近地层臭氧浓度升高及增强UV-B复合胁迫下大豆根系的衰老机理研究

研究近地层臭氧浓度升高及UV-B增强复合胁迫对植物的影响对解决全球气候变化对陆地植被造成的负面影响具有重要意义。本项研究以重要经济作物大豆为研究对象，利用开顶式气室（OTC）控制环境，深入研究近地层臭氧浓度升高和UV-B增强及其复合作用条件下，大豆根系外观形态的变化；大豆根系营养状况、核酸降解、活性氧伤害和内源激素等四个方面对其衰老影响的贡献程度及其内在联系；大豆根系活力和渗透调节物质的变化规律。明确大豆根系对臭氧浓度升高和UV-B增强复合胁迫的衰老机制及其响应机理，有助于揭示农作物根系生长应对全球气候变化的响应机制，为农业的可持续发展提供科学依据。而且本研究着重于植物根系研究，对完善全球气候变化对植物生长发育的影响及植物的响应机理具有重要意义。

本项目以大豆为研究对象，采用开顶式气室（OTC）模拟由气候变化导致的臭氧浓度增加和UV-B辐射增强条件下，深入探讨大豆根系形态学指标、营养元素、活性氧代谢、渗透调节物质、次生代谢物质、内源激素等动态变化规律，揭示大豆根系对臭氧浓度升高和UV-B增强胁迫的衰老响应机制。从而防止作物衰老，提高地上部分的经济产量，为农业的可持续发展提供科学依据。. 当发生臭氧和UV-B胁迫时，O3通过叶片气孔进入植物体内，从而影响植物体内活性氧代谢系统的平衡，引起活性氧大量累积。一方面伤害作物的光合器官；同时还会引起细胞膜过氧化，阻止蛋白质的合成，进而破坏细胞膜和细胞器，从而加剧了大豆的衰老进程。臭氧和UV-B胁迫初期，大豆根系脯氨酸等渗透调节物质含量增加，是植物对逆境胁迫的一种保护性的适应反应。但长时间胁迫使大豆光合作用等代谢强度降低，部分可溶性糖在抵抗胁迫过程中被消耗；另外相关酶的活性变化或结构受损，直接影响蛋白质的合成。臭氧和UV-B胁迫使植物的光合作用受到严重抑制，同时又降低了有机物质向根系的分配，大豆根系总吸收面积和活跃吸收面积下降，抑制了根系对物质的吸收和转运。大豆根系的氮含量和硫含量增加，对抵御逆境胁迫是有利的。. UV-B辐射强度增强和臭氧浓度升高影响大豆根系内源激素的含量变化以及各激素之间的动态平衡，改变大豆根部系统内源激素物质的整体水平，进而影响大豆叶片的代谢水平，导致大豆生育进程提前，发生早衰。臭氧胁迫初期有利于大豆黄酮类物质的积累，而当臭氧胁迫强度过高时，致使次生代谢系统受损，黄酮类物质含量降低。U V- B 辐射增强会诱导植物叶片中酚类等紫外吸收物含量的增加，使植物体器官组织，尤其是光合组织免受或少受损害，并对叶肉组织起保护作用，可以减少 UV- B 辐射对植物自身的伤害，但在二者复合胁迫下这种保护作用受到制约。. 臭氧和UV-B胁迫抑制了大豆叶片光合作用及根系对养分和水分的吸收利用效率，干物质积累减少，最终导致籽粒产量的下降。在臭氧和UV-B胁迫初期，大豆植株具有一定的应激反应和自我保护机制，抗性增强。但长时期胁迫下，无论是臭氧胁迫还是UV-B胁迫均对大豆植株产生伤害效应，加速根系衰老，并且二者的复合胁迫存在较为明显的协同效应， 但复合效应小于两因子单独作用的简单累加，且臭氧胁迫因子起了主导作用。.