乌拉尔甘草叶片对UV-B辐射响应机制的解剖学研究

【摘要】大气臭氧层变薄而引起到达地表的UV-B辐射增强,直接或间接的导致植物形态结构、光合作用、遗传物质等方面发生变化。为此,从不同角度和水平探讨植物对UV-B辐射的增强响应机制已成为当前植物学领域的研究热点之一,对深入认识太阳辐射与陆生植物生长发育及进化具有重要的理论和实践意义。本研究以干旱半干旱地区分布的药用植物乌拉尔甘草为研究对象,采用解剖学研究手段,分别对不同生境下生长的乌拉尔甘草叶片及室内人工模拟UV-B辐射增强条件下的乌拉尔甘草叶片进行研究,探讨不同光照条件下,甘草叶片形态结构、叶肉细胞超微结构及Ca2*分布情况的变化。结果表明：1.在大田、日光温室及室内三种生长环境下,乌拉尔甘草叶片均呈正常的鲜绿色,能够正常生长,叶肉组织显微和超微结构完整。但在表皮细胞和叶肉栅栏组织细胞的排列、细胞内含物、栅栏组织细胞超微结构及叶表皮外侧角质膜结构等方面存在显著差异,造成的原因不仅与环境中的温度、相对湿度有关外,光照条件特别是光谱中存在的UV-B辐射也可能是其中的影响因素之一。2.采用人工模拟光照条件下,以100001x日光灯为PAR.,设计三种不同UV-B辐射处理水平,进一步观察UV-B辐射对叶片形态、结构的影响。结果表明,随着UTV-B辐射水平不同,乌拉尔甘草的叶片生长受到影响,形态和结构上均表现出了不同程度的损伤。在形态上,随着UV-B辐射剂量的增加或照射时间延长,叶片依次出现卷曲、失水、局部褐斑、大面积褐化、死亡脱落等现象。进一步观察发现UV-B辐射可引起叶片组织及叶肉细胞结构发生改变,改变的程度与辐射时间和辐射剂量具有密切关系。在低剂量UV-B辐射(4μW/cm2)处理2-4天,叶片各部分显微结构与对照无显著差异,但辐射处理6天后,与对照相比角质膜厚度增加,角化层网状结构越来越明显,表面的蜡质染色较深。但随着辐射时间继续延长,逐渐也出现结构被部分破坏的现象。相反,在中、高剂量(14μW/cm2、24μW/cm2)下,照射2天后,叶片上表皮细胞、叶肉栅栏组织细胞就逐渐出现变形,随着辐射时间延长,表皮细胞开始死亡,栅栏组织细胞中的叶绿体、线粒体等细胞器结构出现损伤,甚至解体,细胞器结构发生的变化均与细胞凋亡现象相近。3.观察了三种不同生长环境下及人工模拟UV-B辐射条件下,乌拉尔甘草叶片中Ca2+分布情况。结果显示,在三种生长环境条件下,Ca2+主要分布在栅栏组织细胞的胞间隙及细胞内的液泡膜边缘,但由于生长环境的不同,各部位分布的Ca2-数量存在差异,其中户外最多,在室内生长的Ca2+最少。进一步通过人工模拟不同UV-B辐射水平下叶片栅栏组织细胞中Ca2+分布。结果显示,UV-B辐射处理后栅栏组织细胞中Ca2+分布均有较大的差异,且呈现从胞间隙和液泡膜边缘向叶绿体周边聚集,再向细胞膜聚集的现象。可见,Ca2+参与了U-V-B辐射期间乌拉尔甘草叶片栅栏组织细胞中信号传导的过程,也可能参与了诱导栅栏组织细胞程序性死亡的信号传导过程。
【作者】郑丽萍；
【导师】彭励；
【作者基本信息】宁夏大学，植物学，2014，硕士
【关键词】UV-B辐射；乌拉尔甘草；叶片；超微结构；钙；

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