UV-B辐射增强对木本植物的影响研究进展

阐述了UV B辐射增强对木本植物的影响研究进展 ,并指出UV B辐射增强对植物生态系统影响的研究方向。     

UV-B辐射对植物类黄酮影响的研究进展

UV-B辐射增强对农业生态系统和作物产量的影响已引起国内外广泛关注。本文结合近年来国内外研究成果,介绍了UV-B辐射胁迫下植物应激合成与累积类黄酮的特征,考察了类黄酮在抵御UV-B辐射胁迫中的生态生理作用及其机理,探讨了类黄酮与其他抗UV-B辐射机制的关系,分析了未来该研究工作的若干取向。     

UV-B辐射增强对水稻蛋白质及核酸的影响研究

盆栽试验研究UV B辐射增强对水稻蛋白质及核酸的影响结果表明 ,UV B辐射增强抑制水稻生长 ,降低水稻生物量和水稻叶片可溶性蛋白质及核酸含量。随UV B辐射的增强 ,水稻叶片蛋白水解酶和核糖核酸酶活性上升 ,硝酸还原酶活性下降 ,叶片总游离氨基酸含量增加。     

不同马铃薯品种(系)对增强UV-B辐射的形态响应

UV-B辐射对植物的形态建成有着重要的作用,并且随着地表UV-B辐射的加剧也必将对作物产生影响。本研究通过测定株高、节距、叶面积和根冠比等几个重要的形态指标,分析在增强UV-B辐射条件下马铃薯不同品种的形态响应差异,为综合评价UV-B辐射对马铃薯的影响和耐受性品种选育奠定基础。试验以4个普通和3个彩色马铃薯品种(系)为材料,采用自然光照(CK)和2个增强的UV-B辐射[2.5 k J?m-2?d-1(T1)、5.0 k J?m-2?d-1(T2)]进行处理,分别于处理15 d、30 d和45 d时测定株高、节距、叶面积和比叶重,收获时测定根冠比。最后得出几个形态指标的响应指数(RI),并以累积胁迫响应指数(CSRI)对试验品种的耐受性做出评价。结果显示:在增强UV-B辐射处理后,多数品种呈现株高降低、节距缩短、叶面积减小、比叶重增加的一致性变化趋势,且随着处理强度的增加和时间延长,处理与对照间的差异愈加显著。各品种对UV-B辐射的形态响应存在显著差异,普通品种的株高、节距、叶面积受UV-B辐射抑制较为明显,地上部分的生物量减幅较大,如‘合作88’地上部分(鲜重)RI值在T1、T2处理下分别为-60.28、-70.44,‘丽薯6号’则为-58.61、-66.44;彩色品种受到的影响较小,‘转心乌’地上部分RI值分别为107.75、21.4,‘21-1’为41.49、-45.72。随着地上生物量增长受到显著抑制,地下部分特别是根系也受到明显的影响,普通与彩色品种间根系RI值的变化规律与地上部分一致。由于地上部分生物量的减幅更显著,各品种(系)的根冠比均比对照增大(T2)。T1、T2处理下5个品种的CSRI值显示‘合作88’(-133.35、-240.85)与‘丽薯6号’(-104.09、-160.2)在增强的UV-B辐射处理下形态特征受到了显著的抑制;彩色品种(系)‘转心乌’(275.97、51.26)、‘21-1’(96.8、-142.17)比普通品种‘合作88’、‘丽薯6号’受到的影响相对较小,显示具有一定的UV-B辐射耐受性。     

氮对UV-B辐射增强条件下大麦孕穗期叶片生理特性的影响

通过大田试验,研究在UV-B辐射增强条件下,不同施氮量对大麦孕穗期叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、叶片水分利用效率(WUE)及胞间CO2浓度(Ci)日变化的影响。UV-B辐射设两个水平,即对照(CK,自然光,辐射强度1.5kJ.m-2.h-1)和增强20%(1.8kJ.m-2.h-1);施氮量设两个水平,即低氮和高氮(30kg.hm-2和150kg.hm-2)。结果表明,UV-B辐射增强下,高氮处理的Pn、Tr、Gs和WUE的日平均值比对照分别下降了44.6%、21.8%、17.8%和28.4%;低氮处理分别下降了49.5%、11.8%、12.9%和42.7%,说明UV-B辐射增强可降低大麦叶片的光合作用和水分利用效率,而增施氮肥可缓解UV-B辐射增强对光合作用的影响,并缓解UV-B辐射增强对大麦净光合速率的抑制,但是并不能缓解UV-B辐射增强对蒸腾速率及气孔导度的抑制。Ci及Pn的日变化趋势表明,UV-B辐射增强及氮肥对大麦叶片光合作用的影响不是通过气孔,而是通过对光合作用反应过程的直接影响来实现的。     

