紫外辐射增强对玉米地上部分与根系生长的影响比较

1、紫外辐射增强对玉米地上部分与根系生长的影响比较吴荣军，郑有飞，王传海，胡正华南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏 南京 210044摘要：在大田试验条件下，运用 t 检验和紫外线反应指数，分析研究了 UV-B 辐射增加对玉米（Zea mays L.）地上部分和地下部分生长的影响，结果表明：UV-B 辐射增加对玉米成苗期的地上部分和根系都有显著的影响，其中对根系的影响程度显著大于地上部；UV-B 辐射增加对玉米苗期（三叶期前）的地上部分有显著的影响，而对根系的生长影响未达到显著水平。对于更全面地了解 UV-B 辐射增强对农作物的影响及其机理具有一定的参考价值。关键词：UV-B；玉米；根系；营

2、养供应中图分类号：X17；Q948文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）02-0323-04大气臭氧层吸收强烈的太阳紫外辐射（UV） ，使地球生物得以正常生长，从而成为地球生命的有效保护层。然而，人类活动导致大量的氯氟烃和氮氧化物等气体进入平流层，导致大气平流层臭氧在减少1-3，造成了地球南北极臭氧洞加剧4和中高纬度地区相当大的臭氧衰减5-6。根据世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）评估公报，在19972001年期间，全球平均臭氧总量比19641980年全球平均臭氧量减少了3%4，而且，这种趋势还将加剧，20102019年期间，平流层臭氧水平下降将最为严重7。平

3、流层臭氧减少，使得到达地表的紫外辐射增加，从而导致整个地球表面生物和生态系统发生变化，这是最引人注目的全球变化现象之8-10。国内外有关紫外辐射增强对陆生植物及陆地生态系统影响的研究已经有了大量的研究成果，内容遍及植物分子、细胞、组织、器官、个体和生态系统等各个层次11-15，研究范围十分广泛，有的研究已相当深入12。其中，部分研究表明，UV-B 辐射增强导致作物产量显著下降16-17，作物的光合速率下降，甚至其光合系统以及细胞的膜系统也受到一定的伤害18-19。但作物产量的下降可能作物根系的生长情况有关，然而，由于植株冠层的吸收和反射，UV-B 到达植株冠层中、 下部的 UV-B 辐射量已很

4、小16，因此，紫外线 UV-B 辐射增强不会对植物根系产生直接的影响，同时，根系生长指标的测定工作较为繁琐，因此，有关 UV-B 辐射增强对植物根系生长的影响，以及根系生长受抑制后影响植物地上部分生长的研究通常被忽视，很少看到其相关研究报道。植物地上部分与根系是一个有机的整体，植物根系的生长需要植物地上部分的光合作用提供营养，而根系对于植物水分与矿质营养的吸收以及产生细胞分裂素等物质，对于植物地上部分的生长有重要的影响。因此本文在大田试验条件下，比较研究了 UV-B 辐射增加对玉米 （Zea mays L.） 地上部分和根系生长的影响， 对于更全面地研究 UV-B 辐射增强对农作物的影响及其机

5、理具有一定的参考价值。1材料与方法1.1试验材料供试材料为玉米掖单 2 号。幼苗试验在南京信息工程大学环境科学实验室内进行，大田试验在环境科学试验园内进行，土壤肥力中等，大田播种，常规种植管理。UV-B 增强处理：采用可升降式的 UV-B 灯架，灯管置于植株群体上方 1 m，设 2 Wm-2，相当于南京地区夏天日平均 UV-B 辐射增强 8%） ，对照组和处理组各 5 个重复，每天 8:00-17:00 照射 9 h。1.2测定、计算与数据处理对玉米根系和地上部分的观察分别在灌浆初期（成苗期）和三叶期（幼苗期）进行。地上部分测定指标包括株高、单株叶面积、干质量，根系测定指标包括单株根条数、根累

6、计长度、根体积、根干质量20。处理间的差异显著性采用 t 检验进行。 UV-B 辐射增强对玉米地上和根系影响程度的比较方法采用反应指数 RI（Response Index）21，本文计算公式为： RI=(CK-T)/CK100%分别计算地上部分和地下部分的反应指数。2结果与讨论2.1UV-B 增加对玉米地上部分生长的影响对成苗的影响在灌浆初期测定 UV-B 辐射增强对玉米株高、叶面积和单株干质量的影响，其结果见表 1，通过t 检验，结果表明，UV-B 增加对玉米株高的影响未达到显著水平，对单株叶面积和单株干质量有高度显著的影响（P0.01） （表 3） ，且下降的幅度较大。采用株高、叶面积和单

