重金属离子对藻类叶绿素含量及光合作用的影响
重金属对植物生长和发育的影响
重金属对植物生长和发育的影响近年来，随着工业化和城市化的加速发展，重金属污染问题愈加突出，成为影响生态环境和人类健康的重要问题之一。
在这些污染物中，重金属因其高毒性、难降解、易积累等特点成为最主要的污染物之一。
重金属的高浓度污染会带来严重的生态环境问题，对植物生长和发育也产生了极大的影响。
重金属对植物的影响是多方面的。
它们不仅会影响植物的生长速度和形态，而且会对植物的基因、蛋白质、酶等产生影响，从而影响植物的代谢和生理过程。
下面我们将从植物生长、生理和分子水平来探讨重金属对植物的影响。
一、植物生长方面的影响重金属能够进入植物体内，并积累在根系、茎、叶中，影响植物的生长和发育。
过量的重金属会影响植物的生理代谢，导致光合作用、呼吸和营养物质的吸收和运输等生理过程受到抑制，进而影响植物的生长速度和形态。
铅、镉、汞等重金属能够累积在植物的不同组织中，严重影响植物在不同生长阶段的发育和生长速度。
比如，高浓度汞、铅、亚铁、钼等重金属的存在会使得种子萌发率降低，发芽延迟，脱落和变黄。
铅、镉、汞等也会阻碍植物细胞的分裂和增殖，引起细胞壁分解和纤维腐解，从而导致幼苗生长速度减缓，形态畸形，茎秆细长，叶片变薄，枯黄早落等生长异常。
甚至在极度污染的情况下，幼苗死亡率会迅速增加，导致植株数量减少。
二、植物生理方面的影响随着重金属进入植物，它们会影响植物的生理代谢和各种生理过程。
例如，重金属的存在对植物的光合作用、呼吸、气孔开放和营养物质的吸收等都会产生影响。
首先，重金属会影响植物的光合作用。
光合作用是植物合成有机物质和释放氧气的主要途径。
然而，重金属的存在会直接阻碍光合作用反应过程中的光反应和暗反应，导致植物无法正常进行光合作用，从而影响其生长和发育。
另一方面，重金属会影响植物的气孔开放和吸收营养物质的过程。
植物的气孔和根系是植物吸收二氧化碳和营养物质的主要途径。
当植物体内有大量的重金属时，植物会受到抑制，导致气孔关闭，降低了植物的二氧化碳吸收率和呼吸速率。
锌(Zn2+)对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光特性影响
锌(Zn2+)对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光特性影响马欠;邓春暖;郭锋锋;徐丽琼【摘要】以铜绿微囊藻为研究对象,以BG-11营养液为背景,添加不同锌(Zn2+)浓度(0mg/L、0.08mg/L、0.8mg/L、8mg/L、80mg/L),研究不同浓度锌对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光特性的影响.结果表明:锌(Zn2+)对铜绿微囊藻的吸光度值(OD680)、藻细胞密度、比生长速率、叶绿素荧光参数(Fv/Fm)和电子传递速率(ETo/RC)影响显著(P<0.05);当添加Zn2+浓度为0mg/L时铜绿微囊藻生长最好,当添加锌(Zn2+)浓度为0.08mg/L时是铜绿微囊藻最适宜生长浓度;随着锌(Zn2+)胁迫浓度升高,对铜绿微囊藻的生长抑制就越明显,当Zn2+的浓度达到0.8mg/L以上时,铜绿微囊藻基本停滞生长甚至死亡;当锌(Zn2+)浓度偏低时会对铜绿微囊藻生长有一定刺激作用,达到阈值后随着锌(Zn2+)浓度升高对铜绿微囊藻毒害越大,对铜绿微囊藻生长抑制越强.