微囊藻毒素对不同生育期水稻生长和光合的影响

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蓝藻水华频繁暴发已经成为全球性环境问题,其主要危害之一就是向水体中释放蓝藻毒素,对生物具有毒性作用,甚至引起毒性死亡,其中微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是产量最大、出现频率最高和伤害最严重的毒素,也是最受关注的毒素。被MCs污染的水体通过灌溉会进入农田生态系统,势必影响陆生植物的生长,并因生物富集效应有可能通过食物链威胁人类健康。然而MCs浓度因蓝藻季节性爆发、土壤吸附抑或自身降解等原因会发生改变,因此研究胁迫期和恢复期(无MCs胁迫)内植物生长和光合变化有重大意义。本文采用模拟污染灌溉水的方法,以重要作物水稻作为实验对象,采用高效液相法、酶联免疫法、叶面积分析仪、根系分析仪、便携式光合测定仪和叶绿素荧光仪来研究MCs对水稻生长和光合的影响机制,实验结果如下:(1) MCs对水稻生长影响的结果表明:1μg·L-1MCs处理对幼苗期水稻生长有一定促进作用,对孕穗期水稻生长没有影响;高浓度MCs(≥100μg·L-1)处理对幼苗期和孕穗期水稻生长均有一定的抑制程度,且幼苗期表现更敏感。在恢复期内,100μg·L-1处理组水稻所受伤害有一定的恢复能力,而且孕穗期水稻的恢复能力强于幼苗期,成熟期时水稻的生物量和产量低于CK,表明水稻恢复能力有限;然而在1000μg·L-1和3000μg·L-1MCs处理组中,水稻生长抑制更甚,伤害不可逆,水稻产量大幅下降。(2) MCs对水稻光合静态和动态效应结果发现:1μg·L-1MCs处理对幼苗期水稻叶片的Pn、ΦPSII、ETR、qP和qN没有明显影响,对F0、Fv/Fm、Chl a、Chlb和Chl有促进作用;对孕穗期水稻叶片的Pn、Chl、Chl a、Chl b、Chl a/b、qP和qN没有明显影响,对F0、Fv/Fm、ΦPSII和ETR却有明显的促进效应。而在较高浓度MCs (≥100μg·L-1)处理下,两生育期的叶绿素、Pn和各荧光参数均明显受抑,抑制程度随着MCs浓度的上升而增加。另外,孕穗期水稻叶片荧光参数对外界胁迫的敏感性普遍低于幼苗期。恢复期内,100μg·L-1处理下水稻虽因迟滞效应在第8天达到最大抑制程度,但随着恢复时间的延长,光合指标接近CK,显示出一定的恢复能力,且孕穗期水稻的恢复能力较强。而1000μg·L-1和3000μg·L-1MCs胁迫下,各光合指标无法恢复到正常水平,SPII中心严重受损。(3)酶联免疫法检测发现,MCs可在水稻体内富集,富集量具有剂量和时间效应,相同器官的MCs富集量在恢复期小于胁迫期,且相同处理下,幼苗期水稻各器官富集量大于孕穗期,成熟期最低,可能与MCs的降解以及生长有关;在各器官的富集规律整体呈现,胁迫期富集量是根>叶>茎,恢复期则是叶>根>茎。本研究可为MCs的监控、控制以及农田灌溉水标准的制定提供新的思考方向,也为客观评价MCs在农业生产与食品安全中的潜在危险提供基础信息与参考。
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