人人工业化引起的重金属沾污，已成为东谈主们宽恕的环境与社会隆起问题[1， 2]；水体中的重金属沾污问题也跟着冶真金不怕火、电镀、采矿等多样工业废水和固体废料渗滤液的凯旋排入而日益隆起[3]。重金属沾秽物因不行当然降解或被微生物判辨，易千里积到水域底部或在水中被水生生物采纳，一方面通过食品链累积而损害动物和东谈主类健康[4]，另一方面可影响植物的助长和植物体内活性氧代谢系统的均衡，导致一系列无益的生理生化变化[5]。镉、铜均为水体重金属沾秽物中最典型的沾污元素[6]，会对水生植物细胞变成极大浩大[7]，极低浓度即可使细胞核仁解体、线粒体和叶绿体空泡化、高尔基体和内质网解体等，以至导致植物无法正常助长[8]。千里水植物当作水生生态系统中最主要的低级出产者之一，不仅不错去除N、P等养分物资和有机沾污负荷，对重金属也具有一定的吸奖饰累积才调[9]，对Cd和Cu等均具较强的富集作用，可用往复除水中的Cd、Cu[10]，千里水植物的这种对重金属的吸附、周折好像将其固定在体内的富集秉性可被期骗于重金属沾浑水域的责罚[11]，千里水植物在湖泊沾污责罚中的应用已日趋日常[12， 13， 14]。频年来，国表里学者关于重金属沾污下千里水植物的生态毒理效应进行过研究，主要聚合在植物对重金属的富集作用[15， 16， 17， 18]、生理生化的伤害反应[19]、细胞里面亚显微结构变化[20]等方面，但关于重金属挟制下黑藻等千里水植物的光合荧光和荧光成像等影响变化的研究尚较穷乏。研究镉、铜对黑藻生理秉性和光合荧光秉性色片网站给个，可凯旋得回镉、铜沾污挟制下黑藻活体光合营用的变化，进而探究其耐受进程和挟制机理，为水体重金属沾污的责罚、复原和重建水生植物群落提供实施率领，关于研究千里水植物当作重金属等多样沾秽物的疏浚生物等具有遑急意旨。

叶绿素荧光测定技巧是一种便捷、快捷、可靠、无损害的光合营用研究程序。自Kautsky和Hirsch[21]初度发现光合营用与叶绿素荧光间的筹商后[22]，叶绿素荧光在植物的光合营用、挟制生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面已得到日常的应用[23， 24]。脉冲幅度调制步地(PAM，Pulse Amplitude Modulation)下测量Kautsky效应，不错相称详确地走访植物光合营用从暗相宜状态到光相宜状态，然后又到暗相宜状态的鼎新。叶绿素荧光成像技巧是1987年由Omasa等东谈主开发[25]，PAM技巧于1996年由光子系统仪器初度先容到叶绿素荧光成像[26]，当试验对象受到挟制后(如受重金属侵害)，其荧光放射具有昭彰异质性，事实证明接管叶绿素荧光成像技巧已是必不可少[27]。现时，叶绿素荧光成像技巧不仅用于光合营用的研究，还用于病毒和其他病原体局部监测(在可见症状出现之前)以及重金属挟制等方面[28]。叶绿素荧光成像可呈现出植物受到挟制的荧光状态，能更全面地了解植物的光合营用状态，为证明其助长和耐受机制提供新的、直不雅可见的妙技。

黑藻(Hydrilla verticillata)是多年生大型淡水千里水植物，具有助长边界广、耐污才和谐相宜性强等特质，在国表里富养分化水体责罚和生态开荒中已得到日常应用，并对重金属具有较强的采纳累积才调[29]，可当作重金属沾污环境开荒植物和水体沾污的疏浚植物[30， 31]。黑藻对Cd、Cu两种重金属沾秽物均具有比较明锐的反应[32]，向上一定浓度的Cd、Cu会阻拦和伤害黑藻的助长。本文将通过不同浓度镉、铜挟制对黑藻株高、生物量、成活率和叶绿素含量的影响，以及对黑藻叶片光合荧光参数过火荧光成像的影响，纠合前东谈主的研究探讨黑藻受挟制后的助长和光合生理状态，以及黑藻耐受和调遣光能利用效用的内在机制，为开荒和疏浚重金属沾污的生态环境、重建水生植物群落及开荒湖泊生态系统提供科学依据。

