植物的逆境生理.ppt

➢ 水中酚类化合物含量超过50μg·L-1 时，就会使水稻等生 长受抑制，叶色变黄。当含量再增高，叶片会失水，内卷， 根系变褐，逐渐腐烂。
➢ 氰化物浓度过高对植物呼吸有强烈的抑制作用，使水稻、 油菜、小麦等多种作物的生长和产量均受影响。
➢ 三氯乙醛对小麦的危害很大。在小麦种子萌发时期，它可 以使小麦第一心叶的外壁形成一层坚固的叶鞘，以阻止心 叶吐出和扩展，以致不能顶土出苗。苗期受害则出现畸形 苗，萎缩不长，植株矮化，茎基膨大，分蘖丛生，叶片卷 曲老化，麦根短粗，逐渐干枯死亡。
（4）损伤生物大分子 活性氧的氧化能力很强，能破坏植物体内
蛋白质、核酸等生物大分子。
3、 质膜损伤
当植物受到逆境胁迫时，造成膜相变和膜结构破坏， 质膜及各种细胞器的内膜系统都会膨胀或破坏：
（1）膜透性增大，内含物渗漏； （2）结合在膜上的酶系统活性降低，有机物分解占优势； （3）膜蛋白损伤，破坏蛋白质空间构象。
第十章 植物的逆境生理
本章重点： ➢ 逆境以及氧化伤害； ➢植物对逆境的生理适应性。
一、逆境的种类与植物的抗逆性
（1）逆境的概念及其种类
逆境：指对植物生长和生存不利的各种环境因素的总和， 又称胁迫。
植物的抗逆性（简称抗性）：植物对逆境的适应和抵抗能 力。
逆境的种类：
生物胁迫：病虫害、杂草等 非生物（理化因素）：温度、水分、辐射、化学因 素、天气等
➢ 唐昌蒲是一种对 HF非常敏感的植 物，可用来监测 大气中HF浓度的 变化(表11-6)。
如几丁酶和β-1,3-葡聚糖酶活性，能够抑制病原真 菌孢子的萌发，降解病原菌细胞壁，抑制菌丝生长。
β -1,3-葡聚糖酶分解细胞壁的产物还能诱导与其他 防卫系统有关的酶系，从而提高植物抗病能力。
（3）抗氧化防御系统
1、 保护酶体系
超氧化物歧化酶（SOD）---使O2-发生歧化反应，生 成O2和H2O2； 过氧化物酶（POD）---催化过氧化物的分解； 过氧化氢酶（CAT）----催化H2O2分解为H2O和O2
（2）植物抵抗逆境的方式
避逆性：指植物通过各种方式避开或部分避开逆境的影响。
如沙漠中的植物通过生育期的调整来避开不良气候；或通过特 殊的形态结构（仙人掌肉质茎）贮存大量水分；植物叶表覆盖 茸毛、蜡质；强光下叶片卷缩等避免干旱的伤害。
-----是物理过程
耐逆性：指植物在不良环境中，通过代谢的变化来阻止、降
平流层中臭氧的产生和 消耗示意图。臭氧的 90%是在平流层中，10% 是在对流层中。平流层 中的臭氧有益于减少太 阳辐射到对流层中的穿 透能力。人类制造的氟 化物（CFCs）的释放导 致平流层中臭氧的减少， 特别是两极地区。石油 燃料燃烧增加了碳水化 合物，在对流层中，这 些碳水化合物可以同太 阳光与氧反应形成臭氧。
➢ 有的植物象松树、柏树、桉树、樟树等可分泌挥发性 物质，杀灭细菌，有效减少大气中细菌数。
4.监测环境污染
➢ 低浓度的污染物用仪器测定时有困难，但可利用某些 植物对某一污染物特别敏感的特性来作为指示植物， 以监控当地的污染程度。
➢ 如紫花苜蓿和芝 麻在1.2μg·L-1的 SO2浓度下暴露1 小时就有可见症 状出现；
渗透调节是在细胞水平上通过代谢来维持细胞的 正常彭压。
