UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)元陽(yáng)梯田地方水稻葉片氮代謝及產(chǎn)量的影響*

謝春梅，李 想，盛建軍，張彥雪，何永美，李 元，祖艷群

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 學(xué)生處，云南 昆明 650201)

大量氟氯烴化合物的排放消耗了平流層的臭氧，造成臭氧層衰減，進(jìn)而導(dǎo)致大氣層吸收UVB 輻射(280～315 nm)的能力減弱，地表UV-B 輻射增強(qiáng)成為全球面臨的嚴(yán)峻環(huán)境問(wèn)題之一[1-2]。UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生理都有不同程度的影響，主要表現(xiàn)在外部形態(tài)的變化、DNA 損傷、光合系統(tǒng)被破壞、內(nèi)源激素含量的改變及生物量和產(chǎn)量下降[3-5]。氮素是水稻體內(nèi)各種酶、激素等功能蛋白以及葉綠素、核酸、磷脂等結(jié)構(gòu)物質(zhì)的重要構(gòu)成成分，氮代謝作為植株最重要的代謝之一，參與到生命活動(dòng)中物質(zhì)代謝和能量代謝的多個(gè)重要環(huán)節(jié)[6]。氮素是植物體的重要組成元素之一，影響著植物新陳代謝和體內(nèi)的資源分配。氮代謝是植物生命活動(dòng)中最重要也是最基本的生理代謝之一，不僅影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，而且很大程度上決定著產(chǎn)量和品質(zhì)[7-9]。硝酸還原酶(nitrate reductase，NR)、谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase，GS)與谷氨酸合成酶(glutamate synthase，GOGAT)等氮代謝關(guān)鍵酶活性除了受作物自身遺傳基因決定外，對(duì)光照、溫度和氮素形態(tài)等外界環(huán)境條件非常敏感[10]。UVB 輻射增強(qiáng)影響植物的氮代謝過(guò)程，導(dǎo)致NR、GS和GOGAT 等氮代謝關(guān)鍵酶活性及主要含氮物質(zhì)如可溶性蛋白、總氨基酸等含量發(fā)生變化[11-13]，進(jìn)而影響產(chǎn)量及品質(zhì)[14-15]。

水稻(Oryza sativaL.)作為中國(guó)主要的糧食作物之一，關(guān)于UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻氮代謝的影響也有一些研究[9]，但是大多數(shù)研究使用的水稻品種都是通過(guò)現(xiàn)代雜交育種技術(shù)育成的，水稻生長(zhǎng)受環(huán)境影響很大，易退化，很難與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化而形成抗性，不適宜開(kāi)展大田UV-B 輻射增強(qiáng)的長(zhǎng)期試驗(yàn)；而且試驗(yàn)基本是在控制或半控制試驗(yàn)條件下進(jìn)行的，缺乏大田原位種植條件下的研究，然而大田種植條件下長(zhǎng)期UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)植物的影響具有累積效應(yīng)[9-10,16]。此外，水稻生長(zhǎng)過(guò)程中施用大量的農(nóng)藥與化肥也使得其中的生物群落處在不斷的變化之中，導(dǎo)致現(xiàn)代品種的稻田生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定[17]。

