最新13抗性生理课件.ppt
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- 最新 13 抗性 生理 课件
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1、 第一节第一节 抗性生理通论抗性生理通论 逆境(逆境(stress):对植物产生伤害:对植物产生伤害的环境,又叫胁迫。的环境,又叫胁迫。生物因素生物因素:病虫害、杂草等:病虫害、杂草等理化因素理化因素:温度、水分、:温度、水分、辐射、化学因素、天气等辐射、化学因素、天气等 抗性(抗性(stress resistance):植物对植物对不良环境的不良环境的适应性适应性和和抵抗力抵抗力。一、逆境与抗逆性一、逆境与抗逆性逆境的种类逆境的种类 膜脂相变:膜脂相变:液相液相 高温高温 液晶相液晶相 低温低温 凝胶相凝胶相 膜脂相变会导致原生质流动停膜脂相变会导致原生质流动停止,膜结合酶活性降低,膜透性增
2、止,膜结合酶活性降低,膜透性增大,物质交换平衡破坏,代谢紊乱,大,物质交换平衡破坏,代谢紊乱,有毒物质积累,细胞受损。有毒物质积累,细胞受损。三、植物对逆境的适应三、植物对逆境的适应 (一)生物膜与抗逆性(一)生物膜与抗逆性 试验证实,试验证实,膜脂碳链越短,不饱膜脂碳链越短,不饱和脂肪酸越多,固化温度越低,抗冷和脂肪酸越多,固化温度越低,抗冷性越强。性越强。饱和脂肪酸和抗旱力有关饱和脂肪酸和抗旱力有关 实验表实验表明小麦抗旱性强的品种在灌浆期干旱明小麦抗旱性强的品种在灌浆期干旱时,叶表皮细胞的饱和脂肪酸较多。时,叶表皮细胞的饱和脂肪酸较多。(二)逆境蛋白与抗逆性(二)逆境蛋白与抗逆性 在逆境
3、条件下,植物的基因表达发生改变,在逆境条件下,植物的基因表达发生改变,关闭关闭一些正常表达的基因,一些正常表达的基因,启动启动一些与逆境相一些与逆境相适应的基因,诱导新蛋白质和酶的形成,这些适应的基因,诱导新蛋白质和酶的形成,这些诱导产生的蛋白统称为诱导产生的蛋白统称为逆境蛋白(胁迫蛋白)。逆境蛋白(胁迫蛋白)。1、热激蛋白(、热激蛋白(heat shock protein,HSP):):在在高于高于植物正常生长温度(植物正常生长温度(1015)刺激)刺激下下诱导合成的蛋白质诱导合成的蛋白质。HSP在抗热性中的作用在抗热性中的作用:(1)维持)维持变性蛋白变性蛋白的的可溶状态可溶状态或或使其恢
4、复原有的空间使其恢复原有的空间构象构象和生物和生物活性活性 (2)与一些酶结合成复合体,使)与一些酶结合成复合体,使酶的酶的热失活温度热失活温度明显明显提高提高。植物对热激反应非常迅速,热激处植物对热激反应非常迅速,热激处理理35min就发现就发现HSPmRNA含量增加,含量增加,20min可检测到新合成的可检测到新合成的HSP。2、低温诱导蛋白、低温诱导蛋白 植物经一段时间的低温处理后诱植物经一段时间的低温处理后诱导合成的一些特异性的新蛋白质。如导合成的一些特异性的新蛋白质。如同工蛋白、抗冻蛋白等。同工蛋白、抗冻蛋白等。这类蛋白多数是这类蛋白多数是高度亲水高度亲水的,其的,其大量表达具有减少
5、细胞失水和防止细大量表达具有减少细胞失水和防止细胞脱水的作用,减少冻溶过程对类囊胞脱水的作用,减少冻溶过程对类囊体膜的伤害等。体膜的伤害等。3、渗调蛋白、渗调蛋白 干旱或盐渍下诱导的一些逆境蛋白。它干旱或盐渍下诱导的一些逆境蛋白。它的产生有利于的产生有利于降低细胞的渗透势降低细胞的渗透势和和防止细防止细胞脱水胞脱水,有助于提高植物对盐和干旱胁迫,有助于提高植物对盐和干旱胁迫的抗性。的抗性。4、病程相关蛋白、病程相关蛋白(Pathogenesis-related proteins,PRP/PRs)植物受到病原菌侵染后合成的一种或多植物受到病原菌侵染后合成的一种或多种蛋白质。种蛋白质。PRS在植物
6、体内的积累与在植物体内的积累与植物局植物局部诱导抗性或系统诱导抗性有关部诱导抗性或系统诱导抗性有关。5、其它逆境蛋白、其它逆境蛋白 缺氧环境下产生厌氧蛋白;紫外线缺氧环境下产生厌氧蛋白;紫外线照射会产生紫外线诱导蛋白;施用化学照射会产生紫外线诱导蛋白;施用化学试剂会产生化学试剂诱导蛋白。如淹水试剂会产生化学试剂诱导蛋白。如淹水产生的厌氧蛋白中有一些是糖酵解酶或产生的厌氧蛋白中有一些是糖酵解酶或糖代谢酶,能催化产生糖代谢酶,能催化产生ATP供植物需要,供植物需要,调节碳代谢,避免酸中毒。调节碳代谢,避免酸中毒。(三)活性氧与抗逆性(三)活性氧与抗逆性 活性氧活性氧:指性质极为活泼、氧化能力:指性
