植物抗旱生理.ppt
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《植物的抗生》课件
针对不同地区、不同作物，制定合理 的抗生技术应用方案，提高其在农业 生产中的可操作性和实用性。
解释这些植物如何通过自身的特性或产生的物质来抵抗盐碱环境的侵害。
抗盐碱植物的培育
介绍如何通过育种、基因工程等方法培育抗盐碱植物。
抗盐碱植物的应用前景
探讨抗盐碱植物在农业上的应用前景和潜在优势。
CHAPTER
05
未来展望与研究方向
加强植物抗生机制的研究
深入研究植物抗生的分子机制， 包括抗生基因的表达、调控机制 以及抗生蛋白的合成与功能等。
VS
原理详解
在盐碱环境中，植物会通过离子吸附来降 低土壤中盐分对根系的伤害。它们还会通 过调节细胞内的离子浓度和渗透压来维持 正常的生理功能。此外，一些植物还能产 生特殊的代谢物来抵抗盐碱环境的胁迫。 这些适应性机制使得植物能够在盐碱环境 中生长繁衍。
CHAPTER
04
植物抗生在农业上的应用
抗虫植物在农业上的应用
介绍具有抗病性的植物种类，如某些 农作物、果树、林木等。
抗病机制
解释这些植物如何通过自身的特性或 产生的物质来抵抗病原体的侵害。
抗病植物的培育
介绍如何通过育种、基因工程等方法 培育抗病植物。
抗病植物的应用前景
探讨抗病植物在农业上的应用前景和 潜在优势。
抗旱植物在农业上的应用
抗旱植物的种类
介绍具有抗旱性的植物种类，如某些农作物 、果树、林木等。
抗旱植物的特性
通常具有节水性、耐旱性和适 应性等特点，能够有效地利用 有限的水资源。
常见的抗旱植物
如仙人掌、骆驼刺等。
抗旱植物的应用
在干旱地区，可以利用抗旱植 物进行植被恢复和土地治理，
改善生态环境。
旱害植物生理学.ppt
西南大干旱
第四节 旱害生理与植物抗害性
➢一、旱害的概念及类型 ➢二、干旱胁迫对植物的伤害 ➢三、植物抗旱类型和特征 ➢四、植物干旱诱导蛋白 ➢五、提高植物抗旱性的途径
中央气象台预计，今天(3日)，四川南部、云南北部和南部、贵州西南部、广西西 部等地的森林火险气象等级仍维持较高，其中，四川南部、云南北部和东南部、 贵州西南部、广西西北部的部分地区森林火险气象等级高，请注意严加防范，禁 止一切野外用火，确保林区安全。
展望今后10天，云南、四川南部、广西西部等气象干旱区仍无强降雨。
第四节 旱害生理与植物抗害性
➢一、旱害的概念及类型 ➢二、干旱胁迫对植物的伤害 ➢三、植物抗旱类型和特征 ➢四、植物干旱诱导蛋白 ➢五、提高植物抗旱性的途径
中央气象台预计，今天(3日)，四川南部、云南北部和南部、贵州西南部、广西西 部等地的森林火险气象等级仍维持较高，其中，四川南部、云南北部和东南部、 贵州西南部、广西西北部的部分地区森林火险气象等级高，请注意严加防范，禁 止一切野外用火，确保林区安全。
展望今后10天，云南、四川南部、广西西部等气象干旱区仍无强降雨。
《植物抗旱生理》课件
分析植物枝条中的水分含量，探索其在干旱 环境中的变化。
3 蒸腾速率的测定及分析
测量植物蒸腾速率，了解植物在面对干旱时 的水分调节能力。
4 活力指标及抗氧化酶系统
通过分析植物的活力指标和抗氧化酶系统， 评估其对干旱的抵抗力。
植物抗旱与分子生物学
抗旱蛋白调控机制
探讨植物通过抗旱蛋白的表达 和调控来应对干旱环境的策略。
3
植物生长发育调节抗旱机制
探索植物如何改变其生长和发育过程以 应对干旱压力。
根系抗旱植物对受旱程度的反应
探索植物根系如何适应不同程度的干旱， 并逆境条件下提高生存能力。
生理指标评价植物抗旱能力
1 水势及相对含水量的测定及分析
研究植物水势和相对含水量等指标，评估其 对干旱的适应能力。
2 枝条中水分的测定及分析
《植物抗旱生理》PPT课 件
欢迎来到本次关于植物抗旱生理的PPT课件。在这个课件中，我们将深入探讨 植物如何适应干旱环境，并阐述其复杂而又精妙的生理调节机制。
概述