【期刊名称】《大庆师范学院学报》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】7页(P116-122)【关键词】锌(Zn2+);铜绿微囊藻;叶绿素荧光;生长影响【作者】马欠;邓春暖;郭锋锋;徐丽琼【作者单位】云南师范大学旅游与地理科学学院云南省高原湖泊生态与全球变化重点实验室,云南昆明650500;云南师范大学旅游与地理科学学院云南省高原湖泊生态与全球变化重点实验室,云南昆明650500;云南师范大学旅游与地理科学学院云南省高原湖泊生态与全球变化重点实验室,云南昆明650500;云南师范大学旅游与地理科学学院云南省高原湖泊生态与全球变化重点实验室,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】X503.23;X520 引言随着经济发展，重金属污染已经成为水体污染的一个重要方面。
重金属一般在水体中不易被降解，以不同形态在水体、底泥及水生物之间迁移存在。
重金属对植物生态的影响研究
重金属对植物生态的影响研究重金属，是指相对标准状态中密度大于5克/立方厘米的金属元素，包括铅、镉、汞等常见的有毒重金属。
这些重金属在环境中普遍存在，会对人类和植物造成不可忽视的影响，尤其是作为一种大量生产和排放的污染物，对生态系统的影响尤其值得关注。
植物是生态系统中最重要的组成部分之一，它们通过吸收土壤中的营养和水分来生存，但同时也会吸收土壤中的污染物。
重金属在植物内部可以积累并影响植物的生长发育，进而影响整个生态系统的平衡。
因此，对重金属对植物生态的影响进行深入研究非常必要。
首先，重金属对植物组织的影响是显著的。
重金属离子可以通过根系渗透到植物内部并在各个部位进行积累，从而使植物形态和生理变化。
例如，铅离子可以降低植物根系的活力和新陈代谢，使植物根部发生变形和脱落；镉则会导致叶片上的气孔关闭以减少水分蒸发，从而降低光合作用对二氧化碳的利用率。
这些影响不仅会影响植物的生长和生产力，还会将积累在植物内部的重金属转移到植食动物体内，对整个生态系统造成连锁反应。
其次，重金属对植物的光合作用和呼吸作用产生深远的影响。
植物光合作用是将光能转化为化学能的过程，是维持植物生命的重要途径。
重金属离子在植物内部累积，会导致光合作用酶的功能受到干扰，进而使植物无法有效地吸收阳光提供的能量，从而影响植物的生长；同时，重金属也会影响植物的呼吸作用，使得植物体内的氧气含量下降，从而影响植物的呼吸和代谢过程。
最后，重金属对植物内部物质代谢的影响也是植物生态中不容忽视的一部分。
植物体内的物质代谢是繁衍生命所必需的过程之一，也是维持生态系统平衡的重要途径。
重金属通过影响植物体内的物质代谢，例如糖类和氨基酸等物质的代谢，会对植物生长发育产生深远的影响。
此外，重金属积累也会影响植物体内肽酶和多酚的合成、分解和转运，影响植物的免疫系统和抗氧化能力。
综上所述，重金属对植物生态的影响非常深远，从形态生理到分子水平都存在显著的影响。
为了保护生态系统的平衡，我们必须对重金属对生态系统的影响进行深入的研究，并尽可能地减少重金属的排放和污染。
汞对藻类的生长和光合作用的影响
汞对藻类的生长和光合作用的影响细胞是生命的基本单位，藻类作为原始的植物类群之一，在地球上具有重要的生态和生物社会作用。
然而，随着工业化和人类活动的增加，各种污染物对自然环境和生物体产生了一系列的不利影响。
其中，汞被广泛认为是最具毒性的重金属之一，具有高度的环境稳定性，长期存在于环境中，对生物体和生态系统产生危害。
本文将重点探讨汞对藻类的生长和光合作用的影响，旨在增加人们对汞污染的认识，并寻找减轻汞污染的方法。
首先，汞对藻类生长的影响可以体现在生理和生化层面。
汞可以通过直接毒害和间接影响两种方式对藻类产生毒性作用。
