植物学报 ›› 2016, Vol. 51 ›› Issue (1): 31-39.DOI: 10.11983/CBB15028
李辉1, 张光灿1, 谢会成1,*(), 许景伟2, 李传荣1, 孙居文1
收稿日期:
2015-02-03
接受日期:
2015-07-06
出版日期:
2016-01-01
发布日期:
2016-02-01
通讯作者:
谢会成
作者简介:
共同第一作者
基金资助:
Hui Li1, Guangcan Zhang1, Huicheng Xie1*, Jingwei Xu2, Chuanrong Li1, Juwen Sun1
Received:
2015-02-03
Accepted:
2015-07-06
Online:
2016-01-01
Published:
2016-02-01
Contact:
Xie Huicheng
About author:
These authors contributed equally to this paper
摘要: 为探讨垂柳(Salix babylonica)对苯酚污染物的耐受程度及其应用于苯酚污染环境修复的可行性, 了解苯酚胁迫对垂柳光合作用生理过程的影响与限制机理, 采用水培模拟胁迫实验方法, 在5种苯酚溶液浓度(50、100、200、400和800 mg·L-1)下, 测定垂柳植株叶片光合气体交换及叶绿素荧光参数。结果表明, 苯酚对垂柳光合作用具有显著的抑制作用, 表现为叶片净光合速率(Pn)、最大光合速率(Pnmax)、光合量子效率(Φ)、PSII最大和实际光化学效率(Fv/Fm和ФPSII)等均明显下降。苯酚胁迫浓度越高, 对垂柳光合作用的抑制程度越大; 苯酚胁迫限制光合作用主要由非气孔因素引起。将垂柳用于苯酚污染的水体环境修复时, 苯酚浓度应在200 mg·L-1以下, 否则垂柳的光合作用效能会明显降低。垂柳光合作用生理活性耐受苯酚胁迫的极限浓度还需进一步实验研究。
李辉, 张光灿, 谢会成, 许景伟, 李传荣, 孙居文. 苯酚废水对垂柳叶片光合生理参数的影响. 植物学报, 2016, 51(1): 31-39.
Hui Li, Guangcan Zhang, Huicheng Xie, Jingwei Xu, Chuanrong Li, Juwen Sun. The Effect of Phenol Concentration on Photosynthetic Physiological Parameters of Salix babylonica. Chinese Bulletin of Botany, 2016, 51(1): 31-39.
Light response model | Phenol concentration (mg·L-1) | Φ0 | Φc | Φc0 | LSP | Pnmax | LCP | Rd | R2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rectangular hyperbolic modified model | 0 | 0.0146 | 0.0138 | 0.0135 | 1192 | 6.25 | 9.76 | 0.132 | 0.994 |
50.0 | 0.0134 | 0.0130 | 0.0128 | 1002 | 3.91 | 20.31 | 0.261 | 0.995 | |
100.0 | 0.0128 | 0.0124 | 0.0121 | 976 | 3.36 | 27.26 | 0.329 | 0.998 | |
200.0 | 0.0122 | 0.0109 | 0.0101 | 763 | 2.88 | 49.60 | 0.501 | 0.997 | |
400.0 | 0.0115 | 0.0102 | 0.0099 | 601 | 1.94 | 68.38 | 0.680 | 0.993 | |
800.0 | - | - | - | - | - | - | - | - |
表1 垂柳叶片光合作用光响应参数直角双曲线修正模型拟合值
Table 1 The model fitted values of photosynthesis-light response parameters of Salix babylonica
Light response model | Phenol concentration (mg·L-1) | Φ0 | Φc | Φc0 | LSP | Pnmax | LCP | Rd | R2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rectangular hyperbolic modified model | 0 | 0.0146 | 0.0138 | 0.0135 | 1192 | 6.25 | 9.76 | 0.132 | 0.994 |
50.0 | 0.0134 | 0.0130 | 0.0128 | 1002 | 3.91 | 20.31 | 0.261 | 0.995 | |
100.0 | 0.0128 | 0.0124 | 0.0121 | 976 | 3.36 | 27.26 | 0.329 | 0.998 | |
200.0 | 0.0122 | 0.0109 | 0.0101 | 763 | 2.88 | 49.60 | 0.501 | 0.997 | |
400.0 | 0.0115 | 0.0102 | 0.0099 | 601 | 1.94 | 68.38 | 0.680 | 0.993 | |
800.0 | - | - | - | - | - | - | - | - |
