Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 生物土壤结皮中真藓和土生对齿藓对增强UV-B辐射的生理生态响应 | |
| 其他题名 | The ecophysiological response of Bryum argenteum and Didymodon vinealis from biological soil crusts to elevated ultraviolet-B radiation |
| 回嵘 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 李新荣 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 大气臭氧层损耗导致地球表面紫外线-B(UV-B, 280-315 nm)辐射增强，对地球生物及未来的自然生态系统都产生了重要的影响，这已成为一个不争的事实。生物土壤结皮(biological soil crust, BSC)作为干旱、半干旱荒漠地表景观的重要组成之一，在生态修复中发挥着重要作用，对于防止土壤水蚀和风蚀、影响沙地水分再分配、改善土壤理化性质、促进植物种子萌发及土壤动物丰度等具有重要影响，但BSC的生态功能在很大程度上取决于其生物体的组成成分。作为温带荒漠BSC优势生物体组成，藓类植物又是如何对全球变化导致的UV-B增强响应的呢？本研究以我国腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区常见藓类结皮中的真藓(B. argenteum)和土生对齿藓(D. vinealis)为研究对象，通过室内模拟沙坡头地区臭氧损耗0%(对照)、6%、9%和12%时所达到的4个UV-B强度梯度(2.75、3.08、3.25和3.41 W m-2)，分析研究了增强UV-B辐射对两种藓类植物光合特性、渗透调节物质、抗氧化酶系统及超微结构的影响，探讨了BSC对UV-B辐射增强的响应和适应机制，为进一步认知未来UV-B胁迫下，BSC在荒漠生态系统的功能和作用提供参考。主要结果如下： 1. 两种藓类光合特性及相关生理参数对增强UV-B辐射的响应：增强UV-B影响两种藓类叶绿素(Chl)a荧光诱导动力学参数、光合色素含量、类黄酮含量及叶绿体类囊体膜蛋白表达量。(1)UV-B辐射处理下，两种藓类最大光化学量子产量(Fv/Fm)、实际光化学量子产量(Y)、表观光合电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)显著降低，随着辐射强度增加，降低幅度越大，且对真藓Chla荧光诱导动力学参数的抑制作用较土生对齿藓强；(2)两种藓类Chla、Chlb、Chl(a+b)、Chla/Chlb的含量均随辐射强度的增大而减小，且降幅随辐射时间的延长而增大。而在3.08 W m-2 UV-B辐射处理5 d后，类胡萝卜素(Car)含量升高，随着辐射强度增加和辐射时间延长而逐渐降低，且真藓光合色素降低的速率较土生对齿藓更显著；(3)类黄酮含量表现出先增大后减小的趋势，随着辐射强度增加和辐射时间延长，类黄酮含量显著降低，且真藓类黄酮含量的降低趋势较土生对齿藓更大；(4)两种藓类植物类囊体膜蛋白表达量变化相似，均随着UV-B辐射强度的增加而减少，且光系统II(PSII)反应中心相关蛋白减少与光系统I(PSI)反应中心相关蛋白相比更为明显。真藓类囊体膜蛋白相对表达量的降低率略高于土生对齿藓，说明真藓对UV-B辐射更敏感。 2. 两种藓类渗透调节物质对增强UV-B辐射的响应：(1)不同强度UV-B辐射处理使两种藓类脯氨酸含量表现出不同程度的积累，积累量与辐射强度成正比，且土生对齿藓脯氨酸含量的积累速率较真藓更快；(2) 增强UV-B辐射使两种藓类可溶性糖含量显著降低，降低幅度与辐射强度成正比，且真藓可溶性糖含量降低率较土生对齿藓迅速，即增强UV-B辐射处理对真藓可溶性糖合成的抑制效应较土生对齿藓显著。 3. 两种藓类抗氧化酶系统对增强UV-B辐射的响应：(1)UV-B辐射处理下，两种藓类丙二醛(MDA)累积量与UV-B辐射强度和辐射时间成正比，且真藓MDA含量积累的速率较土生对齿藓快，表明在UV-B辐射处理下，真藓膜脂过氧化程度更为显著；(2)随着辐射强度的增加和辐射时间的延长，两种藓类可溶性蛋白质含量都显著减少，且真藓减少速率较土生对齿藓迅速；(3)增强UV-B辐射处理下，两种藓类结皮超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均随着UV-B辐射强度增加而逐渐降低，且真藓SOD和CAT活性降低速率高于土生对齿藓，说明增强UV-B辐射对真藓抗氧化酶系统的影响大于土生对齿藓。 4.两种藓类超微结构对增强UV-B辐射的响应：(1)UV-B辐射对两种藓类细胞超微结构的损伤随辐射强度的增加而加剧。随着UV-B辐射增强，两种藓类叶绿体肿胀变圆，细胞器溶解消失，膜系统降解，且真藓细胞随着辐射强度的增加，细胞器结构消失，产生大量淀粉粒，细胞破裂死亡，真藓细胞受损伤的程度明显高于土生对齿藓。(2)两种藓类叶绿体超微结构损伤程度均随着辐射强度增大而加剧。最终，真藓叶绿体膜系统结构彻底降解，类囊体膜系统降解，淀粉粒边缘极度糊化。而土生对齿藓叶绿体肿胀变形，叶绿体膜系统开始降解，叶绿体类囊体片层结构松散变形，相互交织，电子云密度降低，部分膜系统降解。在增强UV-B辐射处理下，真藓叶绿体受到更严重损伤。 综上所述，增强UV-B辐射降低了真藓和土生对齿藓的光合作用，且对PSII的抑制作用大于PSI；通过脯氨酸含量的积累增强渗透调节能力；造成了细胞膜的损伤，导致抗氧化酶系统的紊乱，失去在抗氧化酶促防御系统中的保护作用，不能对自由基和过氧化物起清除作用；破坏两种藓类的细胞器官，对叶绿体的影响尤为明显。增强UV-B辐射对真藓光合特性、渗透调节物质、抗氧化酶系统及超微结构的影响大于土生对齿藓，说明真藓对UV-B辐射相对更敏感。本研究结果也预示着在未来UV-B辐射增强的情况下，温带荒漠BSC的组成和结构将会发生显著的变化，如BSC种优势藓类真藓将会减弱，或逐渐被其它种类所替代，这种变化将会深刻地影响BSC在荒漠生态系统中的功能，进而影响荒漠生态系统的健康和稳定。 |
