环境因子对沉水植物生长发育的影响机制

【摘要】： 在浅水湖泊生态系统中沉水植物是构建健康、稳定生态系统的关键因素，其衰亡、恢复过程与环境因子的变化过程是相互紧密关联的，探讨光照、水温等环境因子对沉水植物的生长发育的影响，为水环境生态修复提供依据。 本文以菹草(Potamogeton cripus)石芽和幼苗为对象，利用季节性温度变化，研究温度对菹草萌发、生长和繁殖的影响。结果：表明，水温低于7℃时，菹草幼苗光合作用受到明显抑制；当水温≥9-10℃时，幼苗光合作用明显上升，叶片F_vF_m和ΔF_v'/F_m'逐渐升高，光化学淬灭和非光化学淬灭消耗的能量增加；菹草石芽最为适宜的萌发温度约为20℃左右。 春夏季沉水植物生长到达水面或水体上层，较强的光照和较高的水温对菹草和苦草生长有明显抑制甚至伤害作用，而对狐尾藻、金鱼藻却没有明显影响。春末夏季菹草生长到达水面后，漂浮叶片易发生光抑制(F_t、F_m′和ΔF_v'/F_m'显著降低)，光合作用虽然较大，但由于其对过剩能量的耗散能力有限，光合结构PSII易受到伤害，导致漂浮叶片的光合能力迅速降低，叶片易衰老，高温、强光照可能是菹草在夏季衰老、死亡的主要原因。苦草受水面光照和水温的影响类似于菹草，而狐尾藻和金鱼藻对强光照和高温的响应与菹草有不同的特点。 在低光条件下，苦草植株在4.9％自然光照条件下株高和叶宽增长未被抑制，而菹草植株受到显著的抑制；在≤0.56％自然光照条件下叶片叶绿素各成分的含量均降低显著，光合作用能力(ETR_(max))显著降低，生长发育基本上被抑制。在泥沙型浑浊水体中，当水体浊度≥120NTU时，菹草生长发育完全被抑制，浊度≥60NTU时苦草生长发育被完全抑制，而黑藻生长发育被抑制的最大浊度＞90NTU。在浊度30-90NTU的泥沙型浑浊水体(水深＜1.5m)中，随着沉水植物不断生长增高，水下光强对沉水植物的影响减小；随水体浊度增加苦草成株叶片的光合能力成增大趋势，这与其接收的光照强度越小受到光抑制的程度越小有关，从而减缓了叶片的衰老和损伤；而狐尾藻和金鱼藻叶片的光合能力却呈相反趋势。 泥沙附着导致苦草叶片chla和chlb含量升高，以此增大对光能的吸收和传递功能，保障光合作用的基本需要；而泥沙附着使菹草和黑藻叶片chla和chlb含量显著降低，光合作用能力降低显著。3种沉水植物对泥沙附着的耐受能力顺序为：黑藻＜菹草＜苦草。 此外，本文还研究了水网藻(Hydrodictyon reticulatum)附着对苦草光合荧光特性的影响，发现水网藻大量附着导致苦草叶片F_v/F_m、ΔF_v'/F_m'、qP、ETR和叶绿素含量显著下降，qN显著升高，光合能力降低显著。 根据本项研究成果，在泥沙型浑浊水体中开展恢复水生植物时，可利用冬春季水位较浅、水下光照相对较高的条件，选择引种菹草石芽和幼苗；在夏秋季水位较深时，可选择引种黑藻幼苗和苦草、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物的成株。当然，在复杂的自然环境中不同发育阶段的沉水植物对环境的适应存在显著的时空差异，本文的研究仅为在恶劣的环境条件下构建复杂的、具多种子系统的生态系统提供了一定的实验依据。