珙桐不同海拔种群对UV-B辐射的响应差异研究

An important environmental problem is that of stratospheric ozone depletion caused by serious anthropogenic pollution and the resulting increase in UV radiation reaching the surface of the earth. On the other hand, plant shift to high-elevation districts caused by climate change have to confront another important environment factor of UV radiation increment. In the present studies showed the plant growth and physiological reactions affected by ultraviolet B (UV-B) radiation. But little is known about the responses to UV-B radiation increment on Davida involucrata which is rare or endangered special. In this experiment, Davida involucrata Baill. was used as experimental material to study the responses to enhanced UV-B radiation treatment respectively by using the ecological, physiological and biochemical methods in growth, photosynthesis, water use efficiency and some biochemical material contents. And to provide theoretical ground for an effective protection of plant resource, and give scientific evidence for confirmation of population protection with first priority.

由于人类污染而导致臭氧层衰减以及由此产生的地球表面紫外辐射增强已成为全球气候变化的一个主要方面。气候变化所导致的植物向高海拔地区迁移，紫外线辐射增加也是将要面临的一个重要环境因子。目前的研究已证实，紫外线B(UV-B)辐射对植物的生长、生理等产生影响，但是有关珍稀濒危植物珙桐对UV-B辐射升高的响应研究还很少。本研究拟以珙桐为实验材料，采用植物生态、生理及生物化学等研究方法，系统研究珙桐种群沿海拔梯度的适应性，以及珙桐高、低海拔种群在不同剂量UV-B辐射、不同UV-B处理时间和停止UV-B处理后不同取样时间条件下的响应差异，揭示其在生长、光合作用、用水效率和生理生化等方面的适应性，为珙桐种质资源的有效保护提供理论基础，为珙桐优先保护种群的确定提供科学依据。

本项目以珍稀濒危植物珙桐为研究对象，采用野外观察与同质园实验相结合的思路，研究在未来气候变化下，尤其是未来气候变化引起植物向高海拔地区迁移，或迁地保护过程中面临的紫外线辐射增加以及紫外线与氮沉降的交互作用对珍稀濒危植物珙桐的生长影响和其对环境变化的适应性机制。研究发现，珙桐不同海拔种群与光合特性相关的光和色素含量随着海拔梯度的升高而下降；叶绿体结构随着海拔的升高无显著差异，但淀粉积累增加；不同海拔种群间的碳氮代谢并无显著变化。进一步的研究结果表明，珙桐叶片对紫外辐射较敏感，遭受辐射后很快叶片颜色就发生改变，并且紫外线辐射会对珙桐产生氧化胁迫。珙桐在受到紫外线辐射后也具备一定的抗氧化胁迫能力，但是随着胁迫时间的增加，珙桐自身的防御反应减弱，抗氧化胁迫的能力也减弱。在停止紫外线胁迫后紫外线对珙桐的损伤不会继续恶化，但珙桐也并不能在短时间内进行自我修复。另外去除自然光中的紫外线辐射，脯氨酸、MDA、超氧阴离子、SOD、蛋白质等无显著变化，表明自然光中的紫外线对珙桐的辐射影响并未达到胁迫水平。紫外线与氮沉降的交互实验结果表明，虽然高氮下幼苗的株高增长量有所增加，但UV-B辐射与氮供应的交互作用对珙桐幼苗的存活不利。氮供应减轻了UV-B辐射增强的负面效应，二者的交互作用对珙桐幼苗的光合效率无明显的抑制作用。UV-B辐射增强与高氮的交互作用显著提高了珙桐幼苗叶片中的紫外吸收物质和脯氨酸含量，同时也显著地提高了叶片中SOD，POD，APX活性，降低了CAT活性。因此高氮供应在一定程度上提高了珙桐幼苗对紫外线胁迫的防御能力和适应性。