植物生理學(xué)之第十章植物的抗逆生理

1、第十章植物的抗逆生理一、名詞解釋1逆境2避逆性3耐逆性4抗性鍛煉5冷害6凍害7抗寒性8抗寒鍛煉9巰基假說10抗冷性11抗旱性12生理干旱13抗?jié)承?4抗熱性15抗鹽性16鹽害17抗病性18逆境蛋白19光化學(xué)煙霧20避鹽21耐鹽22大氣干旱23.土壤干旱24.滲透調(diào)節(jié)25.植保素26.鹽堿土27.脅變二、寫出下列符號的中文名稱1. PRs3.HF4.POD-6.UFAI7.O38.SOD三、填空題2. 植物在水分脅迫時，積累的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有可溶性糖、和。3. 日照長度可影響植物進(jìn)入休眠及其抗寒力。短日照可進(jìn)入休眠，抗寒力；長日照則進(jìn)入休眠，抗寒力。4. 植物對逆境的抵抗有和兩種形式。5. 對

2、植物有毒的氣體有多種，最主要的是、等。6. 植物在逆境條件下，體內(nèi)的激素含量顯著增加。7. 水分過多對植物的不利影響稱為，植物對水分過多的適應(yīng)能力稱為。8. 植物在干旱時體內(nèi)游離氨基酸積累最多的氨基酸是。9. 土壤中可溶性鹽類過多而使根系吸水困難，造成植物體內(nèi)缺水，這種現(xiàn)象稱為。10. 植物在環(huán)境保護(hù)中的作用是、和、。11. 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的植物逆境蛋白有、。12. 凍害致死的機理是引起細(xì)胞過度脫水造成的。13. 植物在逆境中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有和。14. 一般情況下，植物代謝活動弱，則抗逆性，代謝旺盛，則抗逆性。15. 土壤中，Na2CO3WNaHCO交量較高白土壤叫,NaCl與Na2SO蛤量較高

3、的土壤叫，生產(chǎn)上統(tǒng)稱為。15植物避免鹽分過多的傷害的方式有、。四、問答題1. 抗寒鍛煉為什么能提高植物的抗寒性2. 簡述生物膜結(jié)構(gòu)成分與功能在抗寒性上的作用。3. 什么叫植物的交叉適應(yīng)交叉適應(yīng)有哪些特點4干旱時，植物體內(nèi)脯氨酸含量大量增加的原因及生理意義是什么5簡述干旱對植物的傷害。6冷害過程中植物體內(nèi)的生理生化變化有什么特點7植物抗旱的生理基礎(chǔ)如何提高植物的抗旱性8簡述澇害對植物的影響以及植物抗?jié)承缘纳砘A(chǔ)。9簡述植物耐鹽的生理基礎(chǔ)以及提高植物抗鹽性的途徑。10簡述大氣污染對植物造成的傷害癥狀如何大氣污染對植物生理生化過程中有哪些影響提高植物對大氣污染抗性的途徑是什么參考答案一、名詞解釋1

4、. 逆境(environmentalstress)：對植物生存生長不利的各種環(huán)境因素的總稱。逆境的種類可分為生物逆境、理化逆境等類型。2. 避逆性：植物通過各種方式，設(shè)置某種屏障，從而避開或減小逆境對植物組織施加的影響，植物無需在能量或代謝上對逆境產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，叫做避逆性。3. 耐逆性：植物組織雖經(jīng)受逆境對它的影響，但它可以通過代謝反應(yīng)阻止、降低或者修復(fù)由逆境造成的損傷，使其仍保持正常的生理活動。4. 抗性鍛煉：植物對環(huán)境的適應(yīng)性反應(yīng)是逐步形成的，這一形成過程，叫做抗性鍛煉。5. 冷害(chillinginjury)：冰點以上低溫對植物的危害。冷害主要由低溫引起生物膜的膜相變與膜透性改變，造

