刘 珍，黄碧捷，桂思琪，林雪莹

(江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056)

1 引言

叶绿素(chlorophyll)是植物光合作用(photosynthesis)中最重要的色素，是植物是否能通过合成一些有机化合物将光能转变为化学能的关键。叶绿素分为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d、叶绿素f、原叶绿素和细菌叶绿素等。高等植物主要以叶绿素a和叶绿素b的形式存在。锌在叶片中大多数以自由离子、低分子化合物和金属蛋白存在，也有少部分和细胞壁结合，呈现不溶的形态，植物中可溶的Zn2+是引起生理作用的主要形态[1]。研究锌对植物叶绿素的影响对其植物毒性效应研究具有很好的指示意义。

2 材料与方法

准备白菜(北京慧达伟实科技发展公司，生长期30 d)和香葱(北京南无科贸公司，生长期60 d)种子各1包，若干个Φ10 cm×5 cm的花盆。每组取5 Kg土壤，按照N、P、K均为0.1 g/kg干土的量施配置好的NH3NO3、KH2PO4、K2SO4肥料，将肥料与土混匀；分别用浓度为100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L和500 mg/L的ZnCl2溶液浸泡土壤24 h，风干后过2 mm筛。每个花盆内放5颗种子，6组平行，置于人工气候箱中培养24 d后，用95 %乙醇提取-原子分光光度法测量叶片叶绿素含量。

3 结果与讨论

将不同浓度锌存在下，白菜和香葱叶片总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a与叶绿素b的比值(以下简写为叶绿素a/b)含量绘于图1。

以下将分别对总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a/b的变化进行分析与讨论。

图1 不同锌浓度对白菜和香葱叶绿素的影响

3.1 锌对总叶绿素含量的影响

由图1(a)可见：白菜和香葱的总叶绿素含量随锌含量的增加而降低，锌显著影响了白菜和香葱叶绿素的合成，100 mg/kg的锌使得总叶绿素含量降低了57 %。锌的存在使得植物光合作用减弱，从而抑制了植物的生长。随着锌浓度的逐步提高，总叶绿素含量缓慢升高，植物在逆境下抑制了叶绿素a的生成，叶绿素a向叶绿素b转化，加强了利用弱光的能力，这可能是更高浓度锌促使总叶绿素含量增加的原因。锌是植物的必需元素，可能参与了叶绿素的合成过程，锌对植物的毒性还能通过改变植物铁的利用性而实现，而铁的利用对叶绿素的形成起着决定性的作用，一旦叶绿素的形成受到抑制，会大大影响植物光合作用并且减少植物产量[2]。高浓度的锌也会使植物缺乏铁，从而出现大豆叶片失绿和减少干物质产量的现象[3]。刘茵[4]等也发现锌对植物光合作用的影响的直接表现便是植物叶绿素含量的降低。白菜叶片总叶绿素的损失较香葱更为严重，500 mg/kg的锌使得白菜和香葱总叶绿素含量分别损失36.74 %和10.78 %，白菜总叶绿素含量的损失是香葱的近4倍。锌对白菜生长，尤其是其叶片生长的抑制作用更甚。

3.2 锌对叶绿素a含量的影响

由图1(b)可见：锌显著降低了白菜和香葱叶片叶绿素a的含量，影响了叶片对红光的吸收，这对于喜阴的白菜和间性喜阳的香葱而言，对白菜的影响更甚。白菜叶绿素a含量迅速降低，100 mg/kg和500 mg/kg的锌使得白菜叶绿素a分别降低了55.14%和48.73%。叶绿素循环是植物在不同生理调节下实现的叶绿素a和叶绿素b间的相互转化。在锌的胁迫下白菜可能通过增加叶绿素a向叶绿素b的转化而增加对弱光的利用从而抵抗胁迫对其生长的影响，但随着外界胁迫的增强，这种对生长促进的作用会被胁迫对生长的毒害而抵消，从而导致叶绿素含量的大量降低。

3.3 锌对叶绿素b含量的影响

由图1(c)可见：白菜和香葱的叶绿素b的含量随锌含量的增加出现先降低后升高的趋势，叶绿素b主要吸收蓝紫光，锌胁迫下，白菜和香葱通过调节自身对弱光的吸收而耐受锌的毒害，维持自身的生长。锌对叶绿素b的抑制也是显著的，锌最大能分别使白菜和香葱叶绿素b含量下降65.27%和53.89%。叶绿素b的来源也可能通过叶绿素a的转化而实现，弱光或锌胁迫条件下，叶绿素a向叶绿素b的转化加快，叶绿素a水解形成脱植基叶绿素a，脱植基叶绿素a再转化为脱植基叶绿素b，最后合成叶绿素b。

3.4 锌对叶绿素a/b的影响

由图1(d)可见，随锌含量的增加，白菜和香葱的叶绿素a/b变化波动较大，白菜叶绿素a/b整体出现先增大后减小的趋势，香葱则整体呈现先减小后增大的趋势。200 mg/kg的锌使得香葱叶绿素a/b的值增大1倍；而500 mg/kg的锌使得白菜叶绿素a/b的值减小了55.78%。在不同生理条件下，叶绿素a和叶绿素b的合成与分解速度影响了叶绿素a/b的比值。锌的存在，极大的扰动了植物正常的叶绿素循环，影响植物的生长。叶绿素a/b的值也可以表征叶片的老化，其值越小，表明叶片老化越严重[5]。

3.5 叶片对锌的生物积累

300 mg/kg的锌存在下，白菜和香葱叶片内锌的含量分别为15.21 mg/kg和188.23 mg/kg，香葱叶片对锌的积累较白菜更高。不同植物对锌的富集作用不同，任珺[6]等人发现湿地植物中，菖蒲富集Zn2+能力最强，其次为水香葱和芦苇。叶片中锌的积累量主要与生长时间有关，随着生长时间的延长而增加，随老叶数量增加，全株含锌量明显增加[7]。一般而言：复合污染条件下植物可能受到的刺激作用较单一毒性更强，植物对锌等金属元素的吸收存在极限，超过一定量后，植物便不能进一步富集这种元素。如菠菜根上和根下部分的锌含量随锌添加浓度升高而升高，但超过一定的范围时，菠菜体内的锌含量再无明显变化[8]。

4 结论

(1)锌胁迫下，白菜和香葱叶片叶绿素a、叶绿素b及其比值发生变化，扰动了正常的叶绿素循环，光合作用受到影响，生长受到了抑制。

(2)白菜和香葱耐受锌胁迫的机理可能不一致，值得进一步研究。