图2 固定光强(1 200 μmol·m-2·s-1)下垂柳光合生理参数对苯酚浓度响应的变化(平均值±标准差) 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。Pn: 净光合速率; Tr: 蒸腾速率; Gs: 气孔导度; Ci: 胞间CO2浓度; Ls: 气孔限制值; WUE: 水分利用效率
Figure 2 The response of photosynthetic physiological parameters of Salix babylonica to phenol concentration under the same photosynthetically active radiation (1 200 μmol·m-2·s-1) (means±SD)Different lowercase letters mean significant difference among treatments at 0.05 level. Pn: Net photosynthetic rate; Tr: Transpiration rate; Gs: Stomatal conductance; Ci: Intercellular CO2 concentration; Ls: Stomatal limitation; WUE: Water use efficiency
图3 含酚废水对垂柳幼苗荧光参数(Fv/Fm (A)、1-qP (B)、NPQ (C)和ΦPSII (D))的影响(平均值±标准差) 不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Fv/Fm: PSII最大光化学效率; qP: 光化学猝灭系数; NPQ: 非光化学猝灭系数; ΦPSII: 实际光化学效率
Figure 3 Effect of phenol concentration on chlorophyll fluorescence parameters (Fv/Fm (A), 1-qP (B), NPQ (C) and ΦPSII (D)) of Salix babylonica (means±SD)Different lowercase letters in the same column mean significant difference among treatments at 0.05 level. Fv/Fm: Maximal quantum yield of PSII photochemistry; qP: Photochemical quenching coefficient; NPQ: Nonphotochemical quenching; ΦPSII: Effective quantum yield of PSII photochemistry
1 | 陈彩虹, 刘治昆, 陈光才, 单奇华, 张建锋 (2011). 苏柳172和垂柳对Cu2+的吸收特性及有机酸影响. 生态学报 31, 5255-5263. |
2 | 陈登举, 高培军, 吴兴波, 高岩, 温国胜, 王玉魁, 高荣孚, 张汝民 (2013). 毛竹茎秆叶绿体超微结构及其发射荧光光谱特征. 植物学报 48, 635-642. |
3 | 陈华新, 陈玮, 姜闯道, 高辉远, 邹琦 (2008). 光温交叉处理对小麦紫黄质脱环氧化酶活性及其热耗散能力的影响. 植物生态学报 32, 1015-1022. |
4 | 陈卫英, 陈真勇, 罗辅燕, 彭正松, 余懋群 (2012). 光响应曲线的指数改进模型与常用模型比较. 植物生态学报 36, 1277-1285. |
5 | 陈志成, 王荣荣, 王志伟, 杨吉华, 王华田, 耿兵, 张永涛 (2012). 不同土壤水分条件下栾树光合作用的光响应. 中国水土保持科学 10, 105-110. |
6 | 房娟, 楼崇, 陈光才, 单奇华, 张建锋 (2011). 苏柳172和垂柳对Pb的吸收动力学特性及有机酸的影响. 环境化学 30, 1569-1575. |
7 | 韩刚, 赵忠 (2010). 不同土壤水分下4种沙生灌木的光合光响应特性. 生态学报 30, 4019-4026. |
8 | 姜闯道 (2003). 高等植物光合作用中的激发能分配及光破坏防御机制. 博士论文. 泰安: 山东农业大学. pp. 41-91 |
9 | 江月玲 (1997). 水体酚类化合物污染对水稻幼苗生长的影响. 植物学通报 14, 41-44. |
10 | 郎莹, 张光灿, 张征坤, 刘顺生, 刘德虎, 胡小兰 (2011). 不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟. 生态学报 31, 4499-4508. |
11 | 梁芳, 郑成淑, 孙宪芝, 王文莉 (2010). 低温弱光胁迫及恢复对切花菊光合作用和叶绿素荧光参数的影响. 应用生态学报 21, 29-35. |
12 | 刘春英, 陈大印, 盖树鹏, 张玉喜, 郑国生 (2012). 高、低温胁迫对牡丹叶片PSII功能和生理特性的影响. 应用生态学报 23, 133-139. |
13 | 刘琼玉, 李太友 (2002). 含酚废水的无害化处理技术进展. 环境污染治理技术与设备 3, 62-64. |
14 | 钱永强, 周晓星, 韩蕾, 孙振元, 巨关升 (2011). Cd2+胁迫对银芽柳PSII叶绿素荧光光响应曲线的影响. 生态学报 31, 6134-6142. |
15 | 苏行, 胡迪琴, 林植芳, 林桂珠, 孔国辉, 彭长连 (2002). 广州市大气污染对两种绿化植物叶绿素荧光特性的影响. 植物生态学报 26, 599-604. |
16 | 王利, 杨洪强, 范伟国, 张召 (2010). 平邑甜茶叶片光合速率及叶绿素荧光参数对氯化镉处理的响应. 中国农业科学 43, 3176-3183. |
