植物生理课件10第十章植物的抗性生理.ppt
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- 植物 生理 课件 10 第十 抗性
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1、第十章 逆境生理第一节 植物对逆境的生理适应第二节 植物对水分逆境的适应性第三节 植物对温度逆境的适应性第四节 植物对盐胁迫的适应性第五节 环境污染与植物的适应性第六节 植物对生物逆境的适应性 逆境(environmental stress):对对植物生存与生长不利的各种环境因素植物生存与生长不利的各种环境因素的总称的总称。又叫胁迫。自然逆境 生物逆境生物逆境:病虫害、杂草等:病虫害、杂草等非生物逆境非生物逆境: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 抗逆性(stress resistance):植物对不良环境的适应性和抵抗力。一、逆境与抗逆性一、逆境与抗逆性抗
2、逆性分为两种:抗逆性分为两种:避逆性和耐逆性避逆性和耐逆性 避逆性避逆性植物通过对生育周期的调植物通过对生育周期的调整,使它的整个生长发育过程不与逆境整,使它的整个生长发育过程不与逆境相遇,从而逃避逆境危害。相遇,从而逃避逆境危害。耐逆性耐逆性植物通过形态结构、生理植物通过形态结构、生理生化和基因表达的变化来阻止、降低、生化和基因表达的变化来阻止、降低、甚至修复由逆境造成的伤害,从而保证甚至修复由逆境造成的伤害,从而保证正常的生理活动。正常的生理活动。锻炼锻炼(Hardening):把植物对不利于生长把植物对不利于生长和生存的环境的逐步适应过程叫做锻炼。和生存的环境的逐步适应过程叫做锻炼。二、
3、逆境对植物生理生理代谢的影响 1、细胞透性增大 膜系统 破坏,内含物外渗;膜结合酶活性紊乱,各种代谢无序。2、水分平衡丧失 植物的吸水量降低,蒸腾量减少,但蒸腾仍大于吸水,植物萎蔫。3、光合速率下降 气孔关闭,叶绿体受伤,光合酶失活或变性 4、呼吸速率变化 呼吸下降冻、热、盐、涝害 呼吸先上升再下降冷、旱害 呼吸明显升高 病害、伤害5、物质代谢变化合成E活性下降,水解E活性增强。淀粉、蛋白质等大分子化合物降解为可溶性糖、肽及氨基酸等物质。膜脂相变:液相 高温 液晶相 低温 凝胶相 膜脂相变会导致原生质流动停止,膜结合酶活性降低,膜透性增大,物质交换平衡破坏,代谢紊乱,有毒物质积累,细胞受损。三
4、、植物对逆境的适应 (一)生物膜与抗逆性 试验证实,膜脂碳链越短,不饱和脂肪酸越多,固化温度越低,抗冷性越强。磷脂与抗冻性有关。杨树、苹果等进入越冬期间,树皮抗冻性增强时,膜脂中磷脂(磷脂酰胆碱等)含量显著增高。糖脂与抗盐性有关 糖脂(单半乳糖二甘油脂等)含量低,抗盐性增强。饱和脂肪酸和抗旱力有关 实验表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。膜蛋白与抗寒性有关 低温下,膜蛋白与磷脂结合能力下降,磷脂游离,膜解体,组织死亡。(二)逆境蛋白与抗逆性 在逆境条件下,植物的基因表达发生改变,关闭一些正常表达的基因,启动一些与逆境相适应的基因,诱导新蛋白质和酶的形成,这些诱导产
5、生的蛋白统称为逆境蛋白。1、热激蛋白(heat shock protein,HSP):在高于植物正常生长温度(1015)刺激下诱导合成的蛋白质。HSP家族中很大一部分属于侣伴蛋白。2、低温诱导蛋白 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。如同工蛋白、抗冻蛋白等。这类蛋白多数是高度亲水的,其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体膜的伤害等。(三)活性氧与抗逆性 活性氧:指性质极为活泼、氧化能力很强的含氧物的总称。如超氧阴离子自由基(O2)、羟基自由基(OH)、过氧化氢(H2O2)、脂过氧化物(ROO)和单线态(1O2)。在正常情况下,细胞内自由基的产
6、生和清除处于动态平衡状态,自由基水平很低,不会伤害细胞。当植物受到逆境胁迫时,平衡被打破,自由基积累过多,伤害细胞 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 如线粒体破坏、氧化磷酸化解偶联Cyt氧化酶活性下降等。(2)生长受抑 (3)诱发膜脂过氧化作用 膜脂过氧化: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。(4)损伤生物大分子 破坏核酸、蛋白质等生物大分子,并能使多种酶失活。植物体内的抗氧化防御系统:(1)保护酶体系 A、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生超氧阴离子自由基的重要来源。SOD有三种:Cu.