UV-B辐射增强对土壤有机碳稳定性的影响

以母质相同、有机碳含量不同的2个水稻土为研究材料,通过室内模拟光照,探讨紫外辐射(UV-B,280~315nm)对土壤总碳(TC)、可溶性有机碳(DOC)和复合酚(AEP)含量的影响以及土层厚度不同(0.95,1.89,2.84mm)对UV-B辐射的响应特征。结果表明:与黑暗处理相比,培养96h后,无论是在有机碳含量低的土壤(A土)还是在有机碳含量高的土壤(B土)中,UV-B辐射均显著降低了土壤TC的含量,却增加了土壤DOC的含量,在试验结束时,土壤A和B的TC含量分别降低了3.11%和6.18%,而土壤DOC含量分别增加了16.05%和9.89%。在UV-B辐射96h后,与1.89,2.84mm土层相比,土层厚度为0.95mm时土壤TC、DOC和AEP含量变化幅度最大,A和B两个土壤中TC含量分别降低了19.11%和14.35%,DOC和AEP含量分别增加了18.66%和18.92%与23.52%和22.70%,而UV-B辐射对厚度为1.89mm和2.84mm的土层TC、DOC和AEP含量并无显著影响。研究结果表明UV-B辐射对土壤碳库稳定性有一定的影响,在农业生产中为了保护碳库稳定性,应该尽量减少地表裸露。     

UV-B辐射增强对水稻多胺含量及其相关酶活性的影响

试验研究表明,处理前期(7～14d)UV-B辐射增强使“汕优63”水稻精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)和S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)活性分别增加165.74％、104.60％和89.60％,“南川”(NC)运3种酶活性分别增加59.91％、41.30％和23.68％,新品系“IR_(65600-85)”在UV-B辐射胁迫下多胺脱羧酶活性表现与前2品种略不同,即ADC和ODC活性分别提高115.93％、14.45％,而SAMDC活性下降33.01％。处理后期(21～28d)随UV-B辐射累积量的增加,这3种酶活性均有所下降,其中ODC和SAMDC活性降幅大于ADC,其中“汕优63”ADC、和ODC活性分别比对照增加89.72％、3.71％,“南川”则分别增加73.95％、27.38％,“IR_(65600-85)”ADC活性增加94.41％,ODC、活性却下降13.57％。处理后期(21～28d)3类水稻“汕优63”、“南川”和“IR_(65600-85)”SAMDC分别下降40.06％、19.20％和38.21％。多胺氧化酶(PAO)活性变化趋势则相反,即处理前期(7～14d)呈不同程度下降趋势,处理后期(21～28d)则呈极显著上升趋势,其结果引起多胺(PA)含量特别是腐胺(Put)含量明显上升。水稻对UV-B辐射增强的反应具有基因型差异。     

不同时期减弱UV-B辐射对烤烟部分生理生化特征的影响

采用大棚加盖Mylar膜的方法,在大田条件下研究了烤烟不同生育期（旺长期、生理成熟期和工艺成熟期）减弱UV-B辐射（相当于自然环境下强度的39.59%）对不同叶位叶片含水量（LWC）、比叶重（SLW）、光合色素、类黄酮（FV）和丙二醛（MDA）等的影响。结果表明,旺长期减弱UV-B辐射对烟叶LWC影响较小,但可降低中、下部烟叶的SLW,生理成熟期和工艺成熟期减弱UV-B辐射可降低中、上部叶的LWC,但可提高其SLW值。旺长期和生理成熟期减弱UV-B辐射可降低中部叶的叶绿素a（chl a）、b（chl b）含量,工艺成熟期减弱UV-B辐射后中、上部叶的chla、b含量上升。旺长期和生理成熟期减弱UV-B辐射降低MDA含量,FV和类胡萝卜素（car）变化与MDA基本相反。结果说明,旺长期较强的UV-B辐射有利于提高烟叶的SLW,旺长期和生理成熟期较强的UV-B辐射还可促进chl和car的合成,MDA的变化与FV和car有一定的关系。     

