CK；當La3+濃度達到一定程度100mg·L-1時（S4），葉綠素a和b含量又呈現降低趨勢。表明，適宜濃度La3+對維持Hg2+污染脅迫下的玉米幼苗葉綠素含量穩定具有積極作用；但La3+濃度超過一定限度后，會與Hg2+協同傷害玉米幼苗。

2.2 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片熒光參數的影響

由圖2可知，Hg2+增加了Fo值，隨著La3+濃度的升高， Fo值呈現下降趨勢，緩解了Hg2+對Fo的升高效應。當La3+濃度增至100mg·L-1時，Fo值急劇上升，表明La3+濃度過高，會與Hg2+協同影響PSII。 Fv/Fm和Fv/Fo變化基本一致。S0處理下Fv/Fm和Fv/Fo顯著降低，表明重金屬脅迫使PSII潛在活性中心受損，抑制了光合作用的原初反應，光合電子傳遞過程受到影響。隨著La3+的加入，抑制了植株吸收Hg2+，PSII潛在活性得到一定保護或修復，Fv/Fm和Fv/Fo值升高，La3+濃度過高（S4），也會影響光合電子傳遞過程和PSII潛在活性中心，降低Fv/Fm和Fv/Fo值。φPSII在S0處理下明顯下降，表明Hg2+脅迫使PSII反應中心受到了傷害，而低濃度La3+可以保護或修復PSII反應中心受到的傷害，當La3+濃度過高則與Hg2+協同作用影響PSII反應中心，失去保護或修復的作用。

3 討論

葉綠素是是截獲光能的主要色素和光合作用中能量轉化的物質基礎。諸多實驗研究表明重金屬脅迫可降低植物體內的葉綠素含量[7-8]，而稀土元素可提高植物體內葉綠素的含量[9-10]。本研究發現玉米幼苗葉片葉綠素含量變化與前人研究結果一致，Hg2+脅迫對玉米幼苗葉綠素含量具有顯著抑制作用，低濃度La3+的可以緩解的Hg2+傷害，提高玉米幼苗葉綠素的含量，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。

葉綠素熒光可快速檢測完整植株在脅迫下光合作用的真實行為，逆境脅迫的輕重與Fm/Fo、Fv/Fo等參數值被抑制的程度之間存在著正相關，可作為植物抗逆的指標。本試驗中，葉綠素熒光參數Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII在Hg2+脅迫下明顯降低，這與前人結論一致；外源La3+可通過減緩葉綠素含量的降低途徑緩解Hg2+對玉米幼苗光合機構的傷害，隨著La3+濃度的升高，緩解了Hg2+對Fo的升高效應和對Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII降低效應，PSII潛在活性中心得到一定保護或修復，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。但La3+濃度過高時，則La3+與Hg2+協同作用，導致脅迫程度加劇，PSII活性受抑程度增強，電子傳遞受阻。

【參考文獻】

[1]郭伯生.農業中的稀土[M].北京：中國農業科技出版社，1988.

[2]李永裕，潘騰飛，邱棟梁.稀土元素對植物生物學作用機制的研究進展[J].中國農學通報，2005，21（12）： 217-219.

[3]高永生，陳集雙.鹽脅迫下鑭對小麥幼苗葉片抗氧化系統活性的影響[J].中國稀土學報，2005，23（4）：490-495.

[4]李松克，余常水，張春林.稀土不同噴施濃度對水稻產量和性狀的影響[J].貴州農業科學，2002，30：26-27.

[5]吳其飛，黃達明，董英.莖部注射稀土元素對金柑生長及果實品質的影響[J].中國農業科學，2002，35（10）：1254-1259.

[6]趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業科學出版社，2002：132-133.

[7]嚴重玲，付舜珍，方重華等. Hg、Cd及其共同作用對煙草葉綠素含量及抗氧化酶系統的影響[J].植物生態學報，1997，21（5）：468-473.

[8]張義賢.汞、鎘、鉛脅迫對油菜的毒害效應[J].山西大學學報，2004，27（4）：410- 413.

