增强UV—B辐射对芒果株产和果实品质及光合作用的影响

周开兵 李世军 袁孟玲

摘 要 为了解增强UV-B辐射对芒果成年树株产、果实品质和光合作用的影响，以金煌芒果成年树为试验材料，在田间以40 W为梯度设置40～200 W的增强UV-B辐射处理，以自然光照为对照（CK），观测了芒果树单株产量、果实主要营养风味品质以及叶片光合色素含量、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）在果实生长发育期间的动态变化。结果表明，80 W以上辐射强度的增强UV-B辐射显著地引起芒果减产和果实营养风味品质变劣；在增强UV-B辐射的一定强度范围内，随UV-B 辐射强度增强，叶片叶绿素和类胡萝卜素含量、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率等均表现为下降趋势。可见，增强UV-B辐射对金煌芒果成年树株产、果实品质、叶片光合作用和蒸腾作用等产生了不利影响，且其呈现出剂量效应和累积效应。

关键词 增强UV-B辐射；芒果；栽培表现；光合作用

中图分类号 S667.7 文献标识码 A

The Influences of Enhanced UV-B Radiation on Yield and Fruits Quality and Photosynthesis of Mango Trees

ZHOU Kaibing， LI Shijun， YUAN Mengling

College of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The influences of enhanced UV-B radiations on the yield of single tree，fruits quality，photosynthesis of mango trees were studied in the article. Adult Jinhuang mango trees in the field were used as the experiment materials. The results showed that the enhanced UV-B radiation treatments over 80 W led to the yield of single tree decreased， and the important nutrients and favor qualities of fruits worsened. The content of the photosynthetic pigments in leaves and Gs， Pn and Tr of leaves decreased more with the increase of enhanced UV-B radiation treatments. In sum， the influence of enhanced UV-B radiation on the yield of single tree， fruits quality， photosynthesis and transpiration of leaves got worsened， meanwhile， it had addtive effects.

Key words enhanced UV-B radiation； mango； cultivation performances； photosynthesis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.010

太阳辐射中的紫外辐射（UV）包含A区（320～400 nm）、B区（280～320 nm）和C区（200～280 nm），在经过平流层的臭氧层时，其中UV-A全部穿透臭氧层，UV-C全部被臭氧层吸收，UV-B则少量穿透且其绝大部分被臭氧层吸收。大气臭氧层衰减和臭氧浓度季节性变化形成“臭氧空洞”，导致到达地球表面太阳辐射中的UV-B辐射增加，此时的UV-B辐射称为“增强UV-B辐射”，或称：UV-B辐射增强（enhanced UV-B radiation）。据报道，未来60年内地球表面的UV-B辐射将会增强4%～20%[1]，所以国内外已研究过增强UV-B辐射对植物形态结构和生理代谢的影响、与其他多种环境胁迫因子的交互作用变化和对农业生态环境的破坏等问题[2]，这些研究结果表明，增强UV-B辐射将会是未来的农业逆境，许多作物会陆续遭遇增强UV-B辐射的光胁迫。通过模拟增强UV-B辐射处理作物，通常会引起作物生长、产量和品质发生改變。增强UV-B辐射能导致多个大豆品种的生物产量和经济产量显著下降[3]，也能引起葡萄果实的香味品质发生改变[4]。

光是植物光合作用必需的能源条件，光合系统也就成为增强UV-B辐射胁迫影响的靶目标。3.01 w/cm2的增强UV-B辐射能抑制山药光合作用，而8.01 w/cm2 的增强UV-B辐射仍能促进丝瓜和瓜蒌的光合作用[5]。10.8 μw/cm2的增强UV-B辐射处理促进葡萄光合作用，25.6 μw/cm2的增强UV-B辐射处理则反之[6]。可见，一定强度的增强UV-B辐射可以促进或抑制特定植物的光合作用，特定植物的光合作用对增强UV-B辐射的敏感性也存在不同的辐射强度差异。

增强UV-B辐射导致台农一号芒果幼树、不同品种的豇豆、青藏高原东部亚高山林木五角枫和挪威斯匹次俾尔根岛绉溪菜等叶片叶绿素含量下降[7-13]。增强UV-B辐射可通过叶片气孔限制而致使葡萄结果树叶片光合能力下降[14]，也能通过叶片非气孔限制而导致豇豆光合作用受抑制[11]，还会使绿豆幼苗前期通过叶片气孔限制和后期通过叶片非气孔限制来抑制光合作用[15]。这些研究结果均在一定层面上揭示了增强UV-B辐射对不同植物叶片光合作用产生抑制作用的生理机制。

2.3 不同强度的增强UV-B辐射对叶片Gs的影响

CK的Gs表现为单峰曲线，在3月1日和在7月20日无显著差异，且一直极显著高于其他所有处理；其他处理在总体趋势上均表现为随辐射强度的增强而愈趋剧烈地下降（图3）。在3月1日，不同处理和CK间的Gs无显著差异；从3月20日至4月30日，40、80 W处理的Gs无显著差异；从5月20日至6月30日，160 W和200 W处理的Gs无显著差异；除上述差异不显著外，其余不同处理与CK相互间则差异显著或极显著。说明增强UV-B辐射能引起叶片气孔限制，且呈剂量效应和累积效应。