镧对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗叶绿素含量的影响

采用水培实验方法研究了La对紫外辐射（UV—B2 0．15WM^-2,0．45Wm^-2）胁迫下大豆（Glycine max）幼苗叶绿素含量及叶绿素a／b值的影响。实验结果表明：与CK相比，无UV—B胁迫时20mgL^-1LaCl3能明显提高大豆幼苗的叶绿素含量，且叶绿素a的增幅（12．77％）大于叶绿素b（0．00）；UV—B处理使大豆幼苗叶绿素含量降低，且T2处理（0．45Wm^-2）中的下降幅度（12．18％）大于T1（0．15Wm^-2）处理，叶绿素a的降幅大于叶绿素b。但适量浓度的La溶液有抑制叶绿素含量降低的作用；在叶绿素含量变化动态图中，20mgL^-1LaCl2处理组叶绿素含量均高于CK组，也高于60mgL^-1LaCl3处理组，La＋UV—B处理组叶绿素含量与UV-B处理组走势近似。但降幅小于后者，即La具有提高大豆幼苗叶绿素含量、缓解UV—B辐射伤害的作用。     

UV-B辐射增强对葡萄光合作用日变化的影响(简报)

大气臭氧层的不断破坏引起了地球表面紫外线-B(UV-B）辐射强度不断增加,这对植物的生长发育产生了重要影响。试验以酿酒葡萄（V.vinifera. L）“赤霞珠”（Cabernet Sauvignon）为材料,在自然光照条件下,通过增加不同强度的UV-B辐射,研究UV-B辐射增强对葡萄叶片光合作用日变化的影响,为进一步研究UV-B辐射增强对植物的影响提供依据。结果表明,UV-B辐射增强后葡萄叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）均呈双峰型,且日变化平均值表现为低辐射（T₁,10.8 μW/cm²）处理组＞对照组（CK）＞高辐射（T₂,25.6 μW/cm²）处理组,而水分利用效率则表现为对照组（CK）＞低辐射（T₁,10.8 μW/cm2）处理组＞高辐射（T₂,25.6 μW/cm2）处理的变化趋势。同时,UV-B辐射增强对葡萄叶片中光合色素含量没有显著的影响。这说明UV-B辐射增强对葡萄光合作用的影响与UV-B辐射强度和照射时间有关,适当增加一定剂量的UV-B辐射对葡萄光合作用不会造成危害。     

增强UV-B辐射对光氧化水稻812HS光合特性和生长的影响

为了解光氧化水稻的光合特性对UV-B辐射的反应,以籼稻两用不育系812S(野生型)及其光氧化突变株系812HS为材料,在自然条件下,采用40 kJ·m^-2·d^-1剂量的UV-B增强辐射处理植株65 d,分别在幼苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期进行相关生理指标检测和分析。结果表明,与自然光照条件相比,增强UV-B辐射使812HS的分蘖数和有效分蘖数减少,植株矮化,但对其生长抑制程度弱于普通水稻;812HS的叶绿素含量在分蘖期显著降低,但降低幅度低于普通水稻,抽穗期后叶绿素含量显著增加,尤其是在灌浆期,812HS叶绿体含量的增加幅度较普通水稻极显著多出34.3个百分点。增强UV-B辐射处理后,812HS的PSⅡ原初光转化效率(F_v/F_m)在分蘖期的提高幅度比普通水稻大,而在拔节期和灌浆期则明显低于普通水稻。PSⅡ失活的原因是质体醌PQs和PSI蛋白复合体对UV-B辐射敏感,电子从Q_A^-向QB^-传递过程受阻,致使快还原型库PQ受影响,说...     

UV—B辐射增强对冬小麦生态系统呼吸速率和N2O排放日变化的影响

通过田间试验,应用静态箱-气相色谱法测定了土壤-冬小麦系统以及土壤的呼吸速率和N2O排放通量,研究了UV—B辐射增强对土壤-冬小麦系统、土壤的呼吸速率和N2O排放日变化的影响。结果表明,土壤-冬小麦系统和土壤的呼吸速率存在着明显的日变化规律,UV—B辐射增强处理并没有改变其日变化规律,但对呼吸速率有抑制作用。在日温差较大的晴天,土壤-冬小麦系统和土壤的N2O排放通量也呈规律性日变化,UV—B辐射增强处理没有改变其日变化规律。在拔节至抽穗期,UV—B辐射增强对土壤-冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量均没有显著影响,但显著降低了土壤的日均呼吸速率;在开花期,UV—B辐射增强对土壤-冬小麦系统和土壤的日均呼吸速率、N2O排放通量均没有显著影响;在灌浆期,UV—B辐射增强显著降低了土壤-冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量,但对土壤的日均呼吸速率没有显著影响。     

