UV-B輻射對遠(yuǎn)志生長和生產(chǎn)力的影響

王曉鋒，吳 洋，崔 茜，柴永福，岳 明，房敏峰

(西部資源生物與現(xiàn)代生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710069)

平流層臭氧稀薄導(dǎo)致到達(dá)地面的中波紫外輻射(UV-B,280～320 nm)增加，對人類、植物、動(dòng)物和生態(tài)系統(tǒng)均有影響[1-3]。研究表明，UV-B輻射量的增加會(huì)影響植物的生長發(fā)育，并造成形態(tài)特征、生產(chǎn)力的改變[4-7]。目前國內(nèi)外對此做了大量研究，但其對遠(yuǎn)志的影響未見報(bào)道。遠(yuǎn)志為遠(yuǎn)志科植物細(xì)葉遠(yuǎn)志PolygalatenuifoliaWilld.或卵葉遠(yuǎn)志P.sibiricaL.的干燥根[8]，在抗癡呆、腦保護(hù)、抗抑郁、祛痰鎮(zhèn)咳、心腦血管保護(hù)等方面具有良好活性[9]。細(xì)葉遠(yuǎn)志為藥材遠(yuǎn)志的主流，其野生資源幾近枯竭，目前市場流通主要為其栽培品。本文通過改變大田栽培細(xì)葉遠(yuǎn)志幼苗的UV-B輻射劑量，對細(xì)葉遠(yuǎn)志幼苗生長進(jìn)行研究，以期探討UV-B輻射對遠(yuǎn)志幼苗生長的影響。

1 材料與儀器

1.1 材料

細(xì)葉遠(yuǎn)志種子2011年4月購于陜西合陽。選擇健康飽滿的遠(yuǎn)志種子于2011年5月播種于花盆(直徑為35 cm、盆高25 cm)中，置于西北大學(xué)生物園內(nèi)，每盆土凈重為11.5 kg，土壤類型為沙壤土，田間最大持水量為23%～25% ，并施以適量的氮肥和鉀肥，置于自然條件下生長，并依照遠(yuǎn)志產(chǎn)地栽培方法,進(jìn)行日常田間管理[10]。

1.2 儀器

FA2004萬分之一電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)；TGL-16G高速離心機(jī)(上海安寧科學(xué)儀器公司)；雙通道UV-B紫外輻射計(jì)(北京師范大學(xué)光電儀器廠生產(chǎn))；40 W中波紫外燈(購置于北京電光源研究所，發(fā)射光譜的主峰值為308 nm)；可調(diào)式燈架；DY89-1型電動(dòng)玻璃勻漿機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)；SONY DSC-F717索尼數(shù)碼相機(jī)(日本索尼公司)；DZF-6050型真空干燥箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)。

2 方 法

2.1 UV-B輻射方法

待幼苗生長至8～10 片真葉時(shí)開始進(jìn)行UV-B輻射，共計(jì)60 d。UV-B輻射分為濾光(NT)、空白(自然條件下，CK)、輻射三種劑量(T)。分別將可調(diào)高度的燈架置于UV-B輻射組遠(yuǎn)志植株的正上方，將燈管到植株頂端的距離保持在60 cm；或采用聚乙烯三層復(fù)合膜覆蓋于植株上方濾除自然光中的紫外輻射。UV-B輻射強(qiáng)度采用雙通道UV-B紫外輻射計(jì)(297 nm)測定，從植株頂部計(jì)：濾光組(NT)為2 μW/cm2，空白組(CK)為12 μW/cm2，輻射組(T)為20.8 μW/cm2。每日9:00開始輻射，同日17:00結(jié)束，陰雨天暫停照射，處理期間定期采樣測定。

2.2 測定方法

分別采集處理第 30 天、第45 天、第60 天遠(yuǎn)志植株各10 株，分別測定其地上、地下部分鮮重，迅即105 ℃殺青20 min，80 ℃烘至恒重，測定地上、地下部分干重及主根側(cè)根重，計(jì)算根冠比。處理結(jié)束后，隨機(jī)采集遠(yuǎn)志植株頂端葉片各45片，置于坐標(biāo)紙上(25 cm×25 cm)并用玻璃板壓平，使用數(shù)碼相機(jī)微距模式下平行拍攝，計(jì)算各組葉面積。

