全 文 ：书第 45卷 第 1期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol．45 No．1
2017年 1月 JOUＲNAL OF NOＲTHEAST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY Jan． 2017
1)黑龙江省自然科学基金面上项目(C2015058)。
第一作者简介:杨扬，女，1982 年 7 月生，东北林业大学园林学
院，讲师。E－mail:55965296@ qq．com。
通信作者:何淼，东北林业大学园林学院，副教授。E －mail:
hemiao_xu@ 126．com。
收稿日期:2016年 9月 29日。
责任编辑:任 俐。
UV－B辐射对神农香菊光合作用的影响1)
杨扬 焦宏彬 刘洋 王欢 何淼
(东北林业大学，哈尔滨，150040) (北京星河园林) (东北林业大学)
摘 要 以神农香菊无性系‘S1401’、‘S1407’为研究材料，研究了 UV－B 处理对神农香菊净光合速率、叶绿
素质量分数、二磷酸核酮糖羧化酶(ＲuBPCase)活性的影响。结果表明:随着 UV－B 处理时间的增加，神农香菊的
净光合速率呈现先升高后降低的趋势;神农香菊叶片内的叶绿素 a、叶绿素 b质量分数显著下降，对类胡萝卜素质
量分数的影响较小，且规律性不强;在 UV－B 胁迫条件下，神农香菊 ＲuBPCase 羧化酶的活性降低，且随着辐射时
间延长表现出先升后降的变化趋势。
关键词 神农香菊;UV－B;光合作用;净光合速率;叶绿素;ＲuBPCase酶
分类号 S682．1+1;Q945．1
Effects of UV－B on Photosynthesis in Dendranthema indicum var． aromaticum / /Yang Yang(Northeast Forestry Uni-
versity，Harbin 150040，P． Ｒ． China) ;Jiao Hongbin(Beijing Star-river Landscape Engineering Corporation) ;Liu Yang，
Wang Huan，He Miao(Northeast Forestry University)/ / Journal of Northeast Forestry University，2017，45(1) :30－32．
We studied the effect of UV－B on photosynthesis on net photosynthetic rate，chlorophyll content and ＲuBPCase activ-
ity in Dendranthema indicum var． aromaticum． With the increase of UV－B treatment time，the net photosynthetic rate of D．
indicum var． aromaticum firstly increased and then decreased． Under UV－B radiation，the content of chlorophyll a and
chlorophyll b of D． indicum var． aromaticum presented the reducing trend，and the carotenoid content varied subtly． Under
UV－B stress，ＲuBPCase carboxylase activity decreased，and showed a trend of lift and down with the prolonged radiation
time．
Keywords Dendranthema indicum var． aromaticum;UV－B;Photosynthesis;Net photosynthetic rate;Chlorophyll;
ＲuBPCase enzyme
近年来，现代城市工业快速发展，大量的氯氟
烃、有机卤素和氧化氮等物质不加节制的排放到大
气中，造成平流层臭氧(O3)的破坏，这己经成为人
