UV-B辐射对神农香菊光合作用的影响1)

2017-01-17杨扬

东北林业大学学报 2017年1期

关键词：神农净光合叶绿素

杨扬

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

焦宏彬

(北京星河园林)

刘洋王欢何淼

(东北林业大学)

UV-B辐射对神农香菊光合作用的影响1)

杨扬

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

焦宏彬

(北京星河园林)

刘洋王欢何淼

(东北林业大学)

以神农香菊无性系‘S1401’、‘S1407’为研究材料，研究了UV-B处理对神农香菊净光合速率、叶绿素质量分数、二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性的影响。结果表明：随着UV-B处理时间的增加，神农香菊的净光合速率呈现先升高后降低的趋势；神农香菊叶片内的叶绿素a、叶绿素b质量分数显著下降，对类胡萝卜素质量分数的影响较小，且规律性不强；在UV-B胁迫条件下，神农香菊RuBPCase羧化酶的活性降低，且随着辐射时间延长表现出先升后降的变化趋势。

神农香菊；UV-B；光合作用；净光合速率；叶绿素；RuBPCase酶

We studied the effect of UV-B on photosynthesis on net photosynthetic rate, chlorophyll content and RuBPCase activity inDendranthemaindicumvar.aromaticum. With the increase of UV-B treatment time, the net photosynthetic rate ofD.indicumvar.aromaticumfirstly increased and then decreased. Under UV-B radiation, the content of chlorophyll a and chlorophyll b ofD.indicumvar.aromaticumpresented the reducing trend, and the carotenoid content varied subtly. Under UV-B stress, RuBPCase carboxylase activity decreased, and showed a trend of lift and down with the prolonged radiation time.

近年来，现代城市工业快速发展，大量的氯氟烃、有机卤素和氧化氮等物质不加节制的排放到大气中，造成平流层臭氧(O3)的破坏，这己经成为人类面临的严峻的环境问题。全球臭氧观测表明，近10 a全球臭氧层平均减少了2%～3%，而且这一过程仍在不断加剧[1]。据估计，按照目前的发展速度，到2075年臭氧层将会减少40%[2]，到达地球表面的UV-B辐射强度也逐渐加大。

神农香菊(Dendranthemaindicumvar.aromaticum)是野菊(Dendranthemaindicum)的一个新变种，分布于高海拔的阳光充足地，由于当地独特的气候使其具有罕见的香气，具有平肝明目、清热解毒、散风降压的功效。但神农香菊在引种栽培后其香气减弱，甚至丧失，猜测可能与高海拔的高紫外辐射有关，本研究拟通过对神农香菊进行不同时间的UV-B辐射处理，分析UV-B处理对神农香菊的光合作用的影响，以期为神农香菊致香机理和UV-B辐射对植物影响的研究做出理论支持，为其进一步深入研究打下基础。

1 材料与方法

在苗圃中培育的神农香菊无性系‘S1401’、‘S1407’，到2个月时植株生长健壮，分别取长度、粗细一致的茎尖以细沙进行扦插，培养两周待生根后换土上盆，置于温室中备用。

扦插的神农香菊‘S1401’、‘S1407’在温室培养，待植株长到成熟一致，采用UV-B紫外灯(南京华强电子有限公司生产，40 W，峰值为310 nm)进行辐照处理。试验设定辐射时间分别为0、1、3、5、7 d，每组处理幼苗40株。UV-B辐射强度通过调整紫外灯距幼苗冠层的高度，以UV340B型紫外线辐照计(由深圳欣宝瑞仪器有限公司生产的)测定并维持辐射强度为600 μW·cm-2，使植株顶端第3片叶UV-B辐射强度维持在设定剂量，辐射时间为06:00—18:00，其他管理均按常规方法进行。

随机选取健壮植株第3片成熟叶测定光合参数、叶绿素质量分数和RuBPCase酶活性。

植株净光合速率测定方法：使用美国生产的Li-6400光合测定仪，在育苗室内采用专用内置红蓝光源控制叶室内部光强为1 000 μmol·m-2·s-1，温度控制为30 ℃，设定系统内气流速度为500 μmol·s-1，CO2摩尔分数为400 μmol·mol-1。选择生长健壮的植株，随机选取该植物向阳面的第3片完全功能叶进行测量，每次3个重复，重复记录5个观测值，取其平均值作为该时刻的测定值。读取叶片瞬时净光合速率(Pn)值。