直接毒害是指汞离子进入藻类细胞内，干扰正常的生理功能，例如抑制酶活性、破坏细胞膜、损伤DNA等。
研究发现，汞离子能够干扰光合作用中的电子传递链，影响ATP合成和电子传递过程，从而阻碍藻类的光合作用。
此外，汞还会干扰藻类的氮代谢、酵母菌酸和生长基质的调节等关键过程，导致藻类生长迟缓甚至死亡。
其次，汞对藻类光合作用的影响是其毒性机制的重要方面。
光合作用是藻类的重要代谢方式，也是地球上光合生物合成有机物的关键途径。
然而，汞的存在影响了藻类叶绿素的合成、光合色素复合物的组装以及光合作用中的光合电子传递链等关键步骤。
研究表明，汞可以与叶绿素分子结合，破坏叶绿素的结构和功能，导致光合作用受阻。
此外，汞还可以与光合色素复合物中的辅助蛋白发生相互作用，在光合作用中形成非典型的氧化还原反应，进一步破坏光合作用的正常进行。
这些影响导致藻类的光合作用效率降低，光合产物减少，限制了藻类的生长和繁殖。
除了对藻类个体的影响，汞还对藻类群落和生态系统的稳定性产生重要影响。
藻类是水体中最基本的初级生产者之一，为整个食物链提供养分和能量。
当环境中汞污染严重时，藻类个体的生长受到抑制，导致其数量和生物量减少，从而影响到整个食物链的稳定性。
同时，藻类还参与到水体中的养分循环和水质净化等重要过程中。
因此，汞的存在不仅对藻类群落自身的结构和功能产生影响，也影响到整个生态系统的平衡。
藻类在含重金属废水处理中的应用
生长影响的强弱顺序是 ： ｃ ｄ ２ ＋ 、 ｃ ｒ ６ ＋ 和Ｈ ｇ ２ ＋ ；对叶绿素含量影响的强弱顺序是 ： Ｈ ｇ ２ 、 Ｃ ｄ 和Ｃ ｒ ６ ； 对 蛋 白质含 量 影响 强 弱顺序 是 ： ｃ ｄ 、 ｃ ｒ “ 和Ｈ 。 吴 海锁 等 以 学 沉淀 法 、 离子 交换 法等 ， 这些 处 理方 法成 本 高 ， 对 大 型工 厂 的 污水 处 理不 适 小球藻为生物吸附剂 ， 研究 了小球藻对ｃ ｕ “、 Ｃ ｄ 和ｚ ｎ 。 坝 附性能， 结果发现小 用， 因 此迫 切需 要一 种 经 济适 用 的处理 方 法来 解决 。藻 类 吸附 法作 为 一 种新 球 藻 吸附 １ ０～１ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ 重金 属 离 子 的速 度 快 ， 吸附 容 量 大 ， 适 宜 的ｐ Ｈ在 ３ ． ０～ 型廉价 的 理方 法正 日益受 到关 注 ， 对 藻 类吸 附法 进 行研 究 有 重要 的应用 和 ５ ． ０ ， 影 响吸 附 性 能的 关键 指 标是 ｐ Ｈ和吸 附 时间 ， 小球 对 ｃ ｄ ２ 的 吸 附性 能 明显 经 济价 值 。 高 于其 它离 子 。提 高 体 系 中小 球藻 质 量 浓度 有 利 于 提高 重 金 属离 子 的 吸附
子 等工 业 生产 排水 ， 对 环境 和人 类 健康 有严 重 的危 害 。废 水 中 的重 金 属离 子 大 多不 能 被分 解 ， 容 易 在植 物 和水 生动 物体 内大量 富 集 ， 进 而 转 化到 人 体 内 ， 所 以针 对 重金 属 废水 的处 理 进行 研究 十 分重 要 。目前 常用 的处 理 方法 包括 化
３ ． ２蓝 藻 门藻 类
２ ． 藻类对 重 金属 废水 的 吸附机 理
