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本实验采用水培的模式植物拟南芥为实验材料，研究了镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)为代表的二价金属阳离子对拟南芥幼苗的生长、表观形态等毒性的差异，着重研究了各种重金属离子对拟南芥光合作用方面的毒害作用，如对叶绿素含量、叶片的光合放氧速率，对光合系统的反应中心活性、供受体侧及电子传递的影响。比较不同重金属对光系统的毒害作用，同时研究了重金属对光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)的毒性差异。在采取野生型拟南芥作为实验材料的同时，还采用了电子阻断剂和拟南芥突变体来研究重金属对光合电子传递中围绕PSⅠ的环式电子传递的影响，及环式电子传递在光合器官在重金属胁迫下所起的生理作用。研究了重金属离子和离体的PSⅠ和PSⅡ颗粒的结合能力。 主要结果如下: 1.通过重金属处理后拟南芥地上部分干重的实验结果发现，汞和铜对拟南芥幼苗的生长抑制作用最明显，毒害作用最强。之后毒性较强的是镉。镍、铅、锌对整株植物的毒害作用较小，镍的毒害作用最小。同时发现，缺乏环式电子传递的突变体，受到重金属胁迫的影响要比野生型严重，其中尤其是缺乏PGR5途径的pgr5突变体，受到毒害作用明显。 2.在不同重金属对光合放氧速率和叶片最大光化学效率Fv/Fm的对比中发现，镉、铜和汞的毒性均较强。与上述三种重金属相比，重金属锌的毒性作用较弱，对拟南芥植株生长毒性最小的铅和镍基本没有造成对光合放氧和Fv/Fm的显著影响。 3.汞是本实验中对拟南芥离体叶片的PSⅠ和PSⅡ均具有最强毒性的重金属。铜和汞一样是对PSⅡ的电子传递(ETR)具有高毒性的重金属，然而铜对PSⅠ的电子传递没有抑制作用。镉对PSⅡ电子传递速率的光响应曲线造成的影响大于对PSⅠ的，镉造成ETR(Ⅱ)光响应曲线随浓度增加而逐渐降低，低浓度的镉对ETR(Ⅰ)光响应曲线有一定促进作用，在高浓度下体现抑制作用。铅对于PSⅡ和PSⅠ的电子传递均有毒性作用。在重金属对PSⅠ电子传递的毒害对比中铅的毒害作用与汞一样突出。高浓度锌处理对PSⅡ电子传递有抑制作用，而对PSⅠ则没有抑制作用。各种重金属对PSⅠ和PSⅡ电子传递的影响中，镍的抑制作用最小，对PSⅠ电子传递在一定浓度下有促进作用。对PSⅡ电子传递速率的光响应曲线的抑制作用而言，不同重金属的抑制作用从强到弱次序为:汞＞铜＞镉≈锌＞铅＞镍。对PSⅠ而言，汞有最强的毒性，铅也有抑制作用，镉、锌和镍作用不显著，而铜有促进作用。 4.对于围绕PSⅠ的环式电子传递方面，在各种重金属的胁迫处理下，野生型拟南芥离体叶片的CEF均有一定的激发，起到保护作用。和NDH途径相比，PGR5途径的缺失对环式电子传递的激发及其保护作用造成的影响较大。在镉胁迫处理下，CEF可以很好的激发，来保护PSⅠ。相比于镉的处理，铜的处理对环式电子传递的有更加明显的促进作用，CEF的激发水平更高，PSⅠ电子传递速率未受铜抑制，反而受到铜处理的促进。汞降低PSⅡ和PSⅠ的活力，降低整个电子传递链的活性。镍的胁迫处理抑制小，CEF不需很高的激发即起到保护作用。高浓度铅的处理对PSⅠ的电子传递造成影响，CEF没有激发来起到保护作用。锌和汞处理会对CEF中NDH途径造成抑制，使得pgr5突变体受到高浓度锌或汞处理后，两条CEF途径均无法起到作用。 5.通过提取出类囊体膜进行77K低温荧光光谱研究发现，镉、铜和锌对PSⅡ的影响更明显，低浓度的这三种重金属对两个光系统的毒害作用较小。汞对PSⅡ的毒性作用也要强于对PSⅠ的毒性，但是高浓度汞对PSⅠ和PSⅡ均有抑制作用。铅处理下PSⅡ相对于PSⅠ受到的抑制较重，但是不如镉、铜、汞和锌作用下的毒性作用大。几种重金属中毒性最小的镍对两个光系统的影响均较小。Hg和两个光系统颗粒的结合能力最强，可以解释Hg对光系统和光合作用器官的高毒性。Cd和Zn更易于与PSⅡ结合，因此解释了Cd和Zn对PSⅡ毒性强的原因。重金属Pb和其他重金属相比，与两个光系统的结合能力较弱，解释了Pb毒性较弱的原因。