不同UV-B辐射增幅对稻田土壤酶活性、活性有机碳含量及温室气体排放的影响

UV-B辐射增强对整个农业生态系统产生不同程度的影响,为探讨不同UV-B辐射增幅对稻田土壤碳转化和温室气体排放的影响,在元阳梯田稻田原位种植农家水稻品种白脚老粳,通过人工模拟不同UV-B辐射增幅(0、2.5、5.0、7.5 k J·m~(-2)),研究不同UV-B辐射增幅对水稻生长期稻田土壤碳转化酶活性、活性有机碳含量和CH_4、CO_2、N_2O排放的影响。结果表明,5.0 k J·m~(-2) UV-B辐射处理导致稻田土壤纤维素酶活性显著增加,增幅范围为15.4%—37.7%;而7.5 k J·m~(-2) UV-B辐射导致土壤碳转化酶(纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)活性显著降低。UV-B辐射增强导致土壤溶解性有机碳含量显著增加,而易氧化有机碳和微生物量碳含量减少。3个强度的UV-B辐射增幅处理均使稻田CH_4排放量显著减少,降幅范围为7.5%—30.6%;5.0 k J·m~(-2) UV-B辐射处理显著增加稻田CO_2、N_2O排放量,而7.5 k J·m~(-2) UV-B辐射导致稻田CO_2、N_2O排放降低;综合而言,UV-B辐射增强导致稻田3种温室气体的全球增温潜能降低。此外,土壤中多酚氧化酶活性与微生物量碳、易氧化有机碳含量呈显著正相关(P0.05),CH4排放通量与微生物量碳含量呈极显著正相关(P0.01)。可见,随UV-B辐射增强稻田土壤多酚氧化酶活性降低,进而减少易氧化有机碳和微生物量碳含量,最终导致稻田CH_4排放减少、CO_2和N_2O排放增加。     

UV-B辐射增强对紫茎泽兰和艾草生长形态及竞争效应的影响

为了解外来入侵植物紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum L.)与本地土著植物艾草(Artemisia argyi Levl)在UV-B辐射增强条件下生长形态和竞争关系的变化,以这两种植物为试验材料,以自然光为对照进行5周UV-B辐射增强实验和2周恢复实验,并测定和分析植株形态指标(株高、叶片鲜重、叶长、叶宽和叶面积)、叶片解剖结构(上下表皮、栅栏组织和海绵组织)和竞争能力指标(株高、叶生物量和茎生物量).结果显示:艾草叶片鲜重和叶面积在辐射前两周显著减小(P0.05)和极显著减小(P0.01),株高没有差异,而紫茎泽兰的株高、叶鲜重和叶面积在辐射期间都明显减小,且恢复实验时仍差异显著.艾草叶片厚度在UV-B辐射下极显著增大(上表皮、栅栏组织和海绵组织极显著增大),紫茎泽兰叶片变厚但不明显,恢复实验时显著减小,叶片解剖结构表明UV-B辐射使两类杂草叶片细胞间隙变大.UV-B辐射对紫茎泽兰生物量的抑制比较显著,对艾草生物量的抑制在混种时显著;在UV-B辐射下,紫茎泽兰和艾草的相对生物量分别为1.03和0.81,在自然状态下分别为0.91和0.97,两者的相对生物量总和不变,为0.94.本研究表明艾草对UV-B辐射的形态抗性较强,UV-B辐射刺激了紫茎泽兰的种内竞争,也降低了艾草的种间竞争能力,但无论在自然条件下还是UV-B辐射增强条件下艾草的种间竞争能力都比紫茎泽兰强,但不足以淘汰对方.     

