为了探明梭鱼草叶片细胞应对Pb2+胁迫的生理机制,研究以液培法考察了不同浓度Pb2+胁迫下梭鱼草叶片丙二醛(MDA)与叶绿素含量,以及抗氧化酶活性、抗氧化剂含量和乙二醛酶系统的变化规律.结果表明,(1)5.0 mg/L Pb2+胁迫第14天和第21天时,梭鱼草叶片叶绿素含量,过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性,抗坏血酸(AsA)、脱氢抗坏血酸(DHA)、谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基总肽(NPT)和植物螯合肽(PCs)等抗氧化剂含量没有发生明显变化;第21天时叶片细胞中甲基乙二醛(MG)含量显著增加,而MDA含量无明显增加.(2)10.0 mg/L Pb2+处理至第21天时,梭鱼草叶片MDA、MG、GSH及NPT含量及过氧化物酶(POD)活性明显增加,而脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、甲基乙二醛酶Ⅱ(Gly Ⅱ)活性呈相反变化趋势.(3)在15.0 mg/L Pb2+处理期间,梭鱼草叶片MDA含量显著增加,其GSH、NPT、PCs被诱导合成以螯合细胞中过量积累的Pb2+;同时叶片POD、SOD、APX活性和AsA含量显著增加.15.0 mg/L Pb2+处理第21天时,乙二醛酶系统已经不能缓解高浓度Pb2+胁迫诱发的羰基胁迫.可见,梭鱼草叶片对5.0 mg/L Pb2+具有良好的耐受性;在较高浓度(≥10.0mg/L)Pb2+胁迫下,梭鱼草叶片细胞膜脂过氧化作用加剧,此时其主要通过合成非蛋白巯基化合物、增加抗氧化酶活性及AsA含量来减缓氧化损伤;本试验条件下梭鱼草叶片乙二醛酶系统没有表现出明显的解毒作用.

为探讨自然生境中不同生活型水生植物光合生理特征的差异,选取4种挺水植物菖蒲(Acorus calamus L.)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、梭鱼草(Pontederia cordata L.)、茭草(Zizania latifolia(Griseb.) Stapf),以及4种浮叶植物黄睡莲(Nymphaea mexicana Zucc.)、莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel.)、金银莲花(Nymphoides indica(L.)O.Kuntze)、菱(Trapa bispinosa Roxb.)为研究对象,比较其叶绿素荧光参数、色素组成和比叶重的差异.研究发现,高光强下挺水植物电子传递速率(ETR)、非光化学淬灭(NPQ)等光合荧光参数、以及低光强下ETR拟合曲线的初始斜率(α)均值显著大于浮叶植物.不同挺水植物间光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR、NPQ、最大潜在电子传递速率(Ps)、最大电子传递速率(ETRm)及饱和光强(Em)变化幅度较大;不同浮叶植物间上述参数变化幅度较小.挺水植物叶绿素(Chls)、类胡萝卜素(Cars)含量均值也高于浮叶植物.但由于比叶重(SLW)的影响,不同水生植物间单位叶面积和单位叶鲜重色素含量的变化规律略有不同.挺水植物中再力花、梭鱼草光合能力较强,其光合荧光参数和色素比例均符合典型阳生型特征;菖蒲、茭草光合能力略弱,部分指标符合阴生型特征.4种浮叶植物各指标均符合阳生型特征.实验推测,挺水植物和浮叶植物由于叶片所处环境不同,其光合适应机制存在明显分化.挺水植物叶片所处环境异质性较大,因而不同物种之间光合参数适应范围也大;浮叶植物叶片所处环境相对均一,因而光合参数差异也小.浮叶植物也不依赖NPQ进行高光保护.在湿地植被恢复工具种筛选过程中应综合考虑环境异质性和不同物种光适应能力的差异.

