紫外线（UV-B）辐射增强对植物生长的研究进展

综述了国内外有关紫外线（UV-B）辐射对植物影响的研究现状与动态,讨论了增强UV-B辐射对植物生长发育、光合作用、植物物质代谢、植物抗氧化系统及细胞膜、UV-B辐射与其他因子相互作用对植物的影响以及UV-B辐射对生态系统的影响,展望了UV-B辐射对植物影响领域中值得深入探讨的问题。     

植物对UV-B辐射增强的响应及其分子机制

总结归纳了近年来 UV-B辐射增强对植物形态特征、 生理生化特性的影响及其分子机制等方面的相关研究, 具体分析了 UV-B辐射增强对植物生长发育的影响、 DNA的损伤与修复、 光合作用的变化及抗氧化系统和次生代谢的响应。分析表明 UV-B辐射的增强不同程度地影响了植物的生长发育和生理生化特征, 同时植物也激活了相应的保护机制以维持各种生理生化活动的正常进行。最后对 UV-B辐射增强相关领域未来的研究方向提出了展望, 期望为研究植物对 UV-B辐射的适应策略和机制提供理论基础。     

NO在克隆整合提高异质性UV-B辐射下活血丹抗氧化酶活力中的作用研究

NO参与调控植物的生长发育、衰老、防御反应和植物的抗逆反应等多种生理过程。增强UV-B辐射会对植物生长和生理生化过程产生有害效应,异质性UV-B辐射下抗氧化酶活力增强,但NO在其中是否发挥作用仍不清楚。本研究以克隆植物活血丹为材料,通过模拟同质和异质环境下UV-B辐射,研究异质性UV-B辐射下,NO在克隆整合提高活血丹抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活力中的作用。结果表明:异质UV-B辐射下连接处理中的活血丹UV-B辐射端抗氧化酶活力显著增加,但NO清除剂改变了这一趋势,说明NO作为信号分子在克隆植物生理整合提高了活血丹抗氧化酶活力中发挥重要作用,有助于全面认识UV-B辐射在克隆植物生长调控中的作用和异质性UV-B环境下克隆植物生理整合的机理。     

UV-B辐射对植物形态影响研究综述

植物形态方面的影响包括植物的株高、节间距及叶片等。总结了国内UV-B辐射对植物形态方面的影响,并对其中存在的问题进行讨论与展望。     

UV-B与植物DNA: 损伤与修复

臭氧衰减导致地表紫外辐射增强,而紫外线辐射对植物表皮细胞的DNA 具有损害作用,可导致环丁烷嘧啶二聚体和6-4 光产物的形成。植物DNA对UV-B辐射的响应具有一定的敏感性,这种敏感性与不同的UV-B辐射剂量和不同植物细胞的原生质体有关,表现出一定的剂量—效应关系。DNA损伤的修复在生物体内普遍存在。植物可以通过多种途径来修复紫外诱导的DNA损伤,主要包括光修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复和重组修复等。DNA 的修复能力与紫外辐射的剂量在一定程度上呈正相关。本文概述了对紫外辐射引起的DNA损伤、植物DNA对UV-B辐射响应的敏感性、损伤的修复和未来的研究方向。     

臭氧与其他环境因子及其复合作用对植物的影响

综述了臭氧（O₃）浓度升高、太阳辐射减弱、UV-B辐射、CO₂浓度升高及其与O₃复合作用对植物形态特征、光合作用、干物质累积及作物产量等生理生化机制的影响。交互作用的试验条件可以更好地模拟自然环境条件。O₃和UV-B辐射对植物几乎没有积极作用。太阳辐射减弱、CO₂浓度升高都会促进植物营养生长。但太阳辐射减弱降低干物质累积和产量,CO₂浓度升高对其有促进作用。CO₂浓度升高在与O₃复合条件下,可部分缓解太阳辐射减弱对植物造成的伤害。而UV-B辐射与O₃复合对植物造成的伤害更大。     