云南元陽(yáng)梯田地處滇南低緯度哀牢山區(qū)，是一個(gè)穩(wěn)定、可持續(xù)的稻田生態(tài)系統(tǒng)的典型代表，生長(zhǎng)于該梯田的水稻品種具有近300 多年種植歷史，對(duì)環(huán)境和氣候變化的適應(yīng)能力強(qiáng)、遺傳穩(wěn)定，且當(dāng)?shù)厮驹诜N植生長(zhǎng)過(guò)程中，稻田不施用任何化肥和農(nóng)藥，無(wú)明顯病蟲(chóng)害，產(chǎn)量較為穩(wěn)定[18]。目前，在大田種植條件下，UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)元陽(yáng)傳統(tǒng)水稻氮代謝的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以元陽(yáng)梯田傳統(tǒng)水稻品種白腳老粳作為研究對(duì)象，在元陽(yáng)梯田進(jìn)行大田原位種植，通過(guò)模擬不同強(qiáng)度UV-B 輻射強(qiáng)度處理，研究不同UV-B 輻射強(qiáng)度對(duì)元陽(yáng)傳統(tǒng)水稻不同生育期葉片NR、GS 和GOGAT 等氮代謝關(guān)鍵酶活性和可溶性蛋白和總氨基酸含量的變化特征，為大田種植條件下持續(xù)穩(wěn)定稻田的實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于云南省元陽(yáng)縣新街鎮(zhèn)箐口村梯田，海拔1 600 m，N23°7′15.8″、E102°44′45.6″。該地地處滇南低緯度哀牢山山脈南部，屬山地季風(fēng)氣候，多雨濕潤(rùn)，年平均溫度15 ℃，年平均降水量1 397.6 mm。稻田土壤類(lèi)型為潛育型，pH 值為6.45，有機(jī)質(zhì)含量為26.8 g/kg，全氮、全磷和全鉀含量分別為2.42、0.75 和6.07 g/kg，堿解氮含量為67.5 mg/kg，速效磷和速效鉀含量分別為20.7 和150.1 mg/kg[19]。

1.1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為元陽(yáng)梯田地方傳統(tǒng)水稻(Oryza sativaL.)品種白腳老粳，在當(dāng)?shù)匾延?00 多年的種植歷史，是當(dāng)?shù)刂饕耘嗥贩N之一。水稻種子來(lái)源于元陽(yáng)縣新街鎮(zhèn)農(nóng)科站。2017 年3 月18 日播種育苗，5 月15 日移栽至試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)。水稻生長(zhǎng)期內(nèi)不施用任何農(nóng)藥和化肥，整個(gè)生育期處于淹水狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及UV-B 輻射處理

在每行水稻正上方設(shè)置升降燈架，懸掛1 支40 W 的UV-B 燈管(北京，UV308，光譜為280～320 nm，北京電光源研究所提供)進(jìn)行增強(qiáng)UVB 輻射處理并用UV-B 輻射測(cè)定儀(北京師范大學(xué)光電儀器廠)測(cè)定植株頂端輻射強(qiáng)度。試驗(yàn)設(shè)UV-B 輻射強(qiáng)度為0 (對(duì)照組，自然光照)、2.5、5.0 和7.5 kJ/m24 個(gè)處理，分別相當(dāng)于當(dāng)?shù)叵闹燎缣?、10%、20%和30%的臭氧衰減引起的UV-B 的增量，元陽(yáng)梯田夏至日UV-B 輻射背景值為10 kJ/m2，所設(shè)的4 個(gè)強(qiáng)度是以背景值為基礎(chǔ)，分別增加0、2.5、5.0 和7.5 kJ/m2的UVB 輻射。在水稻植株的生長(zhǎng)過(guò)程中，不斷調(diào)節(jié)燈管高度以控制輻照度(以植株上部計(jì))，用紫外輻射測(cè)定儀(北京師范大學(xué)光電儀器廠)測(cè)定297 nm 波長(zhǎng)處的輻射強(qiáng)度。從水稻秧苗移栽返青直到收獲，每天10：00—17：00 輻照7 h (陰雨天除外)。處理期間，用UV-B 測(cè)定儀檢測(cè)水稻植株冠層各輻射梯度的UV-B 輻射強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整燈管的高度調(diào)節(jié)UV-B 輻射強(qiáng)度，調(diào)節(jié)燈管高度選擇在傍晚無(wú)自然光照時(shí)進(jìn)行。對(duì)照植株上方懸掛紫外燈的空燈架，以保證處理和對(duì)照植株的自然光條件相同。種植區(qū)設(shè)4 個(gè)處理，分別進(jìn)行0、2.5、5.0 和7.5 kJ/m2UV-B 輻射處理，各處理重復(fù)3 次，每個(gè)小區(qū)面積為2.25 m×3.9 m，每個(gè)小區(qū)種植14 行×16 列水稻，每叢1 秧苗。小區(qū)的周邊設(shè)6 行4 列水稻作為保護(hù)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

