UV-B辐射增强影响作物生长发育的研究进展

UV-B辐射增强对作物生长发育的影响是目前科学研究的热点之一,本文综述了国内外有关UV-B辐射增强对作物生长发育影响的研究现状与动态,讨论了UV-B辐射增强对作物形态结构、光合生理代谢、抗氧化系统、细胞膜和DNA损伤等方面的影响,同时还探讨了UV-B辐射影响作物生长发育的分子机制,并展望了UV-B辐射增强影响作物生长发育研究领域中值得深入探讨的问题。     

UV-B增强对作物生产影响的研究回顾与展望

大气平流层臭氧耗损引起的地表紫外辐射(UV-B)增强是气候变化问题之一。UV-B辐射增强对作物生长、生理代谢、产量及品质的影响受到人们普遍关注。通常借助两种方法开展模拟试验研究,即平方波模型法和太阳追踪模型法。UV-B辐射增强引起作物生长受阻、分蘖数减少、株高下降、叶面积和叶绿素含量下降、光系统Ⅱ受抑、光合效率降低;UV-B辐射增强导致活性氧代谢失衡、叶片气孔器受到破坏、叶绿体结构变形、基粒片层排列紊乱;UV-B辐射增强使作物有效穗数、穗粒数、千粒重下降,导致产量下降;UV-B辐射增强对籽粒蛋白质影响因作物、品种而异。未来应加强UV-B辐射增强影响作物内源激素代谢分子机制研究、区域和全球模拟及其应对措施研究。     

增强的UV-B辐射对作物的影响

大气中臭氧层的破坏导致到达地表UV-B辐射的增加,对作物产生不同程度的影响.本文讨论了增强的UV-B辐射对作物形态、生理代谢和遗传学效应的影响.     

UV-B辐射与生态系统：胁迫与调控

 阐述了UV-B辐射与生态系统的相互关系,即胁迫与调控。UV-B 辐射不仅是植物的一种环境胁迫因子,还是植物和生态系统进化中的一个重要调控因子。植物次生代谢和形态变化是UV-B辐射调控生态系统的重要途径。自然生态系统可能产生抗性物种来适应增强的UV-B辐射。人工培育抗性作物品种则是减轻UV-B 辐射对农田生态系统影响的可行的调控手段。     

UV-B辐射增强和模拟酸雨对C4植物玉米和苋菜生长的影响

UV-B辐射增强和酸雨胁迫同时发生并对植物及生态系统产生复合影响.为了探讨全球气候变化背景下UV-B辐射增强和酸雨加剧对C4植物的交互影响,单子叶C4植物和双子叶C4植物对两者交互作用响应是否存在差异及其可能原因,该研究选择单子叶C4植物玉米[糯玉米(Waxy corn)Zea mays L.certain Kulesh,品种"渝糯7号"]和双子叶C4植物苋菜[(Edible amaranth)Amaranthus mangostanus L.,品种"红圆叶苋菜"]为实验对象,采用自控设施模拟酸雨处理(pH值为6.5、4.5和3.5)和增强UV-B辐射[0,2.88和5.76(玉米)或4.32(苋菜)kJ/m2·d]处理,研究增强UV-B辐射和模拟酸雨及复合作用对两种C4植物生长和生物量分配的影响.增强UV-B辐射降低了玉米和苋菜的株高、叶面积等生长指标,并减少了生物量的积累.在无酸雨或者轻度酸雨下,增强UV-B辐射并不改变玉米生物量的分配,仅在重度酸雨下降低其根冠比.轻度酸雨下苋菜的根冠比随着UV-B辐射增强下降,在重度酸雨下随着UV-B辐射增强而增加.轻度酸雨刺激了两种C4植物的株高生长和叶面积增大,并促进了生物量的积累,但重度酸雨表现为明显的负面效应.对于玉米,在任何浓度的UV-B下,酸雨均降低其根冠比.但对于苋菜,在无UV-B辐射时,轻度酸雨增加其根冠比,但重度酸雨降低其根冠比,而在有UV-B辐射时,轻度酸雨降低其根冠比,而重度酸雨增加其根冠比.UV-B辐射和酸雨复合处理对玉米的生长表现为拮抗作用,即酸雨减缓了UV-B辐射增强对玉米生长的负面影响;但对苋菜而言,轻度酸雨对UV-B辐射增强有减缓作用,但重度酸雨与UV-B产生了协同作用.玉米和苋菜对UV-B辐射和酸雨增强的复合作用响应存在显著的种间差异,玉米所受到的影响低于苋菜,说明玉米对UV-B辐射和酸雨胁迫复合作用的抗性或者耐受性大于苋菜.     

