CO2浓度与其他关键环境要素对太湖沉水植物苦草生长特征的影响

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受化石燃料燃烧等人类活动的影响,大气CO2浓度自第一次工业革命以来便处于快速增长中,现大气CO2浓度已达391μmol·mol-1,预计本世纪末大气CO2浓度可能达到936μmol·mol-1。大气CO2浓度的快速增长引起了广大关注,CO2不仅直接参与植物光合作用过程,也是组成植物生活环境的重要环境因子,植物的生长、发育、繁殖受大气CO2浓度变化的控制。国内外学者就CO2浓度对植物的影响已经展开了全面而深入的研究,并取得一定研究成果。但研究主要体现在陆生植物,对水生植物特别是沉水植物的研究较少且不够系统,本文在前人的基础上对太湖沉水植物苦草展开了研究,采用了室内模拟培养的方法培养苦草,同时测定苦草叶片在对照(新鲜空气)和1000μmol·mol-12个CO2浓度处理下关键活性物质含量及活性,并运用连续激发式荧光仪PEA Senior(Hansatech,UK)和JIP-test分析方法监测并分析了苦草(Vallisneria natans)叶片叶绿素荧光诱导曲线及叶绿素荧光参数。在此基础上,进一步研究了在CO2、营养盐、温度三重因素影响下的苦草形态学及叶绿素荧光特性,以期为预测未来太湖苦草演化发展趋势提供科学依据。得到的主要结论如下:  1.CO2浓度对太湖沉水植物苦草叶片内关键活性物质的影响:高浓度的CO2显著改变了苦草体内活性物质的含量及活性,在高浓度CO2条件下,苦草叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及及胡萝卜素含量在30d和60d均发生降低,苦草叶绿素a/b则无明显变化;相较对照,高浓度CO2条件下的苦草叶片可溶性蛋白含量降低,脯氨酸含量有所提高,且在30d时差异最为明显,可溶性蛋白含量比对照降低36.67%,脯氨酸比对照升高33.30%;叶片MDA含量在30d时大于对照,在60d时相较对照无明显差别;高浓度CO2条件下的苦草叶片POD在30d时小于对照,60d时大于对照,苦草叶片T-AOC在30d和60d时均高于对照,苦草的抗氧化能力得到一定提高。  2.CO2浓度对沉水植物苦草叶片绿素荧光特征的影响:现有CO2浓度和加富CO2浓度处理下的苦草叶片叶绿素荧光曲线和荧光参数在实验第5d时差异不显著,60d时差异显著。在实验进行60d后,与对照相比,高浓度CO2条件下的苦草叶片PSⅡ反应中心受体侧荧光参数Vj、Mo显著升高,Sm、ψo、φEo显著降低,叶片电子传递能力减弱,K相相对可变荧光Wk显著提高,PSⅡ反应中心供体侧放氧复合体OEC受到伤害;ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC、DIo/CSo显著升高,ETo/RC、REo/RC、ETo/CSo、REo/CSo显著降低,苦草叶片用于热耗散的能量显著增加,导致用于电子传递及传递到电子链末端的能量显著减少;苦草叶片性能参数Fv/Fm、PIabs显著降低,苦草PSⅡ潜在活性和光合作用原初反应过程受到抑制。在长期高浓度CO2条件下,苦草叶片光合机构功能受到抑制,PSⅡ反应中心活性降低,光合功能下调,发生光适应现象。  3.CO2浓度、营养盐及温度对苦草形态学及叶绿素荧光特征的影响:控制环境CO2、温度、营养盐条件,测定低碳高盐增温、高碳低盐增温、低碳低盐常温及高碳高盐常温处理下的苦草形态学参数和叶绿素荧光参数。结果表明:CO2、营养盐、温度对苦草形态学和叶绿素荧光方面无显著的交互作用,相比CO2和营养盐因素,温度变化对苦草形态学和叶绿素荧光特征的影响更为显著。提高温度可增加苦草株高,降低苦草的叶片数和分蘖数,同时提高苦草叶片的光合性能,分蘖数的减少表明温度升高降低了苦草的繁殖能力和竞争能力,不利苦草种群的生存繁衍。
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