第一章 緒論

1.1 研究背景和意義
自 Johnston（1971）首次報道臭氧空洞以來，人類活動產(chǎn)生的氯氟烴、氧化氮等臭氧損耗物對平流層的臭氧破壞已成為人類面臨的最突出的環(huán)境問題之一。盡管臭氧在大氣層中占有極其微量的比例，但其是大氣層中唯一可以吸收波長小于 300nm 輻射的物質(zhì)，可吸收紫外線中的幾乎全部的 UV-C 和部分 UV-B 輻射。因此，臭氧層減薄的主要效應(yīng)是導(dǎo)致到達地表的 UV-B 輻射增強。大氣中的臭氧量每減少 1%，地球表面的UV-B 輻射強度就將增加 2 %（吳永波和薛建輝 2004）。其導(dǎo)致 UV-B 輻射呈增強趨勢且要持續(xù) 100 年左右，這不僅直接對生物產(chǎn)生影響，還會破壞食物鏈，改變地球環(huán)境和氣候，最終改變地球生態(tài)系統(tǒng)。因此，控制臭氧層變薄、揭示 UV-B 輻射對生物及生態(tài)系統(tǒng)的影響并制定出相應(yīng)的防護對策，己成為世界各國面臨的一項重大課題（Caldwelland Flint 1997）。陸地植物對 UV-B 輻射的響應(yīng)是植物科學(xué)研究中最活躍的領(lǐng)域之一。近 40 年來，科學(xué)家們開展了大量的研究，對 UV-B 輻射增強引發(fā)的生態(tài)效應(yīng)研究涉及到植物的生長發(fā)育和繁殖、基因表達、碳獲取和貯藏、生理生化、競爭平衡、無機養(yǎng)分循環(huán)，群落組成、以及 UV-B 輻射增強與其他環(huán)境因子的協(xié)同作(梁宗鎖等 2012；馬力 2010；田向軍2007；Zhang et al. 2012; Zu et al. 2010)。近年來，大量 UV-B 輻射增強對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究被開展，研究主要集中在水稻(Oryza sative)、小麥（Triticum aestivum L.）、玉米(Zea mays L.)等主要糧食作物方面(Tsurunaga et al. 2013；Yao et al. 2006)。然而，UV-B 輻射對植物次生代謝物質(zhì)含量的影響更加引起人們的關(guān)注。例如維生素 C、維生素 E 和酚酸類等具有抗氧化特性對人體有益的次生代謝物質(zhì)在輻射增強條件下的變化趨勢，其中 UV-B 輻射增強對植物最一致的影響是植物葉片中紫外吸收物含量（主要是黃酮類和酚酸類）的增加。
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1.2 國內(nèi)外研究進展
太陽紫外輻射(200-400nm)約占太陽總輻射能的 8%-9%，通常分為短波紫外輻射(UV-C ， 200-280nm) 、中波紫外輻射 (UV-B ， 280-320nm) 和長波紫外輻射 (UV-A ，320-400nm)。UV-A 可以全部穿過臭氧層到達地面，能促進植物的生長，一般情況下對植物沒有傷害；UV-C 雖然對植物的生長有很大的影響，卻被臭氧層全部吸收而不能到達地面，即使臭氧層減薄 90%，它到達地球的輻射量也可以忽略不計；而 UV-B 除了部分被臭氧層吸收外，其余部分可直達地面，對地球生命物質(zhì)產(chǎn)生直接的影響。因此，臭氧量的減少帶來的后果主要是導(dǎo)致到達地表對生物有損傷作用的 UV-B 輻射增強(馬力2010；李倩 2010)。據(jù)研究報道，UV-B 輻射對植物的影響主要集中在形態(tài)特征、個體發(fā)育、生理生化效應(yīng)以及與其它因子的復(fù)合效應(yīng)等方面（田向軍 2007）。從 1980s 到現(xiàn)在研究者對 UV-B 輻射的研究經(jīng)歷了從室內(nèi)到室外，從增強到減弱UV-B 輻射強度的變化。最初研究者關(guān)注臭氧層變薄導(dǎo)致的 UV-B 輻射對植物以及整個生態(tài)系統(tǒng)的影響。因此早期的實驗多數(shù)采用增強 UV-B 輻射的實驗設(shè)計，隨著認(rèn)識的日益加深，研究者不再將 UV-B 看做單純的脅迫因素，而是從更多方面了解 UV-B 輻射對植物的影響(Mckenzie et al. 2008)。自然條件下減少 UV-B 輻射的研究增加，尤其是在臭氧層變薄比較嚴(yán)重的地區(qū)，如阿根廷、南極、我國青藏高原等研究地點，常通過遮蔽太陽光中的 UV-B 輻射的方法研究 UV-B 輻射對植物的影響。
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第二章 研究內(nèi)容與方法

