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臭氧(O3)是最具危害性的空气污染物之一,对陆地植被有较强的伤害作用。目前由于O3浓度升高造成的农作物产量损失已经引起人们的普遍关注。本研究选取珠江三角洲和京津塘地区作为实验地点,以当地的主要粮食作物水稻和冬小麦作为研究对象,应用改进的田间原位开定式气室的方法研究O3污染胁迫对作物抗氧化系统、氮物质代谢和籽粒品质的影响,同时还进行了外源喷施亚精胺(Spd)和亚乙基二脲(EDU)对O3胁迫下作物抗氧化系统影响的实验。主要结论如下:
1、O3胁迫可导致作物出现明显的伤害症状,且随着O3浓度的升高作物受害越严重。120 ppb的O3浓度胁迫使水稻和冬小麦很快地出现褪绿、黄化、褐色和坏死等可见症状,且随着暴露时间的延长症状不断加重。O3熏蒸可明显改变作物的发育进程:水稻和冬小麦抽穗期延迟,成熟期提前,作物生育期缩短,产量降低。
2、O3胁迫可导致水稻和冬小麦叶片硝酸还原酶活性降低,O3浓度越高,降低幅度越大。在拔节期中,当O3浓度分别为40 ppb、80 ppb和120 ppb时,水稻叶片硝酸还原酶活性分别比对照组降低57.40％、75.72%和97.75%,冬小麦叶片硝酸还原酶活性分别降低45.38%、68.92%和92.94%。高浓度O3(120 ppb)可导致水稻和冬小麦硝态氮和铵态氮含量显著减少。
3、O3浓度升高可导致作物膜质过氧化,作物叶片抗氧化系统酶活性和非酶物质含量也发生变化。当O3浓度为120 ppb时,冬小麦拔节期叶片SOD和CAT活性分别比对照降低50.3%和64.9%,POD、APX和GR活性分别提高45.1%、75.5%和80.5%,MDA、AsA和GSH含量分别提高314.3%、8.4%和31.7%,可溶性蛋白含量降低47.5%。冬小麦叶片脯氨酸含量除乳熟期时随O3浓度升高而减少外,在其它生长期中低浓度O3胁迫可导致脯氨酸含量出现增加的趋势。
4、O3胁迫下,水稻和冬小麦籽粒淀粉含量都随着O3浓度的升高而呈现降低趋势,而籽粒可溶性总糖含量却呈提高趋势。作物籽粒的蛋白类物质含量也随随O3浓度的变化而发生变化。当O3浓度为40 ppb、80 ppb和120 ppb时,水稻籽粒麦谷蛋白含量分别比对照提高13.85%、14.67%和20.96%。40和80 ppb的O3胁迫分别导致冬小麦籽粒粗蛋白含量分别比对照提高16.28%和10.89%。其它蛋白类物质,如清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量也随着O3浓度的变化而发生不同程度的变化。
5、O3胁迫下外源喷施Spd和EDU可不同程度地提高小麦叶片的SOD、POD、CAT、APX和GR活性,降低MDA和ASA含量,提高GSH和可溶性蛋白含量。当spa的浓度为0.25 mmol·L-1、0.50 mmol·L-1和0.75 mmol·L-1时,小麦叶片POD活性比喷施蒸馏水空白处理提高90.0-226.7%,CAT活性提高21.4-40.6%,APX活性提高164.2-191.0%,MDA含量降低9.7-42.5%。喷施300 mg·L-1 EDU可使得小麦叶片POD、CAT和APX活性分别比蒸馏水空白处理提高76.8%、27.4%和128.1%,MDA和ASA含量分别降低,GSH含量提高25.6%。