[9]趙貴文，汪東風.稀土等葉面肥對茶樹葉片中葉綠素含量的影響[J].茶葉通報， 1998， 20（1）：16-17.

[10]洪法水，魏正貴，趙貴文.鑭元素與菠菜體內葉綠素的作用關系[J].中國科學：C，2001，31（5）：392-400.

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】以玉米為材料，利用水培法，用不同濃度 LaCl3處理玉米幼苗2d，再用50mg·L-1HgCl2脅迫2d，對其葉綠素熒光參數進行研究。結果表明：初始熒光（Fo）先下降后上升，PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、PSII潛在活性（Fv/Fo）和葉綠素a、b含量呈現先上升后下降趨勢。說明適宜濃度的La3+緩解了Hg2+對光合作用的影響。LaCl3最佳作用濃度為50mg·L-1。當LaCl3濃度達到100mg·L-1，則與Hg2+協同作用，加劇了對玉米幼苗的傷害。

【關鍵詞】玉米；鑭；汞脅迫；葉綠素熒光參數

稀土元素被廣泛應用于農業生產領域[1]。稀土元素對植物的生理調控主要是促進和協調植物光合作用的光反應過程和暗反應過程，增強抗氧化酶體系對植物的保護作用[2-3]，提高了植物對礦物質養分的吸收、轉化和利用，以至增加作物產量，改善作物品質[5-6]。Hg是危害較為嚴重的重金屬元素之一，其毒性比Cd、Pb、Cu的毒性要強，嚴重影響農作物的生長和發育。本文以玉米為材料，研究了Hg脅迫下施加不同濃度的La對玉米幼苗葉綠素含量和葉綠素熒光參數的影響，為稀土元素的農業應用等提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養

玉米（Zea mays L.）雜交種“鄭單958”種子用2%次氯酸鈉消毒10min，用蒸餾水漂洗5次后，浸種12h后置于鋪有6層濕濾紙的白磁盤中，于28℃恒溫培養箱內催芽。待芽長至0.5cm時，挑選萌發一致的玉米擺放于長35cm×寬20cm，鋪有6層濕濾紙的白磁盤中培養，每盤24株，每1d換澆1次1/2 Hoagland營養液。培養晝夜溫度為28℃/25℃±1℃，每天光照14h，光強為400μmol·m-2·s-1。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

待玉米長至3～4葉時進行以下處理。每組分別加入1/2 Hoagland 營養液及不同濃度LaCl3（0、10、20、50、100mg·L-1 LaCl3，分別記作S0、S1、S2、S3、S4）和50mg·L-1 HgCl2處理，以只加營養液的玉米幼苗為對照（CK）。每天更換相應的處理溶液，取倒數第一片完全展開的葉片測各項指標。

1.2.2 實驗方法

1）光合色素的測定：參照趙世杰等[6]方法

2）葉綠素熒光參數的測定

幼苗在暗處處理30min，用FMS-2便攜脈沖調制式熒光儀在自然條件下測定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、光系統II（PSII）的原初光能轉化效率（Fv/Fm），重復5次。熒光動力學參數按下式計算：PSII潛在活性（Fv/Fo）= （Fm-Fo）/ Fo。PSII實際光化學效率（φPSII）=（ Fm′-Fs）/ Fm′。

2 結果與分析

2.1 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片葉綠素總量的影響

由圖1可知，S0處理對玉米幼苗葉綠素含量具有明顯的抑制作用，與CK相比葉綠素a和b含量分別降低了50.1%和55.9%。S1、S2和S3處理葉綠素含量逐漸提高，其中S3處理與S0相比葉綠素a和b含量分別提高了51.7%和41.6%，，但葉綠素a和b含量仍低于CK；當La3+濃度達到一定程度100mg·L-1時（S4），葉綠素a和b含量又呈現降低趨勢。表明，適宜濃度La3+對維持Hg2+污染脅迫下的玉米幼苗葉綠素含量穩定具有積極作用；但La3+濃度超過一定限度后，會與Hg2+協同傷害玉米幼苗。