植物抗旱的重要意义和生理机制。
植物抗旱生理调节机制
1
叶片减水、气孔调控抗旱机制
2
了解植物如何通过调节气孔大小和数量
以减少叶片蒸腾的水分损失。
基因表达调控机制
研究植物在干旱逆境下基因表 达的变化与抗旱能力之间的关 系。
进行基因工程调控植 物抗旱机制
了解通过基因工程技术调节植 物抗旱能力的可行性和前景。
总结
深入分析植物抗旱生理机制的复杂性，并强调进一步研究对未来植物育种的 重要性。
3 蒸腾速率的测定及分析
测量植物蒸腾速率，了解植物在面对干旱时 的水分调节能力。
4 活力指标及抗氧化酶系统
通过分析植物的活力指标和抗氧化酶系统， 评估其对干旱的抵抗力。
植物抗旱与分子生物学
抗旱蛋白调控机制
探讨植物通过抗旱蛋白的表达 和调控来应对干旱环境的策略。
3
植物生长发育调节抗旱机制
探索植物如何改变其生长和发育过程以 应对干旱压力。
根系抗旱植物对受旱程度的反应
探索植物根系如何适应不同程度的干旱， 并逆境条件下提高生存能力。
生理指标评价植物抗旱能力
1 水势及相对含水量的测定及分析
研究植物水势和相对含水量等指标，评估其 对干旱的适应能力。
2 枝条中水分的测定及分析
《植物抗旱生理》PPT课 件
欢迎来到本次关于植物抗旱生理的PPT课件。在这个课件中，我们将深入探讨 植物如何适应干旱环境，并阐述其复杂而又精妙的生理调节机制。
概述
植物抗旱的重要意义和生理机制。
植物抗旱生理调节机制
1
叶片减水、气孔调控抗旱机制
2
了解植物如何通过调节气孔大小和数量
以减少叶片蒸腾的水分损失。
基因表达调控机制
研究植物在干旱逆境下基因表 达的变化与抗旱能力之间的关 系。
进行基因工程调控植 物抗旱机制
了解通过基因工程技术调节植 物抗旱能力的可行性和前景。
总结
深入分析植物抗旱生理机制的复杂性，并强调进一步研究对未来植物育种的 重要性。
植物的抗旱、抗盐性
某些沙生植物为了适应环境，以干重计算 的根系比例竟占整株重的90% 。
仙人掌角质层 发达，通过角 质层丢失的水 分只占其总蒸 腾量的0.05%。
3.耐旱性
植物受旱时，能在较低的细胞水势下维持一定程 度的生长发育（低的基础代谢水平，低的蛋白质 水解合成比率，结构蛋白和功能蛋白的较易修复 等）和忍耐脱水的能力。
▪维持膨压 渗透调节 细胞壁弹性
细胞体积小
▪耐脱水或干化 原生质耐性
脯氨酸含量对干旱引起小麦叶片细胞膜损伤的影响
培养基
湿空气 水 25%脯氨酸 5.0%脯氨酸 7.5%脯氨酸
脯氨酸含量 （mg/g） 1.5 1.2 46.1 56.4 65.0
干旱引起的损 伤％ 63.9 70.1 23.7 12.0 1.9
3. 生理代谢紊乱 ✓ 抑制光合速率
Na+抑制Rubisco、PEPC的活性。
✓ 呼吸作用 低盐时植物呼吸受到促进，高盐时受 到抑制。
✓ 蛋白质合成受抑 降低蛋白质合成速率，加速贮藏蛋白 质的水解。
（二）次生盐害
1. 渗透胁迫 土壤盐分过多，降低土壤溶液的渗透势， 植物吸水困难, 导致生理干旱。
抗旱性（drought resistance): 植
物抵抗干旱的能力。
干旱条件下，在一定范围内，植物不但能 够生存，而且能维持正常的或接近正常的 代谢水平，维持基本正常的生长发育进程。
（一）干旱类型
大气干旱：空气过度干燥，相对湿度过低， 常伴随高温和干风。
土壤干旱：土壤中没有或只有少量的有效水， 这将会影响植物吸水，使其水分亏缺，引起 永久萎蔫。
• 暂时萎蔫 • 永久萎蔫
大豆对水分亏缺的反应
1.机械损伤 细胞失水或再吸水时，原生质体与细胞壁 均会收缩或膨胀，但是它们的弹性以及两 者之间的收缩程度和膨胀程度均不同。
植物对干旱胁迫的响应PPT课件
二、植物抗旱的机理 （一）形态与生理特点
1. 形态特征 •根系发达，较深，根冠比较大 •叶片细胞体积小或体积/表面积比值小 •输导组织发达、表皮茸毛多、角质化 程度高或脂质层厚
2. 生理生化特性
