富氫水對(duì)草莓鎘脅迫下光合作用的影響

文章來源：admin發(fā)布日期：2024-09-05 10:57瀏覽次數(shù)：

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鎘（Cd）是一種毒性很高的植物非必需元素,Cd在植物中的積累會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用產(chǎn)生影響。氫氣（H2）是一種無(wú)毒無(wú)害的新型調(diào)節(jié)劑,富氫水（Hydrogen-rich water,HRW）作為H2的供體不僅能提高作物的產(chǎn)量,還可以減少植物對(duì)Cd的積累,緩解Cd脅迫帶來的損傷,維護(hù)光合系統(tǒng)的活性,提高植物的光合效率?；贖RW能改善植物的光合作用,據(jù)此推斷HRW能夠調(diào)控Cd脅迫下植物光合作用效率。目前有關(guān)HRW對(duì)草莓Cd脅迫光合作用影響的機(jī)制未見報(bào)道,本研究擬明確HRW對(duì)Cd脅迫下草莓光合作用的影響,以HRW調(diào)節(jié)草莓葉片環(huán)式電子傳遞（CEF）為主線,分析HRW對(duì)草莓葉片光合作用的調(diào)控機(jī)制。

研究結(jié)果如下: 1、HRW促進(jìn)設(shè)施栽培下草莓的生長(zhǎng)和光合作用。HRW通過促進(jìn)草莓葉片的生長(zhǎng),增加了草莓葉片厚度和葉面積,增加了葉綠素含量,并提高了草莓植株相對(duì)生長(zhǎng)率和凈同化速率?？扇苄蕴恰⒄崽呛推咸烟堑暮吭贖RW處理下顯著增加。HRW處理后,經(jīng)過PSⅡ的電子傳遞速率有增加但不顯著,而Y（NO）的顯著降低表明HRW使草莓葉片光合系統(tǒng)保護(hù)調(diào)節(jié)能力提高;經(jīng)過PSⅠ電子傳遞速率及有效光化學(xué)量子產(chǎn)量Y（Ⅰ）顯著增加,暗示PSⅠ環(huán)式電子流的提高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)跨膜質(zhì)子梯度（Δp H）顯著高于對(duì)照。ATP含量較對(duì)照的增加,進(jìn)一步驗(yàn)證環(huán)式電子流結(jié)果。因此,富氫水通過增強(qiáng)環(huán)式光合電子流促進(jìn)草莓葉片的光合作用和生長(zhǎng)。 2、不同濃度的Cd對(duì)草莓的生長(zhǎng)和光合作用產(chǎn)生抑制。草莓各部分組織對(duì)Cd的積累表現(xiàn)為根>葉柄>葉片,Cd濃度為60 mg kg-1時(shí),根部Cd濃度最大達(dá)58.70μg g-1。隨著Cd濃度的增加,根、葉柄和葉片干鮮重均呈下降趨勢(shì),說明Cd對(duì)草莓的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制。隨著Cd濃度的增加,凈光合速率Pn表現(xiàn)出不同程度的降低,說明Cd對(duì)草莓光合作用有較強(qiáng)的抑制作用。 3、HRW緩解草莓Cd脅迫的生長(zhǎng)抑制。HRW通過減少草莓根和葉片中的Cd積累,是提高草莓Cd耐性的原因之一。HRW增加了Cd脅迫下草莓植株各部分組織的干鮮重,并提高了葉片中葉綠素的含量,為提高光合作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。HRW修復(fù)Cd脅迫對(duì)草莓葉綠體結(jié)構(gòu)的損傷,為光合作用提供完整的反應(yīng)場(chǎng)所。 4、HRW通過增加CEF緩解Cd脅迫對(duì)草莓光合作用的抑制。HRW顯著增加了草莓Cd脅迫下Pn、Y（CEF）、Y（Ⅱ）、ETR（Ⅱ）、Y（Ⅰ）、ETR（Ⅰ）,減少了Y（NO）和Y（ND）,即HRW通過增加PSⅡ調(diào)節(jié)性能量熱耗散,減少PSⅡ非調(diào)節(jié)性能量熱耗散,以及減少PSⅠ供體側(cè)限制,進(jìn)而減輕Cd對(duì)PSⅡ和PSⅠ的損傷,有利于增加PSⅡ和PSⅠ的電子傳遞和光化學(xué)效率。pmf的提高及ATP含量的增加是對(duì)HRW提高Cd脅迫下草莓光合效率的進(jìn)一步驗(yàn)證。魚藤酮和抗霉素A的處理引起Pn、Y（CEF）、Y（Ⅱ）、ETR（Ⅱ）、Y（Ⅰ）、ETR（Ⅰ）的減少和Y（NO）、Y（ND）的增加,證明NDH和PGR5/PGRL1介導(dǎo)的CEF在HRW緩解Cd脅迫下草莓光合作用中均發(fā)揮作用。 5、HRW通過提高草莓Cd脅迫下CAT和SOD的活性,減少O2·-和H2O2的積累。HRW處理使Cd脅迫下草莓葉片和根中的CAT的活性分別提高了32.7%和84.1%;根中SOD活性提高了111.1%。HRW處理使Cd脅迫下草莓葉片和根中O2·-的含量分別減少了40.0%、29.0%,H2O2的含量分別減少了30.5%、35.3%。因此,HRW緩解草莓Cd脅迫生長(zhǎng)抑制的作用與抗氧化酶活性的提高有關(guān)。綜上所述,HRW緩解Cd對(duì)草莓生長(zhǎng)和光合作用脅迫的主要機(jī)理是通過減少根和葉片對(duì)Cd的積累、提高抗氧化能力,尤其是通過增加草莓葉片CEF,減輕Cd對(duì)草莓光合系統(tǒng)的損傷,促進(jìn)電子傳遞和光化學(xué)效率,最終實(shí)現(xiàn)HRW對(duì)Cd脅迫下草莓生長(zhǎng)和光合作用抑制的緩解。