紫外线-B辐射对植物DNA及蛋白质的影响

大气平流层中的臭氧衰减,导致太阳辐射中的紫外辐射量有明显的增加,其中UV-B辐射对植物会产生不同程度的影响。分子生态学理论认为,UV-B辐射对植物造成的损伤,首先伤害植物的生物大分子,即进行光化学修饰。本文就臭氧衰减对生态环境和植物的影响途径进行了讨论,重点论述了UV-B辐射对植物蛋白质合成的抑制和DNA的损伤修复途径。并应用分子生物学技术研究植物对UV-B辐射的抗性机理和DNA修复技术的前景进行了展望。     

UV-B辐射增强对三种赤潮微藻DNA的伤害效应

运用生态毒理学和生物化学方法研究了UV-B辐射增强对赤潮异弯藻、亚历山大藻和中肋骨条藻DNA的伤害作用.结果表明,3种赤潮微藻的生长状况对UV-B辐射增强的敏感性不同;对UV-B辐射增强的敏感性由高到低依次是赤潮异弯藻、亚历山大藻和中肋骨条藻.随着UV-B辐射剂量的增加,3种赤潮微藻的DNA损伤程度提高,而且赤潮异弯藻DNA的损伤程度明显高于亚历山大藻和中肋骨条藻,亚历山大藻DNA的伤害程度又远远高于中肋骨条藻.UV-B辐射处理解除后,损伤DNA可明显恢复.赤潮异湾藻和亚历山大藻恢复培养6d,损伤DNA可明显恢复(P＜0.05);而中肋骨条藻恢复培养3d,损伤DNA可明显恢复(P＜0.05),说明3种赤潮微藻的DNA损伤水平不适合作为指示UV-B辐射增强的生物学指标.     

设施作物响应UV-B辐射的研究进展

基于生态学和能量角度,早期对增强UV-B辐射影响植物生长发育及光合能力的报道多为负面性报道,例如,损伤DNA、改变蛋白质结构;增加活性氧及细胞膜透性;破坏光合作用;使植株矮化、株型缩小,抑制生长等。然而,UV-B并不是只对植物有不利影响,特别是在设施内UV-B不足或缺乏的情况下,适量补充反而有利于作物体内修复机制的激活,表现出对生长、产量和品质的正向调控。本文综述了设施栽培作物的信号转导、次生代谢物质、光合能力、生长发育、果实品质及产量等响应UV-B的研究进展,以期为设施栽培生产中UV-B的合理利用提供参考。     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗蛋白质代谢的影响

采用He-Ne激光(5 mW.mm-2)和增强UV-B(10.08 kJ.m-2.d-1)辐照‘晋麦8号’小麦幼苗,5 d后测定各处理组小麦叶片的蛋白酶、转氨酶活性以及可溶性蛋白质含量与组成的变化。结果显示,增强UV-B辐射使小麦叶片蛋白酶活性极显著升高,转氨酶活性降低,可溶性蛋白质含量极显著下降,蛋白质谱带增加;单独He-Ne激光处理使蛋白酶活性下降,转氨酶活性升高,可溶性蛋白质含量增加,对蛋白质条带影响不明显;与单独UV-B辐射相比,经He-Ne激光辐照和UV-B辐射复合处理后,蛋白酶的活性明显降低,转氨酶的活性增加,可溶性蛋白质含量增加,并且使UV-B辐射诱导出的新带减弱或消失。研究发现,增强UV-B辐射能减弱小麦幼苗蛋白代谢中正常基因的表达,但又激活了一些抗性基因的表达而诱导产生新的胁迫蛋白;一定剂量的He-Ne激光辐照可解除UV-B对小麦幼苗正常基因表达的抑制而使其蛋白质代谢加强。     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗类囊体捕光色素的影响

采用5mW.mm-2He-Ne激光辐照、10.08kJ.m-2d-1UV-B辐射及二者组合对冬小麦幼苗进行处理。通过测定叶绿体捕光色素含量和色素蛋白组成的变化,进一步探讨He-Ne激光对增强UV-B辐射后小麦幼苗类囊体捕光色素损伤的修复效应。循环处理小麦幼苗4d,利用90%乙醇和80%丙酮分别提取各处理组小麦幼苗叶片中的叶绿素,通过纸层析和分光光度法检测捕光色素含量的变化,并探讨不同处理对叶绿素与蛋白质结合牢固性的影响。利用柱层析法测定色素蛋白的主要成分。研究表明:与对照组相比,增强UV-B辐照后小麦幼苗捕光色素总含量降低了17.76%,叶绿素和蛋白质结合牢固度显著降低,色素蛋白的组成也发生变化,D1和D2蛋白质条带消失;而一定剂量He-Ne激光辐照可使增强UV-B辐射后的叶绿体色素含量增加约10.64%,但仍低于ck组约8.12%,叶绿素和蛋白质结合牢固度也显著高于B组,色素蛋白的组成与对照组相似。因此,低剂量的He-Ne激光辐照对增强UV-B辐射后小麦幼苗类囊体捕光色素的损伤具有促进修复效应。     