2.4 不同强度的增强UV-B辐射对叶片Pn的影响

CK的Pn表现为单峰曲线，但总体上呈下降的变化趋势；其他所有处理的Pn随处理辐射强度的增强而愈加剧烈地下降（图4）。在3月1日，不同处理和CK间Pn无显著差异；在3月20日，CK与40 W和80 W处理间的Pn无显著差异，160 W与200 W处理间的Pn无显著差异；在4月10日，40 W与80 W、160 W与200 W等2对处理间Pn各自二者间无显著差异；在4月30日，40 W、80 W和120 W处理等三者的Pn相互间无显著差异，160 W和200 W处理无显著差异；在5月20日，CK、40 W、80 W和120 W处理等四者间的Pn无显著差异；在6月10日，CK與40 W处理Pn无显著差异；在6月30日，80 W、120 W和160 W处理相互间Pn无显著差异；除上述差异不显著外，其余不同处理与CK在相互间的Pn则差异显著或极显著。说明不同处理在总体趋势上均引起了Pn下降，且呈剂量效应和累积效应。

2.5 不同强度的增强UV-B辐射对叶片Tr的影响

不同处理的Tr动态变化趋势不一致，且其随辐射强度的增强而依次降低（图5）。CK表现为双峰曲线，且总体上呈上升变化趋势；40 W处理在4月10日出现一个增长高峰，此后无显著变化；而其他所有处理则无增长高峰而总体上呈下降的趋势。在3月1日，不同处理和CK相互间Tr无显著差异；此后，Tr表现为随处理强度增强而依次降低，CK极显著高于所有处理，200 W和160 W处理的Tr则明显处于最低和次低水平。其中，在3月20日，40 W与80 W处理Tr无显著差异；在4月30日，40 W和80 W、80 W和120 W、120 W和160 W等3对处理的Tr各自二者间无显著差异，但160 W处理的Tr显著低于80 W和40 W处理，120 W处理显著低于40 W处理；从5月20日至6月30日，120 W与160 W处理的Tr无显著差异；除上述差异不显著外，其余不同处理与CK间的Tr则差异显著或极显著。说明增强UV-B辐射能抑制叶片蒸腾作用，且呈剂量效应和累积效应。

3 讨论

前人关于增强UV-B辐射对农作物栽培表现和生理代谢的影响研究基本上局限于草本农作物或作物苗期效应，而对多年生木本植物研究较少[17]，在葡萄上也只单纯研究过增强UV-B辐射对果实香味品质的影响[4]，鲜见增强UV-B辐射对果树株产和主要营养风味品质的影响研究。本研究表明80 W以上辐射强度的增强UV-B辐射可引起芒果成年树减产和果实主要营养风味品质变劣，这是对前人研究结果的进一步补充和完善。

本研究通过动态分析表明增强UV-B辐射抑制光合作用还表现出剂量效应和累积效应，这从另一角度得到与本课题组前期研究一致的结果，前期研究结果表明增强UV-B辐射对芒果离体叶片细胞染色体损伤也具有剂量效应和累积效应[18]。本研究结果表明增强UV-B辐射抑制了叶片的光合作用，这与葡萄在高强度增强UV-B辐射下的表现相似[6]，研究同时还说明增强UV-B辐射可能通过抑制芒果叶片光合作用而引起减产和果实主要营养风味品质变劣。

本研究结果表明叶片光合色素遭到破坏，与前人在台农一号芒果、豇豆、五角枫和绉溪菜等上的研究结果一致[7-13]。事实上，伴随增强UV-B辐射破坏叶绿素，也同时会破坏叶肉光合组织显微和叶绿体超微结构。增强UV-B辐射可引起五角枫叶片栅栏组织厚度减小和叶片收缩卷曲[12]，也能导致绉溪菜叶绿体类囊体膜膨胀和嗜锇滴数目减少[13]。那么，增强UV-B辐射是否会破坏芒果叶肉光合组织显微和叶绿体超微结构，尚有待进一步研究。

本文研究结果还表明叶片Gs、Tr和Pn下降，说明增强UV-B辐射引起了芒果叶片光合作用的气孔限制现象，这与前人在葡萄上的研究结果一致[14]。至于增强UV-B辐射抑制芒果光合作用是否同时还包含非气孔抑制现象，则需要后续开展增强UV-B辐射对芒果叶片光合关键酶活性影响问题的研究。另一方面，增强UV-B辐射引起芒果叶片Gs和Tr下降，这也可能是芒果树体通过尽量减少水分散失来抵御增强UV-B辐射引起危害的保护性反应，前人采用人工模拟增强UV-B辐射处理菠菜，结果菠菜叶片也出现Gs和Tr下降的现象，其通过降低气孔开度来抑制蒸腾作用，达到叶片组织保水的目的，进而减轻渗透胁迫引起的危害[19]。

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