环境因素给穗状狐尾藻光带来的影响

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摘要：本文研究了温度、光照和pH值对穗状狐尾藻（MyriophyllumspicatumL.）光合作用的影响。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点。通过室外光合作用试验研究了穗状狐尾藻的光抑制现象。在温度为5℃、10℃、15℃、20℃和25℃，光照为0～6000lx时，穗状狐尾藻生长的光补偿点随着水温的上升而逐渐增加。试验表明穗状狐尾藻具强光抑制现象（水温25℃，光饱和点为58,136lx），是在全光照条件下仍能保持一定光合速率的沉水植物。穗状狐尾藻的光合作用在中性偏酸的水体中较旺盛。在pH值为5～10的范围内，随着pH值的升高，其光合作用强度降低。

关键词：穗状狐尾藻；光合作用；光补偿点；环境因子

沉水植物通过光合作用改善水中的溶氧条件。光合作用受温度、光照和pH值等多种环境因子的综合影响。了解沉水植物的光合特征是解释各种沉水植物在水中的分布格局和群落演替的基础，也是人工配置沉水植物群落时，选择种类及群落种类配置的科学基础。

穗状狐尾藻（MyriophyllumspicatumL.）是一种多年生沉水植物。适应性极强，为世界广布种。在我国分布于南北各地池塘、湖泊、河沟、沼泽中。本实验研究了若干环境因子对穗状狐尾藻光合作用的影响，为沉水植物恢复重建时物种选择及正确选择深度适宜的区域种植穗状狐尾藻提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料及器材

穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖，移植于西南农业大学水产与水文学院的实验池塘中。试验时选取茁壮程度比较一致的植株。

穗状狐尾藻的室内培养在LRH-150-G光照培养箱中进行，光照强度用JD-1A型水下照度计测定，pH值用PH-1S型pH计测定，溶氧用碘量法测定。

1.2试验方法

1.2.1光照、温度对穗状狐尾藻光合作用的影响

选取形状一致、质量（0.3001±0.0008g）相同的新鲜穗状狐尾藻顶枝，向175ml的磨口透明试剂瓶中加入充分曝气的自来水，用小镊子将新鲜穗状狐尾藻顶枝放入黑白瓶中，使其充分舒展开来，且瓶中无气泡。用口向瓶中水体吹气10s，以提供光合作用所需的CO2。瓶子加盖后放置于已调好温度的水浴盆中，并将水浴盆放入光照培养箱中。在5℃，某一光照条件下进行培养，2h后取出，测定瓶中溶解氧的变化，推算在此条件下穗状狐尾藻的净产氧量。通过开灯管数来调节光照强度。用相同方法测定10℃、15℃、20℃和25℃，在不同光照条件下穗状狐尾藻的净产氧量。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点[1，2，3]。

1.2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响

重庆地区人工水域（池塘、水库等）和自然水域（湖泊、江河）的pH值大多呈中性偏酸，即使在水生植物大量生长季节也很难超过9，据此本试验设定pH值范围为4.1～10.0。

用浓度为0.1N的HCl、NaOH、NaHCO3溶液调节曝气12h的自来水pH值至4.1、5.4、6.4、7.2、8.2、9.1、10.0，分别加入到150ml的磨口透明试剂瓶中。穗状狐尾藻顶枝加入和处理同1.2.1。瓶子加盖后放置于水温为12.5℃的水浴盆中，光照强度设定为6000lx。

1.2.325℃穗状狐尾藻光饱和点的测定

选择水温为25℃时测定穗状狐尾藻的光饱和点，原因是重庆地区常年云雾多、日照少，当水温高于25℃时（8月份），强光照的天数比较多，易引起光抑制。

在8月份，选择光照强烈的晴天中午，于150ml的磨口试剂瓶中装满经充分曝气的自来水，穗状狐尾藻顶枝加入和处理同1.2.1。把瓶加盖横放于室外盆内水浴中。盆内水温用冰块控温，温度控制在25℃±1℃。用遮荫的办法调节光照强度。每次试验曝光时间2h，其间每15min测定一次光照强度，各次测定数据的平均值作为2h试验期间的光照强度。2h后用碘量法测定瓶中的溶解氧含量。推算其在某一光照下穗状狐尾藻的净产氧量，找出光饱和点值。