植物对UV-B辐射增强应答的分子机制及信号级联研究进展

地表的UV-B辐射量伴随着大气平流层臭氧层的变薄而不断增强,给地球生态系统带来严重影响.UV-B主要通过抑制植物光合作用、伤害生物膜及DNA等生物大分子来影响其生长发育,最终导致生物量及产量降低,甚至致死.植物在进化过程中形成了自我防护及防御机制,如DNA损伤的自我修复,活性氧自由基的酶促及非酶促清除机制,以及紫外吸收物质的诱导合成等;同时,在植物中也有许多物质及不同途径来感受和应答UV-B胁迫.本文从UV-B辐射增强对植物造成损伤的主要途径、植物对UV-B辐射增强的应答机制及信号级联过程等方面的研究进展进行综述.     

增强UV-B辐射和氮素互作对植物生长代谢影响的研究进展

不同氮源条件下,UV-B辐射增强能改变植株对氮的吸收利用以及植株叶片的碳氢比和碳氮比,增加氨基酸的生物合成.缺氮条件下, UV-B辐射增强使植物叶片中SOD、POD活性增强,MDA含量增加;氮素过量时,UV-B辐射增强会降低植物对UV-B辐射的耐性.UV-B辐射增强和氮缺乏相互作用会降低叶片的光合速率、叶绿素含量、可溶性糖及淀粉含量,从而抑制植物的生长,降低生物量.该文对近年来国内外有关UV-B辐射增强与氮素相互作用对植物抗氧化系统、氮代谢、光合作用、生物量和形态结构的影响进行综述.     

增强UV-B辐射对拟南芥叶肉细胞蛋白的影响

采用不同剂量的UV-B辐射处理4周龄的野生型拟南芥幼苗(Columbia-0),分别采用丙酮沉淀法和TCA-丙酮法提取其叶肉细胞中的蛋白质,进而研究分析拟南芥叶肉细胞中蛋白质的含量与组成对不同强度UV-B辐射的响应。结果显示,两种方法相比较,TCA-丙酮法所提取得到的蛋白含量相对较多,更适合于分析增强UV-B辐射对拟南芥叶肉细胞蛋白质的影响;而两种方法所提取得到的蛋白质含量的变化趋势相同,随着UV-B辐射剂量的增加,蛋白质含量呈先增加后减少的趋势,B₂组达到了最大。此外,蛋白条带的数目和表达量也都发生了显著变化,同样也是以中剂量处理组（B₂组）变化最为明显,既有新增条带,又有消失条带。这可能是由于拟南芥在受到低剂量的UV-B辐射时,可以激活自身一些抗性基因的表达而诱导产生抗性蛋白,进而抵御UV-B的伤害;而当受到高剂量的UV-B辐射时,损伤自身的蛋白质合成途径,影响蛋白的合成。     

陆生植物体内酶系统对UV-B辐射增强的响应

臭氧层减薄导致地表中波紫外线UV-B(280～320 nm)辐射的增强,UV-B辐射能量远高于可见光,且能被植物体内蛋白质和核酸等生物大分子吸收.酶是植物体内起催化作用的一类蛋白质,酶的数量和活性对UV-B辐射增强有强烈的响应.本文将近年来增强UV-B辐射对植物体内酶影响的研究工作进行了综述.主要包括抗氧化酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶.并就今后该方面的研究提出建议.     