为了解梭鱼草(Pontederia cordata)根茎有机酸类化感物质对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa,M)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus,S)生长和竞争关系的影响,将不同浓度丁二酸作用于两种藻的单种培养和共培养,即铜绿微囊藻与斜生栅藻初始比例为1∶0(100％ M)、1∶1(50％ M+50％ S)、2∶3(40％ M+60％ S)、3∶2(60％ M+40％ S)、0∶1(100％ S).结果表明:丁二酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻均有抑制作用,抑制能力与浓度呈正相关;无化感物质作用下,单种培养和共培养中铜绿微囊藻生长能力均强于斜生栅藻;60mg·L-1丁二酸处理下,40％ M+60％S、50％ M+50％S培养组中β(斜生栅藻对铜绿微囊藻的抑制参数)＞0,60％ M+40％S培养组中β＜0,表明藻类初始比例影响蓝绿藻之间竞争;丁二酸可改变蓝绿藻之间竞争关系,低浓度(20、40 mg·L-1)作用下,表现为铜绿微囊藻抑制斜生栅藻,斜生栅藻促进铜绿微囊藻,高浓度(60、80 mg·L-1)作用下,表现为两者相互抑制,表明两种藻之间竞争加强.

为揭示苯丙烷代谢途径参与梭鱼草防御重金属胁迫的作用机制,分析镉(Cd)胁迫下梭鱼草叶片转录组序列,将其与NR、NT、PFAM、KOG、Swiss Prot、KEGG和GO公共数据库进行比对注释,并对差异表达基因进行趋势化分析,同时从中挖掘与苯丙烷代谢途径相关的差异表达基因.结果表明:(1)共获得221392个unigenes,其中170175个unigenes被注释到数据库,6506个unigenes被注释到31条次生代谢通路;(2)将梭鱼草叶片unigenes与Swiss-Prot和Nr数据库进行比对,共得到168355条CDS序列,Estscan软件预测得到84673条序列;(3)对检测到的20025个差异表达基因进行趋势分析,发现有3个显著的基因表达模式,包括2个下调表达模式(Cluster 0:2631个基因,Cluster 1:3153个基因)和1个上调表达模式(Cluster 5:3733个基因);(4)进一步挖掘转录组数据发现,在6_0 h和48_0 h组中,梭鱼草叶片中共有26个差异表达的基因被鉴定出来,分别编码3个苯丙烷代谢公共途径关键酶,5个木质素生物合成关键酶和7个黄酮类化合物生物合成关键酶.梭鱼草通过调控愈创木基木质素的生物合成和上调肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、花青素合成酶(ANS)、花青素-3-O-葡糖基转移酶(3GT)、咖啡酰辅酶A-O甲基转移酶(CCoAOMT)、黄酮醇3-甲基转移酶(F3OMT)基因表达参与叶片Cd积累与解毒.通过转录组测序初步揭示了苯丙烷代谢途径参与梭鱼草叶片防御Cd胁迫的相关基因,为今后深入研究苯丙烷代谢途径在梭鱼草抵抗重金属胁迫中的功能及相关机制提供了理论基础.

城市景观水体是大气CO2与CH4的排放热源,而水生植物作为景观水体的重要组成要素,对水体温室气体排放动态的影响并不清楚.选择重庆市观音塘国家湿地公园为研究区,利用漂浮箱法与顶空平衡法对观音塘水域7种不同水生植物分布区进行水-气界面CO2与CH4排放通量及CO2、CH4溶存浓度进行季节性监测,估算了植物传输对气体通量的贡献.结果表明:1)观音塘水体CO2与CH4浓度范围分别为8.0-341.8 μmol/L和0.23-5.26 μmol/L,排放通量分别为26.5-869.1 mmol m-2 d-1和0.40-11.15 mmol m-2 d-1,是大气净CO2与CH4排放源;2)观音塘开敞水区CO2与CH4排放通量低于大部分城市湖泊或景观水体,但植物覆盖区气体通量显著高于开敞水区,表明水生植物增强了景观水体温室气体排放;初步估算植物传输作用(非扩散通量)对水体CO2与CH4排放通量的贡献约为7.3％-44.6％与52.1％-63.4％,狐尾藻对CH4传输作用最强,睡莲、水葫芦次之,菖蒲、再力花、梭鱼草等挺水植物略低,苦草最弱,植物传输作用并未表现出明显的生活型差异;3)水体CO2与CH4浓度及排放通量季节变化显著,温暖季高于寒冷季,植物生长期变化与温度波动是主导水体CO2与CH4排放季节模式及变异强度的主要因素;4)水生植物覆盖区水体营养盐浓度、pH值、DO等因素与CO2、CH4排放通量呈显著的相关性,表明不同植物覆盖导致水生境的分异是影响水体CO2与CH4排放动态及变异性的重要机制.水生植物对水体温室气体产生、输移、排放等具有多重复杂机制,但总体增强了景观水体的温室气体通量,在未来城市水生态管理中应予以更多的关注.