5、成新陳代謝紊亂引起的。6. 凍害(freezinginjury)：冰點以下低溫對植物的危害。凍害主要由細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)發(fā)生結(jié)冰、生物膜和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞引起的。7. 抗寒性：指植物在長期進(jìn)化過程中所形成的，在生長習(xí)性和生理生化方面所具有的對冬季低溫的一種特殊適應(yīng)能力。8. 抗寒鍛煉：植物在冬季來臨之前，隨著氣溫的逐漸降低，體內(nèi)發(fā)生了一系列的適應(yīng)低溫的生理生化變化，抗寒力就逐漸加強。這種提高抗寒能力的過程，叫做抗寒鍛煉。9. 巰基(-SH)假說(sulfhydrylgrouphypothesis)：萊維特(Levitt)1962年提出植物細(xì)胞結(jié)冰引起蛋白質(zhì)損傷的假說。他認(rèn)為組織結(jié)冰脫水時，蛋白質(zhì)分

6、子逐漸相互接近，鄰近蛋白質(zhì)分子通過-SH氧化形成-S-S-鍵，蛋白質(zhì)分子凝聚失去活性，當(dāng)解凍再度吸水時，肽鏈松散，氫鍵斷裂，但-S-S-鍵還保存，肽鏈的空間位置發(fā)生變化，破壞了蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)型，進(jìn)而引起細(xì)胞的傷害和死亡。10. 抗冷性：植物對冰點以上的低溫的適應(yīng)能力叫抗冷性。11. 抗旱性：指作物具有忍受干旱而受害最小，減產(chǎn)最少的一種特性。12. 生理干旱（physiologicaldrought）：由于土溫過低、土壤溶液濃度過高或積累有毒物質(zhì)等原因，妨礙根系吸水，造成植物體內(nèi)水分虧缺的現(xiàn)象。13. 抗?jié)承裕褐参飳λ诌^多的適應(yīng)能力。14. 抗熱性：指植物對高溫（-般超過35）所造成的熱害

7、的適應(yīng)能力。抗熱性是抗旱性的組成之一。15. 抗鹽性：植物對土壤鹽分過高的適應(yīng)能力叫抗鹽性。16鹽害：土壤中可溶性鹽類過多對植物的不利影響叫鹽害。17. 抗病性：植物對病原微生物侵染的抵抗能力叫做植物的抗病性。18. 逆境蛋白（stressproteins）：由逆境因素如高溫、低溫、干旱、病原菌、化學(xué)物質(zhì)、缺氧、紫外線等所誘導(dǎo)植物體形成的新的蛋白質(zhì)（酶）。19. 光化學(xué)煙霧（photochemicalsmog）：工廠、汽車等排放出來的氧化氮類物質(zhì)和燃燒不完全的烯烴類碳?xì)浠衔?，在強烈的紫外線作用下，形成一些氧化能力極強的氧化性物質(zhì)，如O3NO2醛類（RCHO）硝酸過氧化乙酰（peroxyace

8、tylnitrate,PAN殍。它們對植物有傷害作物。20. 避鹽：有些植物以某種途徑或方式來避免鹽分過多的傷害。21. 耐鹽：有些植物通過生理或代謝的適應(yīng)來耐受已進(jìn)入細(xì)胞的鹽分。22. 大氣干旱(atmospheredrought)：空氣過度干燥，相對濕度過低，使植物的蒸騰作用過強，根系吸水補償不了失水，使植物體發(fā)生水分虧缺的現(xiàn)象。23. 土壤干旱(soildrought)：因土壤中沒有或只有少量的有效水，影響植物吸水，使植物體內(nèi)水分虧缺引起永久萎焉的現(xiàn)象。24. 滲透調(diào)節(jié)(osmoregulation，osmoticadjusment)：通過提高細(xì)胞液濃度、降低滲透勢表現(xiàn)出的調(diào)節(jié)作用。25