在水稻生長(zhǎng)的分蘗期、拔節(jié)期及抽穗期進(jìn)行取樣，取自上而下第2 片展開(kāi)的功能葉進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。NR、GS 和GOGAT 活性采用南京生物工程研究所提供的試劑盒進(jìn)行提取與測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G250 染色法[20]，氨基酸含量采用茚三酮染色法測(cè)定[20]。

水稻成熟后于2017 年9 月29 日收獲，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)取10 株水稻，測(cè)定水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)[21]。除去水稻每穗不飽滿(mǎn)的籽粒，測(cè)定飽滿(mǎn)籽粒的數(shù)量，飽滿(mǎn)籽粒的數(shù)量除以穗粒數(shù)，即是其結(jié)實(shí)率；每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選3 份1 000 粒籽粒樣品，測(cè)定千粒質(zhì)量[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 進(jìn)行常規(guī)分析，并采用SPSS 22 數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行LSD 差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片硝酸還原酶(NR)活性的影響

NR 是植物氮代謝中催化NO3-轉(zhuǎn)化為NH4+的第1 步反應(yīng)的關(guān)鍵酶，在植物氮代謝中起著決定性的作用，其活性高低反映了氮代謝的強(qiáng)弱。由圖1 可見(jiàn)：不同的生育時(shí)期水稻葉片NR 活性變化規(guī)律不同。在分蘗期和拔節(jié)期，與對(duì)照相比，5.0 kJ/m2UV-B 輻射處理下水稻葉片NR 活性顯著增加(P＜0.05)，在2.5 和7.5 kJ/m2UV-B 輻射處理無(wú)顯著變化；在抽穗期，5.0 kJ/m2UV-B 輻射處理下的NR 活性與對(duì)照相比無(wú)顯著變化，在2.5 和7.5 kJ/m2UV-B 輻射處理下NR活性顯著降低(P＜0.05)，與對(duì)照相比分別降低了58.2%和62.9%，兩處理間差異不顯著。

圖1 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片硝酸還原酶(NR)活性的影響Fig.1 Effect of enhanced UV-B radiation on the NR activity in rice leaves

2.2 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性的影響

植物吸收的NO3-最終被還原NH4+，而NH4+同化主要通過(guò)GS/GOGAT 循環(huán)完成，GS 聯(lián)合GOGAT 酶催化谷氨酸轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，共同促進(jìn)氨基酸的合成與轉(zhuǎn)化。由圖2 所示：在分蘗期，與對(duì)照相比，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片GS 活性顯著降低(P＜0.05)，在2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片GS 活性與對(duì)照之間差異不顯著，但兩處理間差異顯著(P＜0.05)；拔節(jié)期和抽穗期，水稻葉片GS 活性表現(xiàn)出先增加后下降的變化規(guī)律。與對(duì)照相比，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻GS 活性均顯著提高(P＜0.05)，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)顯著降低(P＜0.05)。

從圖2 也可見(jiàn)：在分蘗期和抽穗期，與對(duì)照相比，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片GOGAT 活性沒(méi)有顯著變化，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片GOGAT 活性顯著降低(P＜0.05)，降低幅度分別為76.8%和88.9%；在拔節(jié)期，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻GOGAT 活性均顯著提高，分別提高了49.7%和88.2%，且兩處理之間差異顯著(P＜0.05)，7.5 kJ/m2UV-B 輻射與對(duì)照無(wú)顯著差異。

2.3 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片可溶性蛋白和總游離氨基酸含量的影響

從圖3 可見(jiàn)：在分蘗期和抽穗期，與對(duì)照相比，2.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片可溶性蛋白含量沒(méi)有顯著變化，5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片可溶性蛋白含量顯著提高(P＜0.05)，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片可溶性蛋白含量顯著下降(P＜0.05)；在拔節(jié)期，與對(duì)照相比，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射處理時(shí)水稻葉片可溶性蛋白含量均顯著增加(P＜0.05)，兩處理間差異不顯著，而7.5 kJ/m2UV-B 輻射處理時(shí)顯著下降(P＜0.05)。