UV-B辐射增强对不同大麦品种生理特性的影响

通过大田试验,研究了UV-B辐射增强对不同生育期3个大麦(Hordeum vulgare)品种光合和蒸腾生理特性的影响。试验设对照(自然光)和辐射增强(辐照强度14.4 kJ.m-2.d-1)2个UV-B辐射水平。结果表明,UV-B辐射增强明显抑制大麦光合作用和蒸腾作用。与对照相比,UV-B辐射增强可降低叶片叶绿素含量、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率,但对胞间CO2摩尔分数基本没有影响。不同大麦品种对UV-B辐射增强响应的敏感性存在差异,单2号对UV-B辐射增强较为敏感,而苏啤4号较不敏感。     

紫外辐射对灯盏花附生、内生细菌数量的影响及机理

采用大田研究方法,模拟5.0kJ·m~(-2)紫外辐射(UV-B,280～315nm)增强对灯盏花Erigeronbreviscapus附生、内生细菌数量、优势种群以及类黄酮、游离氨基酸、可溶性蛋白、淀粉和可溶性糖含量的影响.UV-B辐射极显著减少灯盏花苗期叶和花期根与叶附生细菌数量(p<0.01),显著减少灯盏花果熟期根与叶附生细菌数量(p<0.05).极显著减少灯盏花苗期根与叶和花期叶与茎及果熟期茎内生细菌的数量,果熟期根内生细菌数量显著增加.灯盏花附生细菌优势种群为芽孢杆菌Bacillus和欧文氏菌Erwinia,内生细菌优势种群为芽孢杆菌;UV-B辐射可导致灯盏花附生和内生细菌优势种群数目减少.UV-B辐射还会使灯盏花生理指标发生变化,直接导致灯盏花附生细菌数量的减少,可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白含量与附生细菌数量呈显著正相关(p<0.05).UV-B辐射增加灯盏花各部位类黄酮含量,间接影响灯盏花内生细菌数量,根类黄酮含量与内生细菌数量呈极显著正相关(p<0.01).     

Laser Radiation Can Retard Leaf Senescence of Isatis Indigotica Seedlings Exposed to Elevated UV-B

以菘蓝(Isatis indigotica Fort)幼苗为实验材料,比较研究了He-Ne激光对增强UV-B(辐射强度:10.08kJ·m-2;照射时间8h·d-1;共照射8d)辐射损伤菘蓝叶片衰老的延缓作用.结果表明:与对照相比,UV-B辐射可导致环丁烷嘧啶二聚体(CPD)形成,显著降低蛋白酶、转氨酶、游离氨基酸、可溶性蛋白质含量,同时降低了叶绿素含量、气孔导度、水分利用率和生物量;而菘蓝幼苗经UV-B辐射处理后再用激光辐照(波长:633nm;功率密度:5.23mW·mm-2;束径:1.5mm;照射时间:5min·d-1),叶片中CPD含量显著降低,蛋白酶、转氨酶、游离氨基酸、可溶性蛋白质含量、叶绿素含量、气孔导度、水分利用率和生物量与单独UV-B处理组相比显著提高.上述结果表明激光辐照可以显著延缓UV-B损伤菘蓝叶片的衰老。     

连续2年UV-B辐射增强对传统水稻品种群体磷、钾累积及异质性特征的影响

UV-B辐射增强作为全球环境问题之一,UV-B辐射增强对全球物质循环产生的影响受到广泛的关注。为了评估持久稳定农田生态系统营养元素在高海拔和高UV-B辐射背景下对UV-B辐射的响应,在元阳梯田大田条件下,通过2年连续UV-B辐射处理(0和5.0 k J·m-2·d-1),原位研究低纬度高海拔区稳定持续稻田生态系统中传统水稻(Oryza sativa)品种(月亮谷-YLG和白脚老粳-BJLJ)对P素和K素的群体累积特征及其异质性分配规律。结果表明:(1)2年连续UV-B辐射,2个水稻品种的叶、茎、根、籽粒和总生物量显著下降8.1%~61.3%。(2)除月亮谷茎中P累积量下降外,2个水稻品种不同部位P含量、群体累积量和群体累积总量均表现出增加的趋势,其中叶片P累积量显著增加了39.0%~46.2%,籽粒P累积量显著增加了39.1%~66.7%。(3)2个水稻品种的茎和根K含量和群体累积量增加。除2012年白脚老粳K总累积量降低外,UV-B辐射导致K累积总量增加5.5%~28.2%。月亮谷籽粒K累积量增加,白脚老粳籽粒K累积量降低。总之,连续2年UV-B辐射使传统水稻品种对P和K素的群体累积增加,水稻从叶片P素代谢、茎秆抗性和种子营养储备等方面产生响应。     