1 材料与程序

左证徐勤松等学者的研究死心，黑藻对Cd、Cu等两种重金属沾秽物具有比较明锐的反应，且Cd、Cu是重金属沾浑水体中极常见的两种元素，Cd、Cu对黑藻的败坏较大，致死浓度分辩为0.5—1 mg/L和1—2 mg/L[7]。分辩选取Cd、Cu等两种重金属元素当作水体重金属挟制沾秽物，选拔千里水植物黑藻(H. verticillata)当作供试植物材料，材料采自江西师范大学校园内湖水域。选取长势相似的黑藻植株，截取助长现象相似的10cm顶尖当作试验材料[32]。

1.1 材料培养与处理

2013年11月初将采回的黑藻放入盛有未经曝气的自来水盆中(为防患绿藻生息而严重影响黑藻助长，自来水不行曝气)，在室内驯养3—4 d后，接管培养盆(49 cm×36.5 cm×19 cm)，在盆底铺上洗净的河砂约3.5 cm厚，加入等体积1/40 Hoagland植物培养液，每个培养盆内加培养液30 L，盆内水深15 cm，河沙约3.5 cm，将截取的顶尖10 cm的黑藻扦插于培养盆中，每个盆中扦插35株，2 d后分辩于11月12日和28日8:00在培养盆均分辩加入不同浓度的CdCl2溶液和CuSO4溶液进行处理，分辩设立Cd2+和Cu2+的浓度梯度按次为0.5、1、3 mg/L和5 mg/L 等4个，另外设立0 mg/L Cd2+或Cu2+的对照培养组，十分于每种重金属浓度梯度共有5个，每个浓度下分辩设立3个访佛组。培养盆均放手室内，接管空调控温18—21 ℃，并接管LED灯补光，骨子功率红光 ∶ 蓝光=3 ∶ 1(光照强度约为5000 lx)，光周期为14 h ∶ 10 h，水温为17 ℃操纵，第7天8:00 分辩取植株进行分析。

1.2 光照强度和温度的测定

接管TES-1339专科照度计测定水面光照强度。自8:00到22:00每隔2h分辩接管温度计和水温计测定1次空气温度和水温。

1.3 株高、生物量和成活率的测定

每组样品加入不同浓度重金属溶液培养7 d后，纪录每个培养盆中活体黑藻的株数，意料成活率；用直尺(精准到0.1 cm)测量15个培养盆中活体黑藻的株高；每个培养盆中取出10株黑藻，晾干名义水分，将用来垫着植物的两层滤纸绝对浸湿后，称量其鲜重，于空气中当然风干15 d后称量其干重。

1.4 植物叶绿素含量的测定

就地选取培养盆中黑藻测量，得回3个以上的平行数据。用100%二甲基亚砜(DMSO)分光光度法[33， 34]测定黑藻叶片的叶绿素含量，用DMSO在研钵中研磨植物叶片萃取，左证所得溶液在645 nm和663 nm的吸光值，期骗Arnon公式[35]意料叶片的叶绿素总量(Ct)、叶绿素a (Ca)、叶绿素b (Cb)和Ca/Cb值。

