365bet官网

@gsagr.ac.cn
增强UV—B辐射和干旱对春小麦光合作用及其生长的影响
来源:365bet体育在线投注  编辑:365bet官网  日期:2011-05-06  点击数:

摘要:在室外盆裁条件下研究了UVB辐射和土壤干旱对春小麦‘和尚头’生长和光合作用的影响。结果显示:(1)干旱、UVB辐射、干旱十UVB(复合)处理均可使叶片类黄酮含量增加,且干旱+UVB处理增加显著高于其他处理(P<005)UVB辐射和干旱单独处理均能显著降低叶片光合色素含量,但UVB辐射的副作用大于干旱,复合处 对光合色素的影响介于UVB和干旱之间。(2)各处理问的光合速率日均值大小次序为:对照>UvB+干旱>UVB>干旱;增强UV 对净光合速率的抑制作用大于干旱,而UVB+干旱处理的抑制作用较二者单独处理有所减轻。(3)UVB辐射和干旱单独处理后总生物量比对照减少15 ,且抑制作用为:干旱> UVB>复合处理;UVB辐射和下旱胁迫不但影响春小麦的生物量,而且影响小穗特征和产量。研究表明,UvB辐射和干旱之间存在交互作用,说明一种胁迫可以减缓()另外一种胁迫对春小麦的抑制作用。

平流层臭氧衰减导致辐射到地表UVB(208320 nm)增强所产生的生态学和生物学效应已经有大量的研究报道,对地球生态系统的冲击作用将持续很长一段时间。水分胁迫或者土壤干旱是植物生长发育中经常遇到的一种逆境因子,严重影响植物的正常生长和作物的产量、品质 。关于水分胁迫与UVB辐射同时作用下,两者相互作用的结果目前没有一致的结论。有些研究表明,干旱或者水分胁迫可以减缓()或降低UVB辐射对植物的损伤和抑制作用,进一步研究显示,这种作用与水分胁迫下植物类黄酮和酚类等UVB吸取复合物含量的增加有关 ,或者UVB辐射下叶片厚度的增加和叶面积的减小掩盖了水分胁迫的作用 Turtola等的实验表明,UVB辐射与干旱复合作用对柳树(Saligc myrsinitesSmyrsinifolia)及其杂种都存在加性副效应;Ren等发现高海拔植物康定杨(Populus )比低海拔植物青杨(Pcathayana)UVB辐射及干旱具有抗性,且两种因子没有相互作用;本课题组先前的研究表明,UVB辐射与干旱存在协同作用,植物对两种逆境因子存在交叉适应。本研究以春小麦品种‘和尚头’为材料,在田间盆栽条件下,分析其生长、光合参数以及产量等对UVB辐射与干旱胁A的响应特征,为揭示UVB辐射和干旱复合处理对植物生长发育的影响特征及其机制提供依据。

1 材料和方法

11 材料

实验材料选用春小麦(Triticum aestivura I )品种‘和尚头’。种子由365bet体育在线投注旱地农业研究所提供。种子经消毒和室温过夜催芽后点播于塑料桶中,塑料桶口径29 cm,深30 cm,每桶30粒,在三叶期每桶间苗至18株。实验在兰州大学生物园进行,土壤为黄绵土。

12 干旱和UVB辐射处理

实验设计两个水分梯度,分别为1 5%和2o 的土壤含水量,以20 的土壤含水量为对照,l 5 为干旱处理。

增强UVB辐射处理用30 w UVB灯管(陕西宝鸡光源研究所生产,280320 nm)模拟。UVB辐射强度用北京师范大学光电仪器厂生产的UVB辐照计测定(µw ·cm-2 ),强度根据Caldwelll的经验公式转变为生物有效辐射,即UVBBE1402×(读数)4283UVB辐射有两个强度,即自然的UVB辐射和自然的UVB辐射加上模拟增加的UVB辐射,模拟增强的辐射为425kJ·m-2·day-1 UVB辐射从三叶期开始,直到成熟。紫外灯照射时间为每日9001600之间,遇雨和逢阴云天除外。

水分和UVB辐射处理随机组合,形成对照、于旱、UVB辐射以及干旱+UVB辐射(复合)处理共4个。每处理设4次重复,即每处理4桶。

13 取样和测定方法

131 色素 在分蘖期,各处理每桶取旗叶3片,带回实验室进行色素测定。叶绿素和类胡萝卜素含量的测定采用LiehtenthalerWellburn的方法,溶剂为甲醇,以/µg·mg-1 Fw 表示。类黄酮含量的测定用Musil的方法,以300 nm 的光吸取A300 ·mg-1 FW 表示。

