李晓阳，张秀峰，韩榕

（山西师范大学生命科学学院，临汾041004）

当今世界随着人类社会现代化、工业化的迅猛发展，不可避免的带来了严重的环境问题，其中臭氧层的破坏尤为严重。这将直接导致到达地表的太阳紫外辐射（UV）增强。UV－B辐射的增强，对地球上的动植物以至人类都将会构成严重的威胁［1］。

近年来，关于增强UV－B辐射对植物的影响，国内外已有大量的报道，但增强UV－B辐射对不同作物以及同种作物不同亚种影响的对比研究相对较少。目前仅有C3、C4植物的对比研究，而何种植物对增强的UV－B辐射较为敏感已经成为比较关注的问题［2］。本研究以黑小麦和普通小麦［3］2个品种为研究材料来探讨二者对增强UV－B辐射的敏感性。

黑小麦76号是利用小麦属间远缘杂交和染色工程与组织培养等生物技术方法选育成功的新型黑小麦品种，具有营养价值高，品质超优等特点，被誉为“蛋白麦”、“防癌麦”、“益寿麦”［4］。小麦作为人类生活不可缺少的食品，UV－B辐射对它产生的威胁引起了很多学者的关注［5－6，8］。很多农作物品种之间对增强UV－B辐射的敏感性存在着较大差异，根据不同作物对增强UV－B辐射敏感程度不同，按当地UV－B辐射分布的时空特征，种植适宜的作物，尽可能在紫外辐射强的地区种植抗UV－B辐射的作物［2］，以提高农作物的产量。

本研究在本实验室研究的基础上进行，UV－B剂量为10．08 （kJ／m2）／d，相当于臭氧下降20%、UV－B增强40%的强度。以此剂量对黑小麦和普通小麦进行处理，从形态学特征、损伤程度、生理指标等方面做出测定和统计，进而探讨黑小麦和普通小麦对增强UV－B辐射的敏感性，旨在为农业生产实践以及遗传育种提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1．1 材料

供试材料为黑小麦（Triticale）品种‘黑小麦76号’和普通小麦（Triticum aestivum，cv．）品种‘临优7287’，由山西省农业科学院小麦研究所提供。

1．2 方法

1．2．1 实验设计

本研究共设置4个组［5］：黑小麦对照组（黑CK）、黑小麦紫外线B处理组（黑B）、普通小麦对照组（普CK）、普通小麦紫外线B处理组（普B）（表1）。

表1 各处理组的设置及处理程序Tab．1Establishment and treatment procedure of different groups

1．2．2 种子萌发

选取籽粒饱满、大小均一的黑小麦和普通小麦种子，经0．1%氯化汞表面消毒后，培养有盛湿纱布的培养皿内，每盘50粒，25℃培养。分别在第2、4、6天取样，取样在次日处理前进行，然后进行指标测定。

1．2．3 增强UV－B辐射处理

UV－B发生用 UV－B灯（南京华强，30W，297 nm）将其垂直悬于培养皿上方，采用10．08（KJ／m2）／d的辐射剂量处理萌发小麦。

1．2．4 指标测定

1．2．4．1 形态指标的的测量

随机选取处理后的黑小麦和普通小麦，对株高、根长依次进行测量和记录。测量幼苗胚芽鞘高度，以其平均值表示生长势［6］。

1．2．4．2 染色体切片的制作及镜检

染色体切片的制作按照文献［5］中的方法进行。

镜检及拍摄：采用数码显微镜（NIKON E200）镜检，每次重复观察5个根尖，每个根尖至少观察1000个细胞，统计其细胞分裂数和畸变数。

1．2．4．3 生理指标的测定

丙二醛（MDA）含量的测定参照文献［7－8］中的方法；总多酚含量的测定参照文献［9］中的方法，稍作改进。

1．2．5 数据分析

所有指标测定均重复3次，用t检验对数据进行差异显著性分析，其中P＞0．05表示差异不显著，0．01＜P＜0．05表示差异显著，P＜0．01表示差异极显著。

2 结果与分析

2．1 增强UV－B辐射对黑小麦和普通小麦生长发育的影响

2．1．1 增强UV－B辐射对株高、根长及生长势的影响

植物在遭受到UV－B辐射时，自身会表现出植株矮化、叶边卷曲、株形缩小等一系列措施来自我保护［10］，本研究也得到相同的结果。

由表2可知，与对照组相比，经UV－B辐射处理后，黑小麦和普通小麦均表现出株高降低、根长变短、生长势减小的现象。且随着辐射时间的增加，黑小麦和普通小麦株高和根长的相对降低量均呈现上升趋势，而其生长势的相对减少量变化较小，略有上升。

由增强UV－B辐射对二者的影响程度的比较结果可以看出，增强UV－B辐射后，对黑小麦的影响程度要大于普通小麦。随着辐射时间的延长，黑小麦的株高相对减少量由30．74%上升为55．13%，提高了24．39%，普通小麦由23．67%上升为30．87%，提高了7．20%，差异极显著（P＜0．01）；黑小麦的根长相对减少量由21．76%上升为54．16%，提高了32．40%，普通小麦由14．90%上升为31．90%，提高了17．00%，差异极显著（P＜0．01）。