在分蘗期和抽穗期，水稻葉片總游離氨基酸含量變化規(guī)律相同，隨著UV-B 輻射強(qiáng)度增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，與對(duì)照相比，在2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片總游離氨基酸含量顯著增加(P＜0.05)，兩處理間差異顯著(P＜0.05)，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)沒(méi)有顯著變化；在拔節(jié)期，與對(duì)照相比，2.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻葉片總游離氨基酸含量沒(méi)有顯著變化，5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)顯著提高(P＜0.05)，7.5 kJ/m2UV-B輻射時(shí)顯著下降(P＜0.05) (圖3)。

圖2 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性的影響Fig.2 Effect of enhanced UV-B radiation on the activities of GS and GOGAT in rice leaves

2.4 氮代謝酶活性與含氮物質(zhì)的相關(guān)性分析

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)(表1)：水稻分蘗期可溶性蛋白和總游離氨基酸含量與GS 活性呈顯著線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。拔節(jié)期可溶性蛋白含量與GS、GOGAT 活性呈顯著和極顯著線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05 和P＜0.01)，總游離氨基酸含量與NR呈顯著線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。抽穗期可溶性蛋白含量與NR、GS 與GOGAT 活性呈顯著和極顯著線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05 和P＜0.01)，總游離氨基酸含量與GS 呈極顯著線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。這表明可溶性蛋白和總游離氨基酸含量是衡量UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻氮代謝影響程度的重要指標(biāo)，同時(shí)與氮代謝關(guān)鍵酶(NR、GS 與GOGAT)活性密切相關(guān)。

2.5 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)白腳老粳產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

隨著UV-B 輻射處理強(qiáng)度的增加，白腳老粳的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量均出現(xiàn)不同程度的下降。與對(duì)照相比，UV-B 輻射為5.0 和7.5 kJ/m2時(shí)，白腳老粳的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量顯著下降(P＜0.05)，2 個(gè)處理間差異不顯著，且在7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的降幅均達(dá)到最大，分別為18.1%、13.4%和20.7%。UV-B 輻射增強(qiáng)，白腳老粳結(jié)實(shí)率顯著下降，且5.0 和7.5 kJ/m2UV-B 輻射間差異不顯著。UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致白腳老粳產(chǎn)量顯著降低，但是不同UV-B 輻射處理間差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)降幅達(dá)到了最大為22.8% (表2)。相關(guān)性分析表明：白腳老粳產(chǎn)量與千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率呈極顯著(P＜0.01)和顯著正相關(guān)(P＜0.05) (表3)。

圖3 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片可溶性蛋白和總游離氨基酸含量的影響Fig.3 Effect of enhanced UV-B radiation on the contents of soluble protein and total free amino acids in rice leaves

表1 氮代謝酶活性與含氮物質(zhì)的相關(guān)性分析Tab.1 Correlation analysis of nitrogen metabolizing enzyme activities and nitrogen-containing substances

表2 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響（mean±SD）Tab.2 Effect of enhanced UV-B radiation on the yield of rice

表3 水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between yield components and yield of rice

3 討論

3.1 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片氮代謝關(guān)鍵酶的影響

硝酸還原酶(NR)是植物氮代謝第一步NO3-轉(zhuǎn)化為NH4+過(guò)程中的調(diào)節(jié)酶，是一種誘導(dǎo)酶，同時(shí)也是限速酶，不僅對(duì)外界環(huán)境脅迫敏感，而且在作物對(duì)氮素的吸收利用中起著關(guān)鍵性的作用[22]。研究發(fā)現(xiàn)：NR 活性在水稻生育期內(nèi)分蘗期達(dá)到最高，其后隨著生育時(shí)期向后發(fā)展，活性逐漸減弱，成熟期最弱[22]。本試驗(yàn)中，5.0 kJ/m2UV-B 輻射處理顯著誘導(dǎo)水稻分蘗期NR 活性增加，增加幅度達(dá)到633.6%。這與在顛茄、谷子和小麥上的研究結(jié)果基本相似[12-13,23]。UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致植物氮代謝NR 活性提高是因?yàn)楣鈴?qiáng)一方面改變了細(xì)胞膜對(duì)NO3-的通透性，使細(xì)胞內(nèi)NO3-濃度提高，進(jìn)而誘導(dǎo)NR 的活性提高；另一方面使NR 脫磷酸化，使其活性提高；除此之外，光強(qiáng)還在一定程度上影響了細(xì)胞質(zhì)的pH 值及NAD(P)H 的水平，進(jìn)而影響了植物NR 的活性[24]。隨著生育期向后發(fā)展，NR 活性變化趨勢(shì)發(fā)生了改變，同樣是5.0 kJ/m2UV-B 輻射處理下，水稻拔節(jié)期葉片NR 活性顯著下降。曾有專(zhuān)家推測(cè)UV-B 輻射降低植物體內(nèi)NR 活性的原因可能是因?yàn)閁V-B 輻射增強(qiáng)影響植物體內(nèi)一些重要物質(zhì)的代謝，進(jìn)而影響NR 蛋白的穩(wěn)定性[24]。但在棉花上，甚至在其他水稻品種上也有截然相反的研究結(jié)果[9,11]，其原因可能是不同植物或品種對(duì)UV-B 輻射強(qiáng)度的響應(yīng)不同。