1.5 植株活体光合荧光参数的测定

每个培养盆中就地选取黑藻测量，得回3个以上的平行数据。期骗FluorCam叶绿素荧光成像仪测定黑藻的荧光参数和活体荧光成像。取黑藻装入广口瓶中，包裹锡箔纸暗处理20 min，设定快门Shutter=0，明锐度Sensitivity=20，光照Act2=100，Act1=100，Super=70，测定荧光参数，包括暗相宜状态下的最小荧光(Fo)、暗相宜状态的最大荧光(Fm)、潜在光合活性(Fv/Fo，Potential photosynthetic activity)、最大PSⅡ量子产率(QYmax)、稳态下PSⅡ反应中心关闭进程(1-Qp_Lss)、稳态下的非光化学淬灭(NPQ_Lss)等观点及对应的植物荧光成像。

1.6 数据统计分析程序

试验死心均为3次以上平行数据的平均值和圭臬差，试验数据接管统计软件SPSS进行单成分方差分析(One-way，ANOVA)和最小权贵相反法(LSD)，Pearson干系关系分析，接管多重方差法分析权贵性，对黑藻在不同镉、铜浓度下反应数据进行相反性比较；接管Origin 8.0进行作图。

2 死心与分析 2.1 Cd2+、Cu2+挟制对黑藻助长的影响

左证Cd2+或Cu2+沾污挟制中所设立的5个不同浓度梯度，测定黑藻助长中的株高、鲜重、干重以及成活率等数据，分辩统计其变化特征过火干系权贵性，死心如图 1所示。

图 1清爽，接管CdCl2 和CuSO4溶液处理过的各培养组，Cd2+挟制对株高的影响发扬出权贵下落趋势，浓度为3 mg/L 的Cd2+处理后的黑藻株高平均值最低，比对照组的镌汰6.72%，Cu2+挟制对黑藻的株高无权贵影响。Cd2+和Cu2+挟制对鲜重均无权贵影响，这可能与水生植物的目田水含量筹商[36]。Cd2+和Cu2+挟制对干重的影响均发扬出权贵下落趋势，其中Cu2+挟制的影响更隆起；浓度为5 mg/L 的Cu2+或Cd2+处理后的黑藻干重分辩达到最低值，分辩比对照组的干重镌汰41.31%和14.9%。0.5 mg/L Cd2+和Cu2+挟制对成活率的影响均未发扬出权贵相反，阐述低浓度的Cd2+或Cu2+挟制对黑藻的成活率影响不昭彰，1 mg/L Cd2+挟制下黑藻的成活率领先发扬出权贵下落，不同Cd2+浓度梯度处理后黑藻的成活率分辩比对照组的镌汰了2.02%、5.72%、16.16%和3.70%，而3 mg/L和5 mg/L Cu2+挟制下黑藻的成活率急剧下落，不同Cu2+浓度梯度处理后黑藻的成活率分辩比对照组的镌汰了0.97%、3.88%、67.96%和26.21%(图 1)。

2.2 Cd2+、Cu2+挟制对黑藻叶绿素的影响

左证Cd2+或Cu2+ 5个不同浓度梯度挟制下黑藻的多样叶绿素含量测定数据，分辩统计叶绿素总量(Ct)、叶绿素a(Ca)量、叶绿素b(Cb)量、叶绿素a/b(Ca/ Cb)过火权贵干系性，死心如图 2所示。

图 2清爽，不同浓度Cu2+处理下的黑藻叶绿素各值均权贵下落，且同浓度的Cu2+处理比Cd2+处理后黑藻的叶绿素各值下落更昭彰。Cu2+溶液处理过的培养组中，0.5 mg/L Cu2+处理下的叶绿素总量、叶绿素a、b等值均达到最低值，与对照组比较分辩下落了48.7%、52.2%、39.4%；3 mg/L Cu2+处理后的黑藻Ca/Cb达到最低值，与对照组比较下落了45.2%。而不同浓度Cd2+处理过的培养组中，Cd2+浓度为5 mg/L处理下的黑藻叶绿素总量、叶绿素a、b、Ca/Cb等各值观点达最低值，与对照组比较分辩下落24.1%、29.9%、5.5%、26.5%。0.5—3 mg/L浓度Cd2+挟制下的黑藻叶绿素b呈现逐渐上涨趋势，但Cd2+浓度为5 mg/L挟制下黑藻的叶绿素b呈现下落(图 2)。

