不同UV-B辐射时间对菹草快速光响应曲线的影响

论文总字数：16166字

目 录

1 引言 1

2 材料与方法 1

2.1 实验地点的选择 1

2.2 实验设计 1

2.3 UV-B剂量和辐射时间的设定 2

2.4 指标的测定 2

2.5 快速光响应曲线及相关参数 2

2.6 数据分析 2

3 结果与分析 3

3.1 各处理组不同生长时期的快速光响应曲线 3

3.2 各生长时期不同处理组的快速光响应曲线 4

3.3 各生长时期不同处理组的RLC参数 5

3.4 各处理组不同生长时期的RLC参数 6

4 讨论 8

5 结论 9

参考文献 9

致谢 12

不同UV-B辐射时间对菹草快速光响应曲线的影响

栾朝旭

,China

Abstract:The dose UV-B radiation was set to 150 µW/cm², The seedlings of Potamogeton crispus which would begin to grow and develop was exposed to UV-B radiation with different daily radiation time(0 , 2, 4 and 6 h ).The rapid light curves of Potamogeton crispus in various growth periods was checked .The results showed that there was a slight increase in the light tolerance and maximum photosynthetic rate of the experimental group which was exposed to UV-B radiation in the beginning period of the growth of the seedlings of Potamogeton crispus;In the growing period of Potamogeton crispus,the light-resistant ability,maximum photosynthetic rate and light-harvesting capacity of the experimental group which was exposed to UV-B radiation were decreased compared with the control group,the relationship between the extent of the decrease and the time length of daily UV-B radiation;When Potamogeton crispus entered into the decline phase,UV-B radiation had a great influence on the light-resistant ability,maximum photosynthetic rate and light-harvesting capacity,and UV-B radiation exacerbate the damage to Potamogeton crispus with the increase of the time length of daily UV-B radiation. When the daily UV-B radiation reached 6 hours,the photosynthesis ability of Potamogeton crispus declined obviously.Maybe the electron transfer activity of the PSII reaction center of the plant was obviously inhibited, and the light harvesting system was destroyed.

Keywords: UV-B radiation;Potamogeton crispus; rapid light curve; maximum photosynthetic rate; light use efficiency

1.引言

近年来，由于氮氧化物和氟氯烷烃的大量排放，大气平流层中的臭氧因不断的遭到破坏而逐渐变薄，臭氧层减薄是人类目前面临的全球性的环境问题之一^[1],因此导致更多的UV-B辐射照射到了地球表面，这些现象的发生主要与人类活动有关^[2]。据估计，到达地球表面的紫外辐射增加的比率约是平流层臭氧浓度减少比率的两倍^[3]。UV-B辐射对于植物所造成的影响受到了广泛关注。国内外开展了大量关于UV-B辐射对植物的影响研究，而其研究的重点集中在植物光合作用。植物在一定光强下的潜在光合能力可以通过光合作用曲线来测量^[4]。快速光响应曲线是进行植物光合作用研究的新技术^[5]。快速光曲线反应的是植株光合作用在一段时间内的变化过程，以植物的瞬间光适应状态为基础，可以向我们提供很多详细的信息，比如植物光合作用活性及电子传递速率的特点，同时还可以反映瞬时或长期生活光照对光合器官的影响^[6]，对于进行植株响应UV-B胁迫的研究和其他相关的应用具有很大的帮助^[7-8]。

菹草是眼子菜科多年生草本植物，在世界上分布广泛^[9]。菹草主要分布在稻田、池塘、河流和淡水湖泊等水域，是秋季萌发、越冬生长的典型沉水植物^[10]。菹草能够在严重污染的水体中生长^[11],对富营养水体的适应能力较强^[12]，在水体营养盐吸收、水环境质量改善、水质净化、抑制藻类生长以及维持生态系统的健康与平衡方面有着重要作用^[13-14]。野外生长的菹草大多在春季迅速生长,夏初大量死亡^[15]。众多研究认为营养盐的缺乏^[16]、过高的水温^[17-18]、不良光照是夏初菹草大量死亡的原因^[19]。通过对我国大部分地区野外菹草的野外观测发现，菹草在5到6月份开始繁殖衰老^[20-22]，与陆地紫外辐射增长的时期相一致^[23]。那么菹草的大量衰亡与紫外辐射的增强之间是否存在相关性，紫外辐射对于菹草的作用机理又是什么呢？通过实验研究表明，低剂量UV-B辐射可以提高植物的光能利用效率以及最大光合速率，而高剂量的UV-B辐射抑制光合作用，降低叶片的捕光能力^[24]。根据上述分析，UV-B辐射会对植物光合作用产生影响。那么如果UV-B辐射剂量不变，UV-B辐射时间的增长与菹草的衰亡是否存在一定关联性，对菹草的快速光响应曲线以及光合作用又会产生怎么样的影响，其中的影响和作用机理值得研究。

2 材料与方法

2.1 实验地点的选择

实验的地点在江苏省环境工程重点实验室水环境生态中试平台（32.11°N,118.91°E）的玻璃温室内，经随机测定，该温室条件下UV-B辐射的透过率很低，只有室外自然条件下的2%~5%。

2.2 实验设计

在洪泽湖西岸浅水区（泗洪县洪泽湖自然保护区湖区内）采集的石芽（菹草无性繁殖体）作为实验材料，在实验室内通过遮光去苗等手段使菹草萌发时间基本一致，11月菹草陆续萌发，次年3月26日，挑选发育高度一致的幼苗移栽至花盆中（高15cm，上口直径为18cm，下口直径为12.5cm），幼苗高度基本为23~28cm。每个花盆中随机种植10株。植物根部用少许细沙碎石固定，以减少底泥对实验的影响。将之前种植好菹草幼苗的花盆放置在白色塑料桶中（容积200L，高70cm）。对按照上述操作已经放置好花盆的水桶进行分组，组内进行平行对照的设定，将UV-B日光灯管用不锈钢悬挂在桶的上方。然后在玻璃温室内进行培养，待菹草稳定生长，将其用于后续实验。

2.3 UV-B剂量和辐射时间的设定

本实验UV-B的剂量通过英国SKYE公司生产SpectroSence 2手持式光谱仪，外接SKU 430UV-B传感器（280~315nm)来测定。实验中UV-B的辐射剂量设定为150 µW/cm² ，其中对照组不悬挂UV-B灯管，将125µm的聚酯薄膜放置于对照组水桶上方以过滤室内微量UV-B辐射，并调节薄膜角度减少一定量的光合有效辐射，使对照组与其他组光合有效辐射一致，该组记为T0。其余三个分组每日UV-B辐射时间分别为2小时，4小时和6小时，分别记作T2，T4和T6。将聚酯薄膜放置在不同组水桶之间，为减少组间UV-B辐射的影响。

2.4 指标的测定

在菹草植株生长的不同的阶段，包括开始、生长期、繁殖期和衰亡期，对其进行快速光响应曲线（RLC曲线）的测定。测定时，首先打开饱和脉冲光（4000µmol/(m²•s)，0.8s），测量菹草植株经过暗适应后的最大荧光F_m，随后逐渐打开17、49、104、176、248、342、506和684µmol/(m²•s)这八个光照强度梯度的光化光，每个强度梯度持续照射10s，测得瞬时荧光F_t和经在光适应下的最大荧光F_m′。电子传递速率（ETR）的值由计算得到，随机测定每组水桶中的三株菹草植株，计算其电子传递速率的平均值，然后绘制出电子传递速率平均值的RLC曲线。

2.5 快速光响应曲线及相关参数

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