2.1 研究內(nèi)容
2.1.1 丹參葉片對增強 UV-B 輻射的抗氧化響應(yīng)
室內(nèi)可控條件下研究 6 月齡丹參對短期不同強度 UV-B 輻射的抗氧化響應(yīng)，從抗氧化指標(biāo)和次生代謝物質(zhì)含量變化兩個方面揭示其對 UV-B 輻射的響應(yīng)。

2.1.2 丹參和藏丹參對 UV-B 輻射的響應(yīng)差異
比較室內(nèi)可控條件下 8 月齡藏丹參（絨毛鼠尾草）和丹參在 UV-B 輻射處理下生理指標(biāo)和丹酚酸 B 含量變化，探索不同海拔來源鼠尾草對增強 UV-B 輻射響應(yīng)的差異及可能原因。

2.1.3 短期增強 UV-B 輻射對不同生長時期丹參的影響
比較遮陽棚內(nèi)盆栽條件下短期增強UV-B輻射對地上部分快速生長前期和后期丹參葉片抗氧化指標(biāo)、次生代謝物含量和次生代謝相關(guān)酶活性變化的差異，揭示不同生長時期丹參對短期增強 UV-B 輻射的敏感性差異。

2.1.4 UV-B 輻射和干旱對丹參生長和葉片中酚酸類成分的影響
研究整個生長季不同 UV-B 輻射和干旱強度單獨和共同作用對丹參形態(tài)學(xué)指標(biāo)（株高、葉面積和生物量）、光合指標(biāo)（Pn、Ci、Gs 和 Tr）以及葉片和根中酚酸類物質(zhì)含量的影響，探索西北干旱、半干旱地區(qū)強光和干旱對丹參生物量和酚酸類成分含量的影響，，為丹參的深入開發(fā)利用提供依據(jù)。
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2.2 材料培養(yǎng)、處理方法與指標(biāo)測定方法
室內(nèi)丹參和臧丹參種子苗培養(yǎng)：本研究于 2010 年在中國陜西西北農(nóng)林科技大學(xué)生命學(xué)院培養(yǎng)間開展。丹參和藏丹參種子播種于高 20 cm，上口徑 23 cm 下口徑 17 cm 的塑料桶中，桶中均裝過 0.5 cm 篩壚土、沙子和蚯蚓糞，三者比例為 3：1：1。用自來水充分浸潤后置于人工培養(yǎng)室內(nèi)，在 300  mol •m-2• s-1強度 16 h 光周期白光下培養(yǎng)（6：00-22:00），常規(guī)管理。出苗 180 d 和 240 d 后選取長勢一致的植株隨機分為 15 株/組進行 UV-B 補光處理，每個處理重復(fù) 5 次。室外盆栽丹參培養(yǎng)：本研究于 2011 在中國陜西楊凌水土保持研究所(34°20′N，108°24′E)遮光棚下開展（透光率為 33%）。2011 年春，將來自陜西天士力植物藥業(yè)有限公司藥源基地（33°2′ N，108°34′ E）的丹參 5 月齡幼苗種植在塑料桶中，塑料桶高30 cm，上口徑 35 cm，下口徑 23 cm 。桶中裝過 0.5 cm 篩混合均勻的壚土、沙子和蚯蚓糞，三者比例為 3：1：1。混合培養(yǎng)基質(zhì)的田間持水量采用環(huán)刀法測定為 27%，常規(guī)管理保持水分充足。丹參苗生長 53 d 后（5 月 10 日）間去長勢不一致的幼苗，每桶保留 3 株用于研究。
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第三章 UV-B 輻射對丹參葉片酚酸類和抗氧化酶活性的影響.........21
3.1 引言.........21
3.2 材料和方法（見第二章） .........22
3.3 結(jié)果與分析 .........22
3.4 討論.........25
第四章 丹參和藏丹參對 UV-B 輻射的響應(yīng)差異.........27
4.1 前言.........27
4.2 材料與處理方法 .........27
4.3 結(jié)果與分析 .........29
4.4 討論.........31
4.5 小結(jié).........32
第五章 UV-B 輻射對地上部分不同生長時期丹參敏感性的影響.........33
5.1 前言.........33
5.2 材料與處理方法 .........33
5.3 結(jié)果與分析 .........35
5.4 討論與結(jié)論 .........38