增强UV-B辐射和CO2倍增的交互作用对蚕豆幼苗的保护酶活性及脂质过氧化作用的影响

在4．52kJ m^-2 d^-1 UV-BBE的UV-B辐射和700μmol mol^-1的CO2浓度人工模拟复合处理下,研究了蚕豆(Vicia faba L.)幼苗的紫外吸收物含量、保护酶活性和抗氧化物质含量的变化,结果表明,在UV-B辐射和CO,的单独和复合胁迫下,紫外吸收物的含量均升高,而在复合胁迫下达到最大;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性在UV-B辐射下降低,在CO2和复合胁迫下增强;丙二醛(MDA)的含量在UV-B辐射下提高,在CO2胁迫下降低,在复合胁迫下接近对照;抗坏血酸(AsA)含量在UV-B辐射下降低,在CO,和复合胁迫下增加,这表明CO2倍增能提高蚕豆对增强UV-B辐射伤害的防御能力,而蚕豆体内保护酶体系(SOD、POD、CAT)、抗氧化物质(AsA)和紫外吸收物是其在高浓度CO2下增强抗UV-B辐射能力的内在基础,图1参24     

UV-B辐射下悬沙对小球藻生长和DNA损伤的影响

研究了UV-B辐射(17μW cm-2,5 min/d)下不同浓度(0、100和1 000 mg L-1)和粒径组成(全粒径组和粒径<38μm组)的悬沙对小球藻(Chlorella sp.)生长和DNA损伤的影响.结果显示,小球藻的生长可用Logistic增长模型拟合,拟合后的生长参数表明悬沙的"遮荫效应"减轻了UV-B辐射对小球藻细胞的DNA损伤,从而对小球藻生长产生正影响.悬沙浓度越高,UV-B辐射对小球藻细胞DNA损伤程度越低,小球藻的环境负载能力a和瞬时增长率K越大.当悬沙浓度为100 mg L-1时,全粒径组a值和K值小于粒径<38μm组,且两组间小球藻细胞DNA损伤差异显著(P<0.05),但当悬沙浓度达1 000 mg L-1时,全粒径组a值和K值大于粒径<38μm组,两组间细胞的DNA损伤无显著差异(P>0.05).图3表2参24     

增强UV—B辐射对丹参产量和品质的影响

增强UV-B辐射可使植物体内次生物质代谢发生变化,但其变化强度和方向是否有利于作物经济产量增加仍有待于进一步研究.文章在田间条件下研究日辐射4 d(T1)和8 h(T2)对药用植物-丹参(Salvia miltiorrhiza Bge.)生长、发育和次生代谢物质的影响,并就增强UV-B辐射是否能提高丹参药用有效成分进行了初步探讨.与自然光照射相比,处理T1和T2丹参收获后地上部干物质量分别下降25%和38%,地下部干物质量分别降低19%和57%.与自然光照射相比,增强UV-B辐射处理明显增加丹参叶片类黄酮物质含量,收获期丹参根部水溶性有效成分含量-迷迭香酸和丹酚酸B分别增加6%和3%5%,脂溶性有效成分含量-丹参酮I、隐丹参酮和丹参酮IIA分别降低8%,17%和4%8%.增强UV-B辐射对丹参的生长、发育和次生代谢物质产量的影响随着丹参生育进程的发展而有所缓解,说明丹参对增强UV-B辐射具有较强的自我调节和恢复能力.综上所述,增强UV-B辐射可明显的影响丹参的生长、降低生物学产量,改变体内次生代谢物质变化,其对药用有效成分有选择性的诱导决定了增强UV-B辐射可部分改变丹参的药用价值.     