植株叶绿素质量分数测定方法：称取剪碎的新鲜样品0.2 g，共3份，分别放入研钵中，加少量石英砂和碳酸钙粉及2～3 mL 95%乙醇，研成均浆，再加乙醇10 mL，继续研磨至组织变白。静置3～5 min。取滤纸1张，置漏斗中，用乙醇湿润，沿玻棒把提取液倒入漏斗中，过滤到25 mL棕色容量瓶中，用少量乙醇冲洗研钵、研棒及残渣数次，最后连同残渣一起倒入漏斗中。用滴管吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体色素全部洗入容量瓶中。直至滤纸和残渣中无绿色为止。最后用乙醇定容至25 mL，摇匀。把叶绿体色素提取液倒入光径1 cm的比色杯内。以95%乙醇为空白，在波长665、649 nm下测定吸光度。

植株RuBPCase酶活性测定方法：粗酶液提取和活性测定方法参照李合生[3]的分光光度法，根据公式计算RuBPCase酶活力。

数据处理方法：用Excel2007软件对所有试验数据进行初步处理，采用SPSS 19.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 UV-B处理对净光合速率的影响

神农香菊‘S1401’和‘S1407’分别以600 μW·cm-2的UV-B强度辐射0、1、3、5、7 d，然后每天09:00—11:00进行净光合速率的测定。由表1可见，UV-B处理后神农香菊的净光合速率均呈现先升高后降低的趋势，神农香菊‘S1401’和‘S1407’的对照组净光合速率分别为11.97、13.18 μmol·m-2·s-1，处理1 d后‘S1401’和‘S1407’的净光合速率分别上升1.84、2.89 μmol·m-2·s-1，第3天开始下降并低于对照，‘S1407’到第5天降为最低为7.93 μmol·m-2·s-1，‘S1401’到第7天降到最低,为7.85 μmol·m-2·s-1，均显著低于对照。

表1 UV-B处理对神农香菊色素质量分数、净光合速率和RuBPCase酶活性的影响

注：表中数据为均值±标准误；同列不同大写字母表示‘S1401’各处理间差异显著(P<0.05)，同列不同小写字母表示‘S1407’各处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 UV-B处理对叶绿素质量分数的影响

叶绿素是光合生物的生命线，没有它们，植物便无法实现光能的吸收和转化，因此，绿色植物叶绿素质量分数已经被看做是衡量增强UV-B辐射对植物造成的伤害的一个重要指标[4]。由表1可看出，长时间UV-B辐射会导致神农香菊叶片内的叶绿素a和叶绿素b质量分数显著下降。除了处理第1天的叶绿素a质量分数出现了小幅的上升，其余处理组的叶绿素a质量分数都随着UV-B辐射时间的延长，质量分数逐渐下降。此外，两个株系神农香菊叶片内的叶绿素a质量分数在胁迫初期虽然有不同程度的增加，但是与对照组相比较，‘S1401’、‘S1407’与对照组相比并无显著性差异；随着UV-B胁迫时间延长，‘S1401’、‘S1407’处理第3天，胁迫组的叶绿素a质量分数显著低于对照组，到第7天降至最低，‘S1401’为7.62 mg·g-1，‘S1407’为6.79 mg·g-1。

在胁迫第7天，神农香菊‘S1401’、‘S1407’叶绿素b质量分数下降到最低值，分别为2.51、2.36 mg·g-1，显著低于对照组，但是并不像叶绿素a变化规律那么明显。两个株系相比较可发现，UV-B处理对‘S1401’叶绿素造成的影响要强于对‘S1407’的影响，叶绿素a神农香菊‘S1401’相比对照下降2.67 mg·g-1，‘S1407’下降1.88 mg·g-1；叶绿素b神农香菊‘S1401’相比对照下降0.75 mg·g-1，‘S1407’下降0.52 mg·g-1，相比之下，‘S1407’降幅更大。

