植物的逆境生理.ppt

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。
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。
➢ 城市中的水域由于积累了大量营养物质，导致藻类繁 殖过量，水色浓绿浑浊，甚至变黑臭，影响景观和卫 生。
➢ 为了控制藻类生长，可采用换水法或施用化学药剂， 也可采用生物治疗法，如在水面种植水葫芦(凤眼莲) 吸收水中营养物，来抑制藻类生长，使水色澄清。
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3.天然吸尘器
➢叶片表面上的绒 毛、皱纹及分泌的 油脂等可以阻挡、 吸附和粘着粉尘。 ➢每公顷山毛榉阻 滞粉尘的总量为68 吨，云杉林为32吨， 松林为36吨(参见 表11-5)。
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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
（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。
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。
➢ 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。
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。
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。
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。
其中类胡萝卜素是最主要的1O2的猝灭剂， 可使叶绿素免受光氧化的损害。
植物体内的一些次生代谢物如多酚、单 宁、黄酮类物质也能有效地清除O2-。
（4） 渗透调节与抗逆性
水分胁迫时植物体内主动积累各种有机和无机 物质来提高细胞液浓度，降低渗透势，提高细胞 保水力，从而适应水分胁迫环境，这种现象称为 渗透调节。
➢ 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)。
➢ 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；
（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
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。
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
低甚至修复由逆境造成的损失，从而保证正常的生理活动。
如针叶数可以忍受-40 ℃--70 ℃的低温；而某些温泉细菌能在70
℃-80 ℃，甚至沸水中存活。----是化学过程
二、逆境对植物的伤害
1、代谢失调
（1）水分代谢失调 干旱引起直接的水分胁迫；低温、冰冻、盐、高温引
起间接的水分胁迫。 （2） 光合速率下降
➢ 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
➢ 城市中的水域由于积累了大量营养物质，导致藻类繁 殖过量，水色浓绿浑浊，甚至变黑臭，影响景观和卫 生。
➢ 为了控制藻类生长，可采用换水法或施用化学药剂， 也可采用生物治疗法，如在水面种植水葫芦(凤眼莲) 吸收水中营养物，来抑制藻类生长，使水色澄清。
➢ 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
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。
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。
➢ 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
➢通过植物本身对各种污染物的吸
收、积累和代谢作用，能达到分解
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
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
（1）细胞结构和功能受损 活性氧易引起线粒体结构和功能破坏，使氧化磷
酸化效率降低。
（2）生长受抑 活性氧明显抑制植物生长，且根比芽对高氧逆境
更敏感。
（3）诱发膜脂过氧化作用 膜脂过氧化指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。 膜脂由液晶态转变成凝胶态，引起膜流动
性下降，质膜透性大大增加。
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。
（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。
（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
任何逆境均引起光合速率下降 （3） 呼吸代谢发生变化
冻害、热害、盐渍、涝害引起呼吸速率下降；冷害、 干旱时呼吸速率先升后降；病害、伤害呼吸速率显著增强， 且PPP途径增强。 （4）大分子物质降解
各种逆境下，物质的分解大于合成。
2 、活性氧伤害
指性质极为活泼、氧化能力很强的含氧物的 总称。
如超氧物阴离子自由基（O2-.），羟基自由基（.OH）， 过氧化氢（H2O2），脂质过氧化物（ROO-）和单线 态氧（1O2）。
➢ 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ห้องสมุดไป่ตู้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。