2.3 Cd2+ 、Cu2+挟制对黑藻叶绿素荧光参数的影响

分辩测定上述5个不同浓度梯度Cd2+或Cu2+挟制处理一周后黑藻的多样荧光参数：暗相宜状态的最小荧光Fo和最大荧光Fm、潜在光合活性FV /Fo、最大PSⅡ量子产率QYmax、稳态下PSⅡ反应中心关闭进程(1-Qp_Lss)、稳态下的非光化学淬灭NPQ_Lss等观点，分析不同浓度重金属挟制对黑藻叶绿素荧光各参数的影响，死心如图 3或表 1所示。

图 3死心清爽，Cd2+或Cu2+挟制处理后，黑藻的Fo、Fm、QYmax和Fv/Fo均呈下落趋势。Cd2+挟制对黑藻叶片的Fo有权贵影响，而Cu2+挟制则无权贵影响。在浓度为0.5 mg/L，Cd2+或Cu2+挟制处理后黑藻的Fm分辩权贵下落43.0%和17.9%，Cd2+挟制后黑藻的Fm下落更隆起(图 3)。Cd2+或Cu2+挟制下黑藻叶片的Fv/Fo均呈权贵下落，受Cd2+挟制后的后果相对相称隆起，5 mg/L Cd2+挟制下黑藻叶片的Fv/Fo最低，比对照组下落了90.4%，而5 mg/L Cu2+挟制下黑藻叶片的Fv/Fo也最低，但比其对照组只下落24.5%。不异，Cd2+或Cu2+处理后黑藻叶片的QYmax均呈权贵下落，5 mg/L Cd2+挟制下黑藻叶片的QYmax最低，下落25.2%，而5 mg/L Cu2+挟制下黑藻叶片的QYmax也最低，下落8.5%(图 3)。黑藻叶片QYmax和Fv/Fo值的下落标明，重金属离子使PSⅡ反应中心受损，阻拦光合营用的原初反应，阻截光合电子的传递经由。图 3中Cd、Cu对黑藻叶片荧光参数的影响均是先权贵镌汰，之后随留意金属浓度的增多有小数回升，临了呈现较沉着趋势。反馈出重金属对黑藻的挟制较昭彰，且随留意金属浓度的上涨而上涨，而黑藻体内光合机制的更动，使得黑藻能在重金属环境下仍然保抓光合活性。

表 1清爽，与空缺对照组比较，Cd2+或Cu2+挟制后的黑藻叶片稳态下PSⅡ反应中心关闭进程(1-Qp_Lss)、非光化学淬灭总计(NPQ_Lss)上涨，标明Cd2+或Cu2+挟制更动了黑藻叶片的光能利用分派。

2.4 Cd2+、Cu2+挟制对黑藻荧光成像的影响

Cd2+或Cu2+不同浓度梯度挟制处理后的黑藻叶片PSⅡ最大宗子产率时的荧光成像分辩如图 4。死心清爽，Cd2+挟制下的黑藻叶片荧光成像强度由高变低，浓度在3 mg/L及以上的Cd2+挟制处理后，黑藻叶片大部分失去光合营用活性，只消茎秆(黑藻叶片中间为小数茎秆横截面)隔邻的小数区域有光合活性(图 4)。而浓度为0.5 mg/L和1 mg/L的Cu2+挟制对黑藻叶片光合活性的影响并不权贵，但跟着Cu浓度的再升高呈权贵下落趋势(图 4)。另一方面，Cd2+或Cu2+对照组中的黑藻能期骗通盘叶面进行光合营用，而受Cd2+、Cu2+挟制后的黑藻叶片光合活性镌汰，且较高的光合活性位于茎秆处和叶脉处，Cd2+、Cu2+挟制对黑藻叶片光合活性的伤害从叶片旯旮运转达到最严重，而茎秆和叶脉处最轻，这可能与茎和叶脉的维遏抑结构有一定关联性。

