第三章植物的热害及抗热性

四、植物抗热性的表现形式
1、什么是抗热性：把植物忍耐高温逆境的 适应能力通称为抗热性。
1 ）抗热性与植物的种类有关
2）某些植物特有的形态解剖结构有关（仙 人掌的叶子）
2、植物抗热性的表现形式： 1）避热性：植物体或某些器官、组
织的生长发育不与高温逆境相遇，从 （例如 小麦，蒲公英 ，橡胶草等）
而可以避免热害的影响，称为避热性。
油料种子对高温的抵抗力大于淀粉种子；
细胞汁液含水量(自由水)越少，蛋白质分子越变性 ，耐热性越强。
耐热性强的植物在代谢上的基本特点：
蛋白质的热稳定性主要决定于化学键的牢固程度与键
能大小。凡是疏水键、二硫键越多的蛋白质，其抗热
性就越强，这种蛋白质在较高温度下不会发生不可逆
的变性与凝聚。同时，耐热植物体内合成蛋白质的速
与呼吸的矛盾 ）
3、植物受热害的温度指标
4、植物致死的高温指标
二、内外条件对耐热性的影响 （一）内部因素：不同生长习性的植物的耐热性不同 。一般说来，生长在干燥炎热环境下的植物耐热性高 于生长在潮湿冷凉环境下的植物。例如C4植物起源
于热带或亚热带地区，其耐热性一般高于C3植物。
C4植物光合最适温度为40～45℃，也高于C3植物
氢键，使整个分子重新恢复其空间结构，
其热稳定性更大，耐热性增强。
2．湿度 一般来说，细胞含水量低，耐热性强。干 燥种子的抗热性强，随着含水量增加，抗 热性下降
三、热激蛋白 热激蛋白（heat shock protein, HSP）是生 物受高温刺激后大量表达的一类蛋白，它最早
是在果蝇中发现的，现已证明普遍存在于动物、
4、高温对植物体内碳素代谢的影响 植物生理学中，把植物光合作用速率与呼吸速率 相等时的温度指标称为温度补偿点。当植物处于 补偿点以上的高温逆境下时，光和产物积累小于 呼吸消耗，植物会发生饥饿。短期出现时会影响
植株器官间碳素分配的矛盾而发生落花落果。长
期出现是可能导致植物死亡。
高温条件下植物体内碳素代谢失控的主 要机制是：
2）、高温使氧气的溶解度减小，抑制植物的有氧呼 吸，同时积累无氧呼吸所产生的有毒物质，如乙醇 、乙醛等。如果提高高温时的氧分压，则可显著减 轻热害。
3.缺乏某些代谢物质 高温使某些生化环节发生障碍
，使得植物生长所必需的活性物质如维生素，核苷
酸缺乏，从而引起植物生长不良或出现伤害。
4.蛋白质合成下降 ：
1）、因气孔关闭或CO2等气体扩散阻力增大，
叶肉细胞无法进行有效的光合作用；
2）、高温钝化光合磷酸等有关酶类的活性，
使光反应无法进行；
3）、高温使光合器官叶绿体受到直接伤害， 不能进行光合作用； 4）、在高温条件下，光合作用同化产物的运 输受到阻碍。 4、高温对植物体内激素平衡的影响 5、高温对植物生长发育的影响
从生理机制上区别，可分为间接伤害和直接伤 害两个方面： （一）间接伤害 间接伤害是指高温导致代谢的异常，渐渐使 植物受害，其过程是缓慢的。高温持续时间越 长或温度越高，伤害程度也越严重。
1．饥饿 前面说过，光合作用的最适温度，
一般都低于呼吸作用的最适温度。当呼吸
速率与光合速率相等时的温度，称为温度
（HSP）
4、防止膜脂丧失
植物体内脂肪酸的高度饱和可以降低生
物膜上脂质的流动性。
七、防止植物热害的对策 1、选育抗热植物良种 根据不同地区的具体
温热情况和植物的抗热基因遗传潜势，有目的
的引种筛选和杂交培育抗热性较强的良种，使
较经济有效的方法。
2、注意的几个问题
1）、合理安排茬口
2）、推广节水栽培制度
补偿点（temperature compensation point）。
所以，如果植株处于温度补偿点以上的温 度，呼吸大于光合，就会消耗贮存的养料， 时间过久，植株呈现饥饿甚至于死亡。
2．氨毒害
1)、高温抑制氮化物的合成，氨积累过多，毒害
细胞。当把有机酸（如柠檬酸、苹果酸）引入植物 体内，其氨含量减少，酰胺剧增，热害症状便大大 减轻。肉质植物抗热性强，其原因就是它具有旺盛 的有机酸代谢。有机酸含量高，能减轻氨危害。
一般植物器官，细胞的含水量愈少，其抗热性
愈强：第一，水分子参与蛋白质分子的空间构
型，两者通过氢键连接起来，而氢键易于受热
断裂，所以蛋白质分子构型中水分子越多，受
热后越易变性。
第二，蛋白质含水充足，它的自由移动与空间 构型的展开更容易，因而受热后也越易变性。 故种子越干燥，其抗热性越强；幼苗含水量越 多，越不耐热。
以上过程都较缓慢， 并主要对植物
组织或器官发生间接伤害。但当高温
持续时间延长时，热害损伤的程度就
会相应加重，甚至产生直接伤害。
（二）直接伤害
直接伤害是高温直接影响细胞质的
结构，在短期（几秒到半小时）高温
后，当时或事后就迅速呈现热害症状