藻类是一种光合 自养型生物， 其结构简单 ， 其细胞壁主要 由多糖 、 脂肪及 蛋 白质 等组 成 ， 表面 带有 一定 的负 电荷 ， 因此 能够 吸 附废 水 中 的重 金属 离 子 ， 而且其表面的氨基 、 羟基等官能 团等也能与金属离子结合 ， 从而达 到对金属 离子的吸附和富集。另外藻类还有一定的生物吸收作用 ， 当金属阳离子与细 胞表 面 的 水解 酶 等 催化 剂 结 合后 ， 会 被 细胞 吸 收 转移 到 其 体 内 ， 然 后 通 过 一 系列 的 反应 ， 最终 实 现金 属离 子 的 吸收转 化 。藻 类 的 吸附 作 用受 外 界 因素 影 响 时变 化 较大 ， 具体 的像 温度 、 Ｐ Ｈ值 、 培养时间、 金 属离 子 浓 度等 因 素都 会 对 其产 生 一定 的影 响 。 目前对 于 藻类 的 吸附 机理 研 究 尚处 于初 级 阶段 ， 其 过 程 不是 简 单 的吸 附 、 富 集 和离 子交 换过 程 ， 而 是 长 时间 的新 陈 代谢 作 用 、 化 学 及 物理作用的共同效果。
重金属离子对藻类叶绿素含量及光合作用的影响
课题的目的和意思光合作用即光能合成作用是植物、藻类在可见光的照射下经过光反应和碳反应利用光合色素将二氧化碳或硫化氢和水转化为有机物并释放出氧气或氢气的生化过程。
光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和是生物界赖以生存的基础也是地球碳氧循环的重要媒介。
光合作用对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义,光合作用除了制造数量巨大的有机物实现巨大的物质转变将CO2和H2O合成有机物将太阳能转化为化学能,并储存在光合作用制造的有机物中,以及净化空气维持大气中的O2和CO2含量保持相对稳定还对生物的进化具有重要作用。
但是,高等植物的光合作用经常受到各种不利环境因素的影响重金属污染就是其中的因素之一。
重金属离子以各种途径和不同形式释放于环境它们作为一种逆境因子胁迫植物的各种生理过程使植物的生长受到抑制。
光合作用对重金属离子的作用较为敏感重金属胁迫使植物的光合速率下降这已为众多实验所证明光合降低应与植物种类和发育时期以及重金属的种类密切相关且与胁迫程度呈正相关。
重金属离子对光合作用的毒害机理也已逐渐被深入探讨。
二、国内的研究进展重金属离子对植物光合作用的影响是复杂的、多方面的。
不同重金属离子可能有不同的作用部位和作用方式而相同的重金属离子又因浓度和作用于不同的植物而有所差别在自然环境中通常发生的可能是几种重金属离子的混合污染它们的相互作用可能导致拮抗或协同效应更增加了反应的复杂性这都需要进一步深入细致的研究探讨。
1、重金属离子对叶绿素含量和叶绿体结构的影响叶绿素含量的变化重金属离子Cd2+、Pb2+、Hg2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等均可使高植物的叶绿素含量明显降低。
有报道认为Cd在低浓度短期内对叶绿素合成有刺激作用而超过一定浓度后才对叶绿素起破坏作用。
重金属导致叶绿素含量降低可能是引起光合速率下降的原因之一但叶绿素含量的降低程度通常小于光合速率的降低。
还有研究表明对叶绿素合成的抑制早于对光合作用功能的抑制。
实验新编重金属污染对植物叶绿素含量
计算叶绿素含量Leabharlann • 叶绿素a和b及总叶绿素旳浓度分别为：
Ca、Cb和CT，可根据下式计算：
Ca=12.7A663-2.69A645 Cb=22.9A645-4.68A663 CT=8.02A663+20.21A645
式中：A663、A645分别为提取液在波长663nm、645nm下旳
吸光度。
数据处理与试验成果分析：
• 每个处理组旳平行测定成果用平均数±
原则误（￣X ±SE）表达，用One-Way
ANOVA分析不同处理间旳差别性。可 Excel做图，展示试验成果并分析。
Let’s do it!