7、株干质量计算反应指数为18.11%。对幼苗的影响UV-B 辐射增加对玉米幼苗地上部分生长的影响结果见表 2，其影响程度显著大于灌浆初期的测定结果，其反应指数达到了 51.08%。通过 t 检验，结果表明，UV-B 辐射增加对单株干质量的影响达到显著，但对玉米的株高、叶面积的影响达到了高度显著的水平（表 3） ，因此，玉米幼苗期对 UV-B增加响应的敏感性远大于成苗期。可能是由于在三叶期前玉米的营养供应主要依赖种子内的营养，所以虽然株高和叶面积下降，但干质量下降幅度较小。总之，UV-B 增加对玉米幼苗地上部分的生长有显著的影响。UV-B 增加对玉米三叶期前的幼苗生长有显著的影响，这一结果说明，U

8、V-B 增加对作物的影响不仅仅是影响作物的光合作用。UV-B 增加对作物幼苗与成苗期的影响的表现存在显著的差异，有关成苗期、三叶期前幼苗和三叶后幼苗的不同表现的对比试验可能会发现一些有意义的结果。2.2UV-B 增加对玉米根系的影响对成苗的影响UV-B 增加对灌浆初期的玉米根系生长的影响见表 4，累计根长、根条数和根干质量综合反应指数 RI=77.8%，显著大于地上部的反应指数。同时，通过 t 检验， 结果表明， UV-B 增加对灌浆初期的玉米累计根长和根条数的影响达到了高度显著，而对根干质量的影响也达到了显著性水平（表 5） 。即UV-B 增加对玉米成苗的地下部分影响远大于对其地上部分的影响

9、。这一结果是值得进一步深入研究的，在大田群体条件下，植株下部 UV-B 辐射明显减弱，玉米根系并未受到 UV-B 的直接影响，但成苗期根系的有机营养由地上部分供应，由于地上部分受 UV-B 直接照射，光合作用受到抑制22，供给根系的营养减少，导致根系生长量下降。对幼苗的影响为了研究 UV-B 增加抑制玉米根系生长是否与地上部分供应养分减少有关，试验研究了 UV-B 增加对三叶期前玉米根系生长的影响，结果表明UV-B 增加对幼苗期的根系生长各项指标均表现出下降趋势，但对单株根条数和根干质量的影响未达到显著水平（表 5，表 6） ，对根长的影响程度也显著小于成苗期，综合反应指数 RI 为 18.0

10、1%，远小于灌浆初期的根系反应指数。总之，UV-B 增加对玉米幼苗期根系影响的程度远小于灌浆初期。表 1UV-B 增加对玉米成苗的地上部分生长的影响Table 1 Effect of enhanced UV-B radiation on the growth ofaerial parts of maize in grown stage处理及算式单株株高/cm单株叶面积/cm2单株干质量/gRICKT18.11%（CK-T）/CK-2.02%7.63%12.50%表 2UV-B 增加对玉米幼苗的地上部分生长的影响Table 2Effect of enhanced UV-B radiation o

11、n the growth ofaerial parts of maize seedling处理及算式单株株高/cm单株叶面积/cm2单株干质量/mgRICK51.08%T（CK-T）/CK12.96%25.50%12.62%表 4UV-B 增加对玉米成苗的根系生长的影响Table 4Effects of enhanced UV-B radiation on thegrowth of root of maize in grown stage处理及算式单株累计根长/cm单株根条数单株根干质量/gRICKT77.8%（CK-T）/CK15.2%46.40%16.2%表 5玉米地下部分处理和对照差异的

12、 t 检验结果Table 5T-test of the difference between treatment and control for theunderground parts of maize under enhanced UV-B radiation苗期单株根长单株根条数单株根干质量t 值Pt 值Pt 值P成苗期*2.0310-6*幼苗期表 3玉米地上部分处理和对照差异的t检验结果Tab. 3T-test of the difference between treatment and control forthe aerial parts of maize under enhan

13、ced UV-B radiation苗期单株株高单株叶面积单株干质量t 值Pt 值Pt 值P成苗期*幼苗期*3 结论（1）UV-B 增加对玉米产量有显著的影响，但产量下降幅度显著小于小麦等作物。（2）UV-B 辐射增加对玉米成苗期的地上部分和根系都有显著的影响，其中对根系的影响程度显著大于地上部。（3）UV-B 辐射增加对玉米苗期的地上部分有显著的影响，而对幼苗根系的生长无显著影响。参考文献：1石广玉, 白宇波, 岩坂泰信, 等. 拉萨上空大气臭氧垂直分布的高空气球探测J. 地球科学进展, 2000, 15(5): 522-524.SHI Guang yu, BAI Yu bo, YASUNO

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