UV-B辐射对设施桃结果枝同化物转运和分配的影响

以6年生设施栽培‘春捷’毛桃(Prunus persica cv.Chunjie)为试材,设对照和补充UV-B辐射的低、中、高剂量3个处理,在果实成熟后对果实单果重、可溶性固形物含量和可溶性糖含量进行测定;在果实发育不同时期饲喂14C标记的CO2,并采样由中国科学院原子能利用研究所对样品14C放射性活度(cpm值)进行测定;研究了不同剂量UV-B辐射对设施桃树果实不同发育时期光合碳同化产物转运和分配特性的影响.结果表明:(1)果实膨大期,碳同化物向果实中分配比例最高的是低强度辐射处理,达到54.67%,向营养器官中分配比例最高的是中强度处理,为58.98%;硬核期,果肉对碳同化物的竞争能力最强的是高强度处理,分配比例为31.73%;果实着色期促进碳同化物向果肉中转运的效果最显著的则是中强度处理,分配比例达到87.88%.(2)通过补充外源UV-B辐射,设施桃果实单果重、可溶性固形物含量及可溶性糖含量均有显著提高.综上,光合碳同化物在设施桃树各器官中的转运和分配受果实发育时期影响;补充UV-B辐射可以增强果实对光合碳同化物的竞争能力,从而导致光合碳同化物在果实中的分配比例增加.     

UV-B辐射与酸雨胁迫对生菜生理特性及品质的影响

酸雨和紫外辐射的增强是全球环境问题之一,也是目前研究的热点。以生菜(lactuca)为实验材料,在大田条件下,研究了UV-B(280~320nm)辐射与模拟酸雨(AR)的胁迫对生菜生理特性和品质的影响。实验结果表明:UV-B辐射的增加降低了生菜植株的蒸腾速率、叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a b的质量分数,且下降幅度随紫外辐射的增强而增大。UV-B辐射的增加提高了生菜叶片中类黄酮的含量,其增加幅度随紫外辐射的增强而增大。酸雨对生菜的蒸腾速率、叶绿素的质量分数也均有不同程度的影响,酸雨对类黄酮含量的影响不大.品质研究结果表明,随着UV-B辐射的增加,叶片中的水的质量分数持续降低,而抗坏血酸、可溶性糖、可溶性蛋白质的质量分数均先增加后减小,说明存在一个使品质发生突变的阈值范围.酸雨使得生菜中抗坏血酸的质量分数增加,并且增加幅度随pH值的减小而增大;随着酸雨酸度增强,植株中水质量分数持续降低;酸雨使生菜中可溶性糖、可溶性蛋白质的质量分数先减小后增加。在UV-B和酸雨的共同作用下,只有对类黄酮的影响具有明显的协同作用,其他指标表现不明显,但是可以看出复合作用下指标含量下降幅度明显大于单一因子的胁迫,并且下降幅度受UV-B辐射强度和酸雨pH的影响。     

近5年增强UV-B辐射对植物影响的研究进展

综合分析了近5年增强UV-B辐射对植物影响的最新研究进展.结果发现近5年来增强UV-B辐射对植物影响的研究明显具有以下趋势:1)增强UV-B辐射对植物个体影响的研究总体上趋于减少;2)对植物信号转导的研究日益增多;3)植物对增强UV-B辐射胁迫的防卫机制和伤害修复研究仍是重点,但更偏重于防卫机制方面的研究;4)更加重视对植物群体及生态系统影响的研究;5)增强UV-B辐射与其它因子(环境背景因子和污染胁迫因子)的复合作用研究成为新的热点和重点.根据近5年的研究进展,推断在今后一段时间内,有关增强UV-B辐射对植物和生态系统影响的研究还会加强,信号转导、分子水平机理以及增强UV-B辐射与其它因子的复合作用研究可能是今后的研究热点.     

增强UV-B辐射对植物的影响

综述了大气臭氧层的减少是影响地面UV-B辐射增强的主要因素,并进一步简述了增强UV-B辐射对陆生植物影响的最新研究进展。UV-B辐射一方面在分子水平上直接或间接地损害植物的DNA分子和蛋白质的结构,从而影响植物的各种生理生化过程影响;另一方面对植物的形态学特征(如叶表皮结构和花的形态结构等)产生广泛的影响。过强的UV-B辐射穿过叶表皮后直接对植物的光合系统、膜系统和植物生长调控激素等方面产生影响,从而会在植株个体、种群和生态系统等层次上表现出来。增强UV-B辐射作为全球变化因子,可导致敏感植物种类的死亡或退化,较能忍耐UV-B辐射的耐荫树种比阳生树种的适应性更强,能竞争到更多的利用资源,因此,在全球UV-B辐射增强下阳生树种可能会提早退出植物群落,这对森林群落的演替更新会起着重要的作用。文章还综述了UV-B辐射与其它污染胁迫因子和环境因子的复合作用共同对植物产生的影响,以及植物对UV-B辐射的防御和修复等防护对策,提出了今后要加强对生态系统的大尺度、长时间的宏观研究,以及开展增强UV-B辐射对地下生态学,对DNA的修复与表达机理,对植物信号接收和传导的新途径等方面的研究。     

