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随着工农业的发展和人类活动的影响,臭氧层变薄及臭氧空洞的出现,导致到达地面的太阳紫外线辐射增强。目前关于增强紫外线辐射对植物的伤害已有大量研究报道,但如何在大田条件下防御或减轻增强紫外线辐射对农作物的损伤,研究资料较少。
芦荟属植物原产于非洲,在其长期进化过程中,形成了适应干旱和强光(含紫外线)生态环境的特性。因此,芦荟次生代谢产物有可能具有防止紫外线辐射的功能,本文应用植物解剖学和植物化学等方法研究了自然光和增强紫外线辐射条件下,喷施芦荟蒽醌类物质对小麦叶形态结构和生理生化指标的影响。旨在探索在大田条件下防御或减轻增强紫外线辐射对农作物损伤的新途径。得到以下研究结果:
1.自然光下,喷施芦荟蒽醌类物质后,小麦叶绿素总量,叶片气孔导度,净光合速率,生物量等指标都比对照CK有大幅度升高,且0.1mg/L浓度的处理增幅最大,分别比对照高了:30.15%、54.64%、68.62%、42.82%;另外,可溶性糖,相对电导率,脯氨酸,丙二醛,过氧化物酶(POD)活性等指标都有下降,其中0.1mg/L浓度的处理下降最为明显,分别比对照减小了40.65%、40.5%、35.66%、36.97%、46.57%。
2.增强UV-B辐射后,光合色素含量、叶片气孔导度、净光合速率、生物量等大幅下降;而相对电导率、脯氨酸、丙二醛、POD活性等指标普遍升高;喷施蒽醌类物质后,1.0mg/L处理的叶绿素总量、叶片气孔导度、净光合速率、生物量分别比对照高了14.90%、75.02%、70.01%、17.42%;可溶性糖,相对电导率,脯氨酸,丙二醛,POD活性等指标比对照分别降低了:50.15%、50.39%、49.89%、50.36%、36.77%。
3.用细胞分离制片法观察了不同处理条件下小麦叶肉细胞的整体形态。小麦叶肉细胞大多有峰、谷、腰、环的特征。在自然光下,叶肉细胞的环数较多,细胞较长,叶绿体较大。在紫外光照射后,叶肉细胞的环数明显减少,细胞变短,叶绿体变小。喷施蒽醌类物质后,叶肉细胞的结构与自然光下的相类似。
4.从扫描电镜照片看出,小麦叶表皮细胞形状清晰、排列规则,往往沿着叶片的长轴成行排列,自然光下,气孔下陷不明显;在紫外光照射下,气孔明显下陷;在喷施芦荟蒽醌类物质后,气孔下陷状况有所缓解,且细胞表面蜡质有所增加,细胞形状结构和自然光下的接近。
5.由透射电镜观察表明,自然光照下叶绿体被膜完整,叶绿体内部结构清晰,基粒丰富,与基质类囊体形成连续的内膜系统发达,叶绿体中淀粉颗粒所占体积较大。紫外光照射下,叶绿体形状严重变形,基粒和基质类囊体之间的连续性破坏也比较明显。叶面喷施芦荟蒽醌类物质,小麦叶片中叶绿体类囊体膜的结构完整,接近自然光下的形态结构。
各种形态结构和生理生化指标证明,增强紫外线辐射对小麦叶结构和生理均有不同程度的伤害作用。在叶面喷施一定浓度的芦荟蒽醌类物质可有效减少UV-B辐射对小麦的伤害.是因为这些物质可以吸收消耗紫外线的能量,保护植物免受紫外线辐射的伤害。因此,在植物体表面喷施适宜浓度的芦荟葸醌类物质是防止植物紫外线辐射伤害的一条新途径。