全 文 ：／夸 ， 第l6％第2期
1 9 9 6年 4月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
≯3， ／
Vo1． No．2
A pr．． 1 996
紫外线辐射增加对大豆光
合作用和生长的影响
堇垫 型 —— ——一 、 ———一I，
(南京气象学院，应用气象系生物教研室 夸，9 (pI
摘要 通过模拟南京地区 自然光中有效紫外线 B和紫外线 A辐射，增大辐射荆量对大豆光台作用 ．生长
及生物量形成的影响进行了研究 3 1、加强的 uV辐射 (O 15．0．35，0．70 W ·m )处理均使大豆植株矮
化．抑制根．茎 叶的生长厦干物质的积累 。在 3十 uV处理 中．生物效应 0 70W ·m 处理为最大 ．0．
15 W ·m叫处理影响龋小 uV辐射匀能使太豆叶片光合作用下降 下降幅度随 uV辐射强度的增大而增
大，本文还对 uV影响大豆生长的可能机制进行了探讨。
⋯⋯ ，坚， 俄事
EFFECTS oF ELEVATED ULTRAVIoLET RAD工 TIoN oN
THE GRoW TH AND PH0ToSYNTHESIs oF S0Y BEAN
Yang Zhimin Yan Jingyi Zheng Youfei
(BiologicalSc~ ceDeoi~ t￡ ，t 州 ofAppli~dMete~o!oKy
Na．nfing Institute ofMeteorology·N~jing，Chb~a，210044)
Abstract Influences of elevated ukraviolet radiation(UV ，broad band，280 40O nm)of the
natural solar ultraviolet radiation in Nanjing area on the growth，photosynthesis and develop
ment of biological yield of soy bean plants were investigated．The three levels of UV radiation
intensity(O．15，O．35，0．70，W ·m )inhibited the growth of leaves，stems and roots．and
reduced total biomass of soy bean plants．Soy beans showed the largest biological response to
the UV radiation of 0．70 W ·m一 ．while the least response was obeerred with treatment of
0．15 W ·m UV radiation． UV radiation significantly decreased the net photosynthesis．
Changes in photosynthetic capacity decreased with the increase in UV radiation．The possible
mechanism by which UV radiation affects soy bean plants was discussed，
Key words： UV radiation，soy bean，growth，photosynthesis．
· 国家气象局自然科学青年基金资助项 目。
收稿 日期 ：1994 03 22．修改稿收到 日期 ：1 994 07 12。
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郑 棉
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2刺 杨志敏等：紫外线辐射增加对大豆光台作用和生长的影响
由于氟氯烷烃化台物(CFC)的污染，大气平流层中臭氧分子(( )正在不断地减少。据
最近资料表明．1 969至 1 988年期间，全球 o。总量平均减少了 1．7 3．0H，亚洲水稻区
域上空 O 量的减少为 4．O 左右。o。是吸收太 阳光谱中紫外光 B(UV—B，28O一320 nm)和
紫外光 C(UV—C 200—28o nm)的重要气体 试验表明，大气中的 O 每减少 1 ，照射到地
表上的紫外线量就增加 2 过量的 uv到达地表对生物及生态系统产生严重 的影响，
众多试验显示增加 uV—B辐射会改变植物的生长和生理状态。特别是中高纬度地区的植物
对 uV辐射甚为敏感。uV对植物的伤害作用是多方面的。主要表现在形态结构0一，生长
发 。、光合作用n ，营养生理。 等方面。但植物受 uV辐射后的伤害机理尚不很清楚 。
国外 uV对植物生长及胁迫生理影响的研究异常活跃 ，试验大多采用 uv—B或 u A
来研究植物对紫外线的反应，且多数试验在控制或半控制条件下进行。本试验则根据 自然
太阳光中紫外线波段，采用宽波段 UV(broad band 28O一4。0 nm)作为紫外光源 ，并置于田
间开放系统。其试验结果 ．具有实用的参考价值 。
l 材料与方法
试验材料为大豆(Glyclne 7]ZfgXI ．merr．)宁镇 2号。于 1 993年 4月 10日播于 田间。土
壤为黄棕壤，肥力中等偏上 。4月 24日出苗。4月 27日开始接受 uV辐射处理直至成熟为
