臭氧對(duì)黃豆葉片的急慢性毒性作用研究
--采用氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上窠Y(jié)合方式(LI-6400XT與CF Imager)
--采用氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上窠Y(jié)合方式(LI-6400XT與CF Imager)
調(diào)制式葉綠素a熒光成像系統(tǒng)(CF Imager,Technologica,UK)可原位、定量、可視化測(cè)量葉片不同部位PSⅡ的電子傳遞效率Fq′/Fm′(Baker & Oxborough 2004;Oxborough 2004b);也可以用于檢驗(yàn)植物的生理變化過(guò)程和脅迫:例如葉片不同部位的CO2同化速率(Genty & Meyer 1994)、葉片不同部位的胞間二氧化碳濃度Ci(Meyer & Genty 1998);探索植物的生理節(jié)律(Rascher et al.2001);間接評(píng)價(jià)動(dòng)物啃食對(duì)植物生理的影響(Aldea et al.2005);觀測(cè)氣孔的聚塊分布(West et al.2005)以及解釋植物-病菌的相互作用(Chaerle et al.2004)等。
本文通過(guò)結(jié)合使用CF Imager與LI-6400XT兩種儀器,探索臭氧(O3)對(duì)于葉片的急慢性毒性作用:
熒光數(shù)據(jù)的空間分析可以提供葉片臭氧(O3)急慢性毒性效應(yīng)的更深入的機(jī)理解釋。如果葉片的急慢性暴露實(shí)驗(yàn)的損傷機(jī)制是一樣的,例如細(xì)胞的程序化死亡(PCD),應(yīng)該可以觀測(cè)到葉片尺度上相似的損傷模式。本文即通過(guò)對(duì)葉片光合作用氣體交換參數(shù)與熒光參數(shù)的同步測(cè)量,利用空間分析技術(shù)定量評(píng)價(jià)植物葉片的光合作用的損傷機(jī)制。實(shí)驗(yàn)材料是黃豆(Glycine max cv. NE3399)。有研究表明,這種主要的糧食作物對(duì)臭氧(O3)變化非常敏感(Ashmore & Marshall 1999)。
圖1 急性暴露實(shí)驗(yàn)400ppb暴露6h。黑條(■)是O3處理的,白條(□)是對(duì)照處理(n=4)。(a)電子傳遞效率(Fq′/Fm′);(b)葉片的凈光合速率(A);(c)Fq′/Fm′的空間異質(zhì)性參數(shù)(NbrSD),數(shù)據(jù)表示為Mean±SE,*表示p<0.05。
圖2 慢性暴露實(shí)驗(yàn)90ppb[O3],8h/d,28d?!袷荗3暴露處理,○是對(duì)照處理。(a)是電子傳遞效率Fq′/Fm′(●);(b)葉片凈光合速率(A)(■);(c)Fq′/Fm′的空間異質(zhì)性參數(shù)(NbrSD)(▲)。數(shù)據(jù)表示為MEAN±SE,p值如表中所示。
圖3 葉片尺度不同處理數(shù)字照片與熒光參數(shù)直觀成像結(jié)果。第一排是數(shù)字照片,第二排是熒光參數(shù)Fv/Fm假彩色合成圖片,第三排是熒光參數(shù)的頻度直方圖。(a)是對(duì)照組葉片;(b)是6h 400ppb急性暴露實(shí)驗(yàn);(c)是90ppb[O3]8h/d暴露28d實(shí)驗(yàn)組。
圖4 葉片不同部位(從基部到頂端)的Fv/Fm。(a)急性暴露實(shí)驗(yàn)400ppb 6h,數(shù)據(jù)表示為MEAN±SE;(b)慢性暴露實(shí)驗(yàn)90ppb[O3] 8h/d 暴露28d;數(shù)據(jù)表示為MEAN±SE;(c)兩種不同處理Fv/Fm與對(duì)照組的比值;(d)p值列表。
結(jié)論:兩種不同的實(shí)驗(yàn)處理均使得葉片的CO2同化速率較對(duì)照組下降了40%,PSⅡ效率下降了20%,但是急性暴露實(shí)驗(yàn)熒光參數(shù)的空間異質(zhì)性更高。急性暴露實(shí)驗(yàn)Fq′/Fm′的下降源自PSⅡ最大量子效率以及反應(yīng)中心開(kāi)放比例的下降;而慢性暴露實(shí)驗(yàn)Fq′/Fm′的下降只與第一個(gè)因素的下降有關(guān)。因此,兩種處理對(duì)葉片的損傷機(jī)制是不同的,野外實(shí)驗(yàn)中采取單一的實(shí)驗(yàn)處理并不能全面闡述葉片的損傷機(jī)制。
引自【Is a short, sharp shock equivalent to long-term punishment? Contrasting the spatial pattern of acute and chronic ozone damage to soybean leaves via chlorophyll fluorescence imaging】 CHARLES 2009