类面临的严峻的环境问题。全球臭氧观测表明，近
10 a全球臭氧层平均减少了 2% ～ 3%，而且这一过
程仍在不断加剧［1］。据估计，按照目前的发展速
度，到 2075年臭氧层将会减少 40%［2］，到达地球表
面的 UV－B辐射强度也逐渐加大。
神农香菊(Dendranthema indicum var． aromatic-
um)是野菊(Dendranthema indicum)的一个新变种，
分布于高海拔的阳光充足地，由于当地独特的气候
使其具有罕见的香气，具有平肝明目、清热解毒、散
风降压的功效。但神农香菊在引种栽培后其香气减
弱，甚至丧失，猜测可能与高海拔的高紫外辐射有
关，本研究拟通过对神农香菊进行不同时间的 UV－
B辐射处理，分析 UV－B 处理对神农香菊的光合作
用的影响，以期为神农香菊致香机理和 UV－B 辐射
对植物影响的研究做出理论支持，为其进一步深入
研究打下基础。
1 材料与方法
在苗圃中培育的神农香菊无性系‘S1401’、
‘S1407’，到 2 个月时植株生长健壮，分别取长度、
粗细一致的茎尖以细沙进行扦插，培养两周待生根
后换土上盆，置于温室中备用。
扦插的神农香菊‘S1401’、‘S1407’在温室培
养，待植株长到成熟一致，采用 UV－B 紫外灯(南京
华强电子有限公司生产，40 W，峰值为 310 nm)进行
辐照处理。试验设定辐射时间分别为 0、1、3、5、7 d，
每组处理幼苗 40 株。UV－B 辐射强度通过调整紫
外灯距幼苗冠层的高度，以 UV340B 型紫外线辐照
计(由深圳欣宝瑞仪器有限公司生产的)测定并维
持辐射强度为 600 μW·cm－2，使植株顶端第 3 片
叶 UV－B 辐射强度维持在设定剂量，辐射时间为
06:00—18:00，其他管理均按常规方法进行。
随机选取健壮植株第 3 片成熟叶测定光合参
数、叶绿素质量分数和 ＲuBPCase酶活性。
植株净光合速率测定方法:使用美国生产的
Li－6400光合测定仪，在育苗室内采用专用内置红
蓝光源控制叶室内部光强为 1 000 μmol·m－2·s－1，
温度控制为 30 ℃，设定系统内气流速度为500μmol·
s－1，CO2 摩尔分数为 400 μmol·mol
－1。选择生长健
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.2017.01.027
壮的植株，随机选取该植物向阳面的第 3 片完全功
能叶进行测量，每次 3 个重复，重复记录 5 个观测
值，取其平均值作为该时刻的测定值。读取叶片瞬
时净光合速率(Pn)值。
植株叶绿素质量分数测定方法:称取剪碎的新
鲜样品 0．2 g，共 3份，分别放入研钵中，加少量石英
砂和碳酸钙粉及 2～3 mL 95%乙醇，研成均浆，再加
乙醇 10 mL，继续研磨至组织变白。静置 3 ～ 5 min。
取滤纸 1张，置漏斗中，用乙醇湿润，沿玻棒把提取
液倒入漏斗中，过滤到 25 mL棕色容量瓶中，用少量
乙醇冲洗研钵、研棒及残渣数次，最后连同残渣一起
倒入漏斗中。用滴管吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体
色素全部洗入容量瓶中。直至滤纸和残渣中无绿色
为止。最后用乙醇定容至 25 mL，摇匀。把叶绿体
色素提取液倒入光径 1 cm 的比色杯内。以 95%乙
醇为空白，在波长 665、649 nm下测定吸光度。
植株 ＲuBPCase 酶活性测定方法:粗酶液提取
和活性测定方法参照李合生［3］的分光光度法，根据
公式计算 ＲuBPCase酶活力。
数据处理方法:用 Excel2007 软件对所有试验
数据进行初步处理，采用 SPSS 19．0 软件进行数据
处理和统计分析。
2 结果与分析
2．1 UV－B处理对净光合速率的影响
神农香菊‘S1401’和‘S1407’分别以 600 μW·
cm－2的 UV－B 强度辐射 0、1、3、5、7 d，然后每天
09:00—11:00 进行净光合速率的测定。由表 1 可
见，UV－B处理后神农香菊的净光合速率均呈现先
升高后降低的趋势，神农香菊‘S1401’和‘S1407’的
对照组净光合速率分别为 11．97、13．18 μmol·m－2·
s－1，处理 1 d后‘S1401’和‘S1407’的净光合速率分