2.2 La對Hg脅迫下玉米幼苗葉片熒光參數的影響

由圖2可知，Hg2+增加了Fo值，隨著La3+濃度的升高， Fo值呈現下降趨勢，緩解了Hg2+對Fo的升高效應。當La3+濃度增至100mg·L-1時，Fo值急劇上升，表明La3+濃度過高，會與Hg2+協同影響PSII。 Fv/Fm和Fv/Fo變化基本一致。S0處理下Fv/Fm和Fv/Fo顯著降低，表明重金屬脅迫使PSII潛在活性中心受損，抑制了光合作用的原初反應，光合電子傳遞過程受到影響。隨著La3+的加入，抑制了植株吸收Hg2+，PSII潛在活性得到一定保護或修復，Fv/Fm和Fv/Fo值升高，La3+濃度過高（S4），也會影響光合電子傳遞過程和PSII潛在活性中心，降低Fv/Fm和Fv/Fo值。φPSII在S0處理下明顯下降，表明Hg2+脅迫使PSII反應中心受到了傷害，而低濃度La3+可以保護或修復PSII反應中心受到的傷害，當La3+濃度過高則與Hg2+協同作用影響PSII反應中心，失去保護或修復的作用。

3 討論

葉綠素是是截獲光能的主要色素和光合作用中能量轉化的物質基礎。諸多實驗研究表明重金屬脅迫可降低植物體內的葉綠素含量[7-8]，而稀土元素可提高植物體內葉綠素的含量[9-10]。本研究發現玉米幼苗葉片葉綠素含量變化與前人研究結果一致，Hg2+脅迫對玉米幼苗葉綠素含量具有顯著抑制作用，低濃度La3+的可以緩解的Hg2+傷害，提高玉米幼苗葉綠素的含量，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。

葉綠素熒光可快速檢測完整植株在脅迫下光合作用的真實行為，逆境脅迫的輕重與Fm/Fo、Fv/Fo等參數值被抑制的程度之間存在著正相關，可作為植物抗逆的指標。本試驗中，葉綠素熒光參數Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII在Hg2+脅迫下明顯降低，這與前人結論一致；外源La3+可通過減緩葉綠素含量的降低途徑緩解Hg2+對玉米幼苗光合機構的傷害，隨著La3+濃度的升高，緩解了Hg2+對Fo的升高效應和對Fv/Fm、Fv/Fo和φPSII降低效應，PSII潛在活性中心得到一定保護或修復，其緩解脅迫效應在一定范圍內與La3+濃度呈正相關。但La3+濃度過高時，則La3+與Hg2+協同作用，導致脅迫程度加劇，PSII活性受抑程度增強，電子傳遞受阻。

【參考文獻】

[1]郭伯生.農業中的稀土[M].北京：中國農業科技出版社，1988.

[2]李永裕，潘騰飛，邱棟梁.稀土元素對植物生物學作用機制的研究進展[J].中國農學通報，2005，21（12）： 217-219.

[3]高永生，陳集雙.鹽脅迫下鑭對小麥幼苗葉片抗氧化系統活性的影響[J].中國稀土學報，2005，23（4）：490-495.

[4]李松克，余常水，張春林.稀土不同噴施濃度對水稻產量和性狀的影響[J].貴州農業科學，2002，30：26-27.

[5]吳其飛，黃達明，董英.莖部注射稀土元素對金柑生長及果實品質的影響[J].中國農業科學，2002，35（10）：1254-1259.

[6]趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業科學出版社，2002：132-133.

[7]嚴重玲，付舜珍，方重華等. Hg、Cd及其共同作用對煙草葉綠素含量及抗氧化酶系統的影響[J].植物生態學報，1997，21（5）：468-473.

[8]張義賢.汞、鎘、鉛脅迫對油菜的毒害效應[J].山西大學學報，2004，27（4）：410- 413.

[9]趙貴文，汪東風.稀土等葉面肥對茶樹葉片中葉綠素含量的影響[J].茶葉通報， 1998， 20（1）：16-17.

[10]洪法水，魏正貴，趙貴文.鑭元素與菠菜體內葉綠素的作用關系[J].中國科學：C，2001，31（5）：392-400.

[責任編輯：楊玉潔]