植物的逆境生理

關(guān)于植物的逆境生理一、逆境和植物的抗逆性（一）逆境的概念及種類逆境：對植物生存與發(fā)育不利的各種環(huán)境因素的總稱?？剐裕褐参飳δ婢车牡挚购腿棠湍芰Α５谝还?jié)抗性生理概論第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

（二)抗性的方式

抗性是植物在對環(huán)境的逐步適應(yīng)過程中形成的。植物適應(yīng)逆境的方式主要表現(xiàn)在二個方面：

避逆性：指植物通過對生育周期的調(diào)整來避開逆境的干擾，在相對適宜的環(huán)境中完成其生活史。耐逆性：指植物處于不利環(huán)境時，通過代謝反應(yīng)來阻止、降低或修復(fù)由逆境造成的損傷，使其仍保持正常的生理活動。第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、逆境對植物的傷害

(一)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化如干旱會導(dǎo)致葉片和嫩莖萎蔫，氣孔開度減小甚至關(guān)；淹水使葉片黃化，枯干，根系褐變甚至腐爛；高溫下葉片變褐，出現(xiàn)死斑，樹皮開裂；病原菌侵染葉片出現(xiàn)病斑。逆境往往使細胞膜變性、龜裂，細胞的區(qū)域化被打破，原生質(zhì)的性質(zhì)改變，葉綠體、線粒體等細胞器結(jié)構(gòu)遭到破壞。植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化與代謝和功能的變化是相一致的。第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

(二)生理生化變化各種逆境發(fā)生時，植物體的吸水力降低，蒸騰量降低，但蒸騰量大于吸水量，使植物組織的含水量降低并產(chǎn)生萎蔫。植物含水量的降低使組織中束縛水含量相對增加，從而又使植物抗逆性增強。在任何一種逆境下，植物的光合作用都呈下降趨勢。第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天逆境下植物的呼吸作用變化有三種類型：冰凍、高溫、鹽漬和淹水脅迫時，植物的呼吸作用都逐漸降低；零上低溫和干旱迫時，植物的呼吸作用先升高后降低；植物發(fā)生病害時，植物呼吸作用極顯著地增強，且這種呼吸作用的增強與菌絲體本身呼吸無關(guān)。第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天三、植物對逆境的適應(yīng)（一）脅迫蛋白逆境能誘導(dǎo)形成新的蛋白質(zhì)(或酶)，這些蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為脅迫蛋白(stressprotein)。1.熱擊蛋白

2.低溫誘導(dǎo)蛋白(low-temperature-inducedprotein)3.病原相關(guān)蛋白(pathogenesis-relatedproteins,PRs)4.鹽逆境蛋白

第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

(二)滲透調(diào)節(jié)多種逆境都會對植物產(chǎn)生水分脅迫。水分脅迫時植物體內(nèi)積累各種有機和無機物質(zhì)，以提高細胞液濃度，降低其滲透勢，這樣植物就可保持其體內(nèi)水分，適應(yīng)水分脅迫環(huán)境。這種由于提高細胞液濃度，降低滲透勢而表現(xiàn)出的調(diào)節(jié)作用稱為滲透調(diào)節(jié)(osmoticadjustment)。第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì):

1.無機離子（積累在液泡中）

2.脯氨酸

3.甜菜堿

4.可溶性糖第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（三）脫落酸ABA脅迫激素,提高抗逆性原因:(1)可能使生物膜穩(wěn)定

,減少逆境導(dǎo)致的傷害。(2)減少自由基對膜的破壞

.延緩SOD和過氧化氫酶等活性下降,阻止體內(nèi)自由基的過氧化作用,

降低丙二醛等有毒物質(zhì)積累,使質(zhì)膜受到保護.(3)改變體內(nèi)代謝

外施ABA,可使植物體增加脯氨酸，可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)等的含量,從而使植物產(chǎn)生抗逆能力。(4）減少水分喪失可促進氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱，減少水分喪失，還可提高根對水分的吸收和輸導(dǎo)，防止水分虧缺，提高抗旱、抗寒、抗冷和抗鹽的能力。第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