外源褪黑素对UV-B辐射下马铃薯光合、荧光特性的影响

增强UV-B辐射会对植物造成损伤,褪黑素可以增强植物抗逆性。通过不同浓度褪黑素处理不同UV-B辐射下的马铃薯幼苗,测定其株高、光合参数(Pn、Gs、Ci、Tr)、荧光参数(Fv/Fm、ETR、qP、NPQ)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC),分析褪黑素对UV-B辐射下马铃薯光合、荧光特性的影响,为揭示褪黑素对UV-B辐射下马铃薯植株的防御机制提供科学依据。以马铃薯品种合作88为试验材料,采用自然光照(CK)和3个增强的UV-B辐射(2.5,5.0,7.5 KJ/(m~2·d)),在4种光照条件下分别设置0,25,50,100,150,200μmol/L的褪黑素浓度处理马铃薯幼苗。马铃薯受到增强UV-B辐射后株高、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、光合参数、荧光参数(除NPQ)都降低,施加褪黑素后有所升高。褪黑素能提高马铃薯对UV-B辐射的抗逆性,使其植株增高,光合能力增强,但过高的褪黑素浓度也会对植物造成一定的损伤。     

UV-B增强对中高海拔干旱地区玉米生长的影响

探讨UV-B辐射增强对中高海拔干旱地区玉米的影响,可为正确评估UV-B增强对玉米生长发育的影响程度并据此制定合理的应对措施提供科学依据。采用大田定位试验,利用可升降式紫外灯装置,观测增加不同剂量UV-B辐射情况下玉米的株高、叶面积、绿叶数及产量构成的变化状况。试验结果显示,在中高海拔的干旱地区,UV-B辐射增强使玉米植株矮化、叶面积减小、绿叶数减少和产量降低。叶面积减小的原因是随UV-B辐射增强叶长变短、叶宽变窄,产量降低的原因是产量各构成因素均受到UV-B辐射增强较大不利影响,并且随着UV-B辐射增加量越多,玉米产量降低的幅度越大。     

两种栽培荞麦对日光UV-B辐射的响应

两种荞麦(甜荞和苦荞)栽培在不同紫外线B(UV-B)辐射[减弱(-UVB)、近充足(NA,Near-abient)、增强(+UVB)]保护小区内,以研究当前和未来增强UV-B辐射对其生长、发育、产量、生物量和卢丁含量等的影响。结果表明,不仅未来增强UV-B辐射而且当前高原条件下的UV-B辐射显著抑制了荞麦的生长、降低了产量和生物量积累,但促进了荞麦发育使其开花期提前。另一方面,叶片卢丁和UV吸收化合物在NA和增强UV-B辐射下显著增加,而多酚氧化酶在UV-B辐射下大幅度提高。两种栽培荞麦对UV-B辐射非常敏感,在高紫外辐射地区或未来增强UV-B辐射条件下荞麦生产除应考虑到高产外,还应该考虑到荞麦对紫外线辐射的耐性。     

UV-B辐射对光核桃光合作用和内源激素水平的影响

为了研究UV-B辐射对光核桃的生长发育及生理生化的影响,以光核桃(Prunus mira Koehne)实生苗为材料,模拟西藏地区的UV-B辐射环境,对其进行不同时间、不同强度的UV-B辐射(280~320 nm)处理,观测其生物学和生理学各项指标的变化。结果表明,UV-B辐射能抑制光核桃实生苗新叶生长、加速老叶脱落并促使叶片叶绿素含量降低;处理9天后,光核桃实生苗的净光合速率及气孔导度都有所降低。UV-B辐射处理期间,光核桃实生苗叶片ZR、GA含量升高,并随处理时间延长呈持续上升趋势;IAA含量从第3天开始呈持续下降趋势;叶片ABA含量从第3天开始上升,第9天达到最高值后小幅下降。     

干旱区UV-B辐射增强对棉花生理、品质和产量的影响

通过人工增加对棉花UV-B辐射,研究在大田栽培和自然光照条件下人工模拟紫外辐射(UV-B,280-320nm)增加对棉花生理、品质和产量的影响。实验设置4个处理,每个处理的辐射剂量分别为0W·m-2(R0)、0.5W·m-2(R1)、1W·m-2(R2)、1.5W·m-2(R3)。测定棉花不同处理时期的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、脯氨酸(Pro)含量以及棉花的品质和产量。结果表明,随着UV-B辐射增强,棉花叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量以及可溶性蛋白质含量呈现先升后降的趋势,Pro相对含量增加,棉花产量和品质均明显降低。因此,UV-B辐射增强对棉花造成了一定程度的伤害。当辐射剂量超过棉花植株体内一定的阈值之后,伤害程度就越大,最终导致棉花产量下降,品质降低。     