2结果与讨论

2.1温度和光照强度对穗状狐尾藻光合作用的影响

在不同温度条件下，穗状狐尾藻净产氧量的测定结果如下:

图15℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系

图210℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系

图315℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系

图420℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系

图525℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系

图6穗状狐尾藻在不同温度下的呼吸耗氧量

由图1～图5可知,在每个温度水平上，光照强度0lx～6000lx时，穗状狐尾藻的净产氧量随着光照强度的增强而增加，穗状狐尾藻的净产氧量与光照度成线性关系。

由图6可知，穗状狐尾藻的呼吸耗氧量随温度的上升而增大。

光补偿点是植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照度值。对水生植物来说，光补偿点所在深度是光补偿深度，是沉水植物在湖泊等自然水体中向深层分布的界限。在光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质。光补偿点以下，植物的呼吸作用超过光合作用，此时非但不能积累有机物质，反而要消耗贮存的有机物质。如长时间在光补偿点以下，植株将逐渐枯黄以致死亡。因此植物正常生长所需的最低光照度必须高出其补偿点，由回归方程求得，5℃时穗状狐尾藻的光补偿点为45lx；10℃为173lx；15℃为308lx；20℃为418lx；25℃为495lx。由此可见，穗状狐尾藻的光补偿点随温度的升高而增大。原因是当温度升高时，呼吸作用增强，光补偿点随之上升。

刘国才[4]对白音花水库冰下水生维管束植物的研究表明，穗状狐尾藻的光补偿点为160lx，但未指明水温，但水温应该在0～4℃。刘国才[5]在对冰下水生维管束生产力的研究中测得穗状狐尾藻光补偿点为207lx（2.5℃，pH7.5）。而据任南[6]等人的有关环境因子对东湖几种沉水植物生理的影响研究结果表明，狐尾藻4℃下为2331x；15℃下为4241x；20℃下为658lx。刘国才、任南以及本试验所测得穗状狐尾藻的光补偿点三者之间都存在较大差异，究其原因可能与狐尾藻选材的茁壮程度、材料的处理方法上、试验条件的设定以及长期适应不同地区的生活环境等有关。刘国才冰下水生维管束生产力的研究的试验用水pH为7.5；任南试验所用的穗状狐尾藻取自武汉东湖，东湖整个湖区平均pH为8.5；本试验用水的pH为6.8～6.9。高pH条件下，水中缺乏无机碳源会抑制光合作用。而酸性条件下无机碳源（CO2、HCO3-）要丰富些，有利于光合作用的顺利进行。刘国才所用的穗状狐尾藻取自内蒙古；任南是从武汉东湖采集的；本试验所用的穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖，移植于校内实验池塘中暂养。因穗状狐尾藻长期适应不同地区的生活环境导致所测得的结果存在较大的差异。

2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响

图7不同pH值下穗状狐尾藻净产氧量的变化

由图7可知，穗状狐尾藻净产氧量在pH值为5.4时最大。pH值为5.4～6.4时，光合作用旺盛。在pH值为5～10时，随着pH值的增加，穗状狐尾藻的光合作用强度降低，在碱性条件下净产氧量出现负值。该现象可以从两方面解释，一是在酸性条件下，穗状狐尾藻有充足的碳源（CO2和HCO3－）可以利用，有利于光合作用的进行，而在碱性条件下，可利用碳源不足，光合用受限制[33]；二是试验开始时穗状狐尾藻已经在池塘里生长了一个半月，完全适应了池塘的水环境。学校池塘的特点是水位低，池水主要靠降雨来补充，试验过程中测得试验池塘的pH值为6.2。这些可能是穗状狐尾藻在偏酸的水体中光合作用较旺盛的原因。

苏胜齐等[7]有关pH值对菹草光合作用影响的试验表明，在pH为5～11时，随着pH值的增加，菹草光合作用强度降低，二者呈负相关。由此可见菹草也适宜在中性偏酸的环境中生长。

2.325℃穗状狐尾藻的光饱和点

图825℃时光照强度与穗状狐尾藻净产氧的关系

在一定的光强范围内，植物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值称为光饱和点。

由公式计算可知，在水温25℃时穗状狐尾藻的光饱和点为58,136lx。由图8可知，当光照强度超过饱和光照强度后，随着光照强度增加，穗状狐尾藻的光合速率明显下降。穗状狐尾藻的光合作用表现出强光抑制现象。