• 原生质具有较大的粘性与弹性 • 代谢活性及酶的活性 • 光合作用类型 • 膜脂组分对抗旱性的影响 • 脯氨酸含量和ABA积累 3.水分临界期避开干旱
(5) 内源激素代谢失调
(6) 水分的分配异常
(1)光合作用减弱
水分不足使光合作用显著下降，直至趋于停 止。
番茄叶片水势低于-0.7MPa时，光合作用开始下 降，当水势达到-1.4MPa时，光合作用几乎为零。
干旱使光合作用受抑制的原因是多方面的， 主要由于：
水分亏缺后造成气孔关闭，CO2扩散的阻力增加； 叶绿体片层膜体系结构改变，光系统Ⅱ活性减弱 甚至丧失，光合磷酸化解偶联； 叶绿素合成速度减慢，光合酶活性降低； 水解加强，糖类积累。
• 土壤干旱 是指土壤中没有或只有少量的有效水， 这将会影响植物吸水，使其水分亏缺 引起永久萎蔫。
• 生理干旱
土壤水分并不缺乏，只是因为土温过 低、土壤溶液浓度过高或积累有毒物 质等原因，妨碍根系吸水，造成植物 体内水分平衡失调，从而使植物受到 的干旱危害。
（二）干旱对植物的伤害
萎蔫：植物失水超过了 根系吸水，随着细胞水 势和膨压降低、植物体 内的水分平衡遭到破坏， 出现了叶片和茎的幼嫩 部分下垂的现象。
蔬菜移栽前拔起让其适当萎蔫一段时间后再栽，这叫“搁苗”。
甘薯剪下的藤苗不立即扦插，一般要放置阴凉处一段时间，这叫“饿 苗”。
播前的种子锻炼可用“双芽法”。
即先用一定量水分把种子湿润，如小麦，用风干重40%的水分分三次 拌入种子，每次加水后，经一定时间的吸收，再风干到原来的重量， 如此反复干干湿湿，而后播种，这种锻炼使萌动的幼苗改变了代谢方 式，提高了抗旱性。
第十三章植物的抗性生理ppt课件
图13-1 逆境的种类
二、植物对逆境的适应——抗性的方式
Ø 抗性是植物在对环境的逐步适应过程中形成的。
Ø 植物适应逆境的方式主要表现在三个方面。
避逆性 逆境逃避
御逆性 耐逆性——逆境忍耐
Ø 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。
Ø 例如夏季生长的短命植物，其渗透势比较低，且 能随环境而改变自己的生育期。
三、胁迫蛋白
在高温、低温、干旱、病原菌、化学物质、缺氧、紫外 线等逆境条件下，植物关闭一些正常表达的基因，启动一 些与逆境相适应的基因，形成新的蛋白质(或酶)，这些蛋白 质统称为胁迫蛋白（或逆境蛋白）(stress protein)。
1. 热激蛋白 由高温诱导合成的热激蛋白(又叫热休克蛋白， heat shock proteins,HSPs)现象广泛存在于植物 界，已发现在酵母、大麦、小麦、谷子、大豆、 油菜、胡萝卜、.）根皮层中通气组织的发育。
在氧气充足的条件（A）或72小时缺氧的条件下（B）玉米根系横切 面的电子显微镜图片显示缺氧根系皮层通气组织的形成。皮下组织和 内皮层仍保持完整，中央皮层细胞死亡空腔隙形成圆柱形的导气室。
(二) 生理生化变化
Ø 在冰冻、低温、高温、干旱、盐渍、土壤过湿和病 害等各种逆境发生时，植物体的水分状况有相似变 化，即吸水力降低，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。
几乎所有的逆境，如干旱、低温、高温、冰冻、盐渍 、 低pH、营养不良、病害、大气污染等都会造成植物体 内脯氨酸的累积，尤其干旱胁迫时脯氨酸累积最多，可 比处理开始时含量高几十倍甚至几百倍。 脯氨酸在抗逆中有两个作用：
Ø 一是作为渗透调节物质，用来保持原生质与环境的渗透 平衡。它可与胞内一些化合物形成聚合物，类似亲水胶 体，以防止水分散失。
第七章 植物的抗性生理
中生植物： 耐受一定范围内的脱水，产生相应的生理反应； 大部分高等植物。
• Craterostigma plantagineum plants. (A) Fully turgid plant. (B) Desiccated plant (unwatered for 7d). (C) Plant rehydrated for 6h.
