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《甘肃农业大学》 2018年
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三种湿地植物对UV-B辐射的响应及其生理生化机制

褚润  
【摘要】:植物是湿地生态系统最核心的组分,UV-B辐射增强条件下湿地植物生长和繁殖的改变必将影响湿地生态系统的物种结构和生态功能,然而有关湿地植物生长及生理生化特性对UV-B辐射响应的研究未见报道。本研究以香蒲、芦苇、鸢尾为材料,探讨不同强度UV-B辐射下湿地植物的生长响应及其生理生化机理,取得主要研究结果如下:1、UV-B辐射增强条件下,湿地植物叶片出现卷曲、萎蔫、叶缘褪绿、坏死斑点等受害症状,损伤程度随辐射强度增大而加剧。三种植物叶片损伤对UV-B辐射的敏感程度为:鸢尾最大、芦苇次之、香蒲最小。2、UV-B辐射增强对三种植物株高生长的效应为先促后抑,促进或抑制效应均随辐射强度增加而增强,抑制效应随辐射暴露时间延长而加剧,鸢尾株高生长对UV-B辐射的敏感性显著大于香蒲和芦苇。UV-B辐射增强显著降低三种湿地植物比叶面积和全株生物量且地上部生物量降幅较地下部降幅更大。3、UV-B辐射增强显著降低三种湿地植物叶片叶绿素含量,且此效应具有时间累积性,香蒲和鸢尾叶绿素含量降幅显著高于芦苇。UV-B辐射对湿地植物叶片PSII的破坏作用随辐射强度增大而加剧并具有时间累计效应。UV-B辐射增强条件下,三种植物叶片初始荧光(Fo)增高,非光化学淬灭系数(NPQ)显著升高,光系统II实际光化学效率(ΦPSII)和光化学淬灭系数(qP)降低,最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II潜在活性(Fv/Fo)显著降低,鸢尾叶片叶绿素荧光参数变幅大于香蒲和芦苇。UV-B辐射增强条件下,三种植物叶绿体超微结构遭到破坏,表现为叶绿体变形,类囊体片层排列稀疏紊乱、膨胀甚至模糊不清,淀粉颗粒出现或增大,高强度UV-B辐射的影响大于中低强度辐射。随UV-B辐射增强,湿地植物叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低,胞间CO_2浓度(Ci)升高,香蒲Pn、Gs和Tr平均降幅显著高于鸢尾和芦苇,芦苇Ci增幅显著高于香蒲和鸢尾,表明增强UV-B辐射条件下湿地植物叶片光合速率降低主要由非气孔因素引起。4、UV-B辐射增强条件下,湿地植物叶片氧化胁迫加剧,叶片膜脂过氧化产物MDA含量随辐射强度增大而显著升高。叶片SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性均呈现出升高的趋势,GR则先升高后降低。SOD活性平均增幅为鸢尾(35.3%)显著大于香蒲(18.4%)、香蒲显著大于芦苇(7.9%),CAT活性平均增幅为鸢尾(79.6%)和香蒲(77.1%)显著高于芦苇(46.2%),芦苇APX活性增幅(135.6%)略高于香蒲(128.1%)和鸢尾(120.3%)。试验前期SOD、GR、APX活性较高,试验后期CAT和APX活性显著升高,但GR活性降低,表明辐射处理后湿地植物体内起主导作用的抗氧化酶有所不同,前期SOD、CAT、GR和APX均发挥作用,后期以CAT、APX为主。UV-B辐射增强能诱导湿地植物叶片抗氧化物质AsA含量持续升高,GSH含量先升后降,说明AsA在湿地植物叶片抗辐射方面较GSH发挥了更大作用。AsA含量平均升幅香蒲(38.8%)和鸢尾(38.6%)显著大于芦苇(27.8%)。试验前期GSH含量平均升幅芦苇(95.2%)显著高于香蒲(50.7%)、香蒲显著高于鸢尾(25.8%),试验后期GSH含量平均降幅鸢尾(46.1%)和香蒲(42.1%)显著大于芦苇(31.2%)。5、UV-B辐射增强能促进湿地植物叶片紫外吸收物质合成,导致类黄酮含量显著增加,平均升幅芦苇(22.9%)和鸢尾(27.8%)显著高于香蒲(12.7%)。UV-B辐射对湿地植物叶片类胡萝卜素含量的影响因辐射剂量和植物种类而异,香蒲类胡萝卜素含量显著降低(平均降幅32.7%),芦苇叶片类胡萝卜素含量在低辐射强度下提高、高辐射强度下显著降低,鸢尾类胡萝卜素含量变化不明显(平均降幅0.7%)。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q945

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