CO2倍增及UV-B增强对大豆植株生长和根际微生物的影响

以大豆'齐黄27'为研究材料,采用人工气候室模拟大气CO2浓度倍增(350～700 μmol*mol-1)及紫外线B(UV-B,280～320 nm)辐射增强(4～15 μW*cm-2)的环境条件,研究了CO2浓度增加及UV-B辐射增强对大豆生育前期的生长及根瘤、根际微生物数量的影响.结果表明:(1)增强UV-B能显著减少大豆植株地上部生物量,而对株高的抑制作用不显著;CO2浓度倍增促使大豆株高和地上生物量显著增加,对根系生物量的促进作用不显著,但能够减轻UV-B辐射增强对地上及根系生物量的抑制作用;CO2浓度增加、UV-B辐射增强及其复合胁迫均导致大豆植株根冠比下降,且复合胁迫对根冠比的抑制作用更明显.(2)CO2浓度倍增降低了大豆叶片叶绿素、类胡萝卜素及花青素含量,提高了净光合速率;UV-B辐射增强导致叶绿素含量减少,光合速率下降,却增加了类胡萝卜素及花青素含量;CO2浓度增加、UV-B辐射增强复合处理对叶片色素含量及光合速率的影响具有复合效应.(3)CO2浓度倍增能够促进根瘤数量及根际真菌数量的增加,而UV-B增强处理则显著降低细菌和放线菌的数量;CO2浓度倍增能够缓解UV-B增强处理对放线菌的抑制作用,却导致根际细菌数量进一步减少.研究发现,CO2浓度增加及UV-B辐射增强对大豆生育前期植株生长、叶片色素含量及根际微生物数量存在抑制或促进效应,而且在某些性状上存在复合效应,它们可能主要是通过调节大豆植株的干物质分配及根系的代谢间接影响根瘤数量及根际微生物数量.     

The effects of solar ultraviolet-B radiation on the growth and yield of barley are accompanied by increased DNA damage and antioxidant responses

There is limited information on the impacts of present-day solar ultraviolet-B radiation (UV-B) on biomass and grain yield of field crops and on the mechanisms that confer tolerance to UV-B radiation under field conditions. We investigated the effects of solar UV-B on aspects of the biochemistry, growth and yield of barley crops using replicated field plots and two barley strains, a catalase (CAT)-deficient mutant (RPr 79/4) and its wild-type mother line (Maris Mink). Solar UV-B reduced biomass accumulation and grain yield in both strains. The effects on crop biomass accumulation tended to be more severe in RPr 79/4 (≈ 32% reduction) than in the mother line (≈ 20% reduction). Solar UV-B caused measurable DNA damage in leaf tissue, in spite of inducing a significant increase in UV-absorbing sunscreens in the two lines. Maris Mink responded to solar UV-B with increased CAT and ascorbate peroxidase (APx) activity. No effects of UV-B on total superoxide dismutase (SOD) activity were detected. Compared with the wild type, RPr 79/4 had lower CAT activity, as expected, but higher APx activity. Neither of these activities increased in response to UV-B in RPr 79/4. These results suggest that growth inhibition by solar UV-B involves DNA damage and oxidative stress, and that constitutive and UV-B-induced antioxidant capacity may play an important role in UV-B tolerance.     

不同灌水量下限对高羊茅绿期及抗寒性生理指标的影响

采用盆栽试验的方法,研究了秋末冬初不同灌水量下限\[分别占田间持水量(FC)的80%、70%、60%、50%\]对高羊茅绿期及抗寒性生理指标的影响.结果表明：在冬季低温条件下,80%和70%FC灌水处理使高羊茅叶片相对含水量、保护酶(SOD、POD和CAT)活性、叶绿素、可溶性糖和游离脯氨酸含量维持在较高水平,丙二醛含量和电解质外渗率降低,高羊茅的抗寒性增强.80%FC灌水处理分别较70%、60%和50%FC处理的草坪草绿期延长4、22和28 d,到达枯黄休眠的时间最晚,完成返青的时间最早.综合考虑节水和提高水分利用效率等多种因素,70%FC灌水处理为高羊茅秋末冬初季节最佳的灌水下限.     

低纬高原地区UV-B辐射对报春花 丙二醛、蛋白质含量的影响

以同期种植的云南报春花为试验材料,利用获得的云南不同纬度、不同海拔高度,而经度差异不大的4个试验点的UV-B辐射观测资料,初步研究了低纬高原地区不同UV-B辐射强度变化对云南报春花丙二醛、可溶性蛋白质的影响。结果表明,UV-B辐射强度从2~5月呈上升趋势,辐射值最高为丽江点,5月份达12·90w·m-2,相对来说高海拔地区的紫外辐射强度较强,各试验点报春花叶片的丙二醛含量以3、4月份较高,可溶性蛋白质含量以2、4月份较高。随着UV-B辐射强度增强,报春花丙二醛含量先升高后降低,叶片丙二醛含量也较高,不同生育期丙二醛含量不同,其含量以开花期和结实期最高;而随着UV-B辐射强度的变化,各实验点报春花叶片蛋白质含量变化不一致,不同生育期可溶性蛋白质含量不同,其含量以开花期为最高。     

