砷對(duì)植物光合作用的影響

王筱亮

摘 要：砷通過(guò)影響植物的光合作用而導(dǎo)致植物生長(zhǎng)畸形或者突變。本文從三個(gè)方面分析了砷對(duì)植物光合作用的影響情況，即對(duì)植物的外部毒害、對(duì)植物葉綠體的影響和對(duì)植物的光合速率的影響，以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)一步思考探究砷對(duì)植物的影響。

關(guān)鍵詞：光合作用;外部毒害;葉綠體;光合速率

引言：目前砷（As）依然是十大最為嚴(yán)重的毒物之首。對(duì)植物而言，砷（As）是具有劇毒的元素，過(guò)量砷會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)畸形或者突變。由于光合作用是植物生存的關(guān)鍵，所以對(duì)于高中階段的我們，思考研究砷對(duì)植物光合作用影響是了解砷對(duì)植物產(chǎn)生毒害的必要且可行的步驟。

一、砷對(duì)植物外部毒害癥狀

大量研究表明，土壤中含有微量的砷，可對(duì)植物的生長(zhǎng)造成一定的刺激，但如果土壤中的砷過(guò)量，那么就會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)造成一定的危害?，F(xiàn)階段關(guān)于砷化合物方面的作用有兩種不同的認(rèn)識(shí)：一方面認(rèn)為砷化合物可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物細(xì)胞中氧化酶的活性，起到還原作用;另一方面認(rèn)為砷化合物殺死了對(duì)植物有害的病菌，或者砷化合物會(huì)對(duì)這些病菌的繁殖形成一種抑制作用。但是這些都是建立在微量砷的的基礎(chǔ)上，如果砷過(guò)量，造成砷中毒，那么會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)繁殖造成嚴(yán)重的阻礙。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)癥狀：首先，植物葉片會(huì)脫落;其次，植物根部生長(zhǎng)受限，最終造成植物生長(zhǎng)受到限制。此外，也有研究表明，無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷對(duì)水稻的影響不同，前者會(huì)對(duì)水稻的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)造成影響，后者會(huì)對(duì)水稻的生殖生長(zhǎng)造成影響。而且不同的植物，對(duì)砷的反應(yīng)不同，比如一些不能耐受砷的植物，就會(huì)很快出現(xiàn)生長(zhǎng)產(chǎn)量減少、根部變色、質(zhì)壁分離、葉尖壞死等情況。如果砷的濃度過(guò)高，那么葉片也會(huì)出現(xiàn)受害癥狀，從而對(duì)光合作用造成嚴(yán)重的影響。

二、砷對(duì)植物葉綠體的影響

砷對(duì)植物葉綠體的影響可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析，分別為：砷對(duì)植物葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響和砷對(duì)植物光合色素的影響。首先，砷對(duì)植物葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)為葉綠素降解、葉綠體功能失調(diào)，無(wú)法進(jìn)行光合作用。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的核心細(xì)胞作用，而砷會(huì)對(duì)葉綠體中的超微結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用3mg/L的As3+處理黑藻葉細(xì)胞的過(guò)程中，6天后，葉綠體就會(huì)膨脹成球形，而利用5mg/L的As3+處理黑藻葉細(xì)胞的過(guò)程中，12天后，葉綠體的外膜破損。砷對(duì)葉綠體的毒害也會(huì)因?yàn)橹参锏陌l(fā)育階段而出現(xiàn)一定的差異，在高砷的條件背景下，葉綠體會(huì)呈球形，膜系統(tǒng)也會(huì)嚴(yán)重受損。而研究表明，類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)完整性和有序性，可以保證植物光合作用正常運(yùn)行，從而進(jìn)行有效的光能轉(zhuǎn)換[1]。其次是砷對(duì)植物光合色素的影響，葉綠素含量是影響植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉綠素含量和光合作用之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。也就是說(shuō)，葉綠素的含量越高，植物的光合作用就越強(qiáng)，但是當(dāng)葉綠素含量超過(guò)一定限度后，就會(huì)失去對(duì)光合作用的影響。而砷的存在可以取代葉綠素中的鎂離子，繼而阻止葉綠素合成，同時(shí)還會(huì)提高葉綠素中分解酶的活性，從而導(dǎo)致葉綠素分解。以玉米為例，砷酸鹽會(huì)減少玉米葉綠素合成，不僅是玉米，春小麥和燕麥中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的結(jié)果，而亞砷酸鹽也可以讓葉綠素合成受阻。砷還會(huì)對(duì)葉綠素分子比例、葉綠素含量造成影響，但是會(huì)根據(jù)植物種類(lèi)的不同，產(chǎn)生不同程度的影響?，F(xiàn)階段，在研究砷對(duì)植物光合色素影響的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)涉及到對(duì)葉綠素的影響，只有對(duì)植物光合色素的變化進(jìn)行系統(tǒng)分析，才能具體觀察砷對(duì)植物光合色素的影響程度。

三、砷對(duì)植物光合速率影響

綜上所述，砷對(duì)植物光合作用的影響主要來(lái)自于砷對(duì)植物葉綠體以及光合色素方面的破壞，這是影響植物光合作用的主要因素之一。隨著砷對(duì)植物的影響程度的加深，葉片衰老速度加快、葉綠素含量下降、葉綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)解體，光合速率也會(huì)受到影響。砷對(duì)植物光合速率的影響，會(huì)根據(jù)植物種類(lèi)、植物發(fā)育階段、植物的外界環(huán)境條件而發(fā)生改變。也就是說(shuō)，同一個(gè)植物在不同的發(fā)育階段，砷對(duì)植物光合作用的影響不一樣，當(dāng)植物根系吸收砷進(jìn)入到植物內(nèi)后，植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素就會(huì)出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，進(jìn)而造成代謝失調(diào)，對(duì)植物生長(zhǎng)造成抑制作用。當(dāng)砷進(jìn)入植物體內(nèi)后，會(huì)導(dǎo)致植物氣孔開(kāi)度減少甚至是關(guān)閉，二氧化碳無(wú)法進(jìn)入葉片，葉片內(nèi)的淀粉水解作用進(jìn)一步加強(qiáng)，光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)速度減緩，最終造成植物體內(nèi)的糖分過(guò)度累積，呼吸消耗增加，光合速率降低[2]。

總結(jié)：綜上所述，在目前關(guān)于砷對(duì)植物光合作用影響機(jī)制的分析還處于初級(jí)階段，雖然針對(duì)砷對(duì)植物光合作用的影響進(jìn)行了一定的探索，但是還有很多問(wèn)題沒(méi)有解開(kāi)，需要在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步思考研究。

參考文獻(xiàn)

[1]王麗紅，孫靜雯，王雯.酸雨對(duì)植物光合作用影響的研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，17（2）：775-780.

[2]劉曉聰，董家華，歐英娟.大氣中CO2與O3濃度升高對(duì)植物光合作用影響研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2016，41（3）：152-155.