UV-B辐射增强对森林生态系统的影响

综述了近年来UV-B辐射增强对森林生态系统的相关研究,主要从树木生长、森林生态系统竞争平衡与群落动态、生态系统营养分配以及UV-B辐射增强对林木的间接影响等方面进行概述。针叶树、耐荫树种以及高海拔区的植物对UV-B辐射忍耐性较强。在UV-B辐射增强背景下,阔叶树种、阳生树种可能会提早退出植物群落;高海拔地区的群落结构也会产生相应变化,严重影响森林群落的演替与更新。森林生态系统的营养分配也会因UV-B辐射增强造成植物体内C、N平衡的改变而改变。UV-B辐射增强对林木生长、系统营养分配等方面的研究还没有定论,尚需要进一步研究,尤其是UV-B辐射增强背景下,需要对森林生态系统植物种间关系、植物与动物、微生物之间,以及地上地下部分之间的协同演变进行系统分析并长期监测。     

紫外线B辐射增强对杂交稻籼型恢复系结实率和千粒重的影响(英文)

[目的]研究UV-B辐射增强对杂交稻组合及亲本的影响。[方法]通过盆栽和增强UV-B辐射试验,研究了UV-B辐射增强对10个新育籼型恢复系结实率和千粒重的影响。[结果]UV-B辐射增强导致籼型恢复系结实率明显下降,与对照相比差异全部达到极显著水平;UV-B辐射增强导致绝大多数籼型恢复系千粒重下降,与对照相比差异达到显著或极显著水平。但UV-B辐射增强对不同籼型恢复系结实率和千粒重的影响程度差异较大,参试恢复系之间达到显著或极显著差异水平,这一结果预示着筛选抗UV-B辐射的杂交水稻育种材料和组合的可能性。初筛出的09R-14、泸恢37和10R-7703具有较强的抗UV-B辐射能力。[结论]该研究为选育抗UV-B辐射的杂交水稻奠定了基础。     

UV-B辐射增强对大麦田土壤呼吸的影响

[目的]通过在典型晴天和阴天利用LI-8100对拔节期大麦田土壤呼吸速率的测定,研究UV-B辐射增强20%对土壤呼吸速率的影响。[方法]采用田间试验,人工增加和控制UV-B辐射的强度。[结果]UV-B辐射增强显著抑制大麦田的土壤呼吸。晴天时正常大麦田（B）的土壤平均呼吸速率比UV-B辐射增强20%处理的麦田（BU）高1.02μmol/（m2.s）,在阴天无外源UV-B辐射强迫的情况下,B处理的土壤平均呼吸速率则比BU处理低0.71μmol/（m2.s）。晴天UV-B辐射增强导致大麦田土壤呼吸的Q10值减小,而阴天无UV-B辐射胁迫时土壤呼吸的Q10值增加,导致了土壤呼吸速率的不同变化。[结论]UV-B辐射增强会显著抑制大麦田的土壤呼吸速率,从而影响作物产量的增加。     

紫外辐射增加后麦田的小气候特征研究(Ⅰ)