试验目旳
掌握叶绿素含量旳测定 了解重金属污染对叶绿素含量旳影响 了解在重金属胁迫条件下旳变化趋势
试验原理
植物叶绿素分叶绿素a和叶绿素b，其含量 旳高下是反应植物光合作用能力旳一种主 要指标
叶绿素含量旳变化能够反应污染对植物光 合作用旳影响
试验仪器与材料
仪器：研钵、滤纸、漏斗、5 mL移液管、分 光光度计等
材料：小麦
试剂：丙酮（80%） 、石英砂、氯化铬 （Cd 2+）系列溶液（0、5、10、25、 50mg/L）
试验环节1：试验材料培养
将大小百分比均匀旳种子用蒸馏水浸泡、 吸胀后，移入铺有2层滤纸旳培养皿中， 置入光照培养箱中培养（22 ℃ ～25℃）
试验环节2：分组染毒处理
在种子长出2片真叶后，分别用5个不同 浓度旳重金属氯化铬溶液处理
试验环节3：叶片中叶绿素提取
在暗处静置3 ～ 5min后，用一层滤 纸过滤到30mL烧杯中
用滴管吸收80%丙酮将研钵和滤纸 周围洗脱色素
锌离子(Zn 2+)对坛紫菜叶状体光合色素含量的影响
高和各种光合色素的含量。红藻 的光合色素和光能转 化 ， 了一 般植 物具 有 的 叶绿 素 ａ外， 有 重 要 的捕 光 除 还
色 素—— 藻 胆 蛋 白（ ｈｃｂｌ ｒｔｎ） 藻 胆 蛋 白可 分 Ｐ ｙｏｉｐｏｅ 。 ｉ ｉ 为藻 红 蛋 白 （ ｈｃｅｙｈｉ ，Ｐ ， 蓝 蛋 白 （ ｈｃ— Ｐ ｙｏｒｔｒｎ Ｅ） 藻 Ｐ ｙｏ
紫菜是 １ 高蛋 白、 种 低脂 肪 、 含多 种 维 生素 和 矿 富
月 ７日采 集于浙 江象 山 ， 阴干后 ， 一 ０℃冷 冻保存 。 于 ２
物质的高档 次、 纯天然的绿色海产珍 品。由于富含 多 种 呈 味 物 质 … 食 用 风 味 极 佳 ， 具 有 多 种 保 健 功 １， 且
能Ｉ ］ ２ 。紫 菜 产量和 质量 的提 高 ， 。 有赖 于 光合 效率 的提
１２培养方法与条件 ． １２ １坛紫菜叶状体的复苏和培养条件 ．． 取适量冷 冻保存的坛紫菜放入‘００ｍＬ三 角瓶中， ５ ０ 充气培养复 苏， 后选择长度在 ５ ０ｃ 颜色正常的较幼嫩 的 ２ｄ ～１ ｍ，
Ｃ ， ， ｒＣ ， ｎ的 不 同 剂 量 能 使 海 带 、 ｕＨｇ Ｃ ， ｄ Ｚ 紫菜 等 海 藻
产生毒性效应［ Ｊ ６ 。锌作为碳酸酐酶的辅酶， 可以参与 并 影 响光合 作用 。 以前 有 报道 ｚ ２ 眼虫 藻 、 细 胞 ｎ 对 单 绿藻和 鱼 腥藻 等 的 生 长 发 育 及 光 合 作 用 的影 响 － ， ８
维普资讯
第３ ７卷
第 ｌ期
中 国 海 洋 大 学 学 报
藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理
藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理藻类是一类广泛存在于水体中的微生物，具有高生物群落多样性和生物活性，可以有效地处理环境污染问题。
下面将从藻类在水体富营养化治理、重金属治理和废水处理等方面的应用及其作用原理进行详细介绍。
首先，藻类在水体富营养化治理中的应用。
水体富营养化是指水体中氮、磷等营养物质过多积累，导致藻类大量繁殖，形成藻华。
藻类通过光合作用可以吸收大量的营养物质，并将其转化为植物生长所需的有机物和氧气。
同时，藻类可以将水体中的有机有毒物质转化为无毒物质，达到净化水体的效果。
此外，藻类还可以通过高密度生物反应器等方法有效去除水体中的营养物质。
通过这些方式，藻类可以减少水体中的富营养化现象，恢复水体的生态平衡。
其次，藻类在重金属治理中的应用。
重金属是一类有害物质，具有累积性和毒性，对人体和其他生物产生严重的危害。
藻类可以通过吸附、离子交换和还原等作用去除水体中的重金属污染物。
