鄱阳湖湿地沉水植物对环境变化的生理生态响应

发布时间：2020-06-29 12:06

【摘要】：近年来鄱阳湖湿地沉水植被退化趋势明显,生物多样性降低,探寻影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要环境因子及其作用机制,对维护鄱阳湖湿地的生态平衡具有重要的意义。本文利用叶绿素荧光动力学技术和中尺度实验,结合植物和沉积物等理化指标的测定,研究了不同水深和营养盐浓度复合作用下鄱阳湖典型沉水植物的生理生态响应过程,探讨了重金属胁迫下沉水植物光合系统响应的内在机制,获得的主要研究结论如下:1.三种沉水植物(苦草、马来眼子菜和黑藻)均通过横向生长(增加分枝数或分株数)来适应光源充足的浅水区,通过竖向生长(增加株高或节间距)获取光源来适应深水区。苦草适应高光强的能力弱于马来眼子菜和黑藻,适应低光强的能力强于两者,故其更适合在水域下层生长。马来眼子菜耐受营养盐的范围最小。在相同水深和营养盐条件下,黑藻的光量子产量高于马来眼子菜和苦草。黑藻耐受营养盐的范围最广且繁殖快,是其在鄱阳湖分布越来越广的主要原因。2.浅水区(1.0 m)或深水区(2.0 m),苦草的光合作用均受到抑制,Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax、可溶性蛋白含量和生物量降低,MDA含量增高。水深和营养盐的交互效应只对株高、生物量、Fv/Fm、CAT和MDA影响显著。在中度富营养环境下,苦草的生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax最大,其最适宜在此环境生长,最适宜的水深是1.0-2.0 m。3.营养盐浓度对马来眼子菜形态指标、光合荧光特性和生理指标的影响比水深变化造成的影响均大,两者的交互效应对形态指标(株高、分株数和生物量)、Fv/Fm、Y(NPQ)、ETR_(max)和生理指标影响均显著。在中营养环境中,马来眼子菜的生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)和ETRmax最大。随着营养盐浓度和水深增加,MDA积累过量,电子传递速率下降,植株逐渐枯萎死亡。马来眼子菜最适宜在中营养环境生长,最适宜的水深是1.0-1.5 m。4.水深对黑藻形态指标(除分枝数)、光合荧光特性(除Y(NPQ))和生理指标(除可溶性糖含量)的影响比营养盐的影响大,两种因子的交互效应只对生物量、茎节数、可溶性蛋白和可溶性糖的影响显著。在中度和重富营养环境中,黑藻生物量、Fv/Fm、Y(Ⅱ)和ETR_(max)差异不显著,其最适宜在此两种环境生长,最适宜的水深是1.0-1.5 m。5.随着水体Cu~(2+)、Cd~(2+)及复合浓度的增加,苦草和马来眼子菜的株高、生物量均显著下降;光合色素含量逐渐下降,其中叶绿素a比叶绿素b下降明显,且Cu~(2+)对叶绿体的毒害作用比Cd~(2+)更大。苦草和马来眼子菜是铜、镉超富集植物,且均对铜的富集能力比镉强。马来眼子菜对铜、镉的耐受能力比苦草强。可优选马来眼子菜作为低浓度Cu~(2+)、Cd~(2+)污染水域的修复物种。6.苦草在Cu~(2+)浓度0.5 mg/L或Cd~(2+)浓度2.0 mg/L的环境下具有正常的光合活性;Cu~(2+)浓度大于2.0 mg/L苦草无法长时间生存;Cu~(2+)+Cd~(2+)复合浓度3.0 mg/L超过苦草的自我调节能力,荧光特性已不能测出。随着重金属浓度的增加叶片利用光能的效率下降,PSⅡ反应中心的电子传递受到明显的抑制;苦草通过自身调节以热的形式将过剩光能耗散,以减轻PSⅡ反应中心受伤害的程度。7.马来眼子菜在Cu~(2+)浓度1.0 mg/L或Cd~(2+)浓度2.0 mg/L的环境下光合活性较强;Cu~(2+)浓度3.0 mg/L马来眼子菜无法长时间生存;Cu~(2+)+Cd~(2+)复合浓度4.0 mg/L超过马来眼子菜的自我调节能力,其受损严重,荧光特性已不能测出。8.重金属对植株叶片的损伤从叶片边缘开始,循序到叶脉附近,对叶片的损伤程度表现为:Cu~(2+)Cu~(2+)+Cd~(2+)Cd~(2+)。Cu~(2+)、Cd~(2+)及复合污染下,叶绿素含量的降低程度小于光合速率的降低,其中Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETRmax的反应最灵敏,可作为苦草和马来眼子菜受损伤的生物标志物。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X524;X173
【图文】：

抗氧化反应,沉水植物,营养盐

图 1.1 沉水植物对氮、磷营养盐的抗氧化反应ig 1.1 Antioxidant responses of submerged macrophytes to N and P nutrrients金属胁迫下沉水植物的响应来，铜、镉、铅、铬等重金属污染在世界范围内得到广泛关注，生生态系统的生物多样性[60]。在中国，金属矿业引起严重的重金是在长江中下游地区[61-62]。大量研究表明，许多沉水植物能够富集中的重金属[63-64]，且不同种类的沉水植物对重金属的耐受性也有新课题组研究了重金属对菹草、黑藻、竹叶眼子菜的毒害作用，不、Cd处理浓度胁迫对植物叶绿素含量、可溶性蛋白量、抗氧化防御POD、CAT、MDA、ASA、GSH）及细胞超微结构都有影响[67-70]。了汞、镉复合污染对金鱼藻、狐尾藻[71]，镉、铬(VI)复合胁迫对菹复合胁迫下植物的叶绿素含量、过氧化物酶活性、可溶性蛋白含量

沉水植物,鄱阳湖,湖流域

图 1.2 鄱阳湖湿地沉水植物退化的原因Fig 1.2 The causes of submerged macrophytes degradation in Poyang lake目的与意义年以来，随着鄱阳湖“平垸行洪、退田还湖”、三峡水利枢纽峡江水利枢纽建成运行及鄱阳湖生态经济区建设，鄱阳湖水文生境、湿地演替及植被群落已在悄然发生变化[121，122]。由于近化和长江来水不足等因素的影响，湖泊水位呈现下降的趋势，生较大变化[117]，致使湿地植被发生相应变化，退化趋势明显[1被的分布面积、优势种群及群落组成均发生变化。湖流域内矿产资源丰富，由于矿产开发及工业废水的滥排滥放属污染问题日益突出[67]。重金属不能自然降解或被微生物所分食物链的生物放大作用富集生物体并损害动物和人类健康[124]。

【参考文献】