臭氧对黄豆叶片的急慢性毒性作用研究

臭氧对黄豆叶片的急慢性毒性作用研究

--采用气体交换与叶绿素荧光成像结合方式（LI-6400XT与CF Imager联用案例）

调制式叶绿素a荧光成像系统（CF Imager，Technologica，UK）可原位、定量、可视化测量叶片不同部位PSⅡ的电子传递效率Fq′/Fm′（Baker & Oxborough 2004；Oxborough 2004b）；也可以用于检验植物的生理变化过程和胁迫：例如叶片不同部位的CO₂同化速率（Genty & Meyer 1994）、叶片不同部位的胞间二氧化碳浓度Ci（Meyer & Genty 1998）；探索植物的生理节律（Rascher et al.2001）；间接评价动物啃食对植物生理的影响（Aldea et al.2005）；观测气孔的聚块分布（West et al.2005）以及解释植物-病菌的相互作用（Chaerle et al.2004）等。

本文通过结合使用CF Imager与LI-6400XT两种仪器，探索臭氧（O₃）对于叶片的急慢性毒性作用：

Fv′/Fm′是光下PSⅡ最大的量子效率，其大小反映了PSⅡ反应中心的相对完整性。一般情况下，其值下降会伴随PSⅡ反应中心受损或PSⅡ的下调（Baker & Oxborough 2004）。Fq′/Fv′与QA库的氧化状态成非线性相关关系。Fq′/Fv′减小可以归因于PSⅡ电子传递下游的改变，包括1-5二磷酸核酮糖羧化/加氧酶（Rubisco）以及卡尔文循环的变化（Baker & Oxborough 2004）。

荧光数据的空间分析可以提供叶片臭氧（O₃）急慢性毒性效应的更深入的机理解释。如果叶片的急慢性暴露实验的损伤机制是一样的，例如细胞的程序化死亡（PCD），应该可以观测到叶片尺度上相似的损伤模式。本文即通过对叶片光合作用气体交换参数与荧光参数的同步测量，利用空间分析技术定量评价植物叶片的光合作用的损伤机制。实验材料是黄豆（Glycine max cv. NE3399）。有研究表明，这种主要的粮食作物对臭氧(O₃)变化非常敏感（Ashmore & Marshall 1999）。

图1 急性暴露实验400ppb暴露6h。黑条（■）是O₃处理的，白条（□）是对照处理（n=4）。（a）电子传递效率（Fq′/Fm′）；（b）叶片的净光合速率（A）；（c）Fq′/Fm′的空间异质性参数（NbrSD），数据表示为Mean±SE,*表示p<0.05。

图2 慢性暴露实验90ppb[O3]，8h/d，28d。●是O3暴露处理，○是对照处理。（a）是电子传递效率Fq′/Fm′（●）；（b）叶片净光合速率（A）（■）；（c）Fq′/Fm′的空间异质性参数（NbrSD）(▲)。数据表示为MEAN±SE，p值如表中所示。

图3 叶片尺度不同处理数字照片与荧光参数直观成像结果。第一排是数字照片，第二排是荧光参数Fv/Fm假彩色合成图片，第三排是荧光参数的频度直方图。（a）是对照组叶片；（b）是6h 400ppb急性暴露实验；（c）是90ppb[O3]8h/d暴露28d实验组。

图4 叶片不同部位（从基部到顶端）的Fv/Fm。（a）急性暴露实验400ppb 6h，数据表示为MEAN±SE；（b）慢性暴露实验90ppb[O3] 8h/d 暴露28d；数据表示为MEAN±SE；（c）两种不同处理Fv/Fm与对照组的比值；（d）p值列表。

结论：两种不同的实验处理均使得叶片的CO₂同化速率较对照组下降了40%，PSⅡ效率下降了20%，但是急性暴露实验荧光参数的空间异质性更高。急性暴露实验Fq′/Fm′的下降源自PSⅡ最大量子效率以及反应中心开放比例的下降；而慢性暴露实验Fq′/Fm′的下降只与第一个因素的下降有关。因此，两种处理对叶片的损伤机制是不同的，野外实验中采取单一的实验处理并不能全面阐述叶片的损伤机制。

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