紫外辐射增加对小麦产量及产量形成的影响

紫外辐射增加能显著降低小麦产量，对经济系数无显著影响，但生物产量显著下降。其原因主要是由于群体叶面积指数（LAI）下降造成，而净同化率变化趋势不明显。紫外辐射增加导致生物产量下降的关键时期为拔节－－孕穗期，而对拔节前的干物质生产影响最小。     

水稻对UV-B辐射增强的生理响应及其分子机制研究

本文以水稻为研究对象,从细胞、个体和群体水平系统分析了不同水稻品种对UV-B辐射增强差异响应的遗传生理与防卫机制。试从农业生态系统角度,结合作者近期研究成果,系统分析了近年来国内外的研究重点及其成就。已有研究认为水稻对UV-B辐射增强的生理响应存在明显的种间差异,通常认为起源于靠近赤道附近的低纬度地区的籼稻品种比高纬度地区的粳稻品种更抗(耐)UV-B辐射污染,但许多研究结果不支持这一假说,即在籼粳稻品种中均存在明显对UV-B辐射增强呈不同抗性的种质资源。进一步研究结果表明水稻对UV-B辐射的响应差异是可遗传的数量性状。QTL定位分析结果发现多数抗UV-B辐射相关性状的加性QTL主要集中在第1、2、3、6染色体上,并检测到一些加性QTL还存在加性×加性上位性及其与环境的显著互作效应。作者还深入分析了水稻抗UV-B辐射增强的分子生理与调控机制,提出适当增加植物的硅营养,可以有效提高其抗逆性。最后,作者提出从农田生态系统角度研究和评价UV-B辐射增强所带来的生态风险及其影响是今后研究的重点,强调应重视研究田间条件下UV-B辐射增强及其与其他生态环境因子的互作对作物生长发育的综合影响,在此基础上,探索建立作物遗传改良与栽培调控的减灾防灾技术,为应对全球环境变化,制订相关防护策略提供理论依据和技术支撑。     

自然和人为条件下UV-B辐射减弱对烟草抗氧化酶活性的影响

采用盆栽试验,分别在云南玉溪主产烟区海拔高度存在一定差异的通海县(海拔1806.0m)和红塔区大营街(海拔1591.0m)两地,研究了自然条件下和通海县减弱25%、50%和65%UV-B辐射条件下,烟草K326大田生育进程中叶片SOD、POD和CAT等3种抗氧化酶活性与UV-B辐射变化的关系。结果表明:由于在局地范围内两地天气气候特征存在一定差异,致使UV-B辐射随海拔高度的变化与地处低纬高原的云南地区大尺度范围的普遍规律相反,烟草大田主要生长期的太阳UV-B辐射强度为大营街通海。大营街烟叶SOD和POD活性高于通海,减弱UV-B辐射后SOD活性发生不同变化,而POD活性随UV-B辐射减弱而下降,但各处理CAT活性变化几乎一致。从时间动态变化看,3种酶都与UV-B辐射变化呈负相关,SOD和POD活性与UV-B辐射变化相关性较高,表现出较强的累积效应,CAT活性变化几乎不受UV-B辐射变化的影响,7月下旬-8月上旬是各处理烟叶3种抗氧化酶活性差异的主要时期。结果说明,烟叶SOD、POD和CAT活性对UV-B辐射变化响应的敏感性存在较大差异,SOD和POD对UV-B辐射变化较敏感,成熟期是K326叶片SOD和POD活性对UV-B辐射变化响应的敏感时期。     

UV-B辐射增强对大麦生理生态的影响

在大田条件下,研究了UV-B辐射增强对大麦的生长发育、光合作用、蒸腾作用及其产量构成的影响。结果表明,UV-B辐射增强明显抑制大麦生长,使株高变矮、绿叶数减少、叶面积和干物质量下降,但抑制程度随生育期而异。在UV-B辐射增强条件下,大麦叶片叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率都有不同程度的降低,水分利用率也随之降低。UV-B辐射增强对大麦形态学和生理学上的不利影响,导致了大麦产量下降24.96%。     