藻类表面具有丰富的官能团，可以有效吸附重金属离子，降低水体中的重金属浓度。
同时，藻类体内的酵素和代谢产物可以与重金属形成络合物，减少重金属的毒性。
一些特殊的藻类还具有还原重金属离子的能力，将其转化为无毒物质。
通过这些方式，藻类可以降低水体中重金属污染物的浓度和毒性，净化水体环境。
再次，藻类在废水处理中的应用。
废水中含有大量的有机和无机物质，对环境和人体健康造成严重威胁。
藻类可以利用废水中的有机物质作为碳源生长，吸收有机物质和无机离子，并将其转化为藻体和氧气。
同时，藻类还可以分解废水中的有机物质，降解底泥中的富营养物质。
此外，藻类的生长需要大量的氮和磷等营养物质，可以从废水中去除这些营养物质，达到净化废水的效果。
通过这些方式，藻类可以有效地处理废水，减少废水对环境的污染。
藻类在环境污染治理中的应用作用原理主要包括光合作用吸收营养物质、生物吸附重金属离子、降解有机物质和去除废水中的营养物质。
藻类通过光合作用吸收大量的营养物质，减少水体中的富营养化现象。
重金属胁迫下乙二胺二琥珀酸对植物生长的影响
重金属胁迫下乙二胺二琥珀酸对植物生长的影响
重金属是指相对原子质量较大的金属元素，如铅、镉、汞等。
它们对环境和生物体都具有毒性，会对植物生长和发育产生负面影响。
乙二胺二琥珀酸（EDTA）是一种螯合剂，可以与重金属形成络合物，从而减轻重金属对植物的毒害作用。
本文将探讨重金属胁迫对植物生长的影响以及EDTA对植物生长的保护作用。
1. 阻碍植物光合作用：重金属胁迫下，植物叶绿素含量减少，光合作用受到抑制，导致光合速率下降，影响植物的生长和发育。
2. 破坏细胞结构：重金属进入植物根部后可通过根际膜进入植物体内，由于其离子化性质，易被细胞壁和细胞膜吸附，导致细胞壁增厚，细胞质内钙离子释放增加，细胞质基质膨胀，细胞的器官结构发生破坏。
3. 干扰植物营养吸收：重金属与植物所需营养元素（如铁、锌）发生竞争，降低了植物对这些营养元素的吸收效率，导致植物缺乏营养，影响正常生长。
乙二胺二琥珀酸（EDTA）是一种广泛应用的螯合剂，具有对重金属离子具有高度亲和力的特性。
EDTA能够与重金属形成稳定的络合物，在一定程度上减轻重金属对植物生长的毒害作用。
1. 促进重金属的排除：EDTA与重金属形成络合物后，能够增加重金属在植物体内的溶解度，促进其从植物组织中排除，降低了重金属对植物生长的毒害作用。
2. 修复光合作用：EDTA在重金属胁迫下可以促进光合作用的恢复。
研究表明，EDTA 可以降低重金属对叶绿素的破坏程度，减轻光合作用的抑制作用，提高植物的光合速率。
3. 增强植物的根系吸收能力：EDTA络合重金属后，可以降低重金属对根系生长的抑制作用，增强植物的根系发育和吸收能力，提高植物对营养元素的吸收效率。
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课题的目的和意思光合作用即光能合成作用是植物、藻类在可见光的照射下经过光反应和碳反应利用光合色素将二氧化碳或硫化氢和水转化为有机物并释放出氧气或氢气的生化过程。
光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和
是生物界赖以生存的基础也是地球碳氧循环的重要媒介。
光合作用对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义,光合作用除了制造数量巨大的有机物实现巨大的物质转变将CO2和H2O合成有机物将太阳能转化为化学能,并储存在光合作用制造的有机物中,以及净化空气维持大气中的O2和CO2含量保持相对稳定还对生物的进化具有重要作用。
但是,高等植物的光合作用经常受到各种不利环境因素的影响重金属污染就是其中的因素之一。
