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(齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，抗性基因工程與寒地生物多樣性保護(hù)黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

太陽(yáng)紫外光輻射根據(jù)其波長(zhǎng)分為3種，其中波長(zhǎng)在260～280 nm之間的短波紫外線(UV-C)對(duì)植物的傷害最大，通常UV-C在到達(dá)地表前被臭氧層吸收而無(wú)法到達(dá)地表[1]。近年來(lái)，隨著人類(lèi)文明和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，臭氧層損耗甚至出現(xiàn)臭氧空洞的問(wèn)題越來(lái)越突出，使照射到地面的太陽(yáng)光紫外線增強(qiáng)，其中包括了大量UV-C 輻射的增強(qiáng),會(huì)危害陸地植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育并導(dǎo)致減產(chǎn)[2]。植物在長(zhǎng)期的適應(yīng)UV輻射過(guò)程中，形成了一定的保護(hù)機(jī)制，以適應(yīng)環(huán)境條件的改變。因此，開(kāi)展紫外輻射對(duì)植物的效應(yīng)研究有重要的意義[3]。

研究顯示[4-7]，UV-C輻射能減少部分細(xì)菌、真菌的侵染，增加番茄等蔬菜的抗病能力；提高果蔬植物抗氧化性、貯藏品質(zhì)和防御酶活性等效應(yīng)。玉米(ZeamaysL.)是世界上種植最廣的重要糧飼作物和工業(yè)原料之一[8]。有學(xué)者[9-11]研究了UV-B輻射對(duì)玉米葉片光合作用、種子萌發(fā)及玉米新品種選育等[12-13]，而UV-C輻射對(duì)玉米葉片形態(tài)及葉片保護(hù)酶活性的影響未見(jiàn)報(bào)道。本文探討了UV-C輻射玉米種子對(duì)玉米葉片保護(hù)酶活性以及葉片表皮形態(tài)的影響，有助于揭示UV-C作為光信號(hào)對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的作用機(jī)制，為評(píng)價(jià)玉米抗紫外輻射能力提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料及處理

實(shí)驗(yàn)以玉米嫩單18為試材，將玉米種子分為5組，進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)UV-C紫外線輻射處理，輻射時(shí)間分別為0(ck)，2，4，6，8 h，將輻射處理后的玉米種子于2018年5月末分別栽種在實(shí)驗(yàn)田中，常規(guī)田間管理，待玉米植株長(zhǎng)葉4周后，取玉米葉片備用。

1.2 測(cè)量的指標(biāo)及方法

1) 超氧化物歧化酶(SOD)活性的測(cè)定：采用氮藍(lán)四唑還原法； 2) 過(guò)氧化物酶(POD)活性的測(cè)定：采用愈創(chuàng)木酚法； 3) 過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定：采用紫外吸收法[14]； 4) 葉表皮形態(tài)指標(biāo)：撕取玉米葉上、下表皮制成臨時(shí)水裝片，在Motic顯微圖像采集系統(tǒng)下采集圖像并測(cè)量相關(guān)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片中保護(hù)酶活性

2.1.1 SOD活性

玉米種子經(jīng)過(guò)不同時(shí)間梯度的UV-C紫外線輻射后，發(fā)育成的植株葉片中SOD活性變化明顯，見(jiàn)圖1。與ck組相比，在UV-C輻射6 h以內(nèi)，均呈下降趨勢(shì),與對(duì)照組比差異顯著(p<0.05)，處理時(shí)間8 h時(shí)，其活性略有升高。SOD 是一種誘導(dǎo)性酶，能消除生物體在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。短時(shí)間內(nèi)的UV-C輻射會(huì)對(duì)SOD的活性起到一定的抑制作用，輻射時(shí)長(zhǎng)8 h時(shí)，能誘導(dǎo)植物體內(nèi)的活性氧的形成，活性氧含量升高，進(jìn)而誘發(fā)植物體啟動(dòng)了活性氧代謝機(jī)制，使SOD的活性增強(qiáng)。

圖1 UV-C輻射對(duì)玉米葉片中SOD活性的影響

2.1.2 POD活性

不同時(shí)間的UV-C輻射對(duì)玉米葉片中POD活性的影響見(jiàn)圖2。與ck組相比，在UV-C輻射4 h以內(nèi)，POD活性呈下降趨勢(shì),輻射4 h時(shí)POD活性最低，此后隨輻射時(shí)間的延長(zhǎng)其活性逐漸開(kāi)始升高?？傮w來(lái)說(shuō)，ck組的POD活性顯著高于其他4個(gè)實(shí)驗(yàn)組(p<0.05)。說(shuō)明UV-C輻射對(duì)POD活性的抑制作用較強(qiáng)。玉米葉片在受到輻射傷害時(shí)，POD活性呈先降低后升高的趨勢(shì)，即機(jī)體能在一定的UV-C輻射時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)POD的活性來(lái)適應(yīng)外界的輻射刺激。