渗透调节物质的种类与作用：
一是无机离子：K、Na、Ca、Mg、Cl、NO3-、SO42-等。 二是有机溶质：主要是脯氨酸、甜菜碱、蔗糖、甘露醇、 山梨醇等。
所有逆境（尤其是干旱）引起脯氨酸和甜菜碱的累积， 且主要存在于细胞质中。
脯氨酸、甜菜碱都是细胞质渗透物质。
污染物的大量聚集，可以造成植物死亡甚至可 以破坏整个生态系统。
大气污染 环境污染水体土污壤染污染
生物污染
（一）、大气污染
1、大气污染物
➢ 二氧化硫(SO2)、氟化氢(HF)、氯气(Cl2) 臭氧(O3) 二氧化氮(NO2) 一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、 光化学烟雾等
➢ 所谓光化学烟雾(photochemical smog)是指工厂、 汽车等排放出来的氧化氮类物质和燃烧不完全的烯 烃类碳氢化合物，在强烈的紫外线作用下，形成的 一些氧化能力极强的氧化性物质，如O3、NO2、醛 类(RCHO)、硝酸过氧化乙酰(peroxyacetyl nitrate,PAN)等。
➢ 如当土壤pH值过低时，施入石灰可以中和酸性，改变植
物吸收阳离子的成分，可增强植物对酸性气体的抗性。
3.化学调控
➢ 有人用维生素和植物生长调节物质喷施柑桔幼苗，或加 入营养液让根系吸收，提高了对O3的抗性。
➢ 有人喷施能固定或中和有害气体的物质，如石灰溶液， 结果使氟害减轻。
4.培育抗污染力强的品种
（5） 脱落酸与抗逆性
多种逆境特别是水分胁迫引起ABA含量大增， 增强植物的抗逆性，ABA又称逆境激素。
ABA或生长延缓剂能提高植物对多种逆境的抗 性。
四、冷害生理和冻害生理
（1）冷害与冻害的概念
一、环境污染与植物生长
环境污染不仅直接危害人类的健康与安全，而 且对植物生长发育带来很大的危害，如引起严重减 产。
➢ 其它如甲醛、洗涤剂、石油等污染物对植物的生长发育也
三、提高植物抗污染力与环境保护
(一) 提高植物抗污染力的措施
1.进行抗性锻炼
➢ 用较低浓度的污染物预先处理种子或幼苗，经处理后的 植株对被处理的污染物的抗性会提高。
2.改善土壤营养条件
➢ 通过改善土壤条件，提高植株生活力，可增强对污染的 抵抗力。
➢ 利用常规的或生物技术方法选育出抗污力强的品种。
(二)利用植物保护环境
➢不同植物对各种污染物的敏感性 有差异；同一植物，对不同污染物 的敏感性也不一样。
➢ 1.吸收和分解有毒物质
➢解
有毒物质减轻污染的目的。
➢地衣、垂柳、臭椿、山楂、板栗、
夹能油竹积茶桃累有、较较丁多大香硫的等化吸吸物收收；氟S垂 化O柳物2能、的力拐能较枣力强、。，群图条落件1叶1染：-面2气气4积体温苜指的2蓿数3吸～群4～收2落45℃速.对5，度；各湿种测度污定 ➢污物被植物吸收后，有的分解成 45%～50%，照度40～45klx，群
臭氧的作用和植物体的 反应。
因为臭氧的极性和亲水
性物质，它不能够渗透 到皮层中，仅能微弱的 侵入质体膜中。由于气 孔的关闭臭氧进入质膜 空隙可以消失。臭氧的 破坏发生最初结果是质 膜脂体的过氧化反应和 刺激ROS产物。臭氧可 以激活植物体细胞内的 抗氧化防御机制。抗氧 化防御机制是否有效取 决于臭氧的浓度、植物 体忍耐能力、植株年龄 和基因型。