利用小麦灌浆期作物群体小气候观测资料,分析研究了过量紫外线照射后农作物群体小气候(总辐射、紫外辐射、温度等)的时空分布特征,发现紫外辐射(UV-B)增强使小麦群体中下部的总辐射高于对照区(CK),不同处理组下部的总辐射日振幅不同:CK(无UV-B区)>T1(UV-B增强3.8%)>T2(UV-B增强11.4%);小麦群体的紫外辐射强度在各个层次上均大于对照区;小麦群体的中下部温度明显高于对照区的温度,中上部反之,CK处理气温梯度远大于T2处理气温梯度。     

景天三七对紫外线B辐射敏感性研究

紫外线B(UV-B)辐射是重要的环境生态因子,对植物的生长发育有着重要的影响。本文以景天三七(Sedum aizoon L.)为材料,研究UV-B辐射对其形态结构和生理生化的影响,旨在探究景天三七对UV-B辐射敏感的机理。结果表明,在增强UV-B辐射条件下,叶表皮气孔下陷,叶肉组织细胞的叶绿体相互聚拢成团状,堆积在细胞中。叶片鲜质量和光合色素含量急剧下降,类黄酮的含量升高不明显。抗氧化酶系统中的SOD活性、POD活性下降,超氧阴离子产生速率明显升高。增强UV-B打破了景天三七植物体的活性氧平衡,导致光合作用能力和修复能力下降。研究结果证明,在UV-B辐射条件下,景天三七形态结构受到损伤、生理生化代谢受到抑制。景天三七不具备防御UV-B辐射的形态结构,防御UV-B辐射的次生代谢产物含量低、修复UV-B辐射操作能力弱,因此景天三七是UV-B辐射敏感性植物。     

UV-B增加对几种不同作物影响程度的种间比较

采用大田群体试验方法,研究了UV-B增加对小麦、大豆、棉花及玉米生长和产量的影响。结果表明,UV-B强度增加1.00W·m-2,不同作物对紫外线UV-B增加的敏感性存在很大的差异。作物的产量和反应指数均表明,作物对紫外线增加的敏感性为棉花>大豆>小麦>玉米。初步分析了不同作物对紫外线敏感差异的区别。     

UV-B辐射增强对生态系统矿质营养循环的影响

 人类活动产生的氟氯烃等化合物对大气的污染造成臭氧损耗,引起地面UV-B辐射增强,进而造成对地球生态系统的影响。本文综述了UV-B辐射增强对陆地生态系统和水生生态系统矿质营养影响的国内外研究态势,尤其是对两者矿质营养循环的影响研究, 并就目前研究状况, 提出未来研究方向。     

Effects of UV-B radiation intensity and timing on epidemiological components of wheat stripe rust

Stripe rust caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici is an important wheat disease worldwide that is greatly influenced by environmental conditions. Ultraviolet B (UV-B) radiation is one important environmental factor affecting the occurrence and epidemiology of wheat stripe rust. Investigating UV-B radiation effects on the epidemiology of stripe rust may be conducive to monitoring and predicting this disease. In this study, wheat seedlings were exposed to UV-B radiation during different periods under laboratory conditions and radiation effects on epidemiological components of wheat stripe rust were investigated. Results showed that incubation period was shortened, and the infection efficiency, sporulation quantity and disease index increased when UV-B radiation was performed only pre-inoculation. When the UV-B radiation was performed only post-inoculation or both pre- and post-inoculation, the incubation period was prolonged, and the infection efficiency, sporulation quantity and disease index were reduced. When healthy wheat seedlings were inoculated using urediospores collected from wheat leaves irradiated by UV-B only post-inoculation or both pre- and post-inoculation, infection efficiency, sporulation quantity and disease index were also reduced. However, in the latter, the disease incubation period did not differ under varying UV-B radiation intensities compared to that when wheat leaves were not treated with UV-B radiation. Overall, the effects of direct exposure of wheat plants to UV-B radiation with different intensities in different periods on epidemiological components of wheat stripe rust were systematically explored, and the results suggest that the effects of UV-B radiation increased gradually with the increase of UV-B radiation intensity. This information provides a basis for monitoring and predicting this disease as well as for conducting further studies on pathogen virulence variation.     

