UV—B辐射增强影响作物生长发育的研究进展

摘要：UV-B 辐射增强对作物生长发育的影响是目前科学研究的热点之一，本文综述了国内外有关UV-B辐射增强对作物生长发育影响的研究现状与动态，讨论了UV-B辐射增强对作物形态结构、光合生理代谢、抗氧化系统、细胞膜和DNA损伤等方面的影响，同时还探讨了UV-B辐射影响作物生长发育的分子机制，并展望了UV-B 辐射增强影响作物生长发育研究领域中值得深入探讨的问题。

关键词：UV-B辐射；作物；产量；品质；光合作用

中图分类号：S161.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）06-0183-06

Abstract The effect of enhanced UV-B radiation on crop growth and development is currently a hot topic in scientific research. In this paper，we reviewed the research status and trends of the effect of UV-B radiation enhancement on crop growth and development， discussed the influences on crop morphological structure， photosynthetic and physiological metabolism， antioxidative system， cell membrane and DNA damage， and the underlying molecular mechanism was explored. The issues worth further discussing in the study of enhanced UV-B radiation on crops were also prospected in this review.

Keywords UV-B radiation； Crop； Yield； Quality； Photosynthesis

太陽紫外线（Ultraviolet，UV）根据波长的不同可分为三种：长波紫外线（UV-A，320～400 nm）、中波紫外线（UV-B，280～320 nm）和短波紫外线（UV-C，200～280 nm）。臭氧层能够吸收波长短于300 nm的太阳辐射，其吸收系数随波长的增大而降低，所以UV-C的全部和UV-B的大部分都被吸收，只有少部分UV-B和UV-A能到达地面。其中，UV-A对作物的伤害作用非常小，UV-B则对作物的生长发育产生重要影响[1]。

臭氧层可以被烃基、氯原子、一氧化氮和溴等物质分解，尽管这些物质在地球上是天然存在的。多年来随着人类工业活动的发展，大量的氟氯烃类（chlorofluorocarbons，CFCS）化学物质被排放到大气平流层，而紫外线能通过分解CFCS释放Cl和Br自由基[2]，进一步导致大量的臭氧分子被分解，大气中的臭氧层逐渐变薄。据统计，在过去的20年里，全球范围内的臭氧浓度已经减少2%～3%，南极地区的减少量已达50%，并且形成的臭氧层空洞仍在继续扩大。Caldwell等[3]试验结果显示，大气中每减少1%的臭氧，到达地面的UV-B辐射量将增加2%。预计未来70年内，到达地面的紫外线辐射量将会增加4%～20%。

臭氧不断减少，地表UV-B辐射增强，将对作物的形态结构、生理活动等多方面造成严重影响。目前对UV-B辐射增强的研究工作已经广泛展开，但没有系统阐述对作物的影响，现将国内外有关UV-B辐射对作物影响的研究进行综述。

1 UV-B辐射增强对作物形态结构的影响

1.1 株高变化

UV-B辐射增强会导致作物植株矮化。吕志伟等[4]试验结果显示，暴露于UV-B辐射下的冬小麦植株与对照组相比矮化31.3%。Liu等[5]研究证明节间缩短是UV-B辐射增强导致植株矮化的原因。不同品种的矮化效果存在差异，Li等[6]对20个品种的小麦进行了UV-B辐射研究，其中12个品种的株高变化具有显著性，包括6个与对照组相比株高显著下降的品种及6个显著增加的品种，龙春8139株高比对照组下降了11.34%，会宁18号株高下降了4.18%。矮化效果也会受辐射天数[6]和辐射强度[7]等因素的影响。

1.2 叶片增厚，面积减少

UV-B辐射增强会影响作物叶片的生长发育，导致作物叶面积减小并使叶面发生卷曲[8]，甚至会使叶片增厚[9]。Li等[10]研究发现在UV-B辐射处理下的马铃薯叶片明显缩小增厚。作者近期研究发现，在强度为0.6 W·m-2的UV-B辐射条件下，对花生照射4 h就会导致其叶片褐化，表面皱缩，叶柄与主茎夹角明显变大，甚至有畸形生长等现象。

有研究表明模式植物拟南芥莲座叶的叶面积在UV-B辐射下显著减小，这种影响的主要原因是细胞分裂和细胞扩张受到抑制[11]。Vandenbussche等[12]指出适当的UV-B辐射会通过UVR8（UV Resistance Locus 8）受体介导影响生长素的分布，从而调节叶片的生长发育，但高剂量的辐射超出作物所承受的最大限度，会影响其正常的发育。

1.3 延迟开花时间

开花时间易受到各种环境因素的调节[13，14]。研究证明，在玉米[15]、田春黄菊[16]等作物中，UV-B辐射会导致开花时间延迟，Saile-Mark等[17]研究发现，在UV-B辐射增强处理下，四季豆开花时间延迟了将近一天（24 h）。UV-B辐射增强还易造成作物花朵脱落，Rajendiran等[18]发现UV-B辐射处理下的豇豆与对照组相比花朵脱落增加了将近25%，而且开花延迟了将近三天。作物通过减慢生殖生长的速度来适应这种不良环境。