17 | 王宇明, 蔡焕杰, 王健 (2010). 冬小麦辣椒间套作对光合有效辐射和地温的影响. 中国农村水利水电 (1), 14-16. |
18 | 许大全 (2002). 光合作用效率. 上海: 上海科学技术出版社. pp. 29-36. |
19 | 杨卫东, 陈益 (2009). 垂柳对镉吸收、积累与耐性的特点分析. 南京林业大学学报(自然科学版) 33, 17-20. |
20 | 叶子飘, 于强 (2007). 一个光合作用光响应新模型与传统模型的比较. 沈阳农业大学学报 38, 771-775. |
21 | 朱英华, 屠乃美, 肖汉乾, 张国 (2011). 硫对成熟期烤烟叶绿素荧光参数的影响. 生态学报 31, 3796-3801. |
22 | Berry JA, Downton WJS (1982). Environmental regulation of photosynthesis. In: Govindjee, ed. Photosynthesis, Vol.II. New York: Academic Press. |
23 | Brack W, Frank H (1998). Chlorophyll a fluorescence: a tool for the investigation of toxic effects in the photosynthetic apparatus.Ecotox Environ Safe 40, 34-41. |
24 | El-Hassani FZ, Amraoui MB, Zinedine H, Aissam H, Mdaghri AS, Merzouki M, Benlemlih M (2009). Changes in leaf phenols and other physiological parameters of pep- permint in response to olive mill wastewater application.Int J Agric Biol 11, 413-418. |
25 | Farquhar GD, Sharkey TD (1982). Stomatal conductance and photosynthesis.Annu Rev Plant Physiol 33, 317-345. |
26 | Greger M, Landberg T (1999). Use of willow in phytoextraction.Int J Phytoremediat 1, 115-123. |
27 | Krause GH, Weis E (1991). Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: the basics.Annu Rev Plant Biol 42, 313-349. |
28 | Mary LG, David ES (2001). Fortified foods and phytoremediation. Two sides of the same coin. Plant Physiol 125, 164-167. |
29 | Mirck J, Isebrands JG, Verwijst T, Ledin S (2005). Development of short-rotation willow coppice system for environmental purposes in Sweden.Biomass Bioenerg 28, 219-228. |
30 | Nijs I, Ferris R, Blum H (1997). Stomatal regulation in a changing climate: a field study using free air temperature increase (FATI) and free air CO2 enrichment (FACE). Plant Cell Environ 20, 1041-1050. |
31 | Oliver S, Scragg AH, Morrison J (2003). The effect of chlorophenols on the growth of Chlorella VT-1.Enzyme Microb Tech 32, 837-842. |
32 | Ouzounidou G, Asfi M, Sortirakis N, Papadopoulou P, Gaitisa F (2008). Olive mill wastewater triggered changes in physiology and nutritional quality of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) depending on growth substrate.J Hazard Mater 158, 523-530. |
33 | Pinol R, Simón E (2009). Effect of 24-epibrassinolide on chlorophyll fluorescence and photosynthetic CO2 assimilation in Vicia faba plants treated with the photosynthesis-inhibiting herbicide terbutryn.J Plant Growth Regul 28, 97-105. |
34 | Punshon T, Dickinson N (1999). Heavy metal resistance and accumulation characteristics in willows.Int J Phytoremediat 1, 361-385. |