2.3 數(shù)據(jù)處理

使用Motic Images Plus 2.0進(jìn)行葉面積圖像分析，使用Excel2007軟件對各實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用GraphPad Prism 5生物統(tǒng)計(jì)分析軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較和作圖。

3 結(jié) 果

3.1 UV-B輻射對遠(yuǎn)志葉面積的影響

經(jīng)過6天處理后，輻射組(T)葉片有輕微褪綠現(xiàn)象，葉片邊緣卷曲，葉面積下降37.4%，顯著小于濾光組(NT)和空白組(CK)(p<0.01，n=45)，而濾光組(NT)和空白組(CK)則沒有明顯差異(p﹥0.05，n=45)(見圖1)。

圖1 UV-B輻射對遠(yuǎn)志葉面積的影響

3.2 UV-B輻射對遠(yuǎn)志生物量的影響

連續(xù)采樣處理后第30天、45天和60天樣品，測定結(jié)果顯示，第30天和45天，三組遠(yuǎn)志地上地下生物量無顯著差異(p>0.05，n=10)，總體有緩慢上漲趨勢，而第60天空白組(CK)生物量顯著高于濾光組(NT)和輻射組(T)(p<0.05，n=10)，濾光組(NT)及輻射組(T)遠(yuǎn)志地上和地下部分生物量有減小趨勢，結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 不同UV-B輻射劑量組遠(yuǎn)志地上和地下部分鮮重變化

圖3 不同UV-B輻射劑量組遠(yuǎn)志地上和地下部分干重變化

3.3 UV-B輻射對遠(yuǎn)志根冠比的影響

處理第30天三組處理遠(yuǎn)志根冠比無顯著性差異(p>0.05，n=10)，處理第45天輻射組(T)根冠比顯著增大(p<0.05,n=10)，濾光組(NT)及空白組(CK)根冠比有輕微下降趨勢，處理第60天輻射組(T)根冠比下降，但三組根冠比均無顯著性差異(p>0.05，n=10)(見圖3.4)。

圖4 不同UV-B輻射劑量組遠(yuǎn)志根冠比

3.4 UV-B輻射對遠(yuǎn)志生物量的影響

處理第30天濾光組(NT)和輻射組(T)主根所占地下部分的比率高于空白組(CK)，處理第45天三組遠(yuǎn)志主根比無顯著差異(p>0.05，n=10)，到處理第60天，濾光組(NT)主根比顯著低于空白組(CK)和輻射組(T)(p<0.05，n=10)。結(jié)果見圖5。

圖5 不同UV-B輻射劑量組遠(yuǎn)志主根比

4 討論和結(jié)論

UV-B輻射對植物生長具有直接影響。研究表明，許多敏感植物在UV-B輻射下生長和生物量積累都明顯降低[11]。蠶豆幼苗在增加UV-B輻射強(qiáng)度下，植株矮化達(dá)50%以上，葉面積減小，干物質(zhì)量減少23.3%～61.49%[12]。增強(qiáng)UV-B輻射極顯著降低甘草幼苗生物量且致使幼苗下胚軸及胚根外部顏色明顯發(fā)生變化，呈黃褐色[13]。葉片是植物接受光照的主要器官，最易受影響，UV-B輻射下葉片發(fā)生卷曲、葉面積減小等現(xiàn)象是一種光形態(tài)建成的響應(yīng)，有助于減小暴露在紫外輻射下葉片面積，是植物的一種避害性方式[11]。生物量的積累是權(quán)衡UV-B輻射對植物生長的重要指標(biāo)，高強(qiáng)度紫外輻射會(huì)破壞光合系統(tǒng)，引起植物代謝的改變而影響植物生長和生物量分配[7]。本實(shí)驗(yàn)中，藥用植物遠(yuǎn)志PolygalatenuifoliaWilld.在增加紫外輻射下，葉面積減小、植株生長緩慢，葉片形態(tài)和生物量分配改變，因此長期增加紫外輻射不利于遠(yuǎn)志植株的發(fā)育。而濾除紫外輻射后，遠(yuǎn)志植株生長緩慢，主根比顯著下降，不利于藥用部位的形成。

綜上所述，過高或過低的紫外輻射均不利于藥用植物遠(yuǎn)志PolygalatenuifoliaWilld.的生長發(fā)育。

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