桐花树幼苗对气态汞的富集及耐受汞机制

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红树林是生长在热带、亚热带地区的木本植物群落,具有极为重要的生态价值和经济价值。红树植物具有较高的富集汞的能力,其叶与大气之间存在持续的汞交换过程。目前,关于红树植物对离子汞耐受性的研究已有很多,而有关红树植物对气态汞胁迫的响应及其耐受性机制的研究却鲜有报道。因此,本研究以桐花树(Aegiceras corniculatum)幼苗为材料,利用封闭通量箱测定其在饱和气态汞(Hg0)胁迫下的生理、解剖结构和亚细胞结构的变化,探究桐花树叶片与大气汞交换的昼间变化规律及其影响因素。探讨其对汞的富集和耐受机制。研究结果表明:  (1)桐花树幼苗叶片对气态汞胁迫的响应及其各部位对汞的吸收和累积结果显示:Hg0胁迫下,胁迫组丙二醛最高值出现时间早于对照组的;胁迫组脯氨酸含量最高值含量较高;随着胁迫时间的增加,胁迫组桐花树叶片叶绿素含量呈现先上升后下降的趋势,而对照组叶片叶绿素含量变化不大;胁迫组每天的可溶性糖含量均低于相应对照组。同时,桐花树幼苗叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性和还原型谷胱甘肽(GSH)含量也受到一定影响:与对照相比,胁迫组SOD活性最高值较高且出现较早;胁迫组POD活性均低于相应时间对照组;胁迫组CAT活性则表现为短时间胁迫高于对照,长时间胁迫低于对照;短时间汞胁迫GSH含量较低,长时间汞胁迫较高。而且桐花树幼苗各部位汞含量表现为:叶>茎>根。且叶中汞含量显著高于茎汞和根汞(P<0.05),幼苗各部位生物量和汞分配量成正比。茎各部分汞含量大小为:皮<木质部<髓,髓汞含量显著大于皮汞和木质部汞(P<0.05)。表明,汞胁迫虽可造成桐花树幼苗叶片膜质过氧化,光合作用和蛋白质的合成过程受阻。但是桐花树幼苗叶片的抗氧化酶系统和非酶系统协同作用,以减缓汞胁迫对自身的伤害;同时,Hg0胁迫下,叶是植物吸收汞的重要部位。且叶吸收的汞主要经茎髓传递到根。对整株植物而言,生物量越大,其汞分布量越大。  (2)桐花树叶解剖结构和超微结构对气态汞胁迫的响应及其叶中汞的亚细胞和形态分布结果如下:Hg0胁迫下,桐花树叶栅栏组织和海绵组织结构未发生明显变化,但其中的单宁含量有所增加;受胁迫后,桐花树幼苗叶片气孔密度显著下降。停止胁迫五天后,叶片气孔密度仍显著低于未受胁迫叶片的气孔密度(P<0.05)。但其石细胞密度并未发生显著变化;与对照相比,胁迫组叶肉细胞的线粒体和细胞核并没有发生显著变化,但胁迫组叶绿体基质片层扭曲,淀粉粒和脂滴含量明显较多;胁迫五天(5Hg)和停止胁迫五天后(5RHg)的桐花树幼苗叶汞形态以残渣态为主;5Hg处理组根中各提取态含量大小为:残渣态>氯化钠提取态>盐酸提取态>去离子水提取态≈醋酸提取态≈乙醇提取态。与5Hg处理组相比,虽然停止5RHg处理组叶中汞形态仍以残渣态为主,但其根中残渣态汞所占比例有所减少,盐酸提取态和醋酸提取态汞所占比例有所增加;与对照相比,胁迫组各亚细胞组分汞含量由高到低依次为:可溶部分>细胞器>细胞壁>细胞膜,其中细胞可溶部分汞含量所占比例最高。表明,汞胁迫可使桐花树幼苗叶片单宁含量增加,可对叶片气孔造成不可逆的伤害,但并不会对石细胞密度产生显著影响;与线粒体和细胞核相比,叶绿体对Hg0胁迫较为敏感,Hg0胁迫可对桐花树叶片叶肉细胞的代谢产生影响;但桐花树幼苗可将吸收的汞转化为活性较低的形态,积累在以液泡为主的可溶部分,以增强自身抗汞胁迫的能力。  (3)Hg0胁迫后红树植物桐花树幼苗叶片昼间释汞变化及叶光合作用结果显示:胁迫组与对照组净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均表现为先下降后上升又下降的趋势,除17:30外,相应时间点胁迫组均小于对照组;胁迫组胞间二氧化碳浓度(Ci)最高值出现在11:30,对照组最高值有所推迟。昼间释汞量表现为先降低又升高再降低的趋势,与Pn、Gs和Tr显著正相关(P<0.05),与Ci显著负相关(P<0.05),但与昼间温度变化没有明显的相关关系。表明,光照和气孔是桐花树幼苗释汞的关键影响因素,温度并不是影响其释汞的关键因素。
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