水体pH值对碗莲幼苗光合特性及抗性生理的影响

潘华祎++李程++王小平

摘要 以碗莲为试验材料，研究水体环境中的不同pH值（3、5、7、9、11）对碗莲幼叶叶绿素含量、光合特性及抗性生理的影响。结果表明：在pH值为7时，叶绿素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）最高，而细胞间隙CO2浓度（Ci）最低；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活力最高，丙二醛（MDA）含量最低。植株随环境中酸性或碱性增大，其叶绿素含量、Pn、Gs和Tr降低，Ci升高：SOD、POD活力减弱，MDA含量增多。

关键词 碗莲；pH值；光合特征；抗性生理

中图分类号 S682.32 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）01-0123-02

Effect of Water Environment pH on the Photosythetic Characteristics and Resistance Physiology of Lotus

PAN Hua-yi LI Cheng WANG Xiao-ping *

（Nanjing Xiaozhuang University，Nanjing Jiangsu 211171）

Abstract Experiment was conducted to study the influence of different pH（3，5，7，9，11） on the leaf chlorophyll content，photosythetic charact-eristics and resistance physiology of the lotus.Experimental results showed that at pH 7，chlorophyll content，net photosynthetic rate（Pn），stomatal conductance（Gs），and transpiration rate （Tr） were the highest，and the intercellular CO2 concentration（Ci） was the lowest；the activity of sup-eroxide dismutase（SOD） and peroxidase（POD） were the highest，but the content of MDA was the lowest.In the environment of the water with stronger acidity or alkalinity，the chlorophyll content，Pn，Gs and Tr appeared more and more low，and Ci showed higher；SOD and POD activity decreased，MDA content increased.

Key words lotus；pH；photosynthetic characteristics；resistance physiology

碗蓮属睡莲科多年生水生植物，叶呈圆形、卵圆形等，常漂浮于水面。花生于花梗顶端，花大如酒盅，地下茎小，可植于花盆或碗中[1]。碗莲是荷花家族中的一支微型品系，被广泛栽培。本文以碗莲为试验材料，探究水体环境中不同pH值对其幼苗光合特性及抗性生理的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以重瓣型品种“锦旗”为试验材料。

1.2 试验设计

选择大小一致、不漏水的盆作为栽培容器，并编号Ⅰ～Ⅴ，在每个盆中放入3粒种子，并放入等量洁净石英砂，作为固定基质。倒入适量等体积的水，置于温暖处培养。经培养，待幼叶直径5 cm左右时，用1 mol/L HCl和1 mol/L KOH调节容器中的pH值，分别使编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ盆中水环境的pH值相应为3、5、7、9、11，3次重复，7 d后进行项目测定。

1.3 项目测定

叶绿素含量采用分光光度法进行[2]。用CIRAS-2便携式光合仪测定幼苗叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr），测定时温度为（25±2） ℃、光照强度为1 000 μmol/（m2·s）、相对湿度（RH）为30%～35%、CO2浓度（380±10）μmol/mol。超氧化物歧化酶（SOD）的测定采用南京建成生物公司的SOD试剂盒测定；采用愈创木酚氧化法测定过氧化物酶（POD）；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法进行[2]。

2 结果与分析

2.1 水环境的pH值对碗莲叶绿素含量影响

叶绿素代谢是一个动态平衡的过程，植株所处的环境对其平衡是有影响的[3]。由图1可以看出，在pH值为7的水环境下的碗莲幼叶叶绿素最高；与其相比，环境酸、碱性越强，其叶绿素含量越低，如pH值为3、11时，与pH值为7水环境下的碗莲相比，其叶绿素含量分别是其43%、31%。叶绿素a、叶绿素b与总叶绿素变化趋势相似，在中性环境下含量最高，而在酸、碱环境下呈现下降趋势，且随水环境的酸、碱性增强，下降的比例增大。

2.2 水环境的pH值对碗莲幼叶光合参数的影响

碗莲生长环境中的酸碱度对净光合速率（Pn）是有一定影响的。由图2可以看出，当水环境pH值为3、5、7时，植株Pn逐渐增加，且在pH值为7时达最大，与此相比pH值为3时植株的Pn是其51%；而当水环境呈碱性时，植株的Pn出现下降趋势，与中性水环境生长的植株相比，pH值为11时植株的Pn为其49%。此外，由图3可以看出，碗莲幼叶的气孔导度（Gs）也受到其生长环境中酸碱度的影响，当水环境的pH值为7时，碗莲幼叶Gs最大；植株在酸、碱环境下Gs皆下降，如pH值为3、11时与pH值为7时植株相比，分别为其58%、55%。

