[发明专利]激光诱导植物荧光测定土壤中重金属对植物胁迫的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种测定土壤中重金属对植物胁迫的方法，具体涉及一种He-Cd激发源的激光诱导植物荧光测定土壤中重金属对植物胁迫的方法。属于土壤环境中重金属污染分析方法领域。 

背景技术：

随着金属矿产资源的开采利用，重金属元素通过大气和污水灌溉进入农田，严重影响农作物产量和农产品品质，引起严重的生态环境问题。重金属在土壤-植物系统中的化学行为是个非常复杂的过程。不同的土壤类型、不同的重金属在植物的不同的生长时期和植物不同的部位有着不同的积累模式，由此带来的危害程度也不尽相同。传统的方法在研究重金属在土壤-植物系统中化学行为和重金属对植物的毒理机制时，不得不借助大量的盆栽实验和烦琐的化学分析来完成。即通过加入不同浓度的重金属模拟污染土壤，盆栽植物，然后通过对土壤和植物体内重金属的存在形态和含量等的化学分析获取研究信息。当研究重金属在土壤-植物系统中的迁移转化的动态规律时，需要在植物生长的不同时期进行取样分析，所以要求更大量的盆栽实验和更多的分析结果。显而易见，传统的研究方法，不仅需要大量的盆栽实验获取大量的植物样本，而且生长的植物要遭到破坏。除此之外，还要进行耗时、费力、花费大的化学分析。因此，发明一种简便、快速、有效、经济的测定方法，在不损害植物生长的条件下研究土壤植物系统中的重金属迁移转化动态，对于推动环境化学研究的深入发展具有重大的理论意义和现实意义。 

当植物用一短波刺激，如紫外线或蓝光(320nm-380nm)，将产生四个荧光谱带：蓝(F440)、绿(F520)、红(F690)和远红外(F735)。蓝绿光(440-520nm)主要来自植物的表皮细胞发射，红和远红外(690-735nm)来自植物光和海藻或绿色植物细胞的叶绿体中植物蛋白结合的叶绿素a，能用来测定植物的光合作用效率。植物光合作用效率受到干旱、寒冷、光强度、环境污染、病原侵害等经常减少。重金属在植物新陈代谢过程中起重要作用已经被广泛的报道，重金属能活化酶，参与蛋白质和碳水化合物的合成；能通过Ca2+通道进入植物体，影响植物抗氧化系统气体交换、蒸腾作用和光合作用。重金属对植物的危害程度取决于植物种类和基因差异，以及重金属的毒性和进入植物体内重金属的量等。因此，植物荧光除了能用来直接的定性植物是否受重金属胁迫外，或许也能用来间接地反映引起植物荧光变化的重金属的量(植物吸收重金属的量)。 

前人将激光诱导植物荧光的方法主要用于植物种类鉴定和生长状况等的遥感监测或接触植物测定水分、光照、养分、温度等对植物的胁迫。目前，不管用激光诱导植物 叶绿素荧光(LICF)还是用激光诱导植物荧光(LIF)的方法反映重金属的胁迫研究大都是定性的。还没有定量反应重金属对植物的胁迫，导致植物荧光强度的变化与植物吸收重金属的量联系起来。 

目前，在测定叶绿素荧光时所用的激发源是多种多样的，激发波长也大不相同。Claus小组(1996)用CW He-Ne激光源(The Karlsuhe CCD-OMA LIDAR-Fluorosensor)激发源，激发波长为632.8nm的条件下测定植物的胁迫影响。Gopal研究小组用氩离子激光器激发波长为448nm测定重金属对玉米生长的影响。由于激发波长较长，能量较低，所以仅获得了690nm和735nm两个荧光波带。我们在研究中使用He-Cd激光器，激发波长为325nm，获得了450nm、690nm和735nm三个植物荧光波带。目前以He-Cd激光器作为激发光源，同时获得3个植物荧光波带的研究未见报道。 

叶绿素荧光比值F690/F735已经用于指示植物生理学胁迫。比值F690/F735随着光合作用的减少而增加，随着叶绿素浓度的增加而减少。比值F450/F690和F450/F735也能表征植物的胁迫生理现象。也有用F-v/F-m或Fo/Fv表征植物对重金属的敏感性。一般认为蓝红和蓝绿荧光比值是最敏感和最合适的胁迫指示。 

综上所述，传统的研究方法在研究土壤-植物系统中重金属的环境化学行为时，存在的耗时、费力、样本量大、花费大、难以动态监测等主要问题。目前采用的激光诱导的方法反映重金属的胁迫研究大都是定性的，还没有定量反应重金属对植物的胁迫的方法。 

发明内容：