132 光合作用 于小麦开花期选择晴天用光合仪(英国PPsystem企业)分别测定各处理旗叶的净光合速率(Pn )、蒸腾速率(Tr )、气孔导度(Gs )、胞问CO2 浓度(Ci)等光合作用参数的日变化(8002000)。每桶测定5片叶片,每片叶测定5组数据。

133 生物量和产量  收获期测量每桶生物量、产量,统计每桶穗数、每穗粒数、粒重、小穗数、穗长和千粒重。

134 数据处理  LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2I 增强的UVB辐射和干旱对春小麦叶片色素和类黄酮含量的影响

由图1(略)可以看出,与对照相比,干旱、UVB以及UVB+干旱处理均能显著降低春小麦叶片中Chl aChl bCar的含量,但UV-B+干旱复合处理可显著降低干旱对色素的影响,表明增强UVB可缓解干旱的影响。

类黄酮(Flavonoids)是植物重要的是一类次生代谢产物,它以结合态(黄酮苷)或自由态(黄酮苷元)形式存在,和其它抗氧化剂一样可以保护植物细胞免受紫外光和自由基损害。由图l可知,增强UVB辐射或干旱单独处理,类黄酮含量与对照差异显著,但UVB+干旱处理的类黄酮含量显著高于前三者,表明复合处理中UVB与干旱两因子有互作效应,可显著提高植物对UVB的抗性。

22 增强uVB辐射和干旱对春小麦光合作用的影晌

从图2A()可以看出,干旱和UVB辐射导致开花期春小麦旗叶的净光合速率(Pn )下降,各种处理间的Pn 的大小顺序为:对照>UVB+干旱> UVB辐射>干旱,显然,UVB处理的抑制作用大于干旱,而UVB+干旱复合处理后,对Pn 的抑制作用有所减轻;另外从P 的日变化看,上午达到最大,下午降低,只有一个波峰。由图2B()可知,蒸腾速率(r )日变化为,上午1200和午后1600有峰值出现,1600之后逐渐下降,且各处理问差异较大,复合处理下蒸腾速率最低。由图2C()可知,各胁迫处理的气孔导度均大于对照,且干旱+UVB复合处理下较单独UVB辐射胁迫处理有所增加。由图2D()可知,胞问CO2浓度和胞外CO2的比(CiCa )在干旱和复合处理下CiCa 比对照高,而UVB处理后比对照低。结果表明,与对照相比,干旱、增强UVB、增强UVB+干旱胁迫处理对春小麦开花期的光合作用有较大的影响,但对增强UVB+干旱复合处理的影响最小,说明增强UVB+干旱复合处理可缓解二者单独处理的影响。

23 增强的UV-B辐射和干旱对春小麦生物量和产量的影响

从表1()可知,经UVB辐射和干旱胁迫处理,收获期各处理与对照相比,春小麦的总生物量平均减少1 5 ,每桶的有效穗数平均减少11 ,小穗数平均减少5 ,每穗粒数和重量分别降低2 9 ,产量平均减少1 8 ;增强UV B辐射对穗长、穗数、穗粒重、千粒穗粒重、千粒重以及产量的影响大于干旱和复合处理,而干旱处理对小穗数和总生物学产量的影响显著大于增强UVB辐射和复合处理。研究表明,干旱对春小麦总生物学产量的影响最大,各处理影响大小顺序为:干旱>UVB辐射>UVB+干旱>对照,而增强UV-B辐射显著影响其产量,各处理对产量的影响大小顺序为:UVB辐射>干旱>UVB+干旱>对照。由此可以看出,与对照比,UVB+干旱复合处理可显著缓解干旱或增强UVB辐射单因子胁迫对小麦生长和产量的影响。