35 | Quan X, Shi H, Zhang Y, Wang J, Qian Y (2004). Biodegradation of 2,4-dichlorophenol and phenol in an airlift inner-loop bioreactor immobilized with Achromobacter sp.Sep Purif Technol 34, 97-103. |
36 | Richard BM (2000). Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants.Curr Opin Plant Biol 3, 153-162. |
37 | Scragg AH, Spiller L, Morrison J (2003). The effect of 2,4-dichlorophenol on the microalga Chlorella VT-1.Enzyme Microb Tech 32, 616-622. |
38 | Susarla S, Medina V, McCutcheon S (2002). Phytoremediation: an ecological solution to organic chemical contamination.Ecol Eng 18, 647-658. |
39 | Ucisik AS, Trapp S (2006). Uptake, removal, accumulation, and phytotoxicity of phenol in willow trees (Salix viminalis).Environ Toxicol Chem 25, 2455-2460. |
40 | Yu XZ, Trapp S, Zhou PH (2005). Phytotoxicity of cyanide to weeping willow trees.Environ Sci Pollut R 12, 109-113. |
41 | Yulla AK, Martin F (2005). Willows beyond wetland: use of Salix L. species for environmental projects.Water Air Soil Poll 162, 183-204. |
[1] | 廖星鑫, 牛祎, 多兴武, 阿克也得力·居玛哈孜, 买热哈巴·阿不都克尤木, 热孜瓦尼姑丽·胡甫尔, 兰海燕, 曹婧. 异源表达异子蓬SaPEPC2基因提高烟草抗旱性和光合特性[J]. 植物学报, 2024, 59(4): 0-0. |
[2] | 李伟斌, 张红霞, 张玉书, 陈妮娜. 昼夜不对称增温对长白山阔叶红松林碳汇能力的影响[J]. 植物生态学报, 2023, 47(9): 1225-1233. |
[3] | 蒋海港, 曾云鸿, 唐华欣, 刘伟, 李杰林, 何国华, 秦海燕, 王丽超, 姚银安. 三种藓类植物固碳耗水节律调节作用[J]. 植物生态学报, 2023, 47(7): 988-997. |
[4] | 金佳怡, 罗怿婷, 杨惠敏, 芦涛, 叶涵斐, 谢继毅, 王珂欣, 陈芊羽, 方媛, 王跃星, 饶玉春. 水稻叶绿素含量QTL定位与候选基因表达分析[J]. 植物学报, 2023, 58(3): 394-403. |
[5] | 孙永江, 王琪, 邵琪雯, 辛智鸣, 肖辉杰, 程瑾. 高温胁迫对植物光合作用的影响研究进展[J]. 植物学报, 2023, 58(3): 486-498. |
[6] | 刘海燕, 臧纱纱, 张春霞, 左进城, 阮祚禧, 吴红艳. 磷饥饿下硅藻光系统II光化学反应及其对高光强的响应[J]. 植物生态学报, 2023, 47(12): 1718-1727. |
[7] | 孔照胜, 杨文强, 王柏臣, 林荣呈. 豆科饲草碳氮高效固定、转运和同化利用研究进展[J]. 植物学报, 2022, 57(6): 764-773. |
[8] | 邹青青, 吴含玉, 刘东焕, 姜闯道. 植物光合作用的三维特性研究进展[J]. 植物学报, 2022, 57(2): 250-258. |
[9] | 吴霖升, 张永光, 章钊颖, 张小康, 吴云飞. 日光诱导叶绿素荧光遥感及其在陆地生态系统监测中的应用[J]. 植物生态学报, 2022, 46(10): 1167-1199. |
[10] | 靳川, 李鑫豪, 蒋燕, 徐铭泽, 田赟, 刘鹏, 贾昕, 查天山. 黑沙蒿光合能量分配组分在生长季的相对变化与调控机制[J]. 植物生态学报, 2021, 45(8): 870-879. |
[11] | 武洪敏, 双升普, 张金燕, 寸竹, 孟珍贵, 李龙根, 沙本才, 陈军文. 短期生长环境光强骤增导致典型阴生植物三七光系统受损的机制[J]. 植物生态学报, 2021, 45(4): 404-419. |
[12] | 叶子飘, 于冯, 安婷, 王复标, 康华靖. 植物气孔导度对CO2响应模型的构建[J]. 植物生态学报, 2021, 45(4): 420-428. |
[13] | 李景, 王欣, 王振华, 王斌, 王成章, 邓美凤, 刘玲莉. 臭氧和气溶胶复合污染对杨树叶片光合作用的影响[J]. 植物生态学报, 2020, 44(8): 854-863. |
[14] | 张璐,何新华. C3和C4植物的氮素利用机制[J]. 植物学报, 2020, 55(2): 228-239. |
[15] | 李旭, 吴婷, 程严, 谭钠丹, 蒋芬, 刘世忠, 褚国伟, 孟泽, 刘菊秀. 南亚热带常绿阔叶林4个树种对增温的生理生态适应能力比较[J]. 植物生态学报, 2020, 44(12): 1203-1214. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||