9、. 植保素(phytoalexin)：寄主被病原菌侵入后產(chǎn)生的一類對病原菌有毒的物質(zhì)。植保素大多是一些異類黃酮和萜類物質(zhì)。26. 鹽堿土(salineandalkalinesoil):鹽類以NaCl和Na2SO4為主的土壤稱為鹽土，鹽類以Na2CO口NaHCO的主的土壤稱為堿土，鹽土中如含有一定量的堿土，這種鹽土則被稱為鹽堿土。27. 脅變(strain)：植物體受到脅迫后產(chǎn)生的相應(yīng)變化，這種變化可表現(xiàn)在形態(tài)上和生理生化變化兩個方面。據(jù)脅變的程度大小可分為彈性脅變和塑性脅變，前者指解除脅迫后又能復(fù)原，而后者則不能。二、寫出下列符號的中文名稱1.PRs：病程相關(guān)蛋白(pathogenesis-r

10、elatedproteins)：熱擊蛋白(heatshockproteins)3.HF：氟化氫(hydrogen-fluoride)4.POD過氧化物酶：脂質(zhì)過氧化物6.UFAI：不飽和脂肪酸指數(shù)7.O3：臭氧(ozone)8.SOD：超氧化物歧化酶：丙二醛：過氧化氫酶三、填空題1.脯氨酸甜菜堿2.促進(jìn)增加抑制減小3.逆境逃避逆境忍耐4.SO2NOO36.澇害抗?jié)承?.脯氨酸8.生理干旱9.維持大氣中02與CO2的平衡吸收和分解有毒物質(zhì)吸塵作指示植物監(jiān)測環(huán)境污染10.熱擊蛋白（HSP）厭氧蛋白（ANP）鹽脅迫蛋白（SSP）活性氧脅迫蛋白（OSP）紫外線誘導(dǎo)蛋白（UVP）11.細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰12.脯

11、氨酸甜菜堿13.強弱14.堿土、鹽土、鹽堿土15.拒鹽、泌鹽、稀鹽四、問答題1. 答：植物經(jīng)抗寒鍛煉后，會發(fā)生如下的有利于提高植物抗寒能力的生理變化：（1）植株體內(nèi)含水量下降，束縛水相對增多，不易結(jié)冰。（2）呼吸減弱，消耗糖分少，有利于糖分積累。呼吸微弱，代謝活動低，對不良環(huán)境的抵抗力增強。（3）脫落酸含量增多，促進(jìn)植物進(jìn)入休眠，提高了抗寒力。（4）生長停止，進(jìn)入休眠狀態(tài)，是植株對低溫的一種適應(yīng)。（5）保護(hù)物質(zhì)增多，淀粉含量減少、可溶性糖（葡萄糖等）含量增多，冰點下降，又可緩沖細(xì)胞質(zhì)脫水，保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固。2. 答：生物膜對結(jié)冰最敏感，發(fā)生凍害的所有的膜（質(zhì)膜、液泡膜、葉綠體和線粒體

12、膜等）都被破壞。首先是細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰后膜失去了選擇透性，其次膜相變使得一部分與膜結(jié)合的酶游離而失去了活性。實驗發(fā)現(xiàn)結(jié)冰主要是促使組成膜的蛋白質(zhì)、脂類的結(jié)構(gòu)變化，如具有不飽和脂肪酸的磷脂的水解、脂類的過氧化作用都可破壞單位膜內(nèi)脂類分子的排列，引起膜脂類分子層的破裂。經(jīng)過抗寒鍛煉后，由于膜脂中不飽和脂肪酸增多，膜相變的溫度降低，膜適性穩(wěn)定，從而可提高植物的抗寒性。此外，低溫也會使膜蛋白質(zhì)分子解體，并在分子間形成二硫鍵，產(chǎn)生不可逆的凝聚變性，使膜受到傷害。經(jīng)過抗寒鍛煉細(xì)胞內(nèi)的NADPHKNADP的比值增高，ATP含量增高，保護(hù)性物質(zhì)增多，可減少低溫對膜表面的傷害。3. 答：植物經(jīng)歷了某種逆境后，能提高對