别上升 1．84、2．89 μmol·m－2·s－1，第 3 天开始下降
并低于对照，‘S1407’到第 5 天降为最低为 7． 93
μmol·m－2·s－1，‘S1401’到第 7天降到最低，为 7．85
μmol·m－2·s－1，均显著低于对照。
表 1 UV－B处理对神农香菊色素质量分数、净光合速率和 ＲuBPCase酶活性的影响
处理时
间 /d
株系
叶绿素 a质
量分数 /
mg·g－1
叶绿素 b质
量分数 /
mg·g－1
叶绿素 a /
叶绿素 b
叶绿素(a+b)
质量分数 /
mg·g－1
类胡萝卜素
质量分数 /
mg·g－1
净光合速率 /
μmol·m－2·s－1
ＲuBPCase酶
活性 /μmol·
mL－1·min－1
CK ‘S1401’(10．29±0．23)A (3．26±0．13)A (3．16±0．27)C (13．55±0．24)A (1．85±0．02)B (11．97±0．75)A (0．66±0．019)A
‘S1407’ (8．67±0．13)a (2．88±0．11)a (3．02±0．08)a (11．55±0．09)a (1．54±0．02)a (13．18±0．61)a (0．31±0．001)a
1 ‘S1401’(10．94±0．57)A (2．26±0．18)B (4．85±0．16)A (13．20±0．17)A (2．61±0．15)A (13．81±1．02)B (0．72±0．019)B
‘S1407’ (8．73±0．21)a (3．13±0．11)b (2．80±0．13)b (11．85±0．21)a (1．46±0．04)b (16．06±1．35)b (0．75±0．019)b
3 ‘S1401’ (9．48±0．34)B (2．72±0．24)A (3．48±0．13)B (12．20±0．14)B (1．58±0．05)C (11．46±0．82)A (0．07±0．002)C
‘S1407’ (8．12±0．16)b (2．76±0．06)a (2．94±0．12)a (10．88±0．24)c (1．18±0．01)c (10．93±1．03)c (0．74±0．020)b
5 ‘S1401’ (9．01±0．27)B (2．64±0．17)B (3．43±0．15)B (11．65±0．27)B (1．95±0．11)B (8．66±0．44)C (0．23±0．005)D
‘S1407’ (7．53±0．08)b (2．72±0．03)b (2．96±0．03)a (10．25±0．05)b (1．61±0．01)a (7．93±0．46)d (0．24±0．003)c
7 ‘S1401’ (7．62±0．19)C (2．51±0．31)C (3．04±0．25)C (10．13±0．19)C (1．65±0．1)3C (7．85±0．35)C (0．33±0．006)E
‘S1407’ (6．79±0．12)c (2．36±0．10)c (2．87±0．14)b (9．15±0．06)d (1．85±0．04)d (8．23±0．41)d (0．02±0．001)d
注:表中数据为均值±标准误;同列不同大写字母表示‘S1401’各处理间差异显著(P＜0．05) ，同列不同小写字母表示‘S1407’各处理间差
异显著(P＜0．05)。
2．2 UV－B处理对叶绿素质量分数的影响
叶绿素是光合生物的生命线，没有它们，植物便
无法实现光能的吸收和转化，因此，绿色植物叶绿素
质量分数已经被看做是衡量增强 UV－B辐射对植物
造成的伤害的一个重要指标［4］。由表 1 可看出，长
时间 UV－B辐射会导致神农香菊叶片内的叶绿素 a
和叶绿素 b质量分数显著下降。除了处理第 1天的
叶绿素 a质量分数出现了小幅的上升，其余处理组
的叶绿素 a 质量分数都随着 UV－B 辐射时间的延
长，质量分数逐渐下降。此外，两个株系神农香菊叶
片内的叶绿素 a 质量分数在胁迫初期虽然有不同程
度的增加，但是与对照组相比较，‘S1401’、‘S1407’与
对照组相比并无显著性差异;随着 UV－B胁迫时间延
长，‘S1401’、‘S1407’处理第 3天，胁迫组的叶绿素 a
质量分数显著低于对照组，到第 7 天降至最低，