Ce对UV-B辐射胁迫下鼓粒期大豆光合色素的影响

以大豆东农47为试材,采用盆栽方式,研究稀土元素Ce(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下鼓粒期大豆光合色素含量的影响。结果表明,40mg·L-1CeCl3能有效减缓紫外辐射胁迫所导致的叶绿素a与叶绿素b及类胡萝卜素含量下降趋势;在Ce(Ⅲ)处理前20d三项指标的变化规律均为CeCKCe+TT;Ce(Ⅲ)的介入可在一定程度上减轻UV-B辐射对光合色素的损伤。但Ce(Ⅲ)处理20d后,Ce和Ce+T曲线分别接近CK和T曲线,说明此时Ce基本已失去保护作用。研究为进一步探讨稀土元素防护紫外辐射(UV-B)农作物的损伤机理提供理论依据。     

UV-B辐射对植物残体分解的影响及其机理

UV-B辐射对植物残体分解的影响在植物营养循环中起着重要的作用,就UV-B辐射对植物残体分解的影响及其机理进行了综述。UV-B辐射对植物残体分解的影响包括直接影响和间接影响。直接影响指分解期接受UV-B辐射,从而对分解者产生直接作用以及光降解,这与植物类型、微生物对UV-B辐射响应的种内和种间的差异、微生物的色素、微生物的特性、环境因素等相关。间接影响是指植物生长期接受UV-B辐射,导致植物化学成分的改变,从而对分解者产生影响,这些化合物包括丹宁、木质素等酚类化合物。     

植物根际对增强紫外线-B辐射的响应

臭氧层减薄导致地表中波紫外-线B(UV-B,280~320 nm)辐射增强,UV-B辐射能量远高于可见光,并且能被植物体内蛋白质和核酸等生物大分子吸收。当前,植物的UV-B效应研究主要集中在地上部分,对地下部分的研究很少。综述了近年来增强UV-B辐射对植物根际影响的研究进展,主要包括根形态、根系分泌物、根际微生物和根系中矿质营养。并就今后该方面的研究提出建议。     

UV-B辐射对植物物质代谢的影响

综述了UV-B辐射对植物物质代谢的影响研究进展,讨论了增强UV-B辐射对植物核酸、蛋白质、水、生长调节物质、紫外吸收物质代谢的影响,并对该领域未来的研究工作进行展望。     

激光、r—射线、中子对向日葵不同品种辐射效应的初步研究

本试验利用激光,r—射线,中子三种辐射类型,照射向日葵种子,从出苗日期,出苗率以及植物学性状的改变,了解这三种物理因素,对向日葵的辐射效应及诱发有益突变的适宜辐射剂量。三种辐射类型照射向日葵播前种子,均表现随剂量的增高,出苗延迟,出苗率降低。辐射对于生长的抑制作用,常随生育期的推移而逐渐消失。不同的品种对辐射的敏感性是有明显差异的,农家品种比墨葵抗辐射。当辐射剂量较高时(如r—射线四万伦,中子5×10~11～1×10~12)常出现顶端生长点破坏,多头,叶片的卷曲撕裂状,这均属于辐射引起的生理及结构的损伤,并不遗传。从各种辐射类型对不同品种,及同一辐射类型不同剂量的辐射效应看,植株生长基本正常的剂量,往往会出现一些性状优良的单株: 钕玻璃激光5次,氮分子激光5分、10分、 r—射线2万伦, 中子5×10~10～1×10~11,可作为向日葵的适宜诱变剂量,从中选出的A_2—38—6突变系,其特点为,早熟,产量超过对照29.7％。