UV-B对菹草成株叶绿素荧光参数的响应开题报告
2021-12-11 04:12
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
菹草是眼子菜科单子叶植物，沉水性多年生草本，产于我国南北各省区，为世界广布种，生于池塘、湖泊、溪流中、静水池塘或沟渠较多，水体多呈微酸至中性。 研究发现，菹草具对锌、砷等金属有净化作用，也大量吸收水体中的氮、磷等营养盐，可净化水质、提高水体透明度，在抑制藻类生长方面也有显著作用，菹草的适量生长有利于水体生态系统的平衡和健康发展。目前，全球范围内，浅水湖泊氮、磷无机盐含量大幅提升，水华现象频发，藻类植被逐渐占领湖泊，促进沉水生物衰减，而菹草作为一种典型的沉水植物，它在秋季发芽，冬春生长，4~5月开花结果，夏季6月后逐渐衰退腐烂。菹草死亡后，植株体与根部分离，断开的分枝悬浮于水体上层，有的浮于表面，由于水体环境存在许多分解者，菹草会迅速腐败降解，释放出c、n、s、p等易造成水体的“二次污染”，加重水体的营养化程度。利用叶绿素a 荧光测量技术研究uv-b辐射对菹草叶绿素荧光特性的影响，探索菹草的衰亡机制，分析荧光参数的变化，对治理湖泊水华现象及控制水体富营养化进程具有一定意义。
国内外研究现状
目前，全球湖泊富营养化加重，世界范围内普遍出现沉水植被衰退的现象[1-2]，而菹草作为一种典型的沉水植物，它在秋季发芽，冬春生长，4~5月开花结果，夏季6月后逐渐衰退腐烂[3]。菹草死亡后即由基部断开，从水底底泥中脱离，浮于水表，在水中细菌和自身分解作用下，菹草会迅速腐败降解，释放出c、n、s、p等易造成水体的“二次污染”[4]，加重水体的营养化程度。由于夏季水温较高，这个过程可在几天内完成。对于野外菹草在春季迅速生长、夏初开始衰败死亡这一现象，国内外许多学者都在着重研究其衰败的原因[5]。苏胜齐等[6]研究表明，强光照是造成菹草春末夏初大量衰亡的主要原因。一般来说，在菹草生长的前期阶段，由于水体庇护，水下菹草的生长不会受到光照的抑制，随着生命的进程，菹草接受光照的时间增长，到生长后期，强光照成为阻碍菹草正常生长繁殖的主导因素。随着菹草株高的增长，与水表距离的缩短，uv-b辐射剂量高达一定程度，会促进菹草的提前衰亡[7]。为了了解强光中真正起作用的波段，有学者做了相关的研究，在江苏省水环境中试平台玻璃温室内，菹草可四季持续生长，且植株株高显著高于野外，可达两到三米，是生长水深的2~4倍，但其分枝的数量大幅度减少[6]。江苏省水环境中试平台温室内外光照强度基本没有变化，与之相反，紫外辐射的强度变化极显著（以uv-b的变化为主，uv-a削减较少），室内的uv-b辐射剂量与外环境相比，减少量达到90%以上[5]。众多学者研究表明，uv-b 辐射对陆生植物和水生生物的生长生殖都有较大负面影响。研究发现，在一些海域uv-b 辐射对海水的穿透力度较大，可到达海平面以下几米甚至几十米处，进而危害水生生物的生长[8-9]。在长江中下游游湖泊中，紫外辐射大多可穿透湖水到达湖底，从而抑制湖底沉水植物的生长[10-11],从沉水植被衰退的原因着手，使湖泊水环境有利于沉水植物的正常健康生长繁殖，恢复草型植被在湖泊生态系统中的主导地位，是治理富营养化湖泊的一个有效途径[12-13]。
光合作用是植物最敏感的生理过程之一，植物光合作用的主要色素是叶绿素[14-15]，而叶绿素荧光是一种特殊的分子荧光，不仅具有分子荧光的特征，由于参与光合作用的能量转换过程，其荧光产率包含了光化学反应中的许多有用信息[16]。叶绿素荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及atp合成和co2固定等过程有关。几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，故叶绿素荧光作为光合作用研究的探针而得到广泛应用。活体叶绿素荧光是一种无干扰的快速评估光合作用影响的指标[17]，因此研究uv-b辐射对叶绿素荧光特性的影响具有重要意义。
2. 研究的基本内容
实验共设1个对照组，3个处理组，处理组分别用透明渔网进行压迫处理。用渔网将菹草植株压迫至水面相应位置，距离水面高度分别为10cm、20cm、30cm，分别记为D10、D20、D30；对照组不作任何处理，记为CK。所有处理组在桶正上方均用适当长度的不锈钢支架悬挂UV-B 日光灯管，用150W/cm2高剂量UV-B辐射每日照射8小时，每组设三个平行对照。温室大棚对光照有一定的削弱，与外环境相比温室内的光照衰减不显著，仍可达室外的90%。紫外辐射对大棚的透过率主要从UV-A和UV-B两部分分析，其中UV-A经大棚后仅衰减不到40%（室外最高为10.67W/m2时，室内有6.45W/m2；室外最低1.76W/m2时，室内有0.97W/m2），ＵＶ－Ｂ的衰变极其明显，经大棚的透过率不到5%。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
本实验的菹草石芽于2015年11月30日从南京市玄武湖采集，将其暴露于室外自然光照下进行萌芽，长出幼苗后每18株种植于盛有底泥的花盆(15cm12cm10cm)中，然后放入装有自来水的白色塑料大桶（桶口直径为65cm，桶高96cm）中培植，生长持续一段时间后，从中选择长势相差不明显的幼苗移至温室大棚内继续培养，待菹草株高长到55~60cm时，开始观测。分别于实验开始当天、第18 天、第32 天、第58天的8：30 —10：30 在各平行组分别随机选定3株菹草，并对可直接通过仪器测得的叶绿素荧光参数进行测定。先将选定的植株进行暗适应20min 后，打开叶夹，并开启检测光( 0．15 μmolm－2s－1) 可测得到基础荧光 Fo，然后由饱和脉冲光 ( 4000μmolm－2s－1， 0．8 s) 测得最大荧光 Fm。把叶片在自然光下适应20 min，当荧光基本稳定时可测定稳态荧光产量( Ft)、光下最大荧光( Fm′) 以及实际光化学量子产量( Yield)。
4. 参考文献
[1]melzera.aquatic macrophytes as tools for lake management[j]. hydrobiologia,1999,395(396): 181-190.
[2]scheffer m,jeppesen e.alternative stable states[j].ecological studies,1998,131(54): 397-406.
[3]chi j. phthalate acid esters in potamogeton crispus l.from haihe rive,china.chemosphere,2009,77( 1) : 48-52.