7、质极为活泼、氧化能力很强的含氧物的总称。(很强的含氧物的总称。(active oxygen)如超氧阴离子自由基(如超氧阴离子自由基(O2)、羟基自)、羟基自由基(由基(OH)、过氧化氢()、过氧化氢(H2O2)、脂过)、脂过氧化物(氧化物(ROO)和)和单线态氧单线态氧(1O2)。)。在正常情况下,细胞内自由基的产生和在正常情况下,细胞内自由基的产生和清除处于动态平衡状态,自由基水平很低,清除处于动态平衡状态,自由基水平很低,不会伤害细胞。当植物不会伤害细胞。当植物受到逆境胁迫受到逆境胁迫时,平时,平衡被打破,衡被打破,自由基积累过多自由基积累过多,伤害细胞。伤害细胞。单线态氧:是一种处于激发
8、态的分子氧单线态氧:是一种处于激发态的分子氧 活性氧对植物的伤害活性氧对植物的伤害 (1)细胞结构和功能受损)细胞结构和功能受损 如线粒体破坏、如线粒体破坏、氧化磷酸化解偶联、氧化磷酸化解偶联、Cyt氧化酶活性下降等。氧化酶活性下降等。(2)生长受抑)生长受抑 (3)诱发膜脂过氧化作用诱发膜脂过氧化作用 膜脂过氧化膜脂过氧化:生物膜中不饱和脂肪酸在:生物膜中不饱和脂肪酸在自由基诱发下发生的过氧化反应自由基诱发下发生的过氧化反应(产生丙二产生丙二醛醛MDA)。)。(4)损伤生物大分子)损伤生物大分子 破坏核酸、蛋白质等生物大分子,并能使破坏核酸、蛋白质等生物大分子,并能使多种酶失活。多种酶失活。
9、植物体内的抗氧化防御系统:植物体内的抗氧化防御系统:(1)保护酶体系)保护酶体系 A、超氧化物歧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)2O2.+2H+SOD H2O2+O2 线粒体内膜呼吸链是植物体内产线粒体内膜呼吸链是植物体内产生超氧阴离子自由基的重要来源。生超氧阴离子自由基的重要来源。抗逆性强的植物在逆境下抗逆性强的植物在逆境下SOD活活性降低幅度小或保持相对稳定,避性降低幅度小或保持相对稳定,避免或减轻了活性氧引起的伤害。免或减轻了活性氧引起的伤害。B、过氧化物、过氧化物E(POD)H2O2使卡尔文循环中的酶失活。高等植物使卡尔文循环中的酶失活。高等植物叶绿体叶绿体内内H2O2的清除是由具有较高
10、活性的的清除是由具有较高活性的抗抗坏血酸过氧化物坏血酸过氧化物E(Asb-POD)经抗坏血酸循经抗坏血酸循环分解来完成的。环分解来完成的。C、过氧化氢、过氧化氢E(CAT)主要存在于主要存在于过氧化体过氧化体中,负责过氧化体中,负责过氧化体中中H2O2的清除。的清除。(2)抗氧化物质(非酶促体系)抗氧化物质(非酶促体系)抗坏血酸(抗坏血酸(Asb)、还原型谷胱)、还原型谷胱甘肽(甘肽(GSH)、维生素)、维生素E(VE)、类)、类胡萝卜素(胡萝卜素(Car)、巯基乙醇)、巯基乙醇(MSH)、甘露醇等。)、甘露醇等。(四)渗透调节与抗逆性(四)渗透调节与抗逆性 渗透调节渗透调节:胁迫条件下,细胞
11、主:胁迫条件下,细胞主动动累积渗透调节物质累积渗透调节物质,降低渗透势,降低渗透势,提高细胞保水力,适应逆境胁迫的现提高细胞保水力,适应逆境胁迫的现象。象。1、渗透调节物质的种类、渗透调节物质的种类 (1)无机离子)无机离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-无机离子进入细胞后,主要累无机离子进入细胞后,主要累积在液泡中,因此无机离子主要作积在液泡中,因此无机离子主要作为为液泡的渗透调节物质液泡的渗透调节物质。A、游离氨基酸、游离氨基酸脯氨酸脯氨酸(Pro)逆境下,脯氨酸主要累积在细胞质中,故逆境下,脯氨酸主要累积在细胞质中,故称称细胞质渗透调节物质。细胞质渗透调节