重金属离子以各种途径和不同形式释放于环境它们作为一种逆境因子胁迫植物的各种生理过程使植物的生长受到抑制。
光合作用对重金属离子的作用较为敏感重金属胁迫使植物的光合速率下降这已为众多实验所证明光合降低应与植物种类和发育时期以及重金属的种类密切相关且与胁迫程度呈正相关。
重金属离子对光合作用的毒害机理也已逐渐被深入探讨。
二、国内的研究进展重金属离子对植物光合作用的影响是复杂的、多方面的。
不同重金属离子可能有不同的作用部位和作用方式而相同的重金属离子又因浓度和作用于不同的植物而有所差别在自然环境中通常发生的可能是几种重金属离子的混合污染它们的相互作用可能导致拮抗或协同效应更增加了反应的复杂性这都需要进一步深入细致的研究探讨。
1、重金属离子对叶绿素含量和叶绿体结构的影响
叶绿素含量的变化重金属离子Cd2+、Pb2+、Hg2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等均可使高植物的叶绿素含量明显降低。
有报道认为Cd在低浓度短期内对叶绿素合成有刺激作用而超过一定浓度后才对叶绿素起破坏作用。
重金属导致叶绿素含量降低可能是引起光合速率下降的原因之一但叶绿素含量的降低程度通常小于光合速率的降低。
还有研究表明对叶绿素合成的抑制早于对光合作用功能的抑制。
叶绿素a和b受金属离子的影响程度往往不同孙赛初等提出Cd对水生维管植物的叶绿素a和叶绿素b的影响中叶绿素a下降幅度更大陈国祥等通过用Hg2+、Cd2+分别处理莼菜科芽冬茎叶任安芝等用Cr、Cd、Pd处理青菜叶片测定叶绿素含量和a/b比值也支持了上述观点但也有人报道Cd污染后的番茄叶绿素a/b值随处理浓度增大而增大表明Cd对叶绿素b的影响比叶绿素a大。
重金属处理使叶绿素含量变化的原因有下述几种看法重金属离子直接干扰了叶绿素的生物合成在大麦幼苗中抑制了原叶素酸酯还原酶的活性另一个原因是由于重金属离子引起了叶绿素酶活性的升高使叶绿素降解加快此外重金属如Hg、Cu、Cd、Ni、Zn、Pd等可以替代叶绿素的中心镁原子从而导致光合作用的破坏也是其中的重要机制之一并且可以用荧光显微镜观察、叶绿体吸收光谱、荧光动力学等方法进行原位检测为重金属的毒性研究提供了很大方便有人用荧光动力学的检测方法发现在高光强下重金属替代Mg原子的反应可能专一性的发生在PSII反应中心。
叶绿体结构的变化叶绿体是高等植物的光合器官外由双层的叶绿体被膜所包围内由片层系统或扁平的类囊体所组成。
有的类囊体垛叠在一起称为基粒类囊体由膜系统排列较松弛的间质类囊体所联结基粒结构对光合作用的正常进行是必不可少的[21]。
重金属离子可导致叶绿体超微结构的改变用10цmol/LCd2+和Hg2+分别对菱处理后第八天电子显微镜下可观察到叶绿体膨胀变形基粒类囊体片层松散解体叶绿体双层膜断裂膜系统损伤。
此处
等重金属离子均能对叶绿体结构造成不同程度的破坏出现叶绿体收缩或类囊体膨胀、基粒垛叠结构解体、基质减少质体小球大量增多等现象。
彭鸣等以玉米为材料研究Cd以高等植物细胞超微结构的影响提出Cd对叶绿体的破坏与Cd沉积在类囊体上并与膜上蛋白体结合进而破坏酶系统和阻碍叶绿体合成有关。
有关实验表明在处理介质中提高Mn2+浓度叶绿体结构可部分恢复基粒重新垛叠。
若在培养介质中长期加入则可使被Cd2+抑制的以水为电子供体的光合活性全部恢复。
而在Cd2+处
理的离体叶绿体中只能使被抑制的光系统II活性部分恢复。
这暗示Cd2+对叶绿体结构的影响与锰有关。
2、重金属离子对植物类囊体膜结构和功能的影响对类囊体膜分子结构的影响重金属离子对类囊体膜分子的结构的影响被认为与以下三方面有关膜脂、膜蛋白、脂一蛋白的相互作用。