不同时间的UV-B辐射对拟南芥幼苗生长的影响

以哥伦比亚野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料, 用辐射功率为16.67 μW·cm^-2但不同时间(0.5、1、1.5、2、2.5和3小时)的UV-B辐射对拟南芥幼苗进行处理, 观察叶片形态, 并测定其根长、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)浓度、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性及叶绿素荧光参数。结果显示, 短时间UV-B辐射可促进拟南芥根的伸长, 叶绿素和可溶性蛋白含量升高; 长时间UV-B辐射则抑制拟南芥根的生长, 使叶绿素含量、可溶性蛋白含量、叶绿素荧光参数F_v/F_m及qP逐渐降低, MDA浓度、SOD活性、CAT活性和qN值升高, 并随着时间的延长逐渐降低或升高。当辐射功率为16.67 μW·cm^-2时, 其最佳辐射时间为1.5小时。UV-B辐射作为一种环境胁迫, 其胁迫程度都是在一定的范围内, 当胁迫达到极限时, 植株都会对UV-B辐射产生一定的适应效应而使损伤降低。     

外源NO对不同UV-B辐射天数处理的小麦叶片总蛋白的影响

研究外源NO对不同UV-B辐射天数处理的小麦叶片总蛋白的影响.采用蒸馏水和0.1 mmol/L 硝普钠（SNP,一种NO供体）浸种24 h,试验设置不同的处理组：CK、CK＋B、SNP、SNP＋B.待幼苗生长7天后取其叶片进行总蛋白的提取及SDS-PAGE凝胶图像的分析.不同处理对叶片总蛋白含量、电泳图谱及电泳条带数目的影响不同;外源NO能显著增加不同UV-B处理天数下小麦叶片总蛋白的含量,且SNP和SNP＋B处理组的电泳条带均较CK和CK＋B处理组的电泳条带变宽且颜色变深.外源NO能显著增加UV-B辐射下小麦叶片的总蛋白含量.同时,不同处理组电泳条带数目的变化反应出一些蛋白的降解和合成,最终也体现了不同处理组蛋白含量的变化.     

Effect of UV-B (290–320 nm) irradiation on growth and metabolism of cucumber cotyledons

Cucumber ( Cucumis sativus L. cv. Natsusairaku 3) seedlings were grown in a growth cabinet under UV-B (290–320 nm) irradiation (equivalent to the UV-B radiation normally incident at Tokyo, 36°N latitude, during clear sky conditions in mid-april on a weighted daily fluence basis) and a UV-B-free control condition. UV-B irradiation inhibited the growth of the cotyledons, i.e. the increase in area, and increase in fresh and dry weights of the cotyledons. The greatest inhibition rate was observed in the increase in area, causing a significant increase in specific leaf weight (the ratio of weight to area). UV-B irradiation had no significant effect on DNA and RNA contents in the cotyledons, but decreased protein content slightly. In contrast, the irradiation reduced the amounts of organic acids and soluble sugars, indicating that primary carbon metabolism was very sensitive to UV-B radiation. UV-B irradiation lowered the photosynthetic activity in the cotyledons without any effect on chlorophyll content and respiratory activity. These results indicate that UV-B radiation at the ambient level may act as a physiological stress in some UV-sensitive plants.     

He-Ne激光对小麦ROP GTPase经增强UV-B辐射造成的损伤的修复研究

采用He-Ne激光辐照对增强UV-B辐射后小麦幼苗ROP GTPase损伤修复作用进行了研究。采用了SDS-PAGE电泳法检测各组ROP GTPase的含量和激光共聚焦显微镜对小麦微丝进行FITC荧光强度标记的测定。研究结果表明：经增强UV-B辐射后,小麦幼苗的Rop GTPase含量降低,LCSM扫描细胞原生质体形状发生改变,细胞骨架受到破坏,其被标记的荧光变暗,强度减弱,在整个UV-B处理期间均低于对照组（CK）,再以He-Ne激光处理后,其含量,形状和强度均有所提高,但仍低于对照组。由此说明,UV-B辐射能使小麦幼苗的Rop GTPase含量下降,微丝骨架受到破坏,一定剂量的激光对UV-B辐射后小麦的蛋白含量和细胞骨架有一定修复作用。Rop GTPase参与了微丝骨架重组的过程。