淺析UV—B輻射增強(qiáng)的環(huán)境植物學(xué)效應(yīng)研究

劉晶晶?常文文+瑜

摘 要：從UV-B輻射增強(qiáng)對植物生理生化的影響、對植物生長發(fā)育的影響、對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響三方面展開了深入的探究工作，具體闡述了UV-B輻射增強(qiáng)對環(huán)境植物學(xué)所帶來的環(huán)境植物學(xué)效應(yīng)，同時提出了一些降低植物遭受UV-B輻射增強(qiáng)影響的措施。

關(guān)鍵詞：UV-B增強(qiáng)；環(huán)境植物學(xué)效應(yīng)；措施

自上世紀(jì)80年代科學(xué)家在南極上空當(dāng)中發(fā)現(xiàn)臭氧層出現(xiàn)空洞以來，全球臭氧濃度不斷降低，尤其是南極地區(qū)尤為明顯。有研究表明臭氧濃度下降1%，抵達(dá)地表的太陽紫外線輻射強(qiáng)度便升高2%。當(dāng)前UV-B輻射增強(qiáng)對植物生長所帶來的不利影響已經(jīng)愈發(fā)嚴(yán)重，植物生長的受限將會通過食物鏈影響到整個環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，由此所帶來的巨大危害難以估量。

一、對植物生理生化的影響

有研究人員認(rèn)為植物膜系統(tǒng)是受到UV-B輻射危害的靶位，其重要標(biāo)志物之一即為膜脂的過氧化。通過對遭受UV-B輻射影響的紫衫幼苗針葉的膜脂過氧化及其內(nèi)源保護(hù)系統(tǒng)開展研究分析，其中內(nèi)源保護(hù)功能的失衡是造成紫衫幼苗自由基清除水平降低，以及膜脂受損過氧化的主要原因，在利用外源活性氧清除劑，如苯甲酸鈉、抗壞血酸以及甲基紫精等對紫衫針葉實(shí)施處理以后，驗(yàn)證了上述猜想。有研究指出UV-B輻射增強(qiáng)能夠促使大豆的凈光合效率、氣孔傳導(dǎo)效率、蒸騰速率等大幅度降低，同時其對于光合作用所帶來的抑制性效果也要顯著超過蒸騰效用，此即代表UV-B輻射能夠基于抑制氣孔開度來促使氣孔傳導(dǎo)降低，促使二氧化碳的傳導(dǎo)效率減小，呈現(xiàn)為光合作用降低現(xiàn)象。還有研究結(jié)果顯示，UV-B輻射增強(qiáng)會導(dǎo)致黃瓜、大豆的暗呼吸效應(yīng)下降，體現(xiàn)出對于呼吸作用的一種限制性影響，同時其呼吸作用受到抑制影響和UV-B輻射增強(qiáng)之間有著顯著的時間契合。在最新的研究結(jié)論當(dāng)中，UV-B輻射增強(qiáng)不僅會對暗呼吸強(qiáng)度產(chǎn)生影響，還會對C3植物光呼吸產(chǎn)生干擾。另外，各物類種亦或是同類物種在不同葉位上的葉片，其在暗呼吸與光呼吸強(qiáng)度方面同樣表現(xiàn)出截然不同的現(xiàn)象，這也在某種程度上體現(xiàn)出了UV-B輻射對于呼吸作用所帶來的影響和植物種類及氣管發(fā)育時期呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。

二、對植物生長發(fā)育的影響

有研究表明UV-B輻射增強(qiáng)會導(dǎo)致大豆幼苗植株的生長高度、葉面表面積、水分及葉綠素含量等均有所下降，同時大豆的生長限制性還會伴隨著UV-B光照時間的長度及強(qiáng)度升高而不斷增大。經(jīng)研究表明UV-B輻射強(qiáng)度每提高10%便會造成小麥穗可孕小花數(shù)減少30%左右，分析其具體原因并非是因發(fā)育小花退化的可能性增加，而是由于發(fā)育小花數(shù)量明顯減少所導(dǎo)致的。UV-B輻射增強(qiáng)會促使小麥穗收成大大降低，其下降幅度約為12～21%左右，基本同產(chǎn)量下降幅度持平。UV-B輻射增強(qiáng)對小麥小花結(jié)實(shí)率并無明顯影響，和發(fā)育小花數(shù)量以及可孕小花數(shù)量做基數(shù)之時的結(jié)果完全相同。UV-B輻射增強(qiáng)可對絕大部分植物的離體花粉萌發(fā)率產(chǎn)生顯著的限制性影響，同時體現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)狀態(tài)。從自然種群的角度來看，植物可孕小花數(shù)量的減少勢必會造成植物收成以及種群動態(tài)發(fā)生改變，并由此致使種群間的競爭格局以及群落發(fā)展受到影響。

三、對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響

UV-B對于作物所產(chǎn)生的群體性影響大多體現(xiàn)在葉面積指數(shù)、株高、葉傾角、葉片方位角等指標(biāo)變化上。有研究指出，UV-B輻射增強(qiáng)會導(dǎo)致小麥群體性結(jié)構(gòu)以及單株葉面積大幅度下降。群體葉面積指數(shù)下降的核心原因即為UV-B輻射增強(qiáng)會致使葉片的增大；頁面垂直分布變化的整體發(fā)展趨勢是群體葉面積垂直分布逐漸向下偏移，上端葉面積指數(shù)占到整體葉面積指數(shù)的比例將會下降13%左右，中部基本不發(fā)生改變，而下端則會擴(kuò)大13%左右；另外小麥群體對于UV-B輻射增強(qiáng)和整體輻射反射及吸收也將產(chǎn)生明顯改變。以上有關(guān)小麥群體對于UV-B輻射增強(qiáng)所作出的適應(yīng)性調(diào)整，促使群體對于UV-B輻射反射作用大幅度升高，明顯降低了上部葉片對于UV-B輻射的吸收率，可減小UV-B輻射所帶來的不利損害。而中下部葉片由于上端葉片的遮擋，其所遭受的UV-B輻射水平還相對偏低。

四、結(jié)語

近些年來關(guān)于紫外線輻射增強(qiáng)對于植物所造成的影響，人們已經(jīng)開展了大量的研究工作，其具體包括了對植物生理生化、生長發(fā)育、生態(tài)系統(tǒng)三方面的研究。要降低UV-B輻射增強(qiáng)對植物生態(tài)所帶來的負(fù)面影響，最先應(yīng)當(dāng)采取的措施是逐步減少氟氯烴排放，促使臭氧層空洞能夠逐漸恢復(fù)；而后加強(qiáng)對物種抗性差異的研究，利用基因技術(shù)培育適合不同地理環(huán)境生長的抗輻射物種，合理規(guī)劃種植；最后是要依據(jù)群落學(xué)原理，采取立體化配置，促進(jìn)整體群落的抗輻射能力得以有效增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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本研究受到江漢大學(xué)科研啟動經(jīng)費(fèi)（1019-06040001）和湖北省自然科學(xué)基金青年基金（2016CFB630）的支持。