13、另一些逆境的抵抗能力，這種對不良環(huán)境之間的相互適應(yīng)作用，稱為植物的"交叉適應(yīng)"（crossadaptation）。如低溫、高溫等刺激都可提高植物對水分脅迫的抵抗力；缺水、礦質(zhì)、鹽漬等處理可提高煙草對低溫和缺氧的抵抗能力，干旱或鹽處理可提高水稻幼苗的抗冷性。交叉適應(yīng)的有以下特點：（1） 多種保護(hù)酶的參與，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽還原酶、抗壞血酸過氧化物酶都參與植物的抗性反應(yīng)。（2） 多種逆境條件下植物體內(nèi)的脫落酸、乙烯等激素含量都增加，從而提高對多種逆境的抵抗能力。（3） 產(chǎn)生逆境蛋白，一種逆境可使植物產(chǎn)生多種逆境蛋白，多種逆境可使植物產(chǎn)生同樣的逆境蛋白，如缺氧、水分脅迫、

14、鹽、脫落酸、亞砷酸鹽和鎘等都能誘導(dǎo)HSPs的合成，多種病原菌、乙烯、乙酰水楊酸、幾丁質(zhì)等都能誘導(dǎo)病原相關(guān)蛋白的合成。（4） 在多種逆境條件下，植物都會積累脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過滲透調(diào)節(jié)作用來提高對逆境的抵抗能力。（5） 在多種逆境條件下生物膜的結(jié)構(gòu)和透性發(fā)生相似的變化，多種膜保護(hù)物質(zhì)可能發(fā)生類似的反應(yīng)，使細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除達(dá)到動態(tài)平衡。（6） 在一種逆境下植物生長受到抑制，各種代謝發(fā)生相應(yīng)變化，從而減弱了對脅迫條件的敏感性，故對另一種脅迫可能導(dǎo)致的危害有了更大的適應(yīng)性。4. 答：在干旱條件下，Pro含量增加的原因有：（1）蛋白質(zhì)分解的產(chǎn)物；（2）Pro合成活性受激；（3）Pro氧化作

15、用減弱。Pro含量增加的生理意義如下：（1）防止游離NH3的積累；以Pro作為貯NH3的-種形式，以免造成植物氨中毒；（2）Pro具有較大的吸濕性，在干旱時可增加細(xì)胞的束縛水（BW）含量，有利于抗旱。5. 答：干旱對植物帶來的最嚴(yán)重的損害是原生質(zhì)脫水，干旱對植物的傷害，具體表現(xiàn)如下：（1）各部位間水分重新分配，水分不足時，不同器官或不同組織間的水分，按各部位的水勢高低重新分配，從而引起老葉死亡，生殖器官因缺水?dāng)?shù)目也減少，灌漿也會受阻。（2）細(xì)胞膜在干旱脅迫下，失去半透性，引起胞內(nèi)氨基酸、糖類物質(zhì)的外滲。（3）呼吸作用因缺水而增強，而氧化磷酸化解偶聯(lián)，能量多以熱能的形式消耗掉，影響了正常的生物合

16、成過程。（4）光合作用急劇下降，主要是由于缺水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，降低了對CO2的同化效率，缺水時葉綠素合成受阻，放氧現(xiàn)象明顯減弱。（5）蛋白質(zhì)分解加強，合成減弱，Pro大量積累。（6）核酸代謝受破壞。干旱使植株的DNARNA量下降的主要原因是核酸的分解加強而合成減弱，ER上的核糖體顯著減少。（7）干旱還可引起植物激素變化，ABA含量明顯增加。另外，干旱還會引起機械損傷?？傊?，干旱對植物的傷害可概括為直接傷害和間接傷害。直接傷害是細(xì)胞脫水直接破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而引起細(xì)胞受害死亡。間接傷害是由于細(xì)胞脫水而引起的代謝失調(diào)，缺乏營養(yǎng)，影響了生長，加速了衰老和死亡。6 .答：（1）原生質(zhì)流動減慢或停止；（2