止。uV每日照射时数为 6 h。移动式的uV发射管架于大豆植株上面。每组处理小区重复
3次
试验处理设列照 CK即为自然光照．了1 、 、了1。为紫外光处理组即在 自然光照基础上额
外增加 uV辐射。其辐射强度分别为 0．15，0．35．0．7OW ·rfl一。分别相当于夏季南京地
区目平均 UV辐射强度的 2 ，4，5 和 8．0 左右。
大豆出苗后 3 d选择生长一致的植株挂牌标记，各处理取植株 1 5株 。每隔 2—3 d测定
株高 。同时，每隔 6 d取样 3 5株烘干称重进行生物量计算。净光合速率测定采用美国产
LI一6200光合测定系统。每组处理取 6株 ，每株选 2张叶龄相同的叶片进行测定。每次测定
至少重复 6次 。本文所列的净光合作用试验结果为晴天和阴天两次重复的平均值 。
2 结果与讨论
2，l 紫外光对大豆光合作用的影响
试验表明 uV能强烈地抑制大豆叶片 CO 的同化 (图 1)。以刚完全展开的 2复叶为
例，对照组叶片的净光合速率先上升，达到最大值后缓慢下降。在近一个月内其净光台下
降幅度为46 左右；而 3个 uV处理叶片的净光台速率从开始便下降，且下降幅度随 uv
辐射强度的增强而增大，从测定开始至结束，0．15，0．35和 0．70 W ·m uV组的净光台
速率各 自下降了 53 、77 和 90 。可见大豆叶片净光合强度与 uV辐射之间呈负相关趋
势(图 2)。
此外，从不同叶位的净光合作用上发现。随着 叶位升高，uv辐射对光合作用的抑制
作用也较大(图 3)，表明幼叶对 uV的反应比老叶敏感。从 2复叶起 ，对照与各 uv处理组
的净光合速率之间开始出现显著差异 。而且叶位越高差异越大。同时 ，0．35和 0 70 Wm
uV处理之间的净 CO 同化在 1复叶、2复叶，3复叶上差异不显著 ，而在幼嫩的 4复叶上
才产生差异。进一步发现幼叶对 uV辐射较大的敏感性。Teramura曾在低光控制条件下发
现uV—B能抑制大豆叶片净光合速率 。Basioung等人在油菜、燕麦和大豆试验上也得到
类似的结果 。但紫外光造成光合作用下降的原因不同的研究者有不同的看法。一些作者
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生 态 学 报
认 为光台能力下降与 uv抑制希尔反应 ，
破坏光合系统 Ⅱ有关 ，紫外光也能破坏
叶绿体质膜和 叶绿 素分子 ，抑制 RUBP
羧化酶活性 。紫外光的这些作用可以理
解为直接伤害作用。另一些试验结果表明
uV可以通过相对温和方式来影响檀物叶
片的光合作用。例如通过某些生理环节使
叶片气孔阻力增大，从而影响CO 的同化
速率。 ] 在本试验中，测定了叶片叶绿素
含量及气孔阻力 ，发现各处理间叶绿素含
量没有显著差异 ，而气孔阻力则随 uv辐
射强度的增大而增大 ’。可见在本试验条
件下，uV对大豆叶片光台抑制作用很可
能是经过间接作用途径而实现的。
2．2 紫外光对大豆生长的影响
uV能 明显使大 豆植株矮化 (图 4)，
矮化程度随 uV辐射强度的增强而增大 。
uv辐射c m )
UV tadkation
图 2 uV辐射强度与大豆叶片净光合作用的关系
Fig Z The~Latlon ship between UV rediRtion
and net ph osynch眄Ls of soybean plants
叶龄
Le日f age(d)
图 1 uV对大豆第二复叶净光合作用影响的时 间进程
F ．1 Time㈣ of net photosymhmis。f
the~cond leaf of soybe ~ exposed to the
three levels 0f UV tadiation
；
嚣
誊
圈 3 uV对不同叶位叶片净光合作用的影响
F ．3 Effects of UV radiation on net
photosynthesis of leaf at different ranks
至 7月 4 EI试验结束 ，0．1 5，0．35和 0．70 W ·m uV处理的大豆檀株株高分别为对照的
87 、82 和 67 uV对大豆檀株矮化作用在 3叶期前表现不明显。这可能是 3叶期前大
豆接受 uV辐射剂量尚未达到一定值。另外，大豆在苗期生长相对缓慢，因而在形态学上
表现不出对 uV的明显反应 3叶期后 ，由于气温逐渐升高，大豆檀株进入快速生长时期
同时在 uv辐射剂量增大状况下，各组生长差异开始变大。
uV不但使大豆植株矮化，而且造成生物学产量下降(图 5，表 1) 大豆檀株干物质积
， 资料待发表。
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2期 扬志敏等：紫外线辐射增加对大豆光合作用和生长的影响
苫盖
囊呈2o
3O，
0 0．15 O．35 O．70
UV辅射 11 )
UV r柚 I吐
图 4 大豆株高对 uV辐射的反应
F ．4 R p0n驼 height seybean
plants to UV radiatio~
累量显示 3个 uV处理组的植株的植株生长相对处于
弱势 特别是 0．70 W ·Il uV处理组。单株干物质
积累量只占对照的 50 左右。试验结果表明 uV对大
豆地上部的影响要比地下部影响大得多。这种影响明
显地反应在根冠 比数值上。即 uV辐射强度越大 ，根
冠比越大。
在籽粒生产方面，uV处理与对照之间，uV处理
之间的差异都达到了 5％显著水平(表 1)。表 明大豆单
株干物质积累量的减少与籽粒产量下降保持同步。