穗分化期UV-B增强辐射对大田玉米农艺性状的影响

以玉米品种农大108为材料,在玉米穗分化期各个阶段田间进行UV-B增强辐射处理,辐射强度比环境强度增强20%,研究了UV-B增强辐射对玉米主要农艺性状的影响。结果表明,拔节开始第1和第2周UV-B增强辐射处理使玉米株高显著降低,分别降低8.91%和7.71%;拔节开始第1和第2周UV-B增强辐射处理显著缩短穗下节间和降低穗位,第2周处理效应最强;第3和第4周处理对株高、穗位、穗下节间长度影响均不显著。整个穗分化期UV-B增强辐射处理对玉米株型和产量性状影响程度最大,株高降低21.30%,穗下各个节间长度降低,穗位下降15.70%,但对穗位比和根层数影响不显著;同时使玉米穗粒数降低18.60%,穗秃尖长度增加89.31%,籽粒产量下降23.40%。拔节开始后第3和第4周UV-B增强辐射处理对玉米果穗性状和产量的影响比拔节前期处理大。     

UV-B胁迫下Ca 2+对颠茄生理特性与次生代谢产物的调控研究

有害中波紫外线(Ultraviolet B, UV-B; 280~320 nm)辐射影响植物的生长和发育, Ca ²⁺是植物生长发育所必须的大量元素之一, 外源Ca ²⁺不但可以提高植物抗胁迫能力, 还对次生代谢具有调控作用。以颠茄(Atropa belladonna L.)实生苗为材料, 在UV-B辐射(10 μW cm ^-2)背景下, 研究不同浓度外源Ca ²⁺、不同处理时间对颠茄生理特性、氮代谢、次生代谢产物含量以及托品烷类生物碱代谢途径中3个关键酶基因表达量的影响。结果表明, 随着UV-B辐射时间的延长(4 ~12 d), 对颠茄的光合作用、氮代谢以及生物碱的积累产生抑制作用, 加剧了膜脂氧化程度; 经外源Ca ²⁺处理, 叶片初始荧光(F_o)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量呈下降趋势, 叶片最大光化学效率(F_v/F_m)、光合色素(总叶绿素、类胡萝卜素)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性均呈上升趋势, 说明Ca ²⁺有利于缓解UV-B辐射的抑制, 加强对UV-B胁迫的抗性; 在Ca ²⁺处理下, 叶片中硝态氮含量显著降低, 游离氨基酸、可溶性蛋白含量和氮代谢关键酶(NR、GS、GDH)的活性显著提高, 叶片中莨菪碱含量和东莨菪碱含量显著提高; qRT-PCR分析显示, 在外源Ca ²⁺的诱导下, 托品烷类生物碱合成途径中3个关键酶基因(PMT、TR I、H6H)表达量均有不同程度上调趋势。本研究结果可为田间种植提供理论参考。     

紫外光增强对大葱形态和生理指标的影响

本文以日本大葱为材料,以荧光灯照射为对照,研究了 UV辐射增强对大葱株高、茎粗、含水量、类黄酮、叶绿素、V c、可溶性糖含量等形态和生理指标的影响。 结果表明：UV辐射增强条件下供试大葱株高显著降低,而茎粗无显著变化;类黄酮含量显著升高;而叶绿素 b 含量显著降低;叶绿素a、叶黄素、含水量、V c 、可溶性糖含量无显著变化。     

UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放影响的研究进展

地表太阳紫外线-B（UV-B，波长：280~320 nm）辐射增强和气候变化均是当今重要的全球性环境问题。平流层臭氧层损耗以及大气CO₂、CH₄和N₂O等温室气体排放的增加，是驱动这两大全球性问题的主要因素。UV-B辐射增强会通过一系列的生物地球化学进程影响陆地生态系统碳氮平衡，改变CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的排放，进一步对气候变化产生作用。笔者对UV-B辐射增强对陆地生态系统CO₂排放的影响途径（凋落物和土壤）和影响机制（有机物中难降解分子转化为可溶性有机碳、有机物非生物光化学降解以及光引发产生的微生物降解）进行了总结，阐述了UV-B辐射增强对CH₄和N₂O排放的影响途径（植株组织化学结构变化和根系分泌物组分变化），及其在不同生态系统中与环境要素相互作用下的排放规律。此外，气候变化背景下，一定范围内的温度升高和降水量减少可促进UV-B辐射增强产生的有机物光降解作用，进而促进温室气体的排放。目前，UV-B辐射增强对陆地生态系统的影响研究相对较缺乏，大都集中在干旱生态系统，且定量研究较少。今后需更多长期、大规模的野外实地研究，并结合模型来准确估计UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放的贡献。本论文可为全球变化背景下精准预测温室气体排放提供参考。