UV-B辐射增强对苹果炭疽菌生长特性及其过氧化氢酶活性的影响

在UV-B辐射增强条件下,在UV-B不同剂量率和不同剂量作用下,研究了苹果炭疽菌(Colletrotrichum gloeosporioildes)菌丝的生长速率、产孢性状、分生孢子的萌发特性和过氧化氢酶活性.实验得出,菌落直径、菌丝体干质量、产孢量、分生孢子的萌发及过氧化氢酶(CAT)活性受UV-B的促进,促进作用与剂量率即单位时间内的辐射剂量呈正相关,同一剂量率的不同剂量对苹果炭疽菌的影响没有显著差异.结果表明,UV-B辐射增加,促进了苹果炭疽的生物积累,抗逆性增强,诱导了抗氧化防御系统过氧化氢酶活性,UV-B对苹果炭疽菌的作用不呈累积效应.     

增补UV-B辐射下南亚热带森林建群树种叶片对UV-B辐射的防护

研究了我国南亚热带森林5种建群树种UV-B辐射诱导的UV-B吸收物质(在280～320 nm波长下测定)的积累及抗UV-B辐射的可能性保护机制.增补UV-B辐射下,马尾松(Pinus massoniana)针叶的甲醇可溶性提取物和细胞壁的碱提取酚类的含量明显高于正常水平的光辐射下.红椎(Castanopsis hystrix)和厚壳桂(Cryptocarya chinensis)叶片的这些化学物质也升高,意味着增补UV-B辐射刺激UV-B辐射吸收物质的生成,形成抗UV-B辐射的功能性保护结构.然而,自然光下已含有大量细胞壁碱提取酚类的荷木(Schima superba)和藜蒴(Castanopsis fissa),这些化合物在增补UV-B辐射下则见下降,很有可能表皮层细胞壁碱提取酚类被转移到含有较低甲醇可溶性色素的液胞可溶性化合物里,这一现象意示着可能涉及叶肉组织光合机构的保护策略.增补UV-B下,马尾松针叶的叶绿素a和b含量不受影响,而其他4种阔叶树叶片则下降10.7% 到16.8%不等.胡萝卜素对增补UV-B辐射的响应变化不一,红椎和荷木的胡萝卜素水平下降,而马尾松、厚壳桂和藜蒴的胡萝卜素则上升,后者也许与功能性增加激发能耗散有关.结果显示,自然条件下不同树种展示出不同的驯化策略以形成抗UV-B辐射增加的防护机制.表4参29     

UV-B辐射对2个水稻品种幼苗稻瘟病的影响及机理初探

通过盆栽试验研究增强UV-B辐射和稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)联合作用对水稻(Oryza sativa L.)幼苗生长和病害的影响.试验采用4个UV-B辐射强度(0、2/5 kJ·m-2、5.0 kJ·m-2和7.5 kJ·m-2)和两个稻瘟病菌生理小种(Y98-16T和Y99-63C)对2个水稻品种(黄壳糯和合系41)进行处理,以及4个UV-B辐射强度对2个稻瘟病菌生理小种处理.测定水稻的株高、生物量和病情指数,以及稻瘟病菌菌落生长速率的变化.结果表明:(1)增强UV-B辐射7 d再接种稻瘟病菌处理与只接种稻瘟病菌处理相比,导致2个水稻品种病情指数显著降低,最大降幅为2.5 kJ·m-2-Y98-16T处理后的合系41,达83.5%,病害明显减轻.这可能是UV-.B辐射诱导水稻形态结构和生理生化发生一定的变化,抵御病害的能力加强.(2)先接种稻瘟病菌Y98-16T再进行不同的UV-B辐射与只接种稻瘟病菌的处理相比,黄壳糯和合系41的病情指数均显著升高,最大增幅为Y98-16T-7.5 kJ·m-2处理后的合系41,达53.7%,病害加剧,且利用UV-B直接辐射稻瘟病菌Y98-16T,其生长速率总体上呈显著增加.(3)接种稻瘟病菌Y99-63C后进行不同的UV-B辐射与只接种稻瘟病的处理相比,2个水稻品种的病情指数均没有显著变化,总体上,UV-B辐射对稻瘟病菌Y99-63C的生长速率没有影响.     

