青藏高原强紫外辐射适应机制研究进展.pdf

41PRATACULTUREOINGHAIJun.20232023年6 月Vol.32.No.2业海第2 期第3 2 卷草文章编号：10 0 8-14 4 5(2 0 2 3)0 2-0 0 4 1-0 3青藏高原强紫外辐射适应机制研究进展邓军，陈中叶，拉门措，桑多成，勉瑞莎1，崔云斌*，邹登朗1*（1.青海师范大学生命科学学院，青海西宁8 10 0 0 8；2.青海师范大学文学院，青海西宁8 10 0 0 8）摘要：紫外辐射常来自于太阳光照射，若在可控范围内可起到杀菌作用，但过量紫外线辐射会引起生物体表皮红斑效应、色素沉积、加速老化等；青藏高原由于其较高的海拔和复杂的生态环境，紫外辐射程度较强，其对于生物有较大的影响，使得生活在青藏高原上的生物在较长时间内形成了各自应对强紫外辐射的机制。本文从青藏高原特殊的地理环境、强紫外辐射的影响入手详细阐述了生物对于此环境下的适应机制以及研究进展，为相关领域的研究提供基础，同时也可促进紫外辐射相关预防措施和治疗方案的研究。关键词：青藏高原；强紫外辐射；适应机制中图分类号：S812.1；P 4 2 2.1文献标识码：A来自太阳的辐射是地球表面所有物理过程和现象的主要能量来源，对地面温度、湿度、大气、降水等有重要影响。紫外线是波长10 nm且介于X射线与可见光之间的电磁波，人眼不可见，在太阳光、电弧、部分灯光中有紫外线的存在。紫外线在到达地表之前会被其所穿越的大气层消耗去大部分，且到达地表时的强度会受多种因素影响，例如日照强度、地表海拔高度、季节以及是否多云等。青藏高原是全球海拔最高的高原，因其具有独特的生态环境、丰富的自然资源和生物多样性而广受学者关注 2 。青藏高原海拔高，臭氧层稀薄，导致紫外线辐射强烈，在此处生存的生物都会受其影响，过量的紫外线辐射会造成人类皮肤加速老化、眼睛受到严重损伤。因此研究青藏高原上生物对紫外线辐射的适应机制有助于生态环境的保护以及相关领域的发展31青藏高原紫外辐射的影响1.1紫外辐射对生物的影响中国约四分之一陆地面积是被称为“世界屋脊”的青藏高原，北临中纬度，南至副热带，地形结构复杂且天气变化多样 4 。青藏高原的特点是日照时间长、气温低、空气稀薄、平均海拔4000m以上、辐射强等。紫外辐射具有消毒杀菌的作用，若控制在人体可接受的适量范围，可促进机体维生素D（V D）收稿日期：2 0 2 2-10-15修回日期：2 0 2 3-0 3-0 6基金项目：国家自然科学基金项目3 2 2 6 0 12 9；青海省自然科学基金项目2 0 2 1-ZJ-976Q；青海师范大学科研基金项目2 0 2 0 QZR016，负责人邹登朗共同第一作者：邓军（2 0 0 0-），男，本科，主要从事化学生态学研究。E-mail:陈中叶（19 0 0-），女，讲师，主要从事生物地理学研究。E-mail:*通信作者：云斌（19 9 7-），男，硕士，主要从事生物地理学研究。E-mail:邹登朗（19 9 0-），男，博士，副教授，主要从事化学生态学研究。E-mail:422023年第2 期第3 2 卷青海草业的合成，对预防和治疗病等疾病有辅助作用；大量的实验证明，紫外辐射过量会导致生态系统的破坏和生物个体致病 5 。若紫外波长越短，危害程度越大，具体来说，过量的紫外辐射会降低人体免疫能力，皮肤病发病率提高；可导致人体白内障的产生，严重可致失明【6 ；长时间暴露在紫外辐射下的机体会有一定几率发生基因表达改变。对于其他生物来说，过量辐射会抑制农作物生长进程而降低产量，微生物和浮游生物生长受抑制进而影响水中食物链的平衡以及氧气的生成【7 。此外，紫外线还加速高分子合成材料（例如建筑物、涂层、电线等）老化，缩短使用寿命；光化学污染还会引起大气颗粒物的过量生成，改变地球各圈层循环，对生物生存的环境有潜在威胁。1.2青藏高原紫外辐射的研究国内开始对紫外辐射的观测最早是19 6 5 年的珠穆朗玛峰考察以及随后针对青藏高原的辐射进行过分光测量【8 。近些年随着相关领域技术的逐步成熟，我国各省份气象局也针对紫外辐射进行系统的观测和研究，有些发现也推动了我国该领域整体水平的进步。青藏高原平均海拔4 0 0 0 m，空气稀薄，到达地表的紫外辐射强度大，有学者测量了青藏高原各地区分光值，综合分析了高原地区不同海拔下紫外辐射的特征均有不同程度差别9 。有学者对青海省西宁、海北等地区进行了观测和研究，综合分析后发现青藏高原由于海拔高，日照强烈且充足；由于空气稀薄而对紫外辐射的吸收和散射影响较小，存在“臭氧低谷”的现象，在不同海拔区域到达地表的紫外辐射强度也有所不同，对生态环境和生物生存的危害也更强截止到目前，针对青藏高原紫外辐射的研究仍在继续，存在着多种难点需要解决，比如需要建设更多的地表监测站点，数据仍需要积累；需要对影响高原紫外辐射的因素进行系统化研究，建造模型，提高准确度；对气溶胶、地面反射的影响进行观测和分析【10】；综合实验数据，对高原空气的成分与紫外辐射的关系进行总结并预测2青藏高原生物对紫外辐射的适应机制生物为了在特殊环境中生存和繁衍，会进行适应性进化，通过遗传和变异以及多种适应机制提升自身生存能力。生物的适应性包含行为习惯、生理功能、形态特征等，具有因特定环境而表现出的本土适应性 1。青藏高原空气稀薄，气压低，氧含量少，降水少，低温以及昼夜温差大，因此生活在此的生物经过长时间繁衍，进化出不同地应对紫外辐射的适应机制。2.1青藏高原植物的紫外辐射适应机制生长在青藏高原上的植物为了应对恶劣的生存环境，表现出不同的适应性性状，比如根茎叶形态及颜色、不同植物之间的相互作用、繁殖方式的改变等【12 。