UV-B胁迫对神农香菊叶绿素a/叶绿素b的影响规律并不明显，对叶绿素(a+b)质量分数的影响规律明显，‘S1401’、‘S1407’叶绿素(a+b)质量分数都随着辐射时间的延长而显著降低，‘S1401’由对照的13.55 mg·g-1降至第7天的10.13 mg·g-1，降幅较大；‘S1407’由对照的11.55 mg·g-1降至第7天的9.15 mg·g-1，降幅较小。UV-B辐射对神农香菊叶片类胡萝卜素质量分数的影响较小，且规律性不强。

2.3 UV-B处理对RuBPCase酶活性的影响

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)是光合作用暗反应中同化作用的关键酶，它对净光合速率的大小起着决定性作用，植物羧化酶活性受到多种环境因子的影响，如温度、光照、逆境胁迫等对RuBP羧化酶活性均有影响[4]。由表1可知，在UV-B胁迫条件下，RuBP羧化酶的活性降低，且随着UV-B辐射时间延长表现出先升后降的变化趋势。在正常条件下,‘S1401’羧化酶活性为0.66 μmol·mL-1·min-1，明显高于‘S1407’的0.31 μmol·mL-1·min-1，处理第1天‘S1401’的羧化酶活性升高不显著，增幅0.06 μmol·mL-1·min-1，‘S1407’显著高于对照，增幅高达0.44 μmol·mL-1·min-1；处理第3天‘S1401’的羧化酶活性显著降低，降至0.07 μmol·mL-1·min-1，‘S1407’基本保持恒定，说明‘S1401’对UV-B胁迫表现更敏感，耐受能力较弱；处理第5天、第7天，‘S1401’的羧化酶活性有小幅度上升，但仍显著低于对照，‘S1407’则在第5天显著降低，至第7天降至最低，为0.02 μmol·mL-1·min-1，羧化酶基本失活。

3 结论与讨论

增强UV-B辐射可显著影响神农香菊的净光合速率，抑制植物生长，降低光合色素质量分数和RuBPCase酶活性。正常情况下，叶绿素吸收的光能主要通过光合电子传递、叶绿素荧光发射和热耗散3种途径来消耗[5]。这3种途径之间关系密切，电子传递和热耗散的变化会引起荧光发射发生相应的变化，因此，可通过对荧光的检测来研究光合作用和热耗散的变化情况。

UV-B辐射导致神农香菊净光合速率降低，这与王龙飞[6]的研究一致。根据Farquhar et al.[7]提出的判断依据，只有净光合速率和气孔导度的降低伴随了胞间CO2摩尔分数(Ci)的降低，可以推测气孔导度降低是光合速率降低的主要原因；相反，如果Pn的降低伴随Ci的增高，则可以推测光合速率降低的主要因素是非气孔因素，即叶肉细胞光合活性的降低。这一点还需要进一步的研究。

衡量UV-B辐射对植物伤害的另一个重要指标是植物色素质量分数，主要包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素。UV-B辐射会导致神农香菊叶片内的叶绿素a和叶绿素b质量分数显著下降，这与前人研究结果一致[8-10]，但文中未发现对类胡萝卜素质量分数的显著变化。此外，UV-B辐射还通过限制核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性而影响光合速率，文中研究发现，UV-B辐射导致RuBPCase羧化酶的活性降低，这与前人研究结果相同[11-13]。

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Effects of UV-B on Photosynthesis inDendranthemaindicumvar.aromaticum//

Yang Yang

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China);

Jiao Hongbin

(Beijing Star-river Landscape Engineering Corporation);

Liu Yang, Wang Huan, He Miao

(Northeast Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(1)：30-32.

Dendranthemaindicumvar.aromaticum; UV-B; Photosynthesis; Net photosynthetic rate; Chlorophyll; RuBPCase enzyme

杨扬，女，1982年7月生，东北林业大学园林学院，讲师。E-mail：55965296@qq.com。

何淼，东北林业大学园林学院，副教授。E-mail：hemiao_xu@126.com。

2016年9月29日。

S682.1+1;Q945.1