植物經(jīng)歷了某種逆境后，能提高對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，稱為交叉適應(yīng)。缺水、缺肥、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；低溫處理能提高水稻幼苗的抗旱性；交叉適應(yīng)的作用物質(zhì)：脫落酸第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)植物的抗冷性低溫下，植物將會受到寒害(包括冷害和凍害)很多熱帶和亞熱帶植物不能經(jīng)受冰點以上的低溫，這種冰點以上低溫對植物的危害叫做冷害(chillinginjury)。第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、冷害引起的生理生化變化1．膜透性加大2．水分平衡失調(diào)：蒸騰大于吸水3．原生質(zhì)流動受阻：能量供應(yīng)減少，原生質(zhì)粘性增加4．光合速率減弱：葉綠素分解大于合成；暗反應(yīng)受影響5．呼吸代謝失調(diào)：大起大落。先期升高保護，然后降低（升高放熱保護，時間長后，原生質(zhì)停止流動，無氧呼吸）6.有機物質(zhì)分解占優(yōu)勢第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、冷害機制（一）膜的相變1．膜透性增加引起代謝紊亂在低溫下，質(zhì)膜收縮出現(xiàn)裂縫，造成膜破壞，透性增加，細胞內(nèi)溶質(zhì)滲漏。如時間過長還可引起酶促反應(yīng)平衡失調(diào)，代謝紊亂。2．膜相變引起膜結(jié)合酶失活構(gòu)成膜的類脂由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，流動鑲嵌模型破壞，類脂固化而引起膜結(jié)合酶解離或者使酶亞基分解，因而失活。膜相變溫度隨不飽和脂肪酸含量增加而降低第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

（二）活性氧平衡活性氧（超氧物陰離子自由基，羥自由基，過氧化氫，單線態(tài)氧）當(dāng)植物受到脅迫時，活性氧累積過多活性氧傷害細胞的機理在于活性氧導(dǎo)致膜脂過氧化，SOD和其它保護酶活性下降，同時還產(chǎn)生較多的膜脂過氧化產(chǎn)物，膜的完整性被破壞。其次，活性氧積累過多，也會使膜脂產(chǎn)生脫酯化作用，磷脂游離，膜結(jié)構(gòu)破壞。第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天自由基為具有不配對電子的離子、原子或分子。特點：自由基極不穩(wěn)定，壽命極短，只能瞬時存在但是化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡趸芰軓?，并能持續(xù)進行連鎖反應(yīng)。自由基的強氧化能力對細胞及許多生物大分子有破壞作用第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天自由基的防御系統(tǒng)1、抗氧化物質(zhì)非酶保護系統(tǒng)天然的和人工合成的兩大類，統(tǒng)稱為抗氧化劑。天然的有細胞色素f、谷胱甘肽、甘露糖醇、抗壞血酸、泛醌、維生素Ｅ和類胡蘿卜素等。第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

2、保護酶系統(tǒng)在植物體內(nèi)，這類酶主要SOD、AAO、谷胱甘肽還原酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化酶等，被稱為細胞的保護酶系統(tǒng)。其中尤以SOD最重要。第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天活性氧與植物膜傷害機制第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天多種逆境如干旱、大氣污染、低溫脅迫等都有可能降低SOD等酶的活性，從而使活性氧平衡被打破。干旱脅迫下不同抗旱性小麥葉片中SOD、CAT、POD活性與膜透性、膜脂過氧化水平之間都存在著負相關(guān)。一些植物生長調(diào)節(jié)劑和人工合成的活性氧清除劑在脅迫下也有提高保護酶活性、對膜系統(tǒng)起保護作用的效果。第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)、抗凍性

冰點以下低溫對植物的危害叫做凍害(freezinginjury)。植物對冰點以下低溫的適應(yīng)能力叫抗凍性(freezingresistance)。凍害發(fā)生的溫度限度，可因植物種類、生育時期、生理狀態(tài)、組織器官及其經(jīng)受低溫的時間長短而有很大差異。白樺、網(wǎng)脈柳可以經(jīng)受-45℃的嚴冬而不死；種子的抗凍性很強，在短時期內(nèi)可經(jīng)受-100℃以下冷凍而仍保持其發(fā)芽能力；第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、植物對凍害的適應(yīng)（1）含水量下降：自由水，束縛水相對增多；（2）呼吸減弱：消耗糖分減少，有利于糖的積累（3）保護性物質(zhì)增多：如糖、脯氨酸、甜菜堿積累。（4）內(nèi)源激素變化：ABA，GA、IAA在形態(tài)上也發(fā)生相應(yīng)的變化，如形成種子、休眠芽、地下根莖等，進入休眠狀態(tài)。第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、凍害機制凍害主要是冰晶的傷害。植物組織結(jié)冰可分為兩種方式：胞外結(jié)冰與胞內(nèi)結(jié)冰。胞外結(jié)冰又叫胞間結(jié)冰，是指在溫度下降時，細胞間隙和細胞壁附近的水分結(jié)成冰。隨之而來的是細胞間隙的蒸汽壓降低，周圍細胞的水分便向胞間隙方向移動，擴大了冰晶的體積。胞內(nèi)結(jié)冰是指溫度迅速下降，除了胞間結(jié)冰外，細胞內(nèi)的水分也凍結(jié)。第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1.硫氫基假說（Levitt,1962）要點：結(jié)冰對細胞傷害主要是破壞蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)。冰凍時，原生質(zhì)逐漸脫水，蛋白質(zhì)分子相互靠近，相鄰肽鏈外部的-SH彼此接觸，兩個-SH經(jīng)氧化而形成-S-S-鍵；或者一個分子外部的-SH基與另一個分子內(nèi)部的-SH形成-S-S-鍵，于是蛋白質(zhì)凝聚。當(dāng)解凍吸水時，肽鏈松散，由于-S-S-鍵屬共價鍵，比較穩(wěn)定，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性失活。通過化學(xué)方法，如使用硫醇可以保護-SH不被氧化，起到抗凍劑的作用。第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)抗旱性與抗?jié)承?/p>

