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遮光及增加UV-B辐射对高寒草甸矮嵩草光合色素以及光合作用的影响



全 文 :  遮光及增加 UV-B辐射对高寒草甸矮嵩草光合色素以及光合作用的影响 易现峰等
文章编号:1008-1445(1999)04-0001-05
试验研究 遮光及增加 UV -B辐射对高寒草甸矮嵩草光合色素以及光合作用的影响*
易现峰1 ,孙胜祖2 ,贲桂英3 ,师生波3
(1 青海大学农牧学院农学系 ,青海 西宁 810016 ,    
 2平安县一中 ,青海 平安镇 810006 ,        
 3 中国科学院西北高原生物研究所 ,青海 西宁 810001)
摘 要:以矮嵩草草甸上天然太阳辐射为背景 ,建立人工增强太阳 UV -B 辐射和遮光装置 ,分别
模拟平流层臭氧损耗 5%时近地面的太阳 UV-B辐射和滤去 40%-60%的太阳辐射强度 。结果
表明 ,经过 40多天的增强 UV-B辐射处理降低了矮嵩草光合色素的含量以及 Chla/b 的比值 ,而
使Chlb/(a+b)比值上升 。增强 UV-B辐射还使矮嵩草的光合速率 、呼吸速率以及表观量子效率
(AQY)下降 。遮光处理使得矮嵩草光合色素含量上升 ,Chla/b和 Chlb/(a+b)比值基本不变。遮
光处理还提高了矮嵩草的光合速率 、呼吸速率以及表观量子效率(AQY)。
关键词:遮光处理;增强 UV-B辐射处理;矮嵩草;光合色素;光合作用
中图分类号:S543  文献标识码:A
  随着工业的不断发展 ,全球范围内的平流
层臭氧水平迅速降低 ,这将导致近地表面太阳
辐射光 谱中 UV -B 辐 射水 平 的增 加
(Madronich等 , 1995;Bjo rn等 , 1998;Slaper等 ,
1996)。据 1988年美国宇航管理局(NASA)测
算 ,从 1969 ~ 1988 年全球臭氧量平均减少了
1.7%~ 3%, 南极地区减少了 50%(NASA ,
1988)。臭氧层的破坏导致到达地表的太阳紫
外辐射(UV)的增强 ,从而对地球生物圈产生
深 刻 地 影 响 (Zepp 等 , 1995;Tang 和
Madronich , 1995)。
本文的目的在于探讨模拟平流层臭氧进一
步耗损时 ,近地表面太阳 UV -B 辐射的增强
对青藏高原地区高寒矮嵩草草甸植物光合生理
和草甸生态系统的可能影响。并结合遮光处理
比较分析高寒草甸矮嵩草对人为环境改变的适
应性反应 。
1 材料和方法
1.1 实验样地
实验样地设在中国科学院海北高寒草甸生
态系统定位研究站 (简称定位站)地区的矮嵩
草草甸 。该站位于青藏高原的东北隅 , 地处祁
连山东段冷龙岭南麓 , 北纬 37°29′~ 37°45′、
东经 101°12′~ 101°33′;海拔 3200m 。定位站
地区年平均温度-1.7℃, 无明显四季之分 ,
只有冷暖季节之别。属于高原大陆性气候 。
1.2 实验布置及人为照光处理
在矮嵩草草甸半封育草场 ,选一较均匀植
被地段 , 建立6个固定样方的金属框架 ;长
2.5m ;宽 1.5m ;高 0.75m 。3个框架做对照 ,
另外 3个框架供 UV-B辐射处理 。每框架安
装 6只 UV -B荧光灯(UVB-313 ,北京电光
源研究所),灯管垂直位于植物上方 ,东西方向
*国家自然科学基金课题(39570129)
收稿日期:1999-09-10
1
青海草业  1999年  第 8卷 第 4期
排列以减少遮光 。UV-B 荧光灯分两组采用
两步方波方式(tw o step square w ave function)
照光 。每天的补充辐射集中在当地太阳正午时
(13:15)左右 ,从 10:00 开始 ,至下午 16:00。
地块接受到 UV -B 辐射为天然和荧光灯的
UV-B辐射强度之和可模拟 5%的平流层臭
氧衰减。荧光灯管包以一层纤维素双乙酸脂的
薄膜(厚度为 0.13mm),以隔离与生态不相关
的少量致死性紫外线 C(UV-C , <280nm)辐
射。纤维素双乙酸脂薄膜每 10天更换一次 ,保
证过滤后荧光灯的辐射光质稳定。
另设遮光实验装置:选一块 1×0.5m 见方
较均匀的地块 ,上遮一层绿色塑料纱网 ,以遮去
40%-60%的太阳辐射。纱网距植株 0.5m 左
右且以铁架固定 ,以保障正常通风 。
以上两种处理 40天后 ,分别取对照和处理
样方中生育期和受光点相近的矮嵩草植株 ,测定
光合色素的含量(参照 Arnon ,1949)以及矮嵩草
的光合作用(参照薛应龙 ,1985),结果如下。
2 结果与分析
2.1 增强 UV -B 辐射对矮嵩草光合色素含
量的影响
表1 说明 ,增强 UV -B 辐射使得矮嵩草
光合色素含量较对照略有下降(P <0.05),并
使叶绿素吸收光谱的峰值下降(见图 1)。另外
增强 UV-B辐射增大了 Chlb/(a+b)的比值 ,
而使 Chla/b比值下降。增强 UV-B辐射处理
使植物叶绿素含量下降(Hader 等 , 1991;Sride
等;1990),其原因在于 ,一方面 UV-B 抑制叶
绿素的合成 ,另一方面 UV -B加速叶绿素的
分解(Agraw al ,1992)。Chla/b比值常与光合系
统的电子传递 、质子转移以及光合量子效率呈
正相关 ,而与强光下的光合作用的光抑制呈负
相关(Anderson , 1986)。由此可见 , UV -B 辐
射可影响到植物光合机构的电子传递和质子转
移等光化学过程 。
 表 1 增强 UV-B辐射及遮光对矮
嵩草光合色素含量的影响
Table 1 Effect of enhanced UV-B radiation
and shading on photosynthetic pigments of
Kobresia humilis
Chla+b(mg/ g FW) Chla/ b  Chlb/(a+b) 
增强 UV-B辐射处理
Enhanced UV-B
radiat ion t reatment 1.71±0.003 2.39±0.007 0.30±0.002
遮光处理 1.94±0.042 2.57±0.007 0.28±0.008
Shading trea tment
对照 1.80±0.005 2.57±0.003 0.28±0.002
Control
注:--对照
—遮光处理
……增强 UV-B处理
Note:--control
—shading treatment
……enhanced UV-B treatment
图 1 增强 UV-B 辐射处理和遮光处理矮嵩草叶绿素吸收光谱的影响
Fig.1 Effects of enhanced UV-B radiation and shading tratments on chlorophy ll abso rption spectra of Kobresia humilis
2
  遮光及增加 UV -B 辐射对高寒草甸矮嵩草光合色素以及光合作用的影响 易现峰等
 表 2 增强 UV -B 辐射及遮光处理对矮嵩草光合作用的影响
Table 2 Effect of enhanced UV-B radiation and shading on photosynthetis of Kobresia humilis
光合速率
photosynthetic
rate
μmolO2m-2s-1
 
