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增强UV-B辐射下南方红豆杉形态、结构及代谢的研究

庞海河  
【摘要】: 平流层臭氧的减少会导致到达地球表面的紫外线-B (UV-B)辐射显著增强,增强UV-B辐射对生物体有明显的生物学效应。本文在温室的条件下,研究增补3.25μw·cm-2.nm-1(低剂量)和9.76μw·cm-2·nm-1(高剂量)UV-B辐射剂量,分别处理10d(短期)、30d(过渡期)和60d(长期)时对南方红豆杉形态、叶片超微结构、初生与次生代谢的影响,以此在不同层次探讨南方红豆杉对增强UV-B辐射的生态适应机制,同时筛选有利于南方红豆杉生长及紫杉醇合成积累的最佳UV-B辐射处理条件。 主要结果如下: 1、增强UV-B辐射对南方红豆杉的形态和生物量有显著影响,不同UV-B辐射剂量和处理时间也具有显著性差异。长期低剂量UV-B辐射处理南方红豆杉叶面积、二级分枝长和二级分枝数增加、生物量增多,而根冠比降低;长期高剂量UV-B辐射处理南方红豆杉比叶重增加、叶面积和二级分枝长减小、生物量和根冠比显著降低,说明低剂量UV-B辐射有利于南方红豆杉生长,而高剂量抑制南方红豆杉生长。 2、增强UV-B辐射对南方红豆杉叶片超微结构有显著影响,不同UV-B辐射剂量和处理时间也具有显著性差异。长期低剂量UV-B辐射处理南方红豆杉叶片开启气孔密度和气孔开度增加、表皮细胞壁增厚、表皮附属物增加(如蜡质),而高剂量UV-B辐射处理叶片开启气孔密度降低、气孔下室较多颗粒物;UV-B辐射处理南方红豆杉叶片叶绿体数量减少,形态扭曲、变形,基粒片层少、排列紊乱,基粒和基质片层膨胀、产生空泡,嗜锇滴体积变大、数量增多。 3、增强UV-B辐射对南方红豆杉的氧化胁迫及其抗氧化响应。增强UV-B辐射短期处理,导致南方红豆杉叶片羟基自由基含量增加、MDA含量升高,抗氧化酶和UV-B吸收化合物含量增加;但长期低剂量UV-B辐射处理南方红豆杉自由基和抗氧化物质与对照无显著差异,而高剂量处理伤害仍较重。 4、增强UV-B辐射对南方红豆杉光合特征和初生代谢有显著影响,不同UV-B辐射剂量和处理时间也具有显著性差异。长期低剂量UV-B辐射处理南方红豆杉净光合速率、Fv/Fm和Fv/Fo以及可溶性糖含量显著增加;而长期高剂量UV-B辐射处理南方红豆杉净光合速率、Fv/Fm和Fv/Fo以及可溶性糖含量显著降低,但蛋白质显著增加。 5、增强的UV-B辐射对南方红豆杉叶片紫杉烷类含量均有显著的影响,结合3种紫杉烷类含量的相关性分析,我们发现短期UV-B辐射处理时南方红豆杉叶片中紫杉醇含量的提高可能主要是由糖基化7-木糖基-10-去乙酰基紫杉醇生物转化而来,长期UV-B辐射处理时南方红豆杉叶片中紫杉醇含量的提高可能主要是紫杉醇的合成前体物10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ生物转化而来。 综合以上分析,我们得出如下结论:(1)UV-B辐射处理对南方红豆杉表型、生理生化以及超显微结构均有显著影响,而南方红豆杉通过调整形态学结构、增加抗氧化酶活性以及增加UV-B吸收化合物和蜡质的含量以抵御增强的UV-B辐射胁迫。(2)长期低剂量UV-B辐射处理促进南方红豆杉叶片开启气孔密度、气孔孔径,净光合速率、荧光参数(Fv/Fm和Fv/Fo)等显著增加,进而促使南方红豆杉生物量显著增加;而长期高剂量UV-B辐射处理则严重破坏南方红豆杉叶片叶绿体结构、降低净光合速率和荧光参数(Fv/Fm和Fv/Fo),进而导致南方红豆杉生物量显著减少。(3) UV-B辐射处理显著的促进南方红豆杉叶片中紫杉醇的结合态以及其合成前体向紫杉醇生物转化和积累。(4)长期低剂量UV-B辐射处理是有利于南方红豆杉的生长发育,尤其能显著促进南方红豆杉叶片中紫杉醇的合成积累的最佳UV-B辐射条件。


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