7、ZnSOD、FeSOD、MnSOD 抗逆性强的植物在逆境下SOD活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。B、过氧化物E(POD)H2O2使卡尔文循环中的酶失活。高等植物叶绿体内H2O2的清除是由具有较高活性的抗坏血酸过氧化物E(Asb-POD)经抗坏血酸循环分解来完成的。C、过氧化氢E(CAT)主要存在于过氧化体中,负责过氧化体中H2O2的清除。(2)抗氧化物质(非酶促体系)抗坏血酸(Asb)、还原型谷胱甘肽(GSH)、维生素E(VE)、类胡萝卜素(Car)、巯基乙醇(MSH)、甘露醇、COA、COQ、Cytf 等。(四)渗透调节与抗逆性 渗透调节:胁迫条件下,细胞主动累积
8、渗透调节物质,降低渗透势,提高细胞保水力,适应逆境胁迫的现象。1、渗透调节物质的种类 (1)无机离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-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为液泡的渗透调节物质。脯氨酸 逆境下,脯氨酸主要累积在细胞质中,故称细胞质渗透调节物质。脯氨酸在抗逆中的作用:a、作为渗透物质,保持原生质与环境的渗透平衡,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,保护生物大分子结构和功能的稳定(2)有机溶质(五)脱落酸与抗逆性 在低温、高温、干旱和盐害等胁迫下,体内ABA含量大幅度升高。原因:(1
9、)逆境胁迫增加了叶绿体膜对ABA的通透性 (2)加快根系合成的ABA向叶片的运输及积累 ABA调节气孔开度,减少蒸腾失水,抑制生长。(2)减少自由基对膜的伤害 经ABA处理后,会延缓SOD和过氧化氢酶等活性的下降,阻止体内自由基的过氧化作用,降低丙二醛等有毒物质的积累,使质膜受到保护。外施ABA提高抗逆性的原因:(1)提高膜脂的不饱和度(4)减少水分丧失 ABA处理后,可促进气孔关闭,蒸腾减弱,减少水分丧失,还可提高根对水分的吸收和输导,防止水分亏缺,提高抗旱、抗寒、抗冷和抗盐的能力。(3)改变体内代谢 外施ABA,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,从而使植物产生抗逆能力。
10、三、提高植物抗性的生理措施 选育高抗品种是提高作物抗性的基本措施。1、种子锻炼播种前对种子进行相应的逆境处理。2、巧施肥水控制土壤水分,少施N肥,多施P、K肥。3、施用生长抑制物质 如CCC、PP333、TIBA、JA等 第二节 植物的抗旱性 一、干旱的类型 旱害:土壤缺水或大气相对湿度过低对植物的危害。1、大气干旱 高温、强光、大气相对湿度过低 2、土壤干旱 土壤缺乏可利用水 3、生理干旱 土壤温度过低、溶液浓度过高、土壤缺氧、有毒物质存在n干旱的实质是生理干旱干旱的实质是生理干旱。n与水分有关的过程 敏感水势范围n抑制(-)促进(+)MPa0-0.5-1.0-1.5-2.0伸长生长(-)细
11、胞壁合成(-)蛋白质合成(-)叶绿素合成(-)ABA合成(+)种子萌发(-)气孔开放(-)CO2同化(-)呼吸(-)脯氨酸积累(+)暂时萎蔫(temporary wilting):降低蒸腾即能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。永久萎蔫(permanent wilting):土壤中无可利用的水,降低蒸腾不能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。永久萎蔫造成原生质严重脱水,植物死亡:二、干旱对植物的伤害 1、细胞膜结构遭到破坏 2、生长受抑 3、光合作用减弱 4、呼吸作用先升后降 5、内源激素代谢失调 ABA、ETH含量增加,CTK合成受抑 6、氮代谢异常 蛋白质合成受阻,分解加强,脯氨酸增加 7、核酸代谢受
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