一、抗旱性

(一)旱害旱害(droughtinjury)則是指土壤水分缺乏或大氣相對濕度過低對植物的危害。植物抵抗旱害的能力稱為抗旱性(droughtresistance)。中國西北、華北地區(qū)干旱缺水是影響農(nóng)林生產(chǎn)的重要因子，南方各省雖然雨量充沛，但由于各月分布不均，也時有干旱危害。第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

干旱類型

(1)大氣干旱

是指空氣過度干燥，相對濕度過低，常伴隨高溫和干風(fēng)。中國西北、華北地區(qū)常有大氣干旱發(fā)生。(2)土壤干旱

是指土壤中沒有或只有少量的有效水，這將會影響植物吸水，使其水分虧缺引起永久萎蔫。(3)生理干旱

土壤水分并不缺乏，只是因為土溫過低、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)水分平衡失調(diào)，從而使植物受到的干旱危害。第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天大氣干旱如持續(xù)時間較長，必然導(dǎo)致土壤干旱，所以這兩種干旱常同時發(fā)生。在自然條件下，干旱常伴隨著高溫，所以，干旱的傷害可能包括脫水傷害(狹義的旱害)和高溫傷害(熱害)。第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)植物對水分的需求，把植物分為三種生態(tài)類型：需在水中完成生活史的植物叫水生植物(hydrophytes)；在陸生植物中適應(yīng)于不干不濕環(huán)境的植物叫中生植物(mesophytes)；適應(yīng)于干旱環(huán)境的植物叫旱生植物(xerophytes)。第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天圖水稻(A)與小麥(B)的老根結(jié)構(gòu)比較第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

2.提高作物抗旱性的途徑(1)抗旱鍛煉：將植物處于一種致死量以下的干旱條件中，讓植物經(jīng)受干旱磨煉，可提高其對干旱的適應(yīng)能力?！岸酌纭保河衩住⒚藁?、煙草、大麥等廣泛采用在苗期適當(dāng)控制水分，抑制生長，以鍛煉其適應(yīng)干旱的能力?！皵R苗”：蔬菜移栽前拔起讓其適當(dāng)萎蔫一段時間后再栽?！梆I苗”：甘薯剪下的藤苗很少立即扦插，一般要放置陰涼處一段時間。第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

(2)化學(xué)誘導(dǎo)

用化學(xué)試劑處理種子或植株，可產(chǎn)生誘導(dǎo)作用，提高植物抗旱性。如用0.25%CaCl2溶液浸種20小時，或用0.05%ZnSO4噴灑葉面都有提高植物抗旱性的效果。

(3)生長延緩劑與抗蒸騰劑的使用

脫落酸可使氣孔關(guān)閉，減少蒸騰失水。矮壯素、B９等能增加細胞的保水能力。合理使用抗蒸騰劑也可降低蒸騰失水。(4)礦質(zhì)營養(yǎng)

合理施肥可使植物抗旱性提高。磷、鉀肥能促進根系生長，提高保水力。氮素過多對作物抗旱不利，凡是枝葉徒長的作物，蒸騰失水增多，易受旱害。第33頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)植物的抗鹽性鹽害（saltinjury）：土壤中鹽分過多對植物造成的傷害鹽土：含NaCI和Na2SO4為主的土壤堿土：含Na2CO3和NaHCO3為主的土壤植物對鹽漬的適應(yīng)與抵抗能力稱為抗鹽性(saltresistance)鹽生植物：肉質(zhì)化，鹽分累積在液泡，生長鹽度1.5~2.0%,如堿蓬、海蓬子等淡（甜）土植物：決大多數(shù)農(nóng)作物。耐鹽范圍0.2%~0.8%,第34頁,共37頁