水稻直接吸收的NH4+和NR 酶還原NO3-所生成的NH4+在水稻體內(nèi)必須很快通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用同化為氨基酸或酰胺以避免NH4+累積對(duì)細(xì)胞造成毒害[25]。谷氨酰胺合成酶(GS)作為聯(lián)系氮素同化代謝與無(wú)機(jī)代謝的關(guān)鍵酶，其活性的提高有利于植物銨的同化和氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)，其活性降低可使細(xì)胞內(nèi)多種碳氮代謝酶活性受到嚴(yán)重影響，它與谷氨酸合成酶(GOGAT)二者偶聯(lián)形成循環(huán)共同參與氨的同化，GS/GOGAT 的活性高低反映著蛋白質(zhì)的合成能力[26]，與NR 活性一樣，容易受外界逆境脅迫環(huán)境的影響[27]。本試驗(yàn)中，分蘗期，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度對(duì)水稻GS 酶活性無(wú)影響，在7.5 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度顯著抑制了水稻GS 酶活性，到了拔節(jié)期和抽穗期，UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)GS 酶活性影響規(guī)律是一致的，都是隨UV-B 輻射強(qiáng)度的增加GS 酶活性先增加之后又下降，均在5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最大。說(shuō)明一定劑量的UV-B 輻射能提高GS 活性，并且隨著生育時(shí)期的推移，GS 活性不斷增加，表現(xiàn)出對(duì)UV-B 輻射的適應(yīng)性不斷增加。GS 活性具有生育期效應(yīng)和UV-B 輻射劑量效應(yīng)，對(duì)水稻氮代謝具有重要的影響。

GOGAT 酶活性隨UV-B 輻射強(qiáng)度的變化規(guī)律不盡相同，在分蘗期和抽穗期，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度時(shí)水稻葉片GOGAT 酶活性無(wú)顯著影響，但在7.5 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度時(shí)顯著下降，在拔節(jié)期表現(xiàn)出一定的耐性特征，2.5 和5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度時(shí)水稻葉片GOGAT 酶活性均顯著提高，在5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最大，7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)又下降。說(shuō)明UV-B 輻射增強(qiáng)促進(jìn)氮由有機(jī)態(tài)向無(wú)機(jī)態(tài)的轉(zhuǎn)化，但這種促進(jìn)作用對(duì)UV-B 輻射強(qiáng)度有劑量閾值的要求，超過(guò)了這個(gè)劑量閾值，水稻葉片GS 和GOGAT 酶活性會(huì)受到抑制，從而抑制水稻氮代謝。有研究人員在小麥、棉花和顛茄的研究上也得出了相似的結(jié)論[11-13]。團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)：5.0 kJ/m2UV-B 輻射強(qiáng)度能刺激水稻生長(zhǎng)并促進(jìn)水稻植株的光合作用[28-29]，這在一定程度上為NH4+同化提供了足夠的碳骨架和能量，從而誘導(dǎo)GS/GOGAT 的活性變化，加快NH4+同化，來(lái)抵御UV-B 輻射增強(qiáng)帶來(lái)的傷害。