‘S1401’为 7．62 mg·g－1，‘S1407’为 6．79 mg·g－1。
在胁迫第 7 天，神农香菊‘S1401’、‘S1407’叶
绿素 b质量分数下降到最低值，分别为 2．51、2．36
mg·g－1，显著低于对照组，但是并不像叶绿素 a 变
化规律那么明显。两个株系相比较可发现，UV－B
处理对‘S1401’叶绿素造成的影响要强于对
‘S1407’的影响，叶绿素 a 神农香菊‘S1401’相比对
照下降 2．67 mg·g－1，‘S1407’下降 1．88 mg·g－1;叶
绿素 b神农香菊‘S1401’相比对照下降 0．75 mg·
g－1，‘S1407’下降 0．52 mg·g－1，相比之下，‘S1407’
降幅更大。
UV－B胁迫对神农香菊叶绿素 a /叶绿素 b的影
响规律并不明显，对叶绿素(a+b)质量分数的影响
13第 1期 杨扬，等:UV－B辐射对神农香菊光合作用的影响
规律明显，‘S1401’、‘S1407’叶绿素(a+b)质量分
数都随着辐射时间的延长而显著降低，‘S1401’由
对照的 13．55 mg·g－1降至第 7 天的 10．13 mg·g－1，
降幅较大;‘S1407’由对照的 11．55 mg·g－1降至第 7
天的 9．15 mg·g－1，降幅较小。UV－B辐射对神农香
菊叶片类胡萝卜素质量分数的影响较小，且规律性
不强。
2．3 UV－B处理对 ＲuBPCase酶活性的影响
核酮糖－1，5－二磷酸羧化酶(ＲuBPCase)是光
合作用暗反应中同化作用的关键酶，它对净光合速
率的大小起着决定性作用，植物羧化酶活性受到多
种环境因子的影响，如温度、光照、逆境胁迫等对
ＲuBP 羧化酶活性均有影响［4］。由表 1 可知，在
UV－B胁迫条件下，ＲuBP 羧化酶的活性降低，且随
着 UV－B 辐射时间延长表现出先升后降的变化趋
势。在正常条件下，‘S1401’羧化酶活性为 0． 66
μmol·mL－1·min－1，明显高于‘S1407’的 0．31 μmol·
mL－1·min－1，处理第 1天‘S1401’的羧化酶活性升高
不显著，增幅 0．06 μmol·mL－1·min－1，‘S1407’显
著高于对照，增幅高达 0．44 μmol·mL－1·min－1;处
理第 3天‘S1401’的羧化酶活性显著降低，降至0．07
μmol·mL－1·min－1，‘S1407’基本保持恒定，说明
‘S1401’对 UV－B胁迫表现更敏感，耐受能力较弱;
处理第 5 天、第 7 天，‘S1401’的羧化酶活性有小幅
度上升，但仍显著低于对照，‘S1407’则在第 5 天显
著降低，至第 7 天降至最低，为 0．02 μmol·mL－1·
min－1，羧化酶基本失活。
3 结论与讨论
增强 UV－B辐射可显著影响神农香菊的净光合
速率，抑制植物生长，降低光合色素质量分数和
ＲuBPCase酶活性。正常情况下，叶绿素吸收的光能
主要通过光合电子传递、叶绿素荧光发射和热耗散
3种途径来消耗［5］。这 3 种途径之间关系密切，电
子传递和热耗散的变化会引起荧光发射发生相应的
变化，因此，可通过对荧光的检测来研究光合作用和
热耗散的变化情况。
UV－B 辐射导致神农香菊净光合速率降低，这
与王龙飞［6］的研究一致。根据 Farquhar et al．［7］提
出的判断依据，只有净光合速率和气孔导度的降低
伴随了胞间 CO2 摩尔分数(C i)的降低，可以推测气
孔导度降低是光合速率降低的主要原因;相反，如果
Pn 的降低伴随 C i 的增高，则可以推测光合速率降
低的主要因素是非气孔因素，即叶肉细胞光合活性
的降低。这一点还需要进一步的研究。
衡量 UV－B辐射对植物伤害的另一个重要指标
是植物色素质量分数，主要包括叶绿素 a、叶绿素 b
和类胡萝卜素。UV－B辐射会导致神农香菊叶片内
的叶绿素 a和叶绿素 b 质量分数显著下降，这与前
人研究结果一致［8－10］，但文中未发现对类胡萝卜素
质量分数的显著变化。此外，UV－B辐射还通过限制
核酮糖－1，5－二磷酸羧化酶(ＲuBPCase)活性而影响
光合速率，文中研究发现，UV－B 辐射导致 ＲuBPCase
羧化酶的活性降低，这与前人研究结果相同［11－13］。
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