Hongkongdoll 麻豆 3 论断与讨论

叶绿素是与植物光合营用最密切干系的一种色素，Cd2+、Cu2+挟制分区均变成黑藻叶绿素含量下落，黑藻在Cu2+挟制下的叶绿素含量比Cd2+挟制下的减少更多，阐述Cu2+挟制比Cd2+挟制对叶绿体的败坏作用更大，可能原因是Cu2+挟制对内膜、类囊体片层和光合色素等的损害更严重[32]。当用0.5—3 mg/L Cd2+ 浓度挟制处理黑藻时，叶绿素总量下落并不十分昭彰，当Cd2+浓度达到5 mg/L时叶绿素总量下落最多，可是在0.5 mg/L Cd2+挟制下的叶绿素a/b(Ca/Cb)会坐窝权贵下落，后跟着Cd2+浓度的升高并未产生权贵下落。黑藻的叶绿素b在Cd2+浓度为0.5—3 mg/L间的挟制下有所上涨，而Cd2+浓度为5 mg/L时出现下落，有研究觉得叶绿素b含量的减少会影响到光系统的结识性，最终导致通盘光合机构的不结识，具体表当今对窘境的耐受性镌汰[37， 38]。反之推测，Cd2+挟制下黑藻叶绿素b含量增多，可能是黑藻对Cd2+挟制耐受才调的增强，Cu2+挟制下黑藻叶绿素b也在0.5 mg/L下落到最低后上涨，与黑藻对这两种金属的耐受机制筹商。以上阐述在Cd2+挟制导致黑藻叶绿素含量减少的情况下，黑藻通过调节叶绿素Ca/Cb的比值以相宜窘境[39]，具体机制尚需进一步探究。

叶绿素a荧光能源学在植物生理规模得到日常应用，QYmax反馈了 PSⅡ反应中心光能振荡效用，可当作植物对不良环境耐受性等方面的遑急观点[40]。Cd2+挟制的黑藻Fm比Cu挟制下落得昭彰更多，Fo下落的远离较小，因此，Cd2+挟制下的QYmax值也比Cu2+挟制下的镌汰得更多，阐述黑藻光合活性才调对重金属的耐受才调：Cu2+耐受>Cd2+耐受。研究标明在对黑藻细胞的损害中，Cd2+对叶绿体的浩大较小[8]，但Cd2+挟制下黑藻的潜在光合活性(Fv/Fo暗示PSⅡ的潜在活性)比受Cu2+挟制后下落得更多，反馈出Cd2+对黑藻里面光合营用结构的浩大比Cu2+更透顶，而且Cd2+、Cu2+挟制对黑藻光合活性的伤害是不可逆的[8， 10]。1-Qp_Lss是 PSⅡ反应中心关闭的进程，在一定进程上反馈 QA的氧化还原状态，1-Qp_Lss越大，PSⅡ反应活性越小。与对照组比较，Cd、Cu挟制后的黑藻叶片1-Qp_Lss 增多标明电子由PSⅡ的氧化侧向PSⅡ反应中心的传递受阻，更动了黑藻叶片的光光能利用分派，将正本用来得回量子产量的部分光能热耗散等用于增强自我保护，这有可能是变成非光化学淬灭总计(NPQ_Lss)上涨和PSⅡ最大宗子产率(QYmax)下落的原因，之后非光化学淬灭减小的原因可能在于PSⅡ的部分失活，黑藻的正常生理功能被严重浩大。

Govindjee和Nedbal用“耳闻不如目见”来抒发并强调叶绿素荧光成像如何得回科学试验的信念[27]。QYmax暗示植物PSⅡ最大宗子产率，其叶绿素荧光成像最能反馈重金属挟制对光系统Ⅱ的损害，荧光成像标明Cd2+、Cu2+重金属挟制使黑藻叶片PSⅡ反应中心受到严重损害，光合活性缩小。Cd2+、Cu2+对黑藻叶片的损害齐是从旯旮运转的，黑藻叶片是由单层细胞构成，Cd2+、Cu2+对黑藻的败坏是对植物细胞的膜结构和非膜结构、生理行径和生化反应的全体伤害[8， 10]，可是叶脉、茎和叶片结构不同，因此推测维遏抑结构更难被Cd2+、Cu2+浩大。

