UV-B辐射对不同温度下小麦幼苗生长和抗氧化系统的影响

【摘要】： 近年来,由于人类的活动,向平流层释放了大量的氟氯烃(CFCs)、氮氧化物等臭氧(O3)耗损物,使得O3的浓度日益降低,到达地面的紫外线-B (UV-B)辐射日益增强。另外,由于矿物燃料的燃烧,人类向大气中排放了大量的二氧化碳(CO2)等多种温室气体,使得全球气候日益变暖。UV-B辐射、温室效应和酸雨已经成为当今影响人类生存的三大主要环境问题。目前,关于UV-B辐射和高温单一因子对植物的影响已有大量研究,但关于UV-B辐射和高温复合作用对植物的影响却研究较少,且现有的报道也仅局限于少数几种植物和较低的温度范围。从现有的资料可见,适当升温可以减轻UV-B辐射的负效应,这主要与适度高温增强了植物的光合速率有关。然而,UV-B辐射与高温之间的这种相互作用方式是否具有普遍性?当温度进一步升高后,它们之间的影响方式是否会发生变化,这些问题都有待于进一步研究。本论文以小麦(Triticum aestivum L.)幼苗为材料,主要研究了4.3KJm-2·d-1的UV-B辐射对26℃、31℃和36℃三个温度下小麦幼苗生长及抗氧化系统的影响,旨在揭示UV-B辐射与不同温度相互作用方式的异同。本论文得到以下主要实验结果及结论： 1、适当升温能够促进小麦幼苗生长,温度过高则对其生长具有明显的抑制作用：31℃处理虽然提高了SOD、CAT和APX的活性并增加了类黄酮和Car的含量,但其清除活性氧(ROS)的能力可能有限,表现在活性氧O2·-和H2O2水平、膜脂过氧化产物MDA含量和叶片相对电导率仍明显升高上,说明此温度对植物造成了一定程度的氧化胁迫。但是此温度下叶绿素含量仍明显增加,说明此时的氧化损伤还不足以影响植物的生长发育。可见,适当升温对植物生长的促进主要与其促进了植物的光合作用,并同时提高了植物抗氧化胁迫能力有关。36℃处理下,虽然SOD、CAT和APX活性仍明显升高,但是其他的酶类抗氧化剂(POD和GR)和非酶类抗氧化剂(类黄酮、Car和GSH)都由于温度过高而被显著抑制,因而植物总体ROS清除能力明显降低,表现出活性氧O2·-和H2O2水平进一步增高、膜质过氧化程度(由MDA含量反映)加深和膜完整性(由相对电导率可看出)显著受损,并且此温度下叶绿素含量显著降低,光合能力显著下降,因而植物生长受到抑制。 2、常温(26℃)下,UV-B辐射明显抑制了小麦幼苗的生长,这一方面与其导致活性氧O2·-和H2O2水平增高,使膜脂过氧化程度加剧,膜完整性受损有关；另一方面也与其导致叶绿素含量降低,使幼苗光合作用受抑制有关。该温度下,UV-B辐射使酶类抗氧化剂：SOD、APX、CAT和POD活性增强,非酶类抗氧化剂类黄酮和Car含量增加,这一方面说明植物通过提高抗氧化能力来抵抗UV-B辐射的伤害,但另一方面也显示该防御系统的能力是有限的。 3、31℃下增加UV-B辐射后对小麦幼苗生长没有明显抑制效应,这可能与UV-B辐射进一步促进了酶类抗氧化剂SOD、APX和CAT活性的提高以及非酶类抗氧化剂类黄酮和Car含量的增加,进而进一步提高了植物清除ROS的能力,使活性氧O2·-和H2O2水平没有明显变化,膜脂过氧化程度、膜完整性及叶绿素含量没有受到明显影响有关。可见,适当升温有利于提高植物抵抗UV-B辐射的能力。 4、36℃下增加UV-B辐射后虽然SOD、APX和CAT活性进一步升高,但POD和GR活性以及类黄酮、Car和GSH含量却进一步大幅度下降,因而植物总体活ROS除能力进一步降低,使活性氧O2·-和H2O2水平明显升高,膜脂过氧化程度进一步加深,膜完整性受到严重破坏；同时植物叶绿素含量进一步大幅度下降,植物光合能力降低,进而导致植物生长受到明显抑制。可见,当温度过高时,高温和UV-B辐射协同作用加剧了对植物的伤害。 总之,高温和UV-B辐射的相互作用方式因温度不同而异。适当高温(如31℃)有利于增强植物对UV-B辐射的抵抗力；而当温度过高时(如36℃),高温和UV-B辐射协同作用则加剧了对植物的伤害。UV-B辐射对不同温度下植物生长影响的不同是其对不同温度下植物ROS代谢系统和光合作用等方面影响差异的综合表现。