12、物质。脯氨酸在抗逆中的作用:脯氨酸在抗逆中的作用:a、作为、作为渗透调节物质渗透调节物质,保持原生质与环,保持原生质与环境的渗透平衡,防止失水境的渗透平衡,防止失水 b、Pro与蛋白质结合能增强蛋白质的水与蛋白质结合能增强蛋白质的水合作用、可溶性和减少可溶性蛋白质的沉淀,合作用、可溶性和减少可溶性蛋白质的沉淀,保护生物大分子保护生物大分子结构和功能的稳定结构和功能的稳定(2)有机溶质)有机溶质 B、甜菜碱、甜菜碱 甜菜碱在抗逆中具有渗透调节甜菜碱在抗逆中具有渗透调节和稳定生物大分子的作用。和稳定生物大分子的作用。C、可溶性糖、可溶性糖 可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果
13、糖、半乳糖等。果糖、半乳糖等。2、渗透调节的主要生理功能、渗透调节的主要生理功能 (1)维持细胞膨压)维持细胞膨压 (2)维持植株光合作用)维持植株光合作用 维持气孔开放与类囊体膜的完整性。维持气孔开放与类囊体膜的完整性。可溶性糖和游离氨基酸增加的原因:可溶性糖和游离氨基酸增加的原因:1).大分子糖类和蛋白质的分解加强大分子糖类和蛋白质的分解加强而合成受抑,蔗糖的合成加快而合成受抑,蔗糖的合成加快 2).光合光合产物直接形成蔗糖产物直接形成蔗糖 3).从植物体其它部从植物体其它部分输入糖和氨基酸。分输入糖和氨基酸。(五)脱落酸与抗逆性(五)脱落酸与抗逆性 在低温、高温、干旱和盐害等胁迫下,在低
14、温、高温、干旱和盐害等胁迫下,体内体内ABA含量大幅度升高含量大幅度升高。原因原因:(1)逆境胁迫增加了叶绿体膜对)逆境胁迫增加了叶绿体膜对ABA的通透性,促进叶片的通透性,促进叶片ABA合成。合成。(2)加快根系合成更多)加快根系合成更多ABA向叶向叶片的运输及积累片的运输及积累 ABA调节气孔开度调节气孔开度,减少蒸腾失水,减少蒸腾失水,抑制生长。抑制生长。(2)减少自由基对膜的伤害)减少自由基对膜的伤害 经经ABA处理后,会延缓处理后,会延缓SOD和过和过氧化氢酶等活性的下降,阻止体内自氧化氢酶等活性的下降,阻止体内自由基的过氧化作用,降低丙二醛等有由基的过氧化作用,降低丙二醛等有毒物质
15、的积累,使质膜受到保护。毒物质的积累,使质膜受到保护。外施外施ABA提高抗逆性的原因:提高抗逆性的原因:(1)维持膜的稳定性)维持膜的稳定性(4)减少水分丧失)减少水分丧失 ABA处理后,可促进气孔关闭,处理后,可促进气孔关闭,蒸腾减弱,减少水分丧失,还可提高蒸腾减弱,减少水分丧失,还可提高根对水分的吸收和输导,防止水分亏根对水分的吸收和输导,防止水分亏缺,提高抗旱、抗寒、抗冷和抗盐的缺,提高抗旱、抗寒、抗冷和抗盐的能力。能力。(3)改变体内代谢)改变体内代谢 外施外施ABA,可使植物体增加脯氨酸、,可使植物体增加脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质等的含量,从可溶性糖和可溶性蛋白质等的含量,从而使
16、植物产生抗逆能力。而使植物产生抗逆能力。交叉适应交叉适应:植物经历了某种逆境:植物经历了某种逆境后,能提高对另一些逆境的抵抗能后,能提高对另一些逆境的抵抗能力,这种对不良环境间的相互适应力,这种对不良环境间的相互适应作用称为作用称为。(。(Cross adaptation)交叉适应的作用物质:交叉适应的作用物质:ABA生长延缓剂和抑制剂提高生长延缓剂和抑制剂提高ABA含量含量ABA在交叉适应中的作用在交叉适应中的作用三、提高作物抗性的生理措施三、提高作物抗性的生理措施 选育高抗品种是提高作物抗性的基选育高抗品种是提高作物抗性的基本措施。本措施。1、种子锻炼、种子锻炼播种前对种子进行播种前对种子
17、进行相应的逆境处理。相应的逆境处理。2、巧施肥水、巧施肥水控制土壤水分,少控制土壤水分,少施施N肥,多施肥,多施P、K肥。肥。3、施用生长抑制物质施用生长抑制物质 如如CCC、PP333、TIBA(三碘苯甲酸)、三碘苯甲酸)、JA等等 第二节第二节 植物的抗寒性植物的抗寒性 低温对植物的危害,按低温程度和低温对植物的危害,按低温程度和受害情况可分为受害情况可分为冻害冻害和和冷害冷害。冻害冻害:零下低温零下低温对植物造成的伤害。对植物造成的伤害。冷害:零上低温冷害:零上低温对植物造成的伤害。对植物造成的伤害。一、冻害的生理一、冻害的生理(一)冻害的类型:(一)冻害的类型:细胞间结冰与细胞内结冰细
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