Balazs和Gabor等用FTIR和ESR的手段检测认为重金属对类囊体膜的毒害效应具有元素专一性、Pb、Zn的作用能够改变膜脂的流动性和膜蛋白的空间结构并使膜蛋白复合物解离改度其热变性特征而Cd、Ni则几乎无影响。
Hg2+抑制绿藻光合作用的效应在照光一段时间后可以恢复表明Hg2+的作用与PSII反应中心DI蛋白的代谢有关。
Cd2+对DI蛋白的代谢也有影响。
用SDS——PAGE 进行实验表明一些重金属离子如Hg2+Cd2+Cu2+处理影响了类囊体膜的多肽组成。
Cd2+处理使LHCII部分解聚成单体且总量减少不利于激发能向PSII分配而Zn2+的影响则与膜蛋白结构无关。
对类囊体膜电子传递活性的抑制作用重金属离子Hg2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+等对叶绿体光合电子传递均有抑制作用。
一般来讲光系统II的活性对重金属离子更为敏感。
Miles和Li以菠菜和番茄为材料分别用Pb2+和Cd2+处理离体叶绿体测定了光合电子传递活性、Hill反应活性以及叶绿素a荧光发现光系统II的活性受到严重抑制而在相同处理浓度下光系统I的活性不受影响。
在许多实验中都得到了与之相同的结果表明光系统II电子传递对重金属离子有着普遍的敏感性。
对于重金属离子在光系统II的抑制部位和作用机理一般借助于加入人工电子供体如DPC、NH2OH和MnCl2或抑制剂的方法来研究。
Bazzaz和Govindjee用Cd2+处理离体叶绿体,加入PSII氧化侧电子供体DPC,使Cd2+抑制的PSII活性恢复至对照水平认为Cd2+作用于PSI氧化侧。
VanDuijvendijk—Matteoli等以Cd2+处理菠菜离体叶绿体叶绿素a可变荧光降低加入NH2OH和外源Mn后被抑制的PSII活性部分恢复因此推测Cd2+直接作用于水裂解酶本身。
Tripathy 和Mohanty用同样方法推测Zn抑制光合电子传递的部位位于PSII 氧化侧的羟胺和DPC电子供给部位之前。
至于重金属离子抑制PSII电子传递的机理
目前主要有以下三种观点重金属离子抑制了水氧化功能从而引起正电荷在水氧化系统水平上的积累由此导致了围绕PSII的循环电子流动使放氧能力丧失。
破坏了叶绿素蛋白复合物引起LHCH的解聚和总量减少而LHCII在光能吸收、传递及激发能在光系统间的分配和调节方面起着十分重要的作用重金属离子的作用导致激发能在两光系统间不能均衡分配从而使光合作用法能正常进行。
可能损伤了某些参与光合电子传递的膜蛋白。
3、重金属离子对光合碳同化酶活性的影响关于重金属离子对PCR循环卡尔文循环中关键酶的影响目前研究的相对较少。
Sheoran等以Cajanus cajan L.为材料研究了Cd2+和Ni2+在植物不同生长时期对光合作用和RuBP羟化酶、3—PGA激酶、NADP和NAD—3—磷酸甘油醛脱氢酶、醛缩酶、FBPase等酶活性的影响。
在幼苗期和1mmol/LCd2+和Ni2+分别使光合率降低50%和对不同酶活性的抑制程度不等——羧化酶对离子的作用较为敏感对3——PGA激酶的影响最小。
在植物生长晚期、Ni2+浓度增加至10mmol/L时才表现抑制作用使光合率降低只使酶活性降低约使光合速率降低而对酶活性则几乎无影响表明重金属使酶活性的降低不是导致光合速率降低的直接原因。
Weigel的实验也表明莴苣叶肉原生质体的羧化反应对Cd2+作用不敏感。
Eicchan和Page等曾提出过不同的观点认为重金属对光合作用的毒性机理主要是由于结合了酶导致酶催化功能的改变使酶系统受损。
但更多的研究表明重金属离子对光合作用
中酶的影响较小而光合速率的下降可能是由叶绿素浓度和气孔导度的降低间接引起的
但二者也都并非解释光合作用被抑制的唯一原因。
电子传递系统似乎是重金属Cd2+、Ni2+等作用最敏感的部位这在整体植物和离体叶绿体中都有证明。