。高温对植物直接伤害的原因有下列 各种解释。
1．生物膜破坏 在正常条件下，生物膜的脂 类和蛋白质之间是靠静电或疏水键相互联系着。 高温时，生物膜功能键断裂，导致膜蛋白变性， 膜脂分子液 化，膜结构破坏，正常生理功能 就不能进行，最终导致细胞死亡。
热害病征：
1、树干（特别是向阳部分）干燥、裂开；
2、叶片出现死斑，叶色变褐、变黄；鲜果
（如葡萄、番茄）烧伤，后来受伤处与健康处 之间形成木栓，有时甚至整个果实死亡； 3、出现雄性不育，花序或子房脱落等异常现 象。高温对植物危害是复杂的、多方面的。
发生热害的温度和作用时间有关，致伤的高温和暴
露的时间成反比，暴露时间愈短，植物可忍耐的温度
2．蛋白质变性
高温破坏蛋白质空间构型，由于维持蛋白质空间构型
的氢键和疏水键键能较低，所以高温易使蛋白质失去
二级与三级结构，蛋白质分子展开，失去其原有的生
物学特性。 变性特征：蛋白质变性最初是可逆的，在持续高温下 ，很快转变为不可逆的凝聚状态，高温使蛋白质凝聚 的原因与冻害相似，蛋白质分子的二硫基含量增多， 巯基含量下降。在小麦幼苗、大豆下胚轴都可以看到 这种现象。
度很快，可以及时补偿因热害而造成的蛋白质的损耗 。 生长在沙漠、干热地区的一些植物，在高温下产生较 多的有机酸，有机酸与NH4+结合可消除NH3的毒害
。一般植物也有以增加有机酸来提高耐热能力的。
（二）外部条件
1．温度 高温锻炼有可能提高植物的抗热性。
因为在适当高温时，蛋白质分子一些亲
水键断裂，但会重新形成一些较强的硫
胞中胞质溶胶、线粒体、叶绿体、内质
网等不同部分。热胁迫使得许多细胞蛋
白质的酶性质或结构组成，变成非折叠
或错折叠（misfold）（蛋白质常常聚合
在一起或沉淀），因此，丧失其酶结构
及活性。
2、大多数HSP具有分子伴侣（molecular
chapterone）的作用，它不是分子组成的蛋
白质，而是使错折叠得到合适的折叠，阻止
可以减轻高温的伤害作用。近年的研究表明，
植物体内有机酸的代谢与其机体抗热性有密切
的关系。
3、减少蛋白质的水解作用 在高温逆境下，植物体内蛋白质合成的速 度大于降解的速率时，可以相对减少蛋白质的 水解，防止生物膜系统的破坏，有利于蛋白质
的修复和再合成。近年的研究表明，有些作物
在高温逆境下产生了某些特异性的蛋白质
综上所述，高温对植物的伤害可用下图归纳总结：
植物三基点的温度指标
1、最低温度和最高温度 指在一定低温或高 温条件下，植物体内正常的生理生化代谢受 到抑制，或开始解除抑制，植株生长发育活 动开始或停止，仍能维持正常生命活动但不
造成生理伤害的临界温度指标。
2、最适温度 植物适宜的环境温度指标
也只能限制在某个特定的范围内（光合
1）高温一方面使细胞产生了自溶的水解酶类，或溶酶
体破裂释放出水解酶使蛋白质分解；
2）另一方面破坏了氧化磷酸化的偶联，因而丧失了为
蛋白质生物合成提供能量的能力。
3）此外，高温还破坏核糖体和核酸的生物活性，从根
本上降低蛋白质的合成能力。生物膜的结构和功能遭
到破坏，原生质膜离子泵失活，导致细胞中大量离子
溢出。
高温的伤害，或能自我修复高温伤害的
特性，叫耐热性。
1）产生特殊的还原力较强的物质和疏水 性能较强的特异蛋白质。
2）使各种代谢过程在逆境下保持正常的
水平。
五、植物抗热的途径
1）隔热作用 2）降低热辐射作用 3）降低体内的含水量 4）改变蒸腾作用 5）降低生理代谢作用
六、植物抗热性的机理 植物抗热性主要取决于植株本身对高温条件的生 态生理适应性能。其机理可以归纳为以下几点。 1、减轻饥饿
有些植物在高温下有较强的光合作用，使净光合
速率大于呼吸速率，能维持碳素代谢的平衡。从
而可以避免植株遭受饥饿的胁迫，能增强抗热性。
2、减少生化伤害
在高温胁迫条累，减少生化物
质产生的伤害作用。同时植物还能产生化学保
护物质，如脯氨酸的积累和特异蛋白质的形成，
专题三： 植物的热害及抗热生理 一、什么是热害：
由于植物体所处的环境中温度过高所引起的 植物生理性伤害称为热害。而植物对高温胁迫
(high temperature stress )的适应则称为抗热性
(heat resistance)。
根据不同植物对温度的反应，可分为如下几类： 喜冷植物：例如某些藻类、细菌和真菌，生长 温度为在零上低温(0～20℃)，当温度在15～20℃以 上即受高温伤害。 中生植物：例如水生和阴生的高等植物，地衣 和苔藓等，生长温度为10～30℃，超过35℃就会受 伤。 喜温植物：其中有些植物在45℃以上就受伤害 ，称为适度喜温植物，例如陆生高等植物，某些隐 花植物；有些植物则在65～100℃才受害，称为极度 喜温植物，例如蓝绿藻、真菌和细菌等。