3结论与讨论

3.1穗状狐尾藻光合作用的光补偿点和光抑制

在温度5℃、10℃、15℃、20℃和25℃，光照0～6000lx时，穗状狐尾藻的净产氧量随光照的增强而升高。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点，分别为45lx、173lx、308lx、418lx、495lx。穗状狐尾藻生长的光补偿点随水温的上升而逐渐增加。由此可知，低温季节穗状狐尾藻对水体透明度的要求不高；高温季节则须采取措施提高水体的透明度，这样才有利于穗状狐尾藻的生长[8，9]。在富营养化环境中，沉水植物要维持对藻类的优势，必须在水表形成冠层并具备相对高的丰度[10]。要在水表形成冠层并具备相对高的丰度，光合作用就应该有较小的强光抑制。试验表明穗状狐尾藻存在光抑制现象（水温25℃，光饱和点为58,136lx），但在全光照条件下仍能保持一定光合速率。

3.2穗状狐尾藻的光合作用对pH条件的适应

穗状狐尾藻的光合作用在中性偏酸的水体中较旺盛。在pH值为5～10，随着pH值增加，穗状狐尾藻光合作用的强度降低。李恒[11]在对云南高原湖泊中植物研究时发现pH值高达9.2的水体中仍有穗状狐尾藻生长，任南等人的研究表明，穗状狐尾藻具有较强的耐受水体高pH值的能力[4]。综合上述试验结果及他人的研究成果，认为穗状狐尾藻能够耐受较宽的pH值范围。

综上所述，穗状狐尾藻由于具有较低的光补偿点、对pH值有较大范围的耐受能力以及非光合茎的存在（非光合茎对植株在深水地段定居生存有重要的生态适应意义。穗状狐尾藻茎植株下部可形成没有叶片的茎，称为非光合茎。其暗呼吸只是光合茎的19.1％[12]，能量消耗较低。因此非光合茎的存在，使得穗状狐尾藻可扎根在更深的水底，在较深的水体中生存。一般认为，3倍透明度以下水草难以生存[10]。滇池目前水体的透明度只有40～45cm，原有的绝大多数沉水植物都已消失，但在一些水深2.5m的水域仍有穗狐尾藻生长[13]，在水生植被的恢复工程中可作备选择的物种之一。还应注意，植物群体的光补偿点较单株为高。因为群体内叶子多，相互遮荫，当光照度弱时，上层叶片还能进行光合作用，但下层叶片呼吸作用强，光合作用弱，所以整个群体的光补偿点上升。这一点在确定沉水植物适宜种植水深时不能忽视。

参考文献

1陈开宁,强胜,李文朝.蓖齿眼子菜的光合速率及影响因素[J].湖泊科学,2002,14(4):357-362

2金送笛,李永函,王永利.几种生态因子对菹草光合作用的影响[J].水生生物学报，1991，15(4)：295-302

3陈鸿达.11种沉水植物的生产力[J]海洋与湖沼,1998,19(6):525-531

4刘国才.白音花水库冰下水生维管束植物的研究[J].华北农学报，1994，9（1）:121-125

5刘国才,金天明,崔雅杰.冰下水生维管束植物生产力的研究[J].水生生物学报，1996，20(4):383-386

6任南,严国安,马剑敏,等.环境因子对东湖几种沉水植物生理的影响研究[J].武汉大学学报（自然科学版）,1996,42(2):213-218

7苏胜齐，姚维志.环境对菹草生长和繁殖的影响及菹草对富营养化水净化能力的研究[D].西南农业大学,2001:9-27

8陈开宁,强胜,李文朝.蓖齿眼子菜的光合速率及影响因素[J].湖泊科学,2002,14(4):357-362

9陈开宁.篦齿眼子菜生物、生态学及其在滇池富营养水体生态修复中的应用研究[D].南京农业大学,2002：18-22,58-72

10刘建康.高级水生生物学[M].北京：科学比版社,1999,137,225-240

11李恒.云南横断山脉山区湖泊水生植被[J].云南植物学研究，1987，9(3):257-270

12苏文华,张光飞,张云孙,等.5种沉水植物的光合特征[J].水生生物学报,2004,28(4):391-39

13任久长,周红,孙亦彤.滇池光照强度的垂直分布与沉水植物的光补偿深度[J].北京大学学报（自然科学版）,1997,33(2):211-214