高原绒毛植物的地上部分有更紧凑和密集的绒毛，是为了应对水分蒸发和减少紫外辐射；垫状植物的株高较平原地区植物低矮，这有利于植物适应高寒地区土壤营养和周围水热；高原多年生草本植物通过增加根部的吸收表面积，可更好地利用土壤营养物质以此应对高强度辐射；依赖传粉的植物为了应对高紫外辐射环境，将其花冠性状表现的更有吸引力，有助于提高媒介对其传粉的几率；而随着海拔的逐步升高，自交类型的植物所占比例也逐步升高。O青藏高原植物的叶片组织为了适应强紫外辐射，可溶性糖、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等的表达量改变，转变植物体的生理特征以此保护植物。对于高寒草地优势植物矮生嵩草（Carexalatauensis）的紫外适应研究发现，其光合作用有关的酶表达量有所改变 4，与此相关的因素还有低温的影响。高原上的野生大麦主要是钙离子结合蛋白与下游信号因子的表达改变而适应了高辐射且干旱的环境，这类大麦具有高度的遗传多样性，可为农业选种提供多种优质的基因资源在青藏高原上广泛存在的须弥芥（Crucihimalayahimalaica），研究其转录组和KEGG富集后发现调控性状表达的基因与DNA损伤修复、氮代谢、细胞膜稳定性调控、抗紫外辐射等功能相关，这一发现将有助于对青藏高原过量紫外辐射和低温低氧遗传和适应机制的研究2.2青藏高原动物的紫外辐射适应机制过量紫外辐射会对高原上动物产生一定程度损伤。有研究表明，过量的紫外辐射会对两43下转第5 2 页青藏高外辐射适应机制研究进展邓军等栖类胚胎有损害，轻者基因突变、细胞周期延长或开始调亡，重者产生致死作用；在高原上的两栖动物体内有更多抗氧化肽，皮肤也有更多色素以此吸收紫外线，降低对皮肤的损伤；少量紫外辐射可促进两栖类例如高原蟾蜍和蛙类胚胎的发育 15 ，刺激细胞因子产生进而促进胚胎的生长。若成体两栖动物不同部位经过紫外照射后，会导致畸变，推测原因是过量紫外照射后细胞调亡剪切酶表达改变，导致细胞不调亡或推迟凋亡，而影响机体发育。紫外辐射对高原哺乳动物的角质层造成穿透性破坏，进而引起红斑和炎症，在对藏香猪的研究中发现，其皮肤为了应对强紫外辐射，已演化出对应的表型，以此保护皮下组织；对高原上的居民来说，过量紫外辐射损伤人体，使皮肤加速老化而变黑，同时产生红斑和水肿，对眼球的虹膜、角膜、晶状体等部位造成损伤，引起炎症，严重者会导致白内障和失明3总结与展望青藏高原低温低压，氧气稀薄且海拔较高，使得紫外辐射到达地表更强烈，过量的紫外辐射影响高原上的生物，给人类生产带来较大的危害。对高原生物的紫外辐射适应机制的研究有助于预防和开发相应的药物，其适应机制也可推动农作物的开发。当前我国对青藏高原紫外辐射的观测和分析已经开展，并获得了一些成果，但总体来看依旧需要深度挖掘。随着技术进步和交通设施的完善，对青藏高原不同地区的数据采集、挖掘和分析也将逐步完善，同时也会推动相关领域的发展。参考文献：1李勇，王世锋，陈天禄，等.青藏高原太阳紫外线辐射及其生物学效应研究现状 .科学技术与工程，2022,22(04):13211328.2严晓瑜，杨苑媛，纳丽，等.银川紫外辐射特征及TUV模式适用性研究 J.环境科学学报,2 0 2 1,4 1(0 9):3 7 3 5 3 7 4 4.3褚青帅.环境因素对青藏高原拉萨河流域湿地植物功能性状的影响 D.拉萨：西藏大学,2 0 2 1.4黄国超.青藏高原芽胞杆菌的抗逆性研究及两株芽胞杆菌的防病促生效果测定 D.南京：南京农业大学,2 0 19.5季国良，陈有虞.青藏高原的紫外辐射 J.高原气象，19 8 5(S2):112121.6张婵，安宇梦，王林林，等青藏高原及周边高山地区的植物繁殖生态学研究进展 .植物生态学报,2 0 2 0,4 4(0 1):1 2 1.7李永鑫.西藏地表生物有效紫外辐射观测研究 D.拉萨：西藏大学,2 0 15.8李东明，李巨勇，杜超，等.青藏高原树麻雀适应极端环境的生理生态策略研究 C/第十二届全国鸟类学术研讨会暨第十届海峡两岸鸟类学术研讨会论文摘要集，2 0 13.9唐晓龙.青藏高原两种沙蜥的代谢特征及其对环境的适应 D.兰州：兰州大学,2 0 13.10郑红.紫外辐射对青藏高原植物内生细菌多样性的影响 D.兰州：兰州大学,2 0 0 9.11王颖.青藏高原六种一年生植物对UV-B辐射的响应 D.兰州：兰州大学,2 0 0 6.12刘天猛.青藏高原植物适应性进化和精油资源利用探究 D.拉萨：西藏大学,2 0 18.13】王文越.青藏高原沙生风毛菊资源分配研究 D.兰州：西北师范大学,2 0 17.14王鑫.青藏高原不同海拔咸水湖微生物多样性及适应性特征 D.兰州：兰州交通大学,2 0 14.15张春辉.青藏高原东部植物种子萌发和幼苗更新对光照的响应 D.兰州：兰州大学,2 0 14.52上接第4 3 页2023年第2 期第3 2 卷青海草业COMPREHENSIVE EVALUATION OF CLIMATIC CONDITIONS ON VEGETATIONGROWTH STATUS OFALPINEGRASSLANDINQINGHAIPROVINCEMA Wen-wen(Qinghai Provincial Grassland Station,Xining Qinghai 810008,China)Abstract:alpine grassland in Qinghai-Tibetan Plateau is sensitive to climate change and climatefactors have an fundamental influence on the vegetation ofalpine grassland.Therefore,a comprehensiveunderstanding of the status ofalpine grassland vegetation under