光饱和点
Light
compensation
points
μEm-2s-1
光补偿点
Light  saturation
points
μEm-2s-1
 
呼吸速率
Respiration rate
μmolCO2m-2s-1
 
 
表观量子效率
Apparent
quantum yield
(O2/Pho ton)
 
增强 UV-B
辐射处理
Enhanced 2.13±0.15 963 40 0.99±0.31 0.022±0.001
UV-B
radiation
t reatment
遮光处理 2.91±0.34 963 55 2.10±0.27 0.026±0.005
Shading
t reatment
对照 2.38±0.96 833 40 1.68±0.35 0.024±0.003
Control
测定条件:CO2饱和 ,光强为 200μmolm -2s-1 ,温度恒温 25℃
2.2 增强 UV -B 辐射处理对矮嵩草光合作
用的影响
从表 2 可以看出 ,增加 UV-B 辐射降低
了矮嵩草光合速率 、呼吸速率以及表观量子效
率(P<0.05)。增加 UV -B辐射可使光合系
统Ⅱ的反应中心破坏 ,引起电子传递效率下降
并导致光抑制发生 ,从而使光合放氧活性下降
(Hsu ,1993)。另外 ,增加 UV-B 辐射还可破
坏光 合 作 用 的 关 键 酶———Rubisco (Ne-
dunchezhian 等 , 1991),增加气孔的敏感度 , 使
气孔关闭或阻力加大(Wright , 1982;Musil ,
1993)。增加 UV -B 辐射引起的最终生物学
效应是影响到植物的光合作用进程 ,降低光合
速率和表观量子效率 。
2.3 遮光对矮嵩草光合色素的影响
遮光处理相对增加了矮嵩草光合色素的含
量(P<0.05)(见表 1),并使矮嵩草叶绿素吸收
光谱的峰值升高(见图 1)。Chla/b和 Chlb/(a
+b)比值基本不变(见表 1),说明适当遮光可
影响到植物光合机构的电子传递和质子转移 。
遮光处理使植物接受的辐射光能减弱 ,弱光有
利于植物光合色素的积累 ,并减弱了强光特别
是强 UV-B辐射对叶绿素的破坏作用 ,从而
使光合色素含量有所增加。
2.4 遮光处理对矮嵩草光合作用的影响
表 2显示 ,与对照相比 ,遮光处理明显提高
了矮嵩草的光合速率 、呼吸速率以及表观量子效
率(P<0.05)。弱光强下 ,净光合速率 、呼吸速率
以及表观量子效率的增加与遮光状况下植物的
水分状况 、气孔开启以及酶活性等生理生化过程
有关。高海拔地区由于强烈的太阳辐射 ,植物长
期处在水分亏缺的状态下 ,低水势常给植物光合
作用带来不利影响。遮光处理在一定程度上缓
解了这一胁迫因子的副作用 ,进而提高了净光合
速率 、呼吸速率以及表观量子效率。
3 讨论
近年来 ,随着平流层臭氧水平的降 低 ,到
达地面的UV -B辐射也随之加强 。称之为
3
青海草业  1999年  第 8卷 第 4期
“世界第三极”的青藏高原 ,空气稀薄且能见度
高 , UV-B辐射较低海拔地区强。随着臭氧层
的进一步破坏 ,青藏高原 UV -B 辐射也会在
不久的将来逐渐增加 。增强 UV-B辐射强度
不仅能影响许多植物的光合作用和光合产量 ,
而且也能够影响气孔的开启和关闭速率 ,减低
叶片蒸腾速率(Baker 等 , 1998)。增强 UV -B
辐射降低了矮嵩草光合色素的含量 ,并影响到
光合作用进程 ,降低矮嵩草净光合速率 、呼吸速
率以及表观量子效率 ,进而影响到矮嵩草草甸
的光合产物的生产和积累。较对照而言 ,遮光
处理提高了矮嵩草的净光合速率 、呼吸速率以
及表观量子效率 。这与阳生植物与阴生植物的
差异相近 。阴生植物比阳生植物具有较高的叶
绿素含量以及较高的净光合速率 、呼吸速率以
及表观量子效率 。遮光处理在一定程度上可模
拟阴生植物来研究植物对不同环境的适应性 。
遮光和增强 UV-B 辐射处理均影响到高寒草
甸矮嵩草的光合色素以及光合作用进程 。由于
实验时间较短 ,同时矮嵩草又是高寒地区的土
著种 ,在长期的进化过程中形成了对强紫外辐
射的适应性 ,这些结果有待于进一步观测和重
复。但由此也可预见未来青藏高原环境改变时
植物的适应性反应。
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(下转第 10页)
4
青海草业  1999年  第 8卷 第 4期
科技信息 天然草地喷施“FA旱地龙”抗旱增产效果好孙文强 ,李鸿林 ,王振河
(青海省共和县草原站 ,青海 恰不恰 813000)
  1997年 5月 25日至 8月 25日 ,共和县草原站在江西沟乡上庄村冬春草地上进行了天然草地
