桤木幼苗生长及光合生理特性对镉胁迫的响应

摘要

【目的】阐明桤木（Alnus cremastogyne）幼苗生长及光合生理对镉（Cd）胁迫的响应机制。【方法】采用盆栽试验，设置0,12.5,25.0,50.0,100.0 mg/kg Cd处理，分别用CK、T1、T2、T3、T4表示，测定不同含量Cd处理桤木幼苗生长（株高和地径净生长量、生物量）、叶片光合色素(叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、类胡萝卜素（Car）)含量以及气体交换参数(气孔导度（G_s）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）),同时测定了不同含量Cd对桤木幼苗叶片光合-光响应特征曲线及其参数(表观量子效率（AQY）、最大净光合速率(P_{n, max})、光饱和点（LSP）、暗呼吸速率（R_d）、光补偿点（LCP）)和叶绿素荧光参数(PSⅡ潜在活性（F_v/F₀）、PSⅡ最大光化学量子效率（F_v/F_m）、PSⅡ有效光化学量子效率(F_v'/F_m')、PSⅡ实际光化学量子产量(Φ_PSⅡ)、表观光合电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）和非光化学淬灭系数（NPQ）)的影响。【结果】不同含量Cd处理桤木幼苗生长指标有明显差异。随着Cd含量的升高，桤木幼苗的株高净生长量、地径净生长量和生物量均呈下降趋势。不同含量Cd对桤木幼苗叶片光合色素含量、气体交换参数、光合-光响应特征曲线及其参数和叶绿素荧光参数均有明显影响。随着Cd胁迫程度的加剧，桤木幼苗叶片Chl a、Chl b、Car和叶绿素总含量(Chl（a+b）)总体均呈下降趋势，Chl a/b无显著变化；G_s、P_n以及T_r总体降低，而C_i总体升高。当光合有效辐射（PAR）<200μmol/（m²·s）时，随着PAR的增加，桤木幼苗的叶片P_n先迅速上升；之后随着PAR继续增加，P_n上升的速率减缓；当PAR≥800μmol/（m²·s）之后，P_n趋于稳定。不同含量Cd处理桤木幼苗叶片的光合-光响应曲线差异明显，在同一PAR下，各处理P_n总体表现为CK>T1>T2>T3>T4。随着Cd胁迫程度的加剧，桤木幼苗叶片AQY、P_{n, max}、LSP和R_d总体降低，LCP总体升高；F_v/F₀、F_v/F_m、F_v'/F_m'、ETR和Φ_PSⅡ以及qP总体均下降，但NPQ总体呈上升趋势。【结论】当土壤Cd含量较高（25.0～100.0 mg/kg）时，桤木幼苗生长和叶片及光合生理特性受到了明显抑制，表明桤木幼苗对Cd胁迫的耐受性较低，因此将桤木不要种植在Cd污染严重的地区。但在Cd污染程度较轻（Cd含量≤12.5 mg/kg）的地区，桤木能够正常生长，可用于轻度Cd污染土壤修复。

关键词

桤木 / 镉胁迫 / 光合生理 / 叶绿素荧光

基金资助

四川省“十三五”农作物育种攻关项目(2016NZ0098-10)