文档介绍：增强UV-B辐射对植物的影响
蔡锡安1,夏汉平1,彭少麟1,2
1. 中国科学院华南植物园生态研究所,广东广州510650;2. 中山大学生命科学学院,广东广州510275
摘要:综述了大气臭氧层的减少是影响地面UV-B辐射增强的主要因素,并进一步简述了增强UV-B辐射对陆生植物影响的最新研究进展。UV-B辐射一方面在分子水平上直接或间接地损害植物的DNA分子和蛋白质的结构,从而影响植物的各种生理生化过程影响;另一方面对植物的形态学特征(如叶表皮结构和花的形态结构等)产生广泛的影响。过强的UV-B辐射穿过叶表皮后直接对植物的光合系统、膜系统和植物生长调控激素等方面产生影响,从而会在植株个体、种群和生态系统等层次上表现出来。增强UV-B辐射作为全球变化因子,可导致敏感植物种类的死亡或退化,较能忍耐UV-B辐射的耐荫树种比阳生树种的适应性更强,能竞争到更多的利用资源,因此,在全球UV-B辐射增强下阳生树种可能会提早退出植物群落,这对森林群落的演替更新会起着重要的作用。文章还综述了UV-B辐射与其它污染胁迫因子和环境因子的复合作用共同对植物产生的影响,以及植物对UV-B辐射的防御和修复等防护对策,提出了今后要加强对生态系统的大尺度、长时间的宏观研究,以及开展增强UV-B辐射对地下生态学,对DNA的修复与表达机理,对植物信号接收和传导的新途径等方面的研究。
关键词:增强UV-B辐射;植物;影响;防护机理
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2007)03-1044-09
人类活动释放大量氯氟烃化合物(CFCs)在大气层中,该化合物长期存留在大气中并催化性地破坏平流层中的臭氧(O3),结果导致地面紫外线辐射(UV-B)剧增[1-3]。根据联合国环境署(United Nations Environment Programme UNEP)对O3减少与环境变化的评估报告,以1980年为基准,1997—2000年间南半球中纬度地区臭氧层每年减少6%,北半球中纬度地区冬春季臭氧层减少4%,夏秋季减少2%,全球年平均减少约3%[4]。如果对CFCs的排放量不加限制,到2075年,平流层的O3将比1985年减少40%,由此导致的全气候变暖幅度将增加到30%,大大加剧全球气候变暖的进程[5]。
UV-B辐射的增强对地球生命系统有着多方面的影响,生命系统特别是植物系统对增强UV-B辐射有明显响应。因此,增强UV-B辐射对植物系统的影响成为全球变化研究中的一个重大科学问题。增强UV-B辐射可破坏植物细胞内的脱氧核糖核酸(DNA),改变遗传信息及破坏蛋白质,进而影响到植物一系列的分子生物学与生理生化过程[6]。实验表明,增强UV-B辐射对小至生物分子、大至生态系统都会有不同程度的影响,它可以打乱生态系统中复杂的食物链和食物网,导致一些主要生物物种灭绝,使地球上2/3的农作物减产[7],尤其是水稻、小麦、棉花、大豆、水果等对增强UV-B辐射较敏感的作物,其产量和品质将大大降低[8]。虽然植物也具有一些缓解和修补这些影响的机制,在一定程度上可适应UV-B辐射的变化,但对大多数植物来说,过度的UV-B辐射会使它们的生长发育、器官形态和生理特性等的改变[12]。增强UV-B辐射还会使植物的光合能力下降,农作物的植株变矮、产量降低、叶绿素、光