different climatic conditions is essential forpredicting dynamics of grassland vegetation and formulating sustainable strategies of grasslandmanagementin future.According to the characteristics of different types ofalpine grassland vegetation,this study usesthe Cauchy distribution membership function in fuzzy mathematics to to construct an evaluation model withfour selected climatic factors:precipitation,temperature,solar radiationand wind speed,to predict climaticcondition that benefit for the growth ofalpine grassland vegetation in Qinghai Province.The results showedthat thearea with most favorable climatic conditions for growth ofalpine grassland vegetation in QinghaiProvince in 2014 was 647.93x10*hm,accounting for 15.34%of the total grassland area,mainly distributed inthe east and south of Yushu Tibetan autonomous Prefecture,and the northwest of Guoluo Tibetan autonomousPrefecture.The southern haiximongolian and Tibetan autonomous Prefecture and the northwestern part ofthe huangnan Tibetan autonomous Prefecture have amost unfavorable area of 703.68x10*hm,accounting for16.66%of the total grassland area.Key words:Alpine grassland;Climatic conditions;Comprehensive evaluation;Qinghai ProvinceADVANCESINRESEARCHON THE ADAPTATION MECHANISM OF STRONGULTRAVIOLET RADIATION ON THE QINGHAI-TIBET PLATEAUDENG Jun etal(College of Life Sciences,Qinghai Normal Univerxity,Xining Qinghai 810008,China)Abstract:Ultraviolet radiation often comes from sunlight,which can playa bactericidal effect ina controlledrange,but excessive ultraviolet radiation can cause epidermal erythema effect,pigment deposition,accelerated aging and so on.Because of its high altitude and complex ecological environment,the Qinghai-TibetPlateauhasa strong degree of ultraviolet radiation,whichhasa great impact on organisms,whichmakes theorganisms living on the Qinghai-Tibet Plateau form their ownmechanisms to cope with strong ultravioletradiation fora long time.Starting with the special geographical environment of the Qinghai-Tibet Plateau andthe influence of strong ultraviolet radiation,this paper expounds in detail the adaptationmechanism andresearch progress of organisms to this environment,which provides the basis for the research in relatedfelds.at the same time,it can also promote the study of preventivemeasures and treatment schemes related toultravioletradiation.Key words:Qinghai-Tibet Plateau;Strong ultraviolet radiation;Adaptation mechanism