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1、Cs对菠菜叶片光合作用的影响从上世纪70年代开始，我国逐步地加开了对核能的开发与研究。目前，核能已然成为我国重要的战略资源。但是，在核能得到充分发展的同时，也伴随着一系列放射性物质对于环境污染的问题。例如，日本福岛的核电站事故，导致大量的核物质泄露，造成该地区生态环境遭到严重地破坏，人们的安全也受到极大威胁。与核有关行业的发展，使得Cs这一具有独特性质的金属得到广泛的应用，包括农业、材料业、航空航天等等，从而使得137Cs这种具有一定放射性的核素进入了生态环境中。而这一问题的产生很大一部分原因是进行地上、地下核武器的实验。 光合作用作为生物界中最为基本的物质能量交换过程，对于环境变化的敏感程度
2、很高。而植物叶片中的类囊体薄膜是植物光合作用中进行原、初光转化的主要机构。该物质主要由色素蛋白与脂类的化合物构成。此外，类囊体薄膜又是植物的感应器，植物靠它来感受外界环境。而Cs对植物中色素的含量、相关酶的活性以及叶片释放氧气的活性都有着不同程度的影响作用。而菠菜叶片的面积很大，更容易导致各种重金属的聚集，也是典型的研究类囊体薄膜的植物。本实验主要以菠菜的叶片为研究对象，结合植物光合作用中的各种参数，来分析Cs对植物进行光合作用的影响，为受到Cs污染的植物恢复问题提供理论支持。 一、试验选用的材料与研究方法 1、选用材料 本实验主要采用了菠菜作为试验材料，菠菜的选取是在地里选择长势大致一样的健
3、康菠菜的幼苗，然后移栽到含有9千克石英砂的盆中。其中培养盆高为26cm，直径为30cm，每一盆种植6株菠菜幼苗。 2、试验的设计 本次试验分别设置了0、2、5、10以及15mmlo?L-1浓度的CsCl溶液。等到菠菜长到6叶阶段时，用不同浓度的溶液对其进行处理，同时每天按照合理的时间补充营养液150mL，然后经过同样处理15d后测定叶片的各项指标。 3、测定方法 首先对Cs含量进行测定。选取经过不同浓度溶液处理过的菠菜，然后在105的高温下对菠菜进行杀青30分钟，然后在75下对其进行烘干处理，得到恒重。然后，分别取处理后的菠菜的地上与地下部分研磨处理，得到菠菜的细粉。分别取得到的干粉0.3g加
4、入到15mL的硝酸中，然后使用TANK型号的微波消解仪对其进行处理，然后利用AA700型号的吸收光谱测定Cs的含量，每一个部分都需要重复3次。以保证测定结果的准确性。 其次，对色素进行测定。称取0.05g的叶片溶于85%的丙酮之中，在室温和避光的条件下放置48小时，此时期内要定期地进行混匀。然后用紫外可见的分光光度计对其进行测定。对于气体的交换参数的测定采用光合仪测量，主要是由上到下对第三片已经完全展开了的叶片进行测定。与叶绿素有关的荧光参数测定需要使用荧光仪测定，同样地选取第三片叶片进行测定，对于叶片每一处的测定需要反复地进行6次。 对类囊体进行制备时，要先将叶片放置于预冷处理过的匀浆液中进
5、行匀浆，该过程速度要快。然后经过一定处理后，得到类囊体薄膜。最后，调节叶绿素的浓度为3mg?ml-1，先用液氮对其进行速冻，然后放置在-80摄氏度的冰箱中进行储存。 在对低温荧光光谱进行测定时，需要用到F-7000型号的荧光分光光度计，然后测定样品的溶液于77K条件下荧光发射的光谱。该激发波长大致为436纳米，而发射的波长分别在684nm与714nm。进行扫描时，要对每个样品重复扫描6次。 二、分析结果 1、Cs在菠菜中的积累和分布状况 随着CsCl溶液的浓度不断升高，菠菜的幼苗中地上与地下的部分Cs的含量也逐步地上升。因为对其处理浓度的不同，地上部分的含量要明显低于地下部分。对植物体中Cs分
6、布情况最为明显的是转移系数。该系数的数值越大，植物由根部向上面运输的能力也就越高。实验结果表明，当溶液的浓度处于1-10mmol?L-1时，植物的转移系数是逐步地上升的，而当浓度在25mmol?L-1及以上时，该系数不断地下降。这是因为Cs浓度过高，导致植物?w中载体遭到了破坏，植物对Cs+这一元素的运输能力明显下降。但从整体来看，植物仍然可以吸收和运输一定的Cs。 2、Cs对叶片中色素的影响 经过试验，在试验叶片经过15天处理后，其内部的叶绿素a和叶绿素b以及总体的叶绿素的含量都下降很多。并且，随着溶液浓度不断地升高而含量不断下降。其中，叶绿素a含量分别下降了35.1%、40.2%、42.8
7、%、43.9%、44.5%；叶绿素b含量分别下降了22.1%、32.3%、43.1%、47.3%；全部叶绿素的含量下降分别下降了32.1%、38.7%、44.1%、45.6%。试验结果表明，Cs可以很明显地降低植物叶片内叶绿素的含量，从而导致植物的光合作用不断地减弱。 3、Cs对类囊体薄膜在温室条件下吸收光谱影响 试验结果显示，在对照组中叶片内类囊体薄膜在室温的环境下，对光谱蓝区的吸收峰值在439nm初，而在红区峰值大约在690nm，而且在两者附近分别有肩峰出现。该结果表明，红区和蓝区的峰值随着溶液浓度的升高，会出现红移的现象。此外，峰值随着溶液处理浓度的升高，明显地降低。这是由于CsCl溶液
8、改变了植物部分类囊体的结构，使得叶绿素结核时部分遭到破坏，以致于类囊体薄膜对于光能的吸收与传递作用受到抑制。 4、其他影响 由试验结果可以看出，高浓度的Cs会对植物的PSII这一反映中心产生胁迫与伤害的作用，从而降低光合作用的效率。随着Cs浓度的升高，菠菜叶片中类囊体薄膜上电子传递效率得到了很明显的抑制，其上面的PSII与PSI这一类膜蛋白的复合体都在不同程度上遭到了降解，因此影响了菠菜叶片的光合作用。 总结 由试验结果我们不难看出，通过不同浓度处理过后的菠菜叶片，其体内的Cs含量随着处理溶液的浓度升高而不断地上升。经过较高浓度处理过后的叶片，其内部叶绿素的含量显著降低，光合作用的效率以及PSII进行光化学机制的转化作用都明显地下降。同时，通过对叶片内类囊体薄膜光谱的吸收以及对低温下荧光光谱的结果分析，我们可以发现，经过高浓度的CsCl溶液处理后，PSII和PSI膜蛋白都会在一定程度上被降解。通过以上的结果及其分析，我们得出Cs含量过高，会对植物的光合作用产生很明显的抑制效果，其对于植物进行光合的多处部位都会进行不同程度的破坏。因此，我们需要对Cs这一元素更加重视。在进行关于核物质的生产和运用过程中，要按照严格的标准进行，防止诸如Cs这一元素的核泄露，从而保证生态环境的稳定和人们的生命安全。