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​紫外光(UV)植物光生物学在农业生产中具有应用价值

发布时间:2023-04-07 人气:825

​紫外光(UV)植物光生物学在农业生产中具有应用价值

紫外线是指波长小于400m的光,占太阳辐射量的7%。小于300mm的高强度紫外线对植物有害,小于280m的紫外线可杀死植物。320~340nm对植物隐花色素有较小影响。太阳光是连续光谱,其波长范围从100nm的X射线到100m的无线电波。

太阳辐射中99%的能量集中在280~500nm波段范围内波长大于760m的光谱段称为红外光,地球表面热量基本来自太阳红外光辐射能。太阳光中不同光谱对植物光合作用贡献大小不ー,仅400~700m范围的光为植物光合有效辐射,参与了植物的碳水化合物合成的光反应过程。

而根据人的眼的感知能力,通常把太阳光谱分为可见光和不可见光,可见光的波段波长为380-760nm,又细分为红光(625~760)、橙光(595~626)、黄光(575~595)、绿光(470~575)、蓝光(435~470)和紫光(380~450)。不可见光包括红外光和紫外光,其中,波长小于380nm的波段称为紫外光。根据紫外线的物理和生物学特性,将其分为3个波段:即波长为320~380nm长波紫外线(UV-A),波长280~320m的中波紫外线(UV-B)和波长100~280mm的短波紫外线(UV-C)。

在全部太阳辐射中可见光约占50%,红外线占48%~49%,其余紫外光占1%~2%。研究表明,在太阳光光谱中光合有效辐射、UV和远红光对植物生长发育具有调控功能,在农业生产中具有应用价值和调控必要性。

塑料大棚中UV和光合有效辐射因棚膜的遮挡作用削减了很多,而玻璃温室内UV和光合有效辐射强度降低幅度高达66%和45%,最大损失率均发生在12:00,而且损失率随太阳光强度的増加而增加。所以,设施条件下,植物获取的光照强度随太阳光强度的增加而增加,拐点为12:00。

紫外辐射减少植物叶面积、抑制下胚轴伸长、降低光合作用和生产力,使植物易受病原体攻击,但是,可以诱导类黄合成及防御机制和促进花色素合成。UV-B暴露导致矮小的植物表型、小而厚的叶片、短叶柄,增加腋生分枝以及根冠比。

对温室内生长的来自7个国家16个水稻栽培种的研究表明,补加UV-B导致总生物质数量增加的有4个栽培种;减少的12个栽培种;那些对UVB敏感的栽培种叶面积和分数都明显减少;叶绿素含量增加的有6个栽培种(其中,达到显著水平的2个);叶片光合速率明显降低的有5个栽培种,而明显提高的有1个栽培种(它的总生物质数量也明显增加)( Teramura等,1991)。

UV-B/PAR的比例是植物对UV-B响应的一个重要的决定因素。例如,UVB和PAR共同影响薄荷的形态和油产量,高质量油的生产需要高水平的未经过滤的自然光(Behn等,2010)。

叶片吸收入射UV-B的90%。叶片含有水溶性的酚类色素类黄酮,它强烈吸收UV-B,而不吸收PAR。因此,在许多种植物叶片,可以透射到能够破坏光合机构处的UV-B是很少的。温室生长的豌豆暴露在UV-B(280-315nm)下4~5h后净光合速率明显降低,而叶片对CO2扩散的叶肉阻力和暗呼吸作用明显提高,UV-B暴露处理9d后植株干重明显低于对照植株( Brandle等,1977)。UV-B可以降低抗坏血酸和B-胡萝卜素的浓度,但可以有效地促进花色素苷合成。UV-B暴露导致矮小的植物表型、小而厚的叶片短叶柄、増加腋生的分枝以及根冠比的变化。UV-B适应还影响植物与食草动物的关系。因此,UV-B是一个控制植物和它们与生物的和非生物的环境之间关系的调节因子。

UV-B/PAR的比例是植物对UV-B响应的一个重要的决定因素。例如,UV-B和PAR相互影响薄荷( Mentha x piperita)的形态和油产量,因此,高质量油的生产需要高水平的未经过滤的自然光( Behn等,2010)。在田间条件下,补加紫外辐射(UV-B,300m,3.0或5.1kJ/m2)使大豆栽培种Essex产量降低20%,但是种子蛋白质和脂含量没有明显变化( Teramura等,1990)。对温室内生长的来自中国、印度、菲律宾、尼泊尔、泰国、越南和斯里兰卡7个不同地区的16个水稻培育的考察结果表明,补加UV-B导致总生物质量增加的有4个(其中,达到显著水平的仅1个,来自斯里兰卡)栽培种,减少的12个(其中达到显著水平的6个)栽培种;那些对UV-B敏感的栽培种的叶面积和分数都明显减少;叶绿素含量增加的有6个(其中,达到显著水平的2个)栽培种;叶片光合速率明显降低的有5个栽培种,而明显提高的有1个栽培种(它的总生物质量也明显增加)( Teramura等,1991)。

UV-B影响的实验室研究虽然在坚定转录因子和另一些分子的、生理的因素上是有作用的,但是由于使用较高的UV-B水平、没有UV-A相伴随和往往很低的背景PAR,实验室研究结果通常不能机械地外推到实际的自然环境中去。田间研究通常利用UV灯提高或用滤器降低UV-B水平。

UV在设施园艺中具有应用价值,UV-LED已经开始实践应用,在调控植物色泽,调节次生代谢物质合成累积方面具有价值。但UV在设施园艺中应用应遵循短期、少量、多次的原则,避免植物伤害。

   

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