3讨论

自然情况下,植物的生活中常受到多种环境因子复合作用的影响,而且一种因子的作用会调节或改变另一种因子的作用。本研究结果表明,增强UVB辐射或干旱单独作用显著影响其光合作用、生物量、产量以及收获指数,UVB辐射+干旱复合处理对春小麦的影响并不是两者的叠加,而是有所减轻,甚至复合处理的值高于单因素,说明增强UVB辐射+干旱复合处理时发生了交互作用。UVB辐射是一种高能短波光,它对植物的作用位点是叶片,有直接和间接两种效应,因此,UVB辐射增强的各种效应首先通过叶片体现 。而干旱胁迫下,植物体的根部产生干旱信号(ABA)并很快传递到叶片,并通过调节气孔开度和气孔导度来影响植物的生长发育 。植物光形态建成作用是环境胁迫条件直接和间接作用的结果 UVB辐射和干旱胁迫使春小麦叶面积减小,叶面积的减少导致叶面积指数降低,叶片厚度分别增加 。叶面积减小和叶片厚度的增加至少有两个方面的作用,一是蒸腾面积减少,水分散失降低,有利于保存水分;二是较小的叶面积和增加的叶片厚度可以减小光接受面积,降低有害的紫外线辐射进入叶片组织损伤有机体。这两种作用相互补偿可能是UVB辐射增强+于旱复合作用对春小麦产量和生物量的抑制减轻的主要原因。干旱胁迫同样使春小麦叶面积减小,叶面积的减少导致叶面积指数降低。增强UVB辐射抑制了春小麦的分蘖,导致分蘖数较对照减少,而干旱使分蘖数增加,UVB辐射和干旱的复合作用使分蘖数与对照相比减小;分蘖的减少导致单位面积的叶片数目下降,最终使叶面积指数降低。

本研究结果表明,在增强Uv-B辐射或干旱处理下,净光合速率下降,蒸腾速率升高,气孔阻力增加,胞间CO2浓度升高,而增强Uv-B+干旱复合处理时两因子的胁迫作用较单因素有所减轻。UVB辐射和干旱是通过不同的途径影响植物的光合作用,在增强UV-B辐射下光合作用的抑制主要来自光合作用基因表达的下调,叶绿体类囊体膜系统的破坏、希儿反应活性下降,光N作用电子转运速率下降和PSⅡ的破坏等直接作用;间接的影响表现在色素含量减少、气孔指数的变化和气孔导度的下降等。从本研究结果看,UVB辐射对光合作用的直接作用占有较大的比例。水分胁迫或干旱条件下,植物叶片气孔阻力增大甚至关闭,气孔导度(Gs )下降,导致叶肉细胞羧化位点的CO2量减少,胞间CO2 (Ci )浓度减少,净光合作用(Pn )的能力降低。而非气孔限制是细胞羧化酶活性的下降导致同化CO2能力的降低,使胞间CO2 (Ci)浓度增加。而本实验结果表明,气孔限制是干旱作用下光合作用下降的主要原因。NougesBakerE 报道,地中海生长的橄榄树(Olea europea)、迷迭香(Rosmars officinalis)和熏衣草(Lavandula toechns)在持续的干旱情况下,最大净CO2同化能力、最大电子转运活性、Rubisco的最大羧化速率不断下降,日蒸腾速率不断增加,气孔限制值不断增强。大豆品种在于旱处理下Pn Tr 增加,水分利用效率降低。因此,UV-B辐射是通过非气孔限制直接抑制光合作用过程,而干旱条件下则以气孔限制为主,复合处理下Pn 减少低于单独处理的可能原因是气孔限制和()非气孔限制降低,或者叶片水分状况的改善,以及叶片形态学的改变使UV-B辐射和干旱的胁迫减轻,或者通过其他途径,需要进一步研究。

生物量和产量下降是UVB+干旱处理的另外一种结果 本研究结果表明,在UV-B处理下,春小麦有效穗数、小穗数、穗粒数的减少直接导致减产,使产量减少。前人研究证实,UVB辐射+干旱处理对生物量和生长的影响存在相互作用。Bj6rn等认为水分胁迫诱导类黄酮的积累,两者协同促进其累积,这是产生相互作用的另一原因。Sullivan等报道在土壤水分状况良好时,UVB辐射明显影响大豆的产量和Pn ,而干旱处理掩盖了UVB辐射对Pn 和生长的抑制作用。另外,花粉产量、活力和萌发率以及授粉成功率同样是影响小麦繁殖特性的主要原因。

基金项目:国家自然科学基金(30870438);教育部新世纪人才计划项目(NCET070390);高等学校博士点基金项目(20070730013)

版权所有©365bet官网陇ICP备15002874号 主办:365bet体育在线投注
建议屏幕分辨率:1024x768 浏览器版本:IE8.0制作维护:365bet体育在线投注网络中心
邮编:730070 地址:兰州市安宁区农科院新村1号
XML 地图 | Sitemap 地图