有关 uV辐射对大豆生长和产量的影响时有报
道 ’1_，但试验大都在控制条件下进行。Murali曾用
UV—B处理 20多个大豆品种发现大部分品种的株高都
降低 。。本试验结果虽然在大 田下碍到，但与前人的
工作结果是一致的。试验观察表明大豆植株矮化是 由
茎节间缩短而引起。Tevini等认为这主要是 IAA吸收
了 uV—B后转化成多种光氧化产物 而这些氧化产物
能抑制茎的伸长 。
Basiouny等曾发现 uV—B对多种作物干物质生产
有明显的抑制效应 ]。从本试验结果中见宁镇 2号是
对 uV较为敏感的品系之一。图 6表明 uV辐射强度与大豆单株干重呈负相关趋势。
量≥
圜 5 uV辐射对大豆单株干重积累量的彩响
Fig．j Ef~t of UV t n o力the a~umulative dry wd g}lt 0f slngle soybean ant
紫外光对大豆干物质积累和籽粒产量的影响是一系列复杂的生理生化和环境调控过
程。迄今 ，在这方面的研究结果远没有揭示它们内在的因果关系 但试验结果表明大豆产
量下降与光合速率降低保持 同步。而光合速率下降又与气孔阻力增强有关。因而认为 uV
一 E 1L， 斗
． ； ● k
二二= 二詈赞
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158 生 态 学 报 1 6卷
n b．c．d之间差异显著性达 5 水平 (SSR)，每组处理的结果为 5株的平均值
Values betweenⅡ，b、 ，d indicate the signi[ieam di~feretwe at 5
(SSR)．Mean value of five ants assaied in each㈣ t[【Ient
i
懈 =
H-
占
uv辐射 ．m一 )
Uv raw,atton
图 6 uv辐射强度与大豆单株千重之间关系
Fig．6 The re]ationsl[p between UV radkation
and W ．of meall single soybean plant
很可能通过直接或间接 的方式来影响气孔运动，
。引起气孔开度变小，从而降低 C 在气孔内的移
动速率，Dai等曾观察到 uV B处理 4星期的水稻
敏感 品种 叶上表 面 的气 孔密 度减 少 比下 表 面
多013．，证明uV—B可以抑制气孔的形成和发育，
从而影响到植物光合能力，导致生物量下降，植
物叶片气孔开度或气孔形成受 uV的调控 。但并
不是影响光合同化和作物产量的唯一原因。这里
并不排除还有其它多种途径的存在。事实上在以
前报道中有些大豆品种的产量并未受 uv辐射的
影响。表明 uV对作物产量的影响存在品种间的
差异。在这方面，本试验所用的品种比较单一，今
后将进一步 比较不同种质及不同品种间对 uV辐
射的反应。总之，为了评价未来紫外光辐射增加对农作物的影响，探索 uV对作物生理生
长作用的机制 ，探明大豆或其它作物品种间的差异 ，筛选对 uV反应迟钝品种 ．以适应未
来气候环境的变化，保证农业高产，具有非常重要的意义 。
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1269
中加资源环境高技术中心在京正式成立
由中国国家自然科学基金委 员会、中国科学院 和加拿大冷海资源工程 中心(c cORE)
共 同筹建的“中加 资源环境高技术中心”(简称 SCH—CORE或中加 中心)于 1995年 11月 27
日在京正式成立。新成立的中加中心，旨在联合中加学术界、企业界和政府有关部门．通过
高技未的应用研究及其产业化 ，解决资源合理开发和高放利用、环境保护与环境改善等重
大问题 ，提进绿色科技体系的建立及人类社会的可持续发展。
中加中 目前研究与开发的重点放在水与废水管理、海水养殖与海洋I程、固体废弃物
管理、智能未统与自动化技术、农业资源的综合利用以及决策分析领域
中加 中t 挂靠在中国科学院生态环境研 究中心。中加中心在管理委 员套的领导下，听
取专 家委 员会的建议和意见，进行项 目的研究和开发I作。中加中 实行管理委 员会领导
下的主任 负责制 。
中加中心管理委 员会由来自中加双方政府部I-I、研究机构、企业界、基金会和大学的代
表组成，给予中加 中心政策上的指导、帮助和支特 。管理委 员会 主任由国家自然彳 基金
委 员会顾 问胡兆森教授和加拿大 Questor技术公 司总裁兼首席执行官 Dan Motyka担任；
副主任由国家 自然科学基金委员击副主任孙枢院士、中国科学院副院长陈宜瑜院士、加拿大
冷海资源工程中心总裁兼首席执行官 JackClark博士和中国科学院生态环境研究中心主任
单 孝全教授担任 。
中加中心专家委 员会 由中加双方从事资源环境及相关领域工作的有影响的专家、企业
家、政府官员和社会活动家组成。专家委 员会委 员将根据各 自特长，提供研究和开发方面
的咨询、建议和意见
中加中心管理委 员会最近正式任命中国科学院生态环境研究中心副研究员吕永龙为中
加中 的常务副主任、代理主任，中国科学院青岛海洋研究所研究 林荣根和加拿大冷海
资源I程中 副总裁Judith Whitick为中加中 副主任。
联 系地点：100085 北京海淀区双清路 l5号 中加资源环境 高技术中心
电 话 ：(010)2917903
传真 #(010)2918177
(吕永 龙 )
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