紫外辐射增强对新疆棉花生理特性及产量、品质的影响

摘要

人类活动造成大气层中的臭氧层变薄，所直接引起的UV-B(280nm～320nm)辐射增强已成为全球性的重大环境问题之一。当前，国内外学者对UV-B辐射的生物学效应做了广泛的研究，但实验大多是在室内进行且周期较短，其结果也存在一定差异。本文以新陆早13号作为材料，在自然光照条件下人工施加强度分别为R1:0.5W/㎡、R2:1.0W/㎡、R3:1.5W/㎡的UV-B辐射，每天处理8h，直到棉花收获期结束，以自然光照为对照(RO组)。研究增强的UV-B辐射对棉花生长、生理生化及产量和品质的影响，以期为棉花抗逆栽培技术的研究奠定一定基础。
　　 本研究主要获得以下结果：
　　 (1)植株生长随着辐射时间的延长和辐射量的增强棉花叶片可见伤害症状越来越严重，R1、R2和R3处理棉花的株高和茎粗与对照达到了显著差异(P<0.05)，各个处理之间的叶面积差异达到了显著水平，单株干质量达到了极显著水平(P<0.01)。
　　 (2)叶绿素 UV-B辐射增强，棉花叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量呈现先升后降的变化趋势，说明了UV-B辐射抑制了光合作用色素的合成或加速了光合作用色素的分解，光合能力下降。其中叶绿素b的含量明显要低于叶绿素a的含量，说明在一定程度上能够减少光能吸收，从而避免或减轻光抑制伤害。
　　 (3)Pro和可溶性蛋白 UV-B辐射增强，棉花体内游离脯氨酸含量升高，可溶性蛋白质的含量呈现先生后降的变化趋势，这是棉花自身的一种适应性保护机制。
　　 (4)活性氧清除系统在UV-B辐射下，棉花叶片SOD、CAT和POD活性表现为先升高后降低的变化趋势。SOD、CAT和POD活性在处理初期升高这是棉花叶片适应辐射胁迫的一种策略，但随着辐射时间的延长仍然无法维持植物体内活性氧的产生与清除之间的平衡，抗氧化酶活性开始下降，受伤害程度越大下降的幅度就越大。棉花叶片SOD活性达到最大值时间要比CAT、POD活性达到最大时间要晚，这主要是因为SOD是一个诱导酶，在辐射胁迫处理的初期活性氧的积累量还不足以诱导SOD活性发生显著变化。
　　 (5)MDA和质膜相对透性在UV-B辐射下，随着辐射时间的延长MDA含量增加、质膜相对透性(RPMP)增大，其增幅为R3>R2>R1>R0，说明辐射时间越长、辐射剂量越大对棉花叶片细胞的伤害就越大。
　　 (6)叶片显微结构 UV-B辐射增强对棉花叶片显微结构产生重要影响，如叶片变厚，具体为栅栏组织细胞层数增多，组织变厚，海绵组织叶肉细胞增大，细胞间空隙变大，这些被认为是棉花对增强的UV-B辐射的适应性变化。
　　 (7)根系生长随着辐射时间的延长和辐射量的增强，与对照相比各个处理的根系形态发生了明显的变化，R1根系根弯曲，侧根减少，有些侧根有向主根发展的方向；R2主根直径已明显变小，相当于侧根，侧根也相应的减小；R3主根已发展成侧根，侧根分布不均匀，根的数量明显减少。R1、R2和R3处理分别比对照的根长、根表面积、根的平均直径、根密度和根体积都有所减小。
　　 (8)产量和品质 UV-B辐射强度增加降低棉花产量，主要原因是降低了棉花的铃数，同时也降低了棉花品质。

目录

文摘

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前言

第一章 UV-B辐射对植物影响的文献综述

1.1 UV-B辐射增强对植物生长发育的影响

1.1.1 UV-B辐射增强对植株形态的影响

1.1.2 UV-B辐射增强对植物生物量积累的影响

1.1.3 UV-B辐射增强对农作物产量和品质的影响

1.2 UV-B辐射增强对植物光合作用的影响

1.3 UV-B辐射增强对植物物质代谢的影响

1.3.1 UV-B辐射增强对蛋白质代谢的影响

1.3.2 UV-B辐射增强对核酸代谢的影响

1.3.3 UV-B辐射增强对植物色素代谢的影响

1.3.4 UV-B辐射增强对植物生长调节物质的影响

1.3.5 UV-B辐射增强对植物DNA分子的损伤及其基因表达的影响

1.4 UV-B辐射增强对植物抗氧化系统及细胞膜的影响

1.5 UV-B辐射与其它因子相互作用对植物的影响

1.6 UV-B辐射增强对生态系统的影响

1.7 UV-B辐射增强研究存在的问题与展望

1.7.1 UV-B辐射增强研究存在的问题

1.7.2 UV-B辐射增强研究的展望

1.8 本实验的目的和意义

第二章 材料与方法

2.1 材料与实验设计

2.1.1 实验地点

2.1.2 实验材料

2.1.3 实验方法

2.2 测定项目

2.2.1 棉花植株生长指标

2.2.2 叶绿素含量

2.2.3 脯氨酸(Pro)含量

2.2.4 可溶性蛋白质含量

2.2.5 超氧化物歧化酶(SOD)活性

2.2.6 过氧化氢酶(CAT)活性

2.2.7 过氧化物酶(POD)活性

2.2.8 丙二醛(MDA)含量

2.2.9 质膜相对透性的变化

2.2.10 叶片显微结构的制备与观察

2.2.11 棉花植株根系特征参数的测定

2.2.12 棉花植株产量测定

2.2.13 棉花植株品质测定

2.3 统计分析

第三章 结果与分析

3.1 UV-B辐射增强对棉花植株生长指标的影响

3.1.1 UV-B辐射增强对棉花植株高度的影响

3.1.2 UV-B辐射增强对棉花植株茎粗的影响

3.1.3 UV-B辐射增强对棉花植株叶面积的影响

3.1.4 UV-B辐射增强对棉花叶片引起的可见伤害症状

3.2 UV-B辐射增强对棉花叶片部分生理生化指标的影响

3.2.1 UV-B辐射增强对棉花叶片叶绿素含量的影响

3.2.2 UV-B辐射增强对棉花叶片Pro含量的影响

3.2.3 UV-B辐射增强对棉花叶片可溶性蛋白质含量的影响

3.2.4 IN-B辐射增强对棉花叶片SOD活性的影响

3.2.5 UV-B辐射增强对棉花叶片CAT活性的影响

3.2.6 增强UV-B的辐射对棉花叶片POD活性的影响

3.2.7 增强UV-B的辐射量对棉花叶片MDA含量的影响

3.2.8 UV-B辐射增强对棉花叶片质膜相对透性的影响

3.3 UV-B辐射增强对棉花叶片显微结构的影响

3.4 UV-B辐射增强对棉花根系生长的影响

3.4.1 UV-B辐射增强对棉花根系形态的影响

3.4.2 UV-B辐射增强对棉花根系整根特征参数的影响

第四章 讨论

4.1 UV-B辐射增强对棉花植株生长的影响

4.2 UV-B辐射增强对棉花叶片生理生化的影响

4.3 UV-B辐射增强对棉花叶片显微结构的影响

4.4 UV-B辐射增强对棉花根系生长的影响

4.5 UV-B辐射增强对棉花产量和品质的影响

第五章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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