圖2 UV-C輻射對(duì)玉米葉片中POD活性的影響

2.1.3 CAT活性

植物體內(nèi)的活性氧最終被清除有賴(lài)于CAT。圖3顯示，不同時(shí)間的UV-C輻射對(duì)玉米葉片中CAT活性有一定的影響。在UV-C輻射處理2，4，6 h CAT活性均呈下降趨勢(shì)，輻射時(shí)間6 h時(shí)達(dá)最低，輻射8 h時(shí)活性有所上升。ck組的CAT活性顯著高于其他4個(gè)實(shí)驗(yàn)組(p<0.05)。6 h以內(nèi)的UV-C輻射處理，會(huì)抑制玉米葉片中CAT的活性，輻射時(shí)間達(dá)到8 h時(shí)植物體通過(guò)自身的調(diào)節(jié)，對(duì)CAT的活性又起到了一定的誘導(dǎo)作用。

圖3 不同時(shí)長(zhǎng)UV-C輻射對(duì)玉米葉片中CAT活性的影響

2.2 葉片表皮形態(tài)

UV-C輻射對(duì)玉米葉表皮的影響見(jiàn)表1～表3。UV-C輻射種子后萌發(fā)產(chǎn)生的幼苗，上、下表皮的氣孔器、保衛(wèi)細(xì)胞寬度、長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)度和寬度上均有不同程度的減小(p<0.05)。輻射作用在種子上，但是通過(guò)幼苗的表皮細(xì)胞可反映出在葉片形態(tài)上的變化比較顯著。而葉片長(zhǎng)度、寬度以及根條數(shù)各輻射組均比對(duì)照組有所增加，輻射時(shí)間為8 h時(shí)葉片寬度和根條數(shù)達(dá)到最大值(p<0.05)，輻射時(shí)間為6 h時(shí)葉片長(zhǎng)度最大(p<0.05)。

表1 UV-C輻射對(duì)玉米葉片上表皮形態(tài)特征的影響

注：abc表示多重比較差異，字母不同即表示差異顯著。下同。

表2 UV-C輻射對(duì)玉米葉片下表皮形態(tài)特的影響

3 結(jié)論與討論

研究表明，UV-B輻射增強(qiáng)，對(duì)玉米葉片的凈光合速率、蒸騰速率等有顯著的影響，隨紫外輻射的增強(qiáng)將使玉米產(chǎn)量降低[9]。UV-B輻射增強(qiáng)時(shí)可刺激植物機(jī)體的抗氧化酶系統(tǒng)，提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)自身抗氧化能力[3]。經(jīng)過(guò)不同時(shí)間UV-C輻射玉米種子，至萌發(fā)成幼苗后，葉片中保護(hù)酶的活性會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即UV-C輻射對(duì)玉米葉片中的保護(hù)酶的活性有一定的影響。短時(shí)間UV-C輻射對(duì)保護(hù)酶活性有抑制作用，達(dá)到一定的輻射時(shí)間后，會(huì)激發(fā)機(jī)體內(nèi)的調(diào)節(jié)機(jī)制，使酶活性有所增加。葉片表皮形態(tài)指標(biāo)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同時(shí)長(zhǎng)的UV-C輻射會(huì)對(duì)玉米葉上下表皮的氣孔長(zhǎng)度、保衛(wèi)細(xì)胞寬度、細(xì)胞長(zhǎng)度、細(xì)胞寬度有不同程度的抑制作用，這在一定程度上影響了植物光合作用。然而，UV-C輻射后的葉片長(zhǎng)度、葉片寬度和根條數(shù)都明顯增加(p<0.05)，顯示了玉米能通過(guò)增加葉表面積來(lái)保證葉片對(duì)氧氣的吸收，從而達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的光合作用速率，反映出玉米對(duì)UV-C輻射有調(diào)節(jié)能力，本結(jié)果與姜智超[15]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，認(rèn)為玉米嫩單18有較好的耐受短時(shí)UV-C輻射的能力，在玉米種子受到8 h內(nèi)的UV-C輻射可通過(guò)不同的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化，表明玉米嫩單18可作為優(yōu)質(zhì)的耐受輻射的玉米資源加以利用。

表3 UV-C輻射對(duì)玉米葉片大小及根條數(shù)的影響