蕨类植物铁芒萁（Dicranopteris dichotoma）体内稀土元素的分布及其光合特性的研究

为了阐明蕨类植物铁芒萁(Dicranopteris dichotoma Bernh.)体内稀土元素的分布及其光合特性，采用电感耦合等离子质谱分析了中国江西省龙南县轻、重稀土矿区和非矿区铁芒萁植物体内的稀土元素含量，并采用透射电子显微镜对其叶片细胞内的稀土元素进行精确定位。还比较系统的研究了自然条件下的铁芒萁与高浓度稀土元素处理条件下的非稀土元素富集植物黄瓜(Cucumis sativus Linn)的光合特性。结果表明： 1、0.5 mmol•L-1 LaCl3处理黄瓜后，可以诱导激发能向PS II分配。1和2 mmol•L-1 LaCl3处理黄瓜后，对黄瓜幼苗抑制作用表现在对其生长率，光合放氧活性和叶绿体完整率的抑制。这是由于LaCl3对黄瓜细胞结构和叶绿体膜结构的破坏所致。其表现为对类囊体膜结构的破坏，而导致PS II光合活性下降，并最终抑制黄瓜生长。 2、铁芒萁可以富集稀土元素，轻、重稀土矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>土壤>茎>叶柄，非矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>茎>叶柄。稀土元素在铁芒萁体内的运输和迁移过程中，发生了明显的分异作用，茎、叶柄、叶片中的重稀土相对贫乏，叶片中可以富集高浓度的轻稀土元素。 3、稀土元素可以进入完整的铁芒萁表皮细胞和叶肉细胞中，但多以沉淀的形式聚集在一起。非矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的5％。轻稀土矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的10％。部分稀土元素定位于富含PS II的基粒片层上。 4、铁芒萁富集稀土元素受环境和遗传特性的双重影响，但主要由其自身的生理、生化特性决定。其富集稀土元素的机制是隔离稀土元素在细胞壁、液泡中和分泌结合物质使稀土元素成为沉淀沉积下来，从而避免对光合活性的破坏。 5、与非矿区铁芒萁相比，轻稀土矿区植物叶绿体膜的全链电子传递速率增加了34.9％，PS II的电子传递活性增高了252.9％，PS I的电子传递活性增加了16.8％。轻稀土矿区铁芒萁全链电子传递活性的增加主要来自PS II电子传递活性的大幅提高，这可能与其调节激发能更多向PS II分配，提高PS II反应中心色素蛋白复合体（67.0％）和捕光色素蛋白复合体的含量相关。 6、与非矿区铁芒萁相比，重稀土矿区植物叶绿体膜的全链电子传递速率增加了46.3％，PS II的电子传递活性增高了23.8％，PS I的电子传递活性增加了60.4％。重稀土矿区铁芒萁电子传递活性的提高主要来自PS I电子传递活性的大量增加，这可能与其PS I反应中心蛋白复合体含量的提高（60.0％）有关。 铁芒萁富集并吸收稀土元素主要是由自身的理化特性决定的。它能够将稀土元素以沉淀的形式固定在细胞内部，并通过改变生理代谢来避免高浓度稀土元素对其光合作用的影响。可以在治理稀土元素污染的环保工程中用作植物修复材料。