由图4可以看出，不同pH值的水环境对碗莲叶蒸腾速率（Tr）影响是不同的。Tr在pH值为7时最大，而在酸性水环境下，随着pH值降低而减少，如当pH值为3时是pH值为7时的64%。而在碱性环境下的植株，其叶片的Tr随着pH值增大而降低，如pH值为11时是pH值为7时的 60%。由图5可以看出，植株在酸或碱性环境下其叶片Ci含量比生活在中性环境下要高，且水环境酸、碱性越强含量越高，如pH值在3、11时，分别是pH值为7时的164%和173%。

2.3 水环境的pH值对碗莲幼苗抗逆生理的影响

由图6可以看出，水环境的pH值变化对碗莲叶片内SOD有显著的影响。其中，pH值为7时，碗莲叶片内SOD的酶活性最高，偏酸、偏碱环境则降低，如pH值为3、11时分别是pH值为7时的67%、54%。POD变化规律与SOD相似，由图7可以看出，pH值为7时活性达到最大，偏酸、偏碱环境下降低，如pH值为3、11时分别是其61%、48%。因水环境中pH值胁迫对植物的伤害会引发生物膜的结构功能变化，MDA含量是植物伤害程度的一个主要指标[3]。由图8可以看出，pH值为7时，MDA含量最低，而pH值为3、11时分别是其152%和178%。

3 讨论

3.1 水环境的pH值对碗莲叶绿素含量与光合特性的影响

叶绿素是高等植物进行光合作用的主要色素，叶绿素a是光合作用的中心色素，叶绿素b在光合作用中起到吸收和传递光能的作用[3]。试验表明，碗莲在pH值为7的水环境下幼叶叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均高；而在酸或碱的水环境下，其幼叶叶绿素含量减少，水环境酸性越强或碱性越强，则含量越低。这可能与影响叶绿素合成所需酶的活力有关，而造成的叶绿素合成受阻[4]。另外，水环境的酸碱度引发植物体内自由基等有害物质增多，改变镁离子与吡咯环结合等破坏了叶绿素的结构[5]。

Pn、Gs、Ci和Tr是光合作用的重要指标，在植物光合过程中协同发挥作用，使得光合作用顺利进行。试验表明，碗莲幼苗在中性水环境下Pn最高，而随着水环境酸性或碱性增强，Pn则呈现下降趋势；Gs、Tr变化与其变化趋势相似。而Ci则在偏酸、偏碱的水环境中比中性水环境的幼叶中含量要高，这可能由于在酸或碱性水环境下幼叶气孔导度的下降，阻止了CO2的供应以及叶肉细胞光合作用能力下降，使叶肉细胞利用的能力降低，从而导致胞间CO2含量的升高[6]。

3.2 水环境的pH值对碗莲抗性生理的影响

SOD是一种以氧自由基为底物，与POD等酶协同清除活性氧自由基的酶类，但在逆境下，植物体内活性氧自由基的产生速度超出了植物清除活性氧的能力，就会引起伤害；植物处于逆境时，往往引发生膜脂过氧化，MDA是其产物之一[3]。pH值为7时，碗莲叶片SOD、POD活性达到最大值，MDA含量最小，表明水环境酸、碱变化引发酶活性和MDA含量的变化。从试验结果来看，由于保护酶的防御作用有限，随着水环境酸碱度的增大，体内酶系统功能紊乱，清除活性氧的能力削弱，氧自由基的累积引起细胞膜结构损伤和生理代谢紊乱[7]。

4 参考文献

[1] 王其超，张行言.中国荷花品种图志[M].北京：中国林业出版社，1989：40-59.

[2] 张志良，瞿伟菁.植物生理实验指导[M].3版.北京：高等教育出版社，2003.

[3] 潘瑞熾.植物生理学[M].5版.北京：高等教育出版社，2004.

[4] CAI Z Q，QI X，CAO K F.Response of stomatal characteristics and its plasticity to different light intensities in leaves of seven tropical woody seedlings[J].Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15（2）：201-204.

[5] HERRMANN F，WINTERHALTER R，MOORTGATRADICAL G K.Hy-droxyl radical（·OH）yields from the ozonolysis of both double bonds for five monoterpenes[J].Atmos Environ，2010，44：3458-3464.

[6] 鲁艳，李新荣，何明珠，等.不同浓度Ni、Cu处理对骆驼蓬光合作用和叶绿素荧光特性的影响[J].应用生态学报，2011，22（4）：936-942.

[7] 王小平，吴向华，毛善国.盐胁迫对九粒白根系活力及叶绿素含量与抗性生理的影响[J].北方园艺，2013（10）：32-34.