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2.净化环境
➢ 植物不断地吸收工业燃烧和生物释放的CO2并放出O2， 使大气层的CO2和O2处于动态平衡。
➢ 据计算1hm2一公顷阔叶树每天可吸收1000kg的CO2； 常绿树(针叶林)每年每平方米可固定1.4kgCO2。
➢ 植物还可减少空气中放射性物质，在有放射性物质的 地方，树林背风面叶片上放射性物质的颗粒仅是迎风
冷激蛋白的功能：减少细胞失水和防止细胞脱水的 作用，有助于提高植物对冰冻逆境的抗性。
3、 渗调蛋白
植物在干旱或盐渍条件下合成的参与渗透调节 的蛋白质，称为渗透蛋白。
渗透蛋白的功能：降低细胞的渗透势和防止细胞脱 水，有助于提高植物对盐和干旱胁迫的抗性。
4、 病程相关蛋白
病程相关蛋白是植物受到病原菌侵染后合成的 一类参与抗病作用的蛋白质。
为营养物质，有的形成络合物，从 落上方20cm，风速1.8～
而降低了毒性。
2.2m·s-1，气体暴露1～2小时。
2.净化环境
➢ 植物不断地吸收工业燃烧和生物释放的CO2并放出O2， 使大气层的CO2和O2处于动态平衡。
➢ 据计算1hm2一公顷阔叶树每天可吸收1000kg的CO2； 常绿树(针叶林)每年每平方米可固定1.4kgCO2。
2、大气污染物的侵入途径与伤害方式
（1）侵入的部位与途径 ➢侵入部位：叶，花、芽、嫩梢等 ➢侵入途径：气孔
（2）伤害方式
➢污染物进入细胞后如积累浓度超过了植物 敏感阈值即产生伤害，危害方式可分为急 性、慢性和隐性三种。
急性伤害 伤害 慢性伤害
隐性伤害
大气污染对植物的伤害程度及影响因素
图22.39 臭氧破坏的燕麦（Avena sativa L.）叶片。叶片中央萎黄病的形 成。叶尖（较老叶细胞）和叶基部（年轻的叶细胞）表现较小的伤害。
二、水体污染和土壤污染
(一)水体污染物和土壤污染物
金属污染物（重金属、盐类等） 水体污染物
有机污染物（洗涤剂、酚类化合物、 氰化物、有机酸、含氮 化合物、油脂、漂白粉、 染料等）
水体
土壤污染
大气 化肥
农药
(二)水体和土壤污染物对植物的危害
➢ 抑制酶的活性，或与蛋白质结合，破坏质膜的选择透性， 阻碍植物的正常代谢。
三、植物对逆境的生理适应
（1）生物膜与抗逆性
旱害、寒害、盐害、大气污染、病害和氧化胁迫等 逆境，会造成原生质膜破坏，生物膜结构和功能的稳定 性与植物的抗逆性密切相关。
膜脂中碳链相对短、不饱和脂肪酸多时，植物的抗 冷性强。
膜脂中饱和脂肪酸相对含量高（抗脱水能力强）， 植物的抗旱、抗热性强。
膜蛋白的稳定性强，植物抗逆性也强。
（2） 逆境蛋白与抗逆性
逆境条件诱导植物产生的蛋白质统称为逆境蛋白
1、 热激蛋白
植物在高于正常生长温度刺激下诱导合成的新蛋白称热 激蛋白/热休克蛋白。
热激蛋白的功能：防止蛋白质变性，使其恢复原有的空间 构象和生物活性，增强植物的抗热性。
2、 低温诱导蛋白
植物经过低温处理后重新合成的一些特异性蛋 白质，称为低温诱导蛋白/冷响应蛋白/冷激蛋白
2、 抗氧化物质（非酶促体系） 如抗坏血酸、还原型谷胱甘肽、维生素、
类胡萝卜素、巯基乙醇、甘露醇等，是植物 体内1O2的猝灭剂。