| 英文摘要 | The intensity of ultraviolet-B (UV-B, 280-315 nm) radiation has substantially increased because of the depletion of stratospheric ozone, and it is indisputable fact that elevated UV-B radiation has detrimental impacts on terrestrial organisms and ecosystems. As one of the important component in arid and semi-arid communities, biological soil crust (BSC) have play impoetant roles in ecological restoration, and include alleviating water and wind erosion, affecting water redistribution, improving soil physical and chemical properties, accelerating the seed germination and soil animals abundance, but the ecological function of BSC depend largely on the composition of living organisms. As the composition of dominant BSC species in temperate desert, moss species how to response to elevated UV-B radiation due to global change? A laboratory experiment of UV-B was conducted in Bryum argenteum and Didymodon vinealis, which are common species found in moss crust from the southeastern fringe of the Tengger Desert in China. The objective of this study was to analyze the influence of supplementary UV-B radiation on photosynthetic performances, osmotic adjustment substances, antioxidative enzymes systems and ultrastructures of B. argenteum and D. vinealis under four UV-B treatments (2.75, 3.08, 3.25 and 3.41 W m-2), simulationg depletion of 0% (CK), 6%, 9% and 12% of stratospheric ozone at the latitude of Shapotou. The objectives of this study were to explore the responsive and adaptive mechanism of BSC to elevated UV-B radiation, and provide a theoretical basis for understanding the functios and roles of BSC in desert ecosystems under future enhanced UV-B radiation. The main results were as follow: 1. Response of photosynthetic performances and related physiological parameters of two moss species to elevated UV-B radiation: Elevated UV-B radiation affected the Chlorophyll a fluorescence induction kinetics parameters, photosynthetica pigments, total flavonoid contents, and thylakoid membrane protein expressions of B. argenteum and D. vinealis. |
| 中文关键词 | 紫外线B(UV-B) ; 生物土壤结皮 ; 叶绿素a荧光诱导动力学参数 ; 光合色素 ; 类囊体膜蛋白 ; 渗透调节 ; 抗氧化酶 ; 叶绿体超微结构 |
| 英文关键词 | Ultraviolet-B (UV-B) biological soil crust |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 生态学 |
| 来源机构 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287232 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 回嵘. 生物土壤结皮中真藓和土生对齿藓对增强UV-B辐射的生理生态响应[D]. 中国科学院大学,2013. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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