植物生理学 植物逆境生理
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二、冷害机制 (一)膜的相变
1.膜透性增加引起代谢紊乱
在低温下,质膜收缩出现裂缝,造成膜破坏,透性增加, 细胞内溶质渗漏。如时间过长还可引起酶促反应平衡失 调,代谢紊乱。
2.膜相变引起膜结合酶失活
构成膜的类脂由液相转变为固相,流动镶嵌模型破坏, 类脂固化而引起膜结合酶解离或者使酶亚基分解,因而 失活。
2、保护酶系统 在植物体内,这类酶主要SOD、AAO、谷胱甘肽还 原酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶等,被称 为细胞的保护酶系统。 其中尤以SOD最重要。
Fra Baidu bibliotek 活性氧与植物膜伤害机制
多种逆境如干旱、大气污染、低温胁迫 等都有可能降低SOD等酶的活性,从而使 活性氧平衡被打破。 干旱胁迫下不同抗旱性小麦叶片中SOD、 CAT 、 POD 活性与膜透性、膜脂过氧化水 平之间都存在着负相关。 一些植物生长调节剂和人工合成的活性 氧清除剂在胁迫下也有提高保护酶活性、 对膜系统起保护作用的效果。
三、植物对逆境的适应 (一)胁迫蛋白 逆境能诱导形成新的蛋白质 (或酶),这些蛋白质统称 为胁迫蛋白(stress protein)。
1.热击蛋白 2.低温诱导蛋白(low-temperature-induced protein) 3.病原相关蛋白(pathogenesis-related proteins,PRs) 4.盐逆境蛋白
一、冷害引起的生理生化变化
1.膜透性加大 2.水分平衡失调:蒸腾大于吸水 3.原生质流动受阻:能量供应减少,原生质粘性增加 4.光合速率减弱:叶绿素分解大于合成;暗反应受影响
5.呼吸代谢失调:大起大落。先期升高保护,然后降低
(升高放热保护,时间长后,原生质停止流动,无氧呼吸) 6.有机物质分解占优势
(二)
各种逆境发生时,植物体的吸水力降低,蒸腾 量降低,但蒸腾量大于吸水量,使植物组织的 含水量降低并产生萎蔫。 植物含水量的降低使组织中束缚水含量相对增 加,从而又使植物抗逆性增强。 在任何一种逆境下,植物的光合作用都呈下降 趋势。
逆境下植物的呼吸作用变化有三种类型: 冰冻、高温、盐渍和淹水胁迫时,植物的呼 吸作用都逐渐降低; 零上低温和干旱迫时,植物的呼吸作用先升 高后降低; 植物发生病害时,植物呼吸作用极显著地增 强,且这种呼吸作用的增强与菌丝体本身呼 吸无关。
耐逆性:指植物处于不利环境时,通过代谢反
应来阻止、降低或修复由逆境造成的损伤,使 其仍保持正常的生理活动。
二、逆境对植物的伤害
(一) 形态结构变化
如干旱会导致叶片和嫩茎萎蔫,气孔开度减小甚至关; 淹水使叶片黄化,枯干,根系褐变甚至腐烂;高温下 叶片变褐,出现死斑,树皮开裂; 病原菌侵染叶片出现病斑。 逆境往往使细胞膜变性、龟裂,细胞的区域化被打破, 原生质的性质改变,叶绿体、线粒体等细胞器结构遭 到破坏。 植物形态结构的变化与代谢和功能的变化是相一致的。
(三)脱落酸 ABA胁迫激素,提高抗逆性原因:
(1)可能使生物膜稳定 , 减少逆境导致的伤害。 (2) 减少自由基对膜的破坏 . 延缓 SOD 和过氧化氢酶等活性下降 , 阻止体内自由基的过氧 化作用 , 降低丙二醛等有毒物质积累 , 使质膜受到保护 . (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。 (4)减少水分丧失 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。
植物经历了某种逆境后,能提高对另一些逆境 的抵抗能力,这种对不良环境之间的相互适应作 用,称为交叉适应。 缺水、缺肥、盐渍等处理可提高烟草对低温和缺 氧的抵抗能力; 干旱或盐处理可提高水稻幼苗的抗冷性; 低温处理能提高水稻幼苗的抗旱性;
交叉适应的作用物质:脱落酸
第二节 植物的抗冷性
低温下,植物将会受到寒害(包括冷害和冻 害) 很多热带和亚热带植物不能经受冰点以上的 低温,这种冰点以上低温对植物的危害叫 做冷害(chilling injury)。
膜相变温度随不饱和脂肪酸含量增加而降低
(二)活性氧平衡 活性氧(超氧物阴离子自由基,羟自由基, 过氧化氢,单线态氧)当植物受到胁迫时, 活性氧累积过多 活性氧伤害细胞的机理在于活性氧导致膜脂 过氧化, SOD 和其它保护酶活性下降,同时 还产生较多的膜脂过氧化产物,膜的完整性 被破坏。 其次,活性氧积累过多,也会使膜脂产生脱 酯化作用,磷脂游离,膜结构破坏。
第三节、抗冻性
冰 点 以 下 低 温 对 植 物 的 危 害 叫 做 冻 害 (freezing injury) 。植物对冰点以下低温的适应能力叫抗冻 性(freezing resistance)。
自由基为具有不配对电子的离子、原子或分子。 特点:自由基极不稳定,寿命极短,只能瞬时 存在 但是化学性质非常活泼,氧化能力很强,并能 持续进行连锁反应。自由基的强氧化能力对 细胞及许多生物大分子有破坏作用
自由基的防御系统 1、抗氧化物质 非酶保护系统 天然的和人工合成的两大类,统称为 抗氧化剂。 天然的有细胞色素f、谷胱甘肽、甘露糖醇、抗坏血 酸、泛醌、维生素E和类胡萝卜素等。
第十一章 植物的逆境生理 Stress Physiology
芦苇
第一节 抗性生理概论
一、逆境和植物的抗逆性 (一)逆境的概念及种类 逆境:对植物生存与发育不利的各种环境因素 的总称。 抗性:植物对逆境的抵抗和忍耐能力。
(二)抗性的方式
抗性是植物在对环境的逐步适应过程中形成的。 植物适应逆境的方式主要表现在二个方面: 避逆性:指植物通过对生育周期的调整来避开 逆境的干扰,在相对适宜的环境中完成其生活 史。
(二)
多种逆境都会对植物产生水分胁迫。
水分胁迫时植物体内积累各种有机和无机物质,以提 高细胞液浓度,降低其渗透势,这样植物就可保持 其体内水分,适应水分胁迫环境。 这种由于提高细胞液浓度,降低渗透势而表现出的调 节作用称为渗透调节(osmotic adjustment)。
渗透调节物质: 1.无机离子 (积累在液泡中) 2.脯氨酸 3.甜菜碱 4.可溶性糖