第七章 不同生長時期丹參對長期 UV-B 輻射的敏感性研究

7.1 前言
因為人類活動的影響，太空中臭氧層變薄進而導(dǎo)致到達地球表面的紫外輻射不斷增強（Johnston 1971）。植物營固著生活無法躲避太陽光中的 UV-B 輻射（波長為280-320nm），因此，UV-B 輻射對藥用植物或農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的影響(Hideget al.2013;Zhang et al.2010)。增強 UV-B 輻射導(dǎo)致植物株高、葉面積和生物量顯著降低(Saile and Tevini 1997)；UV-B 輻射促進植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪含量增加而改善作物品質(zhì)(Yin and Wang 2012)。酚酸類物質(zhì)含量增加是植物在 UV-B 輻射下最一致的反應(yīng)，其具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)在 UV-B 波段有強烈吸收，且作為抗氧化活性最強的天然產(chǎn)物之一，酚酸類物質(zhì)在植物抵御 UV-B 輻射中發(fā)揮重要作用(Zhang et al.2010;Tegelberg etal.2001)。因此，UV-B 輻射對以酚酸類為藥用成分的中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的影響成為科學(xué)家關(guān)注的焦點(Artur 2013;Jansen et al.2008)。丹參作為我國傳統(tǒng)大宗藥材，因其在心腦血管疾病、高血脂等方面獨特的療效(中國藥典 2010)，是復(fù)方丹參滴丸、丹參片和心可舒片等藥物中的主要成分。丹參原藥材的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)供應(yīng)是中成藥生產(chǎn)的基本保障，而環(huán)境因素對丹參生長發(fā)育的影響也隨之成為重要的研究課題。當(dāng)前 UV-B 輻射增強對丹參生物量和藥用成分產(chǎn)量影響的報道極少（Giannini et al.1996;周麗莉等 2008），尤其是不同生長期丹參對 UV-B 輻射的敏感性研究尚未見報道。本文研究遮陽棚下自然狀態(tài)、低強度和高強度 UV-B 輻射處理下，不同生長期丹參的株高、葉面積、生物量積累和葉片中迷迭香酸、丹酚酸 B 含量的變化，比較各生長期丹參對不同 UV-B 處理的敏感性差異；以及 UV-B 輻射對不同生長期丹參根中酚酸類物質(zhì)總含量的影響。在此基礎(chǔ)上，為制定有效的田間管理措施提高丹參產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論依據(jù)。

結(jié)論

（1）UV-B輻射引起6月齡丹參葉片中自由基積累，植物體內(nèi)活性氧平衡被破壞，最終引起細胞膜脂過氧化。酚酸類物質(zhì)作為抗氧化物質(zhì)含量增加，與抗氧化酶類共同發(fā)揮作用抵御UV-B輻射傷害。丹參葉片中主要酚酸類物質(zhì)丹酚酸B和迷迭香酸含量在T2處理24 h達到最大值，隨后降低，表明酚酸類物質(zhì)積累是丹參對短期增強UV-B輻射的響應(yīng)。MDA含量在T1處理12 h后均顯著高于T2的，這表明植物在T2處理下抗氧化系統(tǒng)發(fā)揮作用，細胞脂膜受到的傷害減輕。相關(guān)性分析表明MDA含量和酚酸類顯著負(fù)相關(guān)，而酚酸類和抗氧化酶類之間存在顯著的正相關(guān)。綜上所述，植物對UV-B輻射的適應(yīng)策略是；低強度（560 J•m-2•d-1）UV-B輻射下，丹參通過增加抗氧化物酶活性抵御輻射，而在更強的輻射（950 J•m-2•d-1）處理下，葉片中的酚酸類物質(zhì)含量增加和抗氧化酶系統(tǒng)共同作用抵御輻射傷害。
（2）不同海拔來源的西藏（平均海拔3100 m）絨毛鼠尾草（又名藏丹參）和商洛（平均海拔2154 m）丹參對UV-B輻射敏感性有明顯差異，丹參葉片中丹酚酸B含量顯著高于藏丹參中的，對照和處理分別是藏丹參中丹酚酸B含量的2.47倍和2.89倍；UV-B輻射對丹參葉片中活性氧平衡的影響更加明顯，抗氧化物質(zhì)和抗氧化酶共同發(fā)揮作用抵御UV-B輻射造成的傷害，其中Vc含量和APX活性增加達到顯著水平；藏丹參各指標(biāo)變化均沒有達到顯著性水平。藏丹參的敏感性指數(shù)（0.51）顯著低于丹參（1.12）的，表明丹參對于UV-B輻射更加敏感。即高海拔地區(qū)來源的藏丹參對UV-B輻射的抗性強于低海拔來源的商洛丹參，這對于將來篩選培育抗性丹參品種以適應(yīng)高強度UV-B輻射環(huán)境有重要意義。
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參考文獻（略）