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紫外线-B(UV-B)辐射增强下银杏(Ginkgo biloba)叶的生理生态机理研究

刘清华  
【摘要】: 因臭氧衰减而导致的地表UV-B(280nm~320nm)辐射增强是全球性的环境问题之一。目前,国内外学者已对UV-B辐射的生物学效应做了广泛的研究,但其研究对象多集中在草本植物,对木本植物涉及较少,且多数实验是在室内控制条件下进行,其研究结果也存在许多不一致。本文以药用木本植物银杏为材料,在自然条件下人为增加强度为10.0μW.cm~(-2)(L组)和22μW.cm~(-2)(H组)的UV-B辐射,每天处理8小时(9:00~17:00),总共32天,以自然光照为对照(CK组),探讨增强的UV-B辐射对银杏光合生理、氮素代谢、核酸代谢、次生代谢、活性氧代谢及膜系统的影响,以期为同类研究提供参考。本实验研究结果如下: (1)UV-B辐射增强对银杏光合生理的影响 UV-B辐射在短期内对银杏的光合作用有促进作用,表现在UV-B辐射处理的前16天里,处理组银杏叶片的光合色素(包括chla、chlb及CAR)含量上升、Hill反应活力增强、净光合速率增加,但随着UV-B辐射处理时间的延长,增强的UV-B辐射表现出对银杏光合作用的抑制,其主要表现为光合色素含量下降、Hill反应活力降低、净光合速率迅速下降。在UV-B辐射处理下,银杏的chla/chlb的比值降低,这表明增强的UV-B辐射可能破坏了叶绿素a/b-蛋白复合结构。另外,UV-B辐射使H组银杏叶片气孔阻力增大,但对L组无明显影响。分析认为,UV-B辐射在处理后期导致银杏叶片光合色素的降解和光系统H结构及功能的破坏是其净光合速率下降的重要原因。 (2)UV-B辐射增强对银杏叶氮代谢的影响 UV-B辐射处理银杏后,其叶片NR活性和GPT活性相对于对照组呈先升后降的变化趋势。UV-B处理组银杏叶片GDH活性在整个处理期间均低于对照组,且H组又低于L组。UV-B辐射导致银杏叶片硝态氮的含量降低。以上研究结果说明,UV-B辐射严重 t外$·B(UV·B)辐射增强下银杏(Ginkgobiloba)叶的生理生态机理研究 影响了银杏对硝酸盐的吸收、氮素的同化和氨基酸的合成,进而可能影响植物体内蛋白 质的合成。从蛋白质代谢方面看,UV-B辐射下银杏叶片蛋白水解酶活性明显升高,且其 活性随UV-B辐射强度的增加和处理时间的延长而上升。UV-B处理组银杏叶片可溶性蛋 白质含量相对于对照组也呈先升后降的变化趋势,到UV·B处理后期,其含量明显低于 对照组。UVE辐射下银杏叶片总游离氨基酸含量增加,且H组高于L组。分析认为, UV-B辐射下银杏叶片可溶性蛋白质含量有短时间的上升,这可能是由于UV-B辐射诱导 植物合成了一些抗性蛋白,但随着蛋白水解酶活性的迅速上升,蛋白质水解加强,可溶 性蛋白含量下降,其水解产物游离氨基酸含量增加。综上,UV-B辐射使银杏氮代谢发生 了紊乱,使合成酶活性降低,分解酶活性升高。 (3)UV七辐射增强对银杏核酸代谢的影响 UV.B处理组银杏叶片NA含量在前24天里均高于对照组,之后有所下降,到第 32天,其含量低于对照组。UV碉处理组银杏叶片RNase活性在整个处理期间一直上升 并明显高于对照组。以上结果说明,UV-B辐射虽然致使银杏RNA水解加强,但同时也 可能诱导了某些RNA聚合酶合成了新的RNA,这些新合成的NA可能是为了参与合成 一些UV-B吸收物质或抗氧化物质。从DNA方面看,UV-B辐射引起银杏叶片DNA含 量的变化与RNA含量的变化相似,UV-B处理组银杏叶片DNA含量在较长的时间里高 于对照组,而其DNase活性与DNA含量的变化相反,在前24天里,处理组银杏叶片 DNase活性均低于对照组,仅在UV-B处理末朔才迅速上升而略比对照组高。分析认为, UVE辐射下银杏叶片DNA含量在一段时间内上升,这一方面可能与DNase活性的下降 有关,另一方面可能是由于UVI辐射促进了植物细胞某些抗性基囚的复制。 (4)UVE辐射增强对银杏次生代谢的影响 银杏叶中富含的黄酮类化合物是其次生代谢的产物,黄酮类物质既是银杏叶的有效 药用成分,也是重要的UV-B吸收物质。本研究结果表明,UVE辐射下,银杏叶片UV书 吸收物质水平明显升高,这既是银杏抗**,B辐射的一种保护性反应,同时也可能是**-B 辐射对银杏次生代谢和药用成分影响的结果。PAL作为黄酮类化合物合成途径中的关键 酶之一,其活性也受UV-B辐射的调节,UVE辐射下银杏叶片PAL活性表现出明显的 升高,这加速了L-苯丙氨酸向反式肉桂酸的转化,为黄酮类化合物的合成提供了更多的 前体,从而有利于UV卫吸收物质的形成。 6)UV羽辐射增强对银杏活性氧代谢及膜系统的影响 5 紫外线·B(UV七)辐射增强下银杏(Ginkgo biloba


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