从植物形态上不错判断植物的助长和受挟制情况，Cd2+挟制下黑藻株高比Cu2+挟制下的下落率更高，阐述Cd2+挟制对黑藻株高的影响大于Cu2+挟制对黑藻株高的影响；3 mg/L 的Cu2+挟制对黑藻的成活率影响最大，跟着浓度的升高，黑藻的成活率反而有所上涨，Cd2+挟制的下落率更低；Cu2+挟制下黑藻干重比Cd2+挟制下落率更高。在3 mg/L Cu2+挟制下，黑藻成活率、Ca/Cb、QYmax最低；5 mg/L Cu2+挟制下株高、鲜重、干重最低，标明5 mg/L Cu2+挟制下黑藻长势差，有机物和无机物含量减少，叶绿素增多，Ca增多而Cb减少了。图 2中不错看出，Cu2+挟制下叶绿素b只在0.5 mg/L时下落权贵，其他浓度的挟制和对照组齐莫得权贵相反，阐述Cu2+挟制对黑藻叶绿素a的影响比叶绿素b大，可能的原因有：Cu2+促进叶绿素的生物合成[41]，好像浩大叶绿素酶活性，使叶绿素降解减少[42]，叶绿素a的主邀功能是采纳和传递光能，加强黑藻的光合营用才调，因此最大宗子产率(QYmax)也增多，光合营用的增强对黑藻的成活率有较大的影响。图 2中5 mg/L Cd2+挟制下与3 mg/L Cd2+挟制下比较不错看出，黑藻的叶绿素a和叶绿素b均呈权贵下落，可是光合才调观点Ca/Cb并无权贵相反，阐述光合营用才调并未下落，图 3中的量子最大产率QYmax无权贵相反也印证了这一丝。光合营用无昭彰相反的情况下，有机物和无机物的累积也无昭彰变化，干重无权贵相反。而5 mg/L Cd2+挟制下与3 mg/L Cd2+挟制下比较，表 1中NPQ_Lss的镌汰阐述黑藻的光保护才调下落，图 4不错看出，黑藻叶片的成活面积变小，活体细胞大多聚合于中间叶脉部分，光合营用得到的有机物用来保管活体细胞的助长，即很大一部分用于叶脉的助长，叶脉的助长使得株高增多，而由于叶脉比叶片更难被Cd2+浩大，因此成活率得以上涨。

Cd2+是黑藻的非必须养分元素，研究标明，Cd2+使黑藻体内活性氧减少、影响细胞壁的形成、浩大细胞器和细胞、损害类囊体[8] ，Cd2+挟制下黑藻光合活性权贵下落，3 mg/L及以上浓度的Cd2+对黑藻的伤害极大，黑藻因此会失去大部分光合才调，无法万古刻生涯，标明黑藻可当作Cd沾浑水环境的疏浚种。Cu2+是黑藻助长必须的微量养分元素色片网站给个，是以一定浓度的Cu2+对黑藻的助长是有意的，可是向上一定边界就会变成黑藻细胞核消解、线粒体空泡化、类囊体片层陈设芜乱以至溶化、叶绿体彭胀成球形然后解体、卵白质和脂类失活等损害[32]。本研究中，浓度为0.5和1 mg/L 的Cu2+挟制对黑藻光合活性的阻拦不权贵，标明在低浓度的Cu2+环境中黑藻不错进行比较正常的生理行径，可推测将黑藻用于低浓度Cu2+沾浑水域的开荒与水生生态系统的千里水植物重建。本研究得出的论断能否用于实施，尚需要更多研究来详情其可靠性和实用性。