3.2 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片氮代謝重要產(chǎn)物的影響

可溶性蛋白和游離氨基酸是有機(jī)氮代謝階段重要的代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)：UV-B 輻射增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致燈盞花葉總游離氨基酸含量的累積[14]，使春小麥分蘗期、拔節(jié)期和揚(yáng)花期的葉片可溶性蛋白含量顯著下降而成熟期可溶性蛋白含量顯著增加[15]。ZU 等[30]研究了10 個(gè)小麥品種對(duì)UV-B 輻射增強(qiáng)處理的響應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)：有5 個(gè)品種的可溶性蛋白含量隨著UV-B 輻射增強(qiáng)而下降，而有5 個(gè)品種的可溶性蛋白含量隨著UV-B 輻射增強(qiáng)而增加。

在本試驗(yàn)中，5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)，水稻各生育時(shí)期可溶性蛋白含量和總氨基酸含量均顯著增加，而7.5 kJ/m2UV-B 輻射處理時(shí)，水稻各生育時(shí)期可溶性蛋白含量及拔節(jié)期總游離氨基酸含量顯著下降，進(jìn)一步說(shuō)明水稻對(duì)UV-B 輻射強(qiáng)度的適應(yīng)有一定的閾值，在這個(gè)閾值之內(nèi)，UVB 輻射增強(qiáng)有利于水稻葉片氮代謝主要產(chǎn)物合成與轉(zhuǎn)化，一旦超過(guò)這個(gè)閾值，UV-B 輻射增強(qiáng)不利于水稻葉片氮代謝主要產(chǎn)物的合成和轉(zhuǎn)化。相關(guān)性分析表明：UV-B 輻射增強(qiáng)下，水稻葉片可溶性蛋白和總氨基酸含量與其氮代謝關(guān)鍵酶活性密切相關(guān)。

UV-B 輻射增強(qiáng)條件下，植株葉片總游離氨基酸含量的增加有利于植物對(duì)逆境的抵御，而可溶性蛋白含量的增加，一方面說(shuō)明逆境對(duì)植物細(xì)胞造成了損傷，另一方面這種變化帶來(lái)細(xì)胞滲透濃度和功能蛋白數(shù)量的增加，這種結(jié)果有利于維持植物細(xì)胞的正常代謝，從而減輕逆境帶來(lái)的傷害[31]。也有部分研究發(fā)現(xiàn)：UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致水稻可溶性蛋白的含量下降[32-34]，原因可能與水稻品種和生育期不同酶適應(yīng)特征等有關(guān)。

3.3 UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)白腳老粳產(chǎn)量的影響

單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量是水稻產(chǎn)量構(gòu)成關(guān)鍵因素，也是評(píng)估外界環(huán)境脅迫影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)。產(chǎn)量是評(píng)估環(huán)境脅迫因子影響作物的關(guān)鍵指標(biāo)，UV-B 輻射增強(qiáng)影響了作物形態(tài)建成及產(chǎn)量形成過(guò)程，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降[35]。本試驗(yàn)中，UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致白腳老粳產(chǎn)量下降，這與大多數(shù)研究結(jié)果相同[13-14]，相關(guān)性分析表明：UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致白腳老粳千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率顯著減小，是其導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降的主要原因。盡管本試驗(yàn)中5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)促進(jìn)了水稻葉片氮代謝，但可能因?yàn)樗緸榈钟鵘V-B 輻射增強(qiáng)的脅迫，提高自身的抗性而消耗了生長(zhǎng)過(guò)程中所需求的代謝產(chǎn)物和能量，最終導(dǎo)致其產(chǎn)量下降。

4 結(jié)論

大田原位種植下，UV-B 輻射增強(qiáng)對(duì)水稻葉片氮代謝的影響具有明顯的“劑量+生育期”效應(yīng)。5.0 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻分蘗期葉片NR活性、各生育期葉片GS 和GOGAT 酶活性、可溶性蛋白及游離氨基酸含量顯著增加，拔節(jié)期NR 活性顯著降低。7.5 kJ/m2UV-B 輻射時(shí)水稻各生育期葉片的NR、GS 與GOGAT 活性、可溶性蛋白含量及總氨基酸含量均顯著降低。UV-B 輻射增強(qiáng)抑制白腳老粳有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。