表2 各组小麦不同天数的株高、根长及其生长势变化（平均值±标准偏差）Tab．2Plantheight，root length and growth potential of different kinds of wheat on different handling days

2．1．2 增强UV－B辐射对细胞有丝分裂及细胞畸变的影响

根据前期的实验结果得知，小麦在生长到第4d时生长比较旺盛，因此选取生长4d的小麦根尖进行细胞分裂及染色体畸变的观察。

从表3可知，生长4d时的小麦根尖细胞，与对照组相比，经UV－B辐射处理后的各组均表现为细胞分裂率下降、染色体畸变率上升。

由增强UV－B辐射对二者的影响程度的比较结果可见，增强UV－B辐射后，对黑小麦的影响程度相对较大。黑小麦的根尖细胞分裂率下降了2．92%，细胞分裂相对率下降了44．95%；普通小麦细胞的分裂率则下降了1．97%，细胞分裂相对率下降了31．72%，差异极显著（P＜0．01）。与此相反，细胞畸变率则明显升高。黑小麦的根尖细胞畸变率提高了4．32%，细胞的畸变相对率提高了1857．14%；普通小麦的细胞畸变率则上升了2．81%，细胞的畸变相对率上升了1416．67%，差异极显著（P＜0．01）。

表3 不同小麦组4d时根尖细胞分裂及其畸变统计结果Tab．3Statistics of cell splitting－up and aberration in different kinds of wheat after handling 4days

2．2 增强UV－B辐射对黑小麦和普通小麦MDA及总多酚含量的影响

2．2．1 增强UV－B辐射对MDA含量的影响

增强UV－B辐射对MDA含量的影响见图1。

由图1可知，与对照组相比，增强UV－B辐射处理后，黑小麦和普通小麦根中的MDA含量均呈上升趋势（2d时变化不明显），且随着辐射时间的增加，上升趋势愈加明显，差异显著（0．01＜P＜0．05）。

通过比较可知，增强UV－B辐射对黑小麦根中MDA含量的影响明显大于普通小麦。同时，随着辐射时间的延长，黑小麦根中的MDA相对增加量由7．14%上升至35．21%，提高了28．07%，差异极显著（P＜0．01）。普通小麦则由2．32%上升至17．81%，提高了15．49%，差异极显著（P＜0．01）。

图1 增强UV－B辐射对黑小麦和普通小麦根中MDA含量的影响Fig．1The content of MDA in the roots of black wheatand common wheat after enhanced UV－B radiation

2．2．2 增强UV－B辐射对总多酚含量的影响

由图2可知，与对照组相比，增强UV－B辐射处理后，黑小麦和普通小麦叶中的总多酚含量均呈上升趋势，且随着辐射天数的增加，上升趋势更加明显，差异显著（0．01＜P＜0．05）。

通过比较可知，增强UV－B辐射对黑小麦叶中总多酚含量的影响明显大于普通小麦。随着辐射时间的延长，黑小麦叶中的的总多酚相对增加量由12．19%上升至17．30%，提高了5．11%，差异显著（0．01＜P＜0．05）；而普通小麦的叶中总多酚相对增加量维持在25%左右，基本保持不变，差异不显著（P＞0．05）。

图2 增强UV－B辐射对黑小麦和普通小麦叶中总多酚含量的影响ig．2The content of polyphenols in the leaves of black wheat and common wheat after enhanced UV－B radiation

3 讨论

紫外线作为植物的非生物胁迫因素，具有比可见光更高的能量，所以在对植物进行照射时会产生更多的活性氧，植物清除活性氧的产物MDA也在植物体内大量积累。长时间大剂量的UV－B辐射致使活性氧持续积累到较高水平，而清除能力抵不上活性氧增加的速度，从而不可避免地破坏了细胞膜系统［11］，导致质膜过氧化，对植物的正常生长发育会造成负面的严重影响。

当植物遭受到UV－B的胁迫时，可以通过降低株高、减小叶面积以及叶片发生卷曲等一系列的形态变化来适应周围的环境。此外，细胞的分裂率也明显的降低，并且发生了畸变，生理代谢紊乱。但是植物的自我调节能力有限，当胁迫达到一定程度时，将会发生不可逆转的损伤。在本研究中，黑小麦和普通小麦在遭受到增强的UV－B胁迫时，二者皆受到了损伤，其中黑小麦比普通小麦更容易受到损伤，对增强的UV－B辐射敏感性相对较强，而普通小麦则相对表现出一定的抗性，在一定程度上可以抵抗UV－B的伤害。但是影响植物对增强UV－B辐射敏感性的因素是综合起作用的，如环境因子与UV－B的协同作用，因此在这方面还需进一步研究。

4 结论

1）增强UV－B辐射后，黑小麦和普通小麦的株高、根长、生长势以及细胞分裂率均呈下降的趋势，而细胞畸变率、MDA和总多酚的含量上升。

2）随着UV－B辐射时间的增加，各个指标变化的程度明显。即UV－B辐射的时间越长，对黑小麦和普通小麦的抑制作用就越明显。

3）增强的UV－B辐射对黑小麦的株高、根长、生长势、细胞分裂率、细胞畸变率及MDA和总多酚含量的影响均大于对普通小麦的影响。在该辐射剂量下，黑小麦较为敏感，而普通小麦则相对表现出一定的抗性。

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