紫外辐射增强对玉米地上部分与根系生长的影响比较

在大田试验条件下,运用t检验和紫外线反应指数,分析研究了UV-B辐射增加对玉米(Zea mays L.)地上部分和地下部分生长的影响,结果表明:UV-B辐射增加对玉米成苗期的地上部分和根系都有显著的影响,其中对根系的影响程度显著大于地上部;UV-B辐射增加对玉米苗期(三叶期前)的地上部分有显著的影响,而对根系的生长影响未达到显著水平。对于更全面地了解UV-B辐射增强对农作物的影响及其机理具有一定的参考价值。     

增强UV-B辐射下一氧化氮对小球藻氮素代谢和类囊体的保护作用

由于到达地球表面的紫外线B辐射不断加强,生物生长受到了威胁.UV-B的增强改变了生物体赖以生存的环境,影响了藻类生物生长,抑制了其光合作用.以BG11为培养基,在室内培养的条件是光照强度为60 μmol·m-2s-1(昼夜比为12 h:12 h),温度为26℃,研究了一氧化氮(NO)在增强uv-B(强度为0.2J·m-2s-1)辐射下的对小球藻的作用.测定了小球藻的硝酸还原酶(NR,nitrate reductase)、亚硝酸还原酶(NiR,nitrite reductase)、谷胱甘肽还原酶(GS,glutamine synthetase)、谷氨酸一草酰乙酸转氨酶(GOT,Glutamine aminotransferase)的活性变化,并对小球球藻进行了显微结构观察.结果显示:在增加UV-B辐射下,一氧化氮能够提高其氮素代谢酶类活性,保护内囊体膜避免UV-B的损伤.结论是UV-B辐射下一氧化氮对小球藻具有保护作用.     

微波处理对UV-B损伤菘蓝幼苗非酶类抗氧化剂生物合成的影响

采用微波预处理菘蓝(Isatis indigotica Fort)种子,待种子出土萌发后进行uv.B辐射(10.08 kJ m-2 d-1,PAR=220μmol m-2 d-1)处理 6 d,研究了经不同时间微波辐照后菘蓝种子发育而成的幼苗在UV-B辐射下非酶类抗氧化剂(紫外吸收物质、花青素甙、谷胱甘肽、抗坏血酸和脯氨酸)的生物合成情况.结果显示,在UV-B辐射条件下,4种微波预处理均能不同程度促进紫外吸收物质、花青素甙、谷胱甘肽、抗坏血酸和脯氨酸的生物合成,降低丙二醛含量,增强幼苗对UV-B伤害的抗性.这表明,适当时间的微波预处理可以提高植物对增强UV-B辐射的抵抗能力,与此同时,过长时间微波处理也会抑制植物的生理生化代谢和非酶类抗氧化剂的生物合成,加重对植物的伤害.因此,微波具有相悖的防护效应,在生物学上应用时其剂量的大小十分关键.     

UV-B增强对番茄的伤害及H2O2的防护作用

UV-B辐射使番茄叶片的叶绿素a,叶绿素b及总叶绿素含量先升高后降低,同样使叶片的抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性先升高随后降低,而使超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,膜脂过氧化产物MDA的含量增加;中等剂量(5mmol*l-1)的H2O2预处理能提高叶绿素b的含量,明显提高抗氧化酶的活性,并延缓CAT活性的降低,抑制膜质过氧化产物MDA的产生.中等浓度H2O2预处理能提高番茄对UV-B增强的抗性.