17、）水分平衡失調(diào)，失水大于吸水；（3）影響葉綠素的合成和光合進(jìn)程，光合速率減弱；（4）呼吸速率大起大落。一般在低溫下呼吸升高；（5）有機物質(zhì)的分解占優(yōu)勢，蛋白質(zhì)分解大于合成。游離的氨基酸的數(shù)量、種類增多，可溶性糖含量也有所提高。7 .答：（1）保持細(xì)胞有很高的親水能力，防止細(xì)胞嚴(yán)重脫水，這是生理性抗旱的基礎(chǔ)。最關(guān)鍵的是在干旱條件下，水解酶類（RNAB、蛋白酶、脂酶）保持穩(wěn)定，以減少生物大分子的降解，這樣既可以保護(hù)膜結(jié)構(gòu)不受破壞，又可使細(xì)胞內(nèi)有較高的粘性和彈性，粘性增高可以增強細(xì)胞的保水能力，而彈性增高則可防止細(xì)胞失水時的機械損傷，整個原生質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定就可保證光合與呼吸代謝在干旱下仍維持較高水平。

18、（2）Pro積累有利于植物的抗旱，另外，缺水時ABA增多，引起氣孔關(guān)閉，可調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的水分平衡。（3）生育期的影響。植物在水分臨界期是抗旱力最弱的時期，一般作物在萌發(fā)與分篥期抗旱性較強，在花芽分化期與生殖器官形成期抗旱性弱。提高植物抗旱性的途徑：選育抗旱品種是一條重要途徑；進(jìn)行抗旱鍛煉，quot；蹲苗”；化學(xué)誘導(dǎo)緘.25%CaCl2溶液浸種20h可以提高作物抗旱性；增施磷鉀肥，可提高作物抗旱性；使用生長延緩劑（如ABACCC和抗蒸騰劑（如硅酮）等都有降低植物蒸騰失水的作用。8 .答：（1）澇害缺氧可以降低植物的生長量，如亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的線粒體則發(fā)育不良。（2）澇害缺氧導(dǎo)致光合作用明顯下降。（3）

19、澇害還會引起植株發(fā)生營養(yǎng)失調(diào)。一是缺氧使根吸鹽能力下降，二是由于厭氧微生物的活動產(chǎn)生了大量的CO2與還原性的有毒物質(zhì)，影響根的吸收。同時淹水后，土壤酸度增加，引起硝化作用受阻，微量元素MnZn,Fe溶解度增大，植物易中毒，死亡。植物抗?jié)承缘纳砘A(chǔ)是:（1）與植物對O2的適應(yīng)力有關(guān)。很多植物通過胞間連絲系統(tǒng)把O2輸送到根或缺O(jiān)2部位,可增強抗撈性，柳樹一類耐澇植物是在呼吸作用中利用NO3作為O2的供體，以適應(yīng)O2不足。（2）植物真正對缺O(jiān)2忍耐是通過代謝變化進(jìn)行的。因為缺O(jiān)2對植物的危害主要是無氧呼吸產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，耐缺O(jiān)2的植物生理生化機理就是要消除有毒物質(zhì)的積累或者對有毒物質(zhì)具有忍耐能力。

20、具體方法有：（a）改變呼吸途徑，例如濕生植物一般是PP瞋徑占優(yōu)勢；（b）通過代謝來破壞或控制有毒物的合成，如通過提高乙醇脫氫酶的活性，以減少乙醇的積累。9 .答：植物忍鹽生理是通過細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)以適應(yīng)已進(jìn)入細(xì)胞的鹽類。有些植物（例如小麥）遇到鹽分過高時，可以吸收離子積累在細(xì)胞的液泡中，通過細(xì)胞滲透勢，水勢的降低，防止細(xì)胞脫水。在滲透調(diào)節(jié)中主要是K+的主動吸收，以K+來調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢。有些植物是通過積累有機物調(diào)節(jié)滲透勢。如忍鹽的綠藻在高濃度的NaCl溶液中，其90%光合產(chǎn)物都是乙二醇，以此來調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢。植物忍鹽的另一種方式是消除鹽對于酶或代謝產(chǎn)生的毒害作用，抗鹽的植物表現(xiàn)在高鹽下往往抑制某些酶的活性,而活化另一些酶，特別是水解酶活性。如忍鹽的玉米在NaCl誘導(dǎo)下可以提高光合磷酸化作