初花期喷镧对UV-B辐射增强下紫花苜蓿光合及荧光特性的影响

在温室大棚内采用样方法条播和叶面喷施技术,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为试验材料,UV-B辐射增强设5%(T1)和10%(T2)2个梯度,镧(Lanthanum)喷施设30、60和90mg·L-1 3个浓度,以植株上方悬挂灯架但不安装紫外灯管且不喷施镧的处理为对照(CK),研究UV-B辐射增强下喷施镧对紫花苜蓿光合及荧光特性的影响。结果表明:(1)在UV-B辐射增强条件下,紫花苜蓿叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、净光合速率(A)、蒸腾速率(E)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光化学淬灭(q P)和非光化学淬灭(NPQ)均低于对照,表观光合电子传递效率(ETR)则高于对照(CK),说明UV-B辐射增强会降低紫花苜蓿叶片的光合特性。(2)喷施镧后,紫花苜蓿初花期、盛花期和成熟期叶片以上各指标均相应高于T_1和T_2处理,其中以在UV-B辐射增强5%条件下喷施30mg·L-1和UV-B辐射增强10%条件下喷施60mg·L~(-1)镧效果显著(P0.05),说明一定浓度的镧可以缓解UV-B辐射增强对紫花苜蓿光合特性造成的伤害,叶片光合作用得以增强;随着生育期的推进,紫花苜蓿叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量持续上升,说明UV-B辐射和镧的喷施对紫花苜蓿叶片糖和蛋白的合成有一定促进作用。     

滤减UV-B辐射强度对植烟环境小气候要素的影响

以烤烟（Nicotiana tabacum L.）品种‘K326’为试验材料,采用盆栽方法,以覆盖3种不同厚度透明薄膜滤减UV-B辐射的处理方式进行试验。在成熟初期,于试验设定时间点分别测定50cm和150cm高度处烤烟环境小气候要素,应用多元统计岭回归分析方法分析了滤减自然条件下25%（T1）、50%（T2）和65%（T3）的UV-B辐射强度对各要素的影响。结果表明：叶片周围空气温度（Ta）、光合有效辐射（PAR）和饱和水汽压亏缺（VPD）的日变化曲线总体呈上升趋势,而二氧化碳浓度（Ca）、相对湿度（RH）则呈下降趋势。岭回归分析表明,滤减UV-B辐射对植烟环境小气候要素作用显著,具体表现在T1、T2、T3处理对Ca和RH总体上均具有抑制作用,滤减50%的UV-B辐射对叶片周围Ca的抑制作用最大;滤减UV-B辐射对Ta有明显的促进作用,滤减50%的UV-B辐射对Ta促进作用最强;相对于自然条件而言,滤减65%的UV-B辐射更有利于烟叶对辐射能的吸收和利用;T1处理对VPD具有明显的促进作用,T2处理在不同高度上对VPD作用方向不一致,T3处理的抑制效应则表现不明显,即在不同处理的UV-B辐射强度水平下,植烟环境小气候要素对UV-B辐射的响应存在一定的差异。     

UV-B辐射增强和免耕对冬小麦冠层反射光谱特性的影响

通过田间模拟UV-B辐射增强,并采用FieldSpec Pro FR光谱仪进行田间观测,对UV-B辐射增强20％(U)条件下免耕(Z)和深耕(C)两种耕作方式对冬小麦冠层反射光谱和一阶导数光谱的影响进行研究,试验以无UV-B辐射增强(N)为对照,共设4个处理,分别为ZU、ZN、CN、CU.结果表明,冬小麦冠层光谱能有效监测UV-B辐射增强和两种耕作方式的复合作用.各处理间小麦冠层反射光谱的差异主要体现在近红外高台,灌浆期是最佳监测生育期.在灌浆期,U处理导致小麦冠层光谱近红外高台反射率明显降低,Z处理的近红外高台反射率明显低于C处理,且其受U处理的影响小于C处理,表明免耕具有延缓叶片衰老的作用.进一步采用一阶导数光谱分析发现,各处理在开花期和灌浆期均有显著差异.U处理导致红峰高度在灌浆期显著降低.Z处理的红峰高度明显低于C处理,红边位置比C处理偏红,并出现多峰情况.在未来UV-B辐射增强情景下,研究结果可为不同耕作方式下冬小麦采用冠层光谱进行无损检测的可行性提供理论参考.