叶面喷洒“FA旱地龙”的试验。试验区海拔3280m ,平均气温 0.3℃,年降水量 395.4mm ,年蒸发量
1200mm ,年日照时数 3036h。土壤为栗钙土。草地主要植物有禾本科的紫花针茅(Stipa pur-
purea)、垂穗披碱草(Elymus nutuns)、草地早熟禾(Poa pratensis)、莎草科的矮生嵩草(Kobresia
hamllis)、线叶嵩草(Kobresia capillifolia)等 。试验小区重复 5 次 ,每个小区内设喷施一次“FA旱地
龙”和喷施二次“FA旱地龙”的二个处理和一个对照 ,对照区用同量清水喷洒。经 8月 25日测定 ,
喷施一次“FA旱地龙”的平均株高比对照区提高了 2.7cm.试验区喷施二次“FA旱地龙”的平均株
高比对照区提高了 7.62cm 。喷施一次“FA旱地龙”后 ,其平均鲜草产量比对照区增产 172kg/hm 2;
喷施二次“FA旱地龙”后 ,试验区的平均鲜草产量比对照区增产 503.8kg/hm2 。在干旱比较严重的
地区 ,喷施“FA旱地龙”能提高天然草地产草量 ,对缓解目前畜草矛盾是一种有效途径 。
(上接第 4页)
Effects of Shading And Enhanced UV-B Radiation on
Photosynthetic Pigments And Photosynthsis of
Kobresia Humilis in Alpine Meadow
YI Xian-feng et al
(Department of Agronom ,Qinghai Universyty ,Xining ,810016)
Abstract:Basing on the backg round of natural solar radiation on Kobresia hum ilis meadow , estab-
lished shading and enhanced UV-B radiation equipment , respectively simulating 5% ozone depletion
and 40-60%solar radiation decrease.The results indicated that enhanced UV-B radiat ion decreased
the content of chlorophyll and the ratio of Chla/b and increased the ratio of Chlb/Chl(a +b).En-
hanced UV-B radiation also reduced the pho tosynthetic rates and respiration rate and apparent quan-
tum yield(AQY)af ter more 40 day s t reatment.40 days shading t reatment enhanced the content of
chlorophyll of Kobresia hum il is.In addition , shading treatment also elevated the photosynthetic rates
and respi ration rate and apparent quantum yield(AQY).
Key words:Shading t reatment;Enhanced UV -B radiation treatment;Kobresia humilis;Photosyn-
thetic pigments;Photosynthesis
(上接第 15页)
Effect of Yield-increasing Bacteria in Different Seed
Dressing on Several Oat Grass Economic State
ZOU Hua et al
(Qinghai Provincial Grassland Station.Xining 810008)
Abstract:Several economic state test in dif ferent yield-increasing bacteria seed dressing of oat g rass.
It was show ed that oat branches effects w as obvious , The best match of seed dressing w as 300g/ha.
Key words:Yield-increasing bacteria;Oat;Economic state.
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