地球上可用于农业耕作土地的分配
胁迫引起作物大幅度减产
植物响应胁迫的方式：
抗逆性 ———— 存活 或生长； 感逆性 ———— 死亡。
植物抵抗胁迫（抗逆性）的机制：
避逆(avoidance)机制 ——物种进化形成的组 成性的适应。
耐逆(tolerance)机制 ——调整生理反应机 制（驯化）以适应胁迫。
• MIP (major intrinsic protein), a aquaporin ecoded by RD28 gene.
水分胁迫响应基因亦受ABA诱导
• Accumulation of RAB18 & LT178 mRNA in Arabidopsis thaliana.
通过抗旱锻炼能提高植物的抗旱性
• Leakage of electrolytes from mature Arabidopsis leaves before and after acclimation at 4°C for 7d.
• During freezing stress, changes in plasma membrane morphology determine death or survive of the cell.
3、抗冻蛋白(AFPs：antifreeze proteins) 在低温驯化期间形成，专一分泌并累积与细
• Craterostigma plantagineum plants. (A) Fully turgid plant. (B) Desiccated plant (unwatered for 7d). (C) Plant rehydrated for 6h.
地球上可用于农业耕作土地的分配
胁迫引起作物大幅度减产
植物响应胁迫的方式：
抗逆性 ———— 存活 或生长； 感逆性 ———— 死亡。
植物抵抗胁迫（抗逆性）的机制：
避逆(avoidance)机制 ——物种进化形成的组 成性的适应。
耐逆(tolerance)机制 ——调整生理反应机 制（驯化）以适应胁迫。
• MIP (major intrinsic protein), a aquaporin ecoded by RD28 gene.
水分胁迫响应基因亦受ABA诱导
• Accumulation of RAB18 & LT178 mRNA in Arabidopsis thaliana.
通过抗旱锻炼能提高植物的抗旱性
• Leakage of electrolytes from mature Arabidopsis leaves before and after acclimation at 4°C for 7d.
• During freezing stress, changes in plasma membrane morphology determine death or survive of the cell.
3、抗冻蛋白(AFPs：antifreeze proteins) 在低温驯化期间形成，专一分泌并累积与细
《植物与植物生理》课件—07提高植物的抗旱抗冻性
2、 提高作物抗旱性的途径
(4)生长延缓剂与抗蒸腾剂的使用
脱落酸可使气孔关闭，减少蒸腾失水。矮 壮素、B9等能增加细胞的保水能力。合理 使用抗蒸腾剂也可降低蒸腾失水。
情境7-2 锻炼植物抗寒性
任务1: 认识植物的寒害与抗寒性 任务2: 锻炼植物抗寒 任务3: 测定冻害对植物的影响
❖一、冷害与植物的抗冷性
气孔效应，非气孔效应 吸收、运输受阻
[4] 物质代谢失调
水解酶类活性升高，合成酶类活性降低
[5] 呼吸作用异常
缓慢降低或先升后降
∵呼吸底物增加
[6] 内源激素变化 CTK合成受抑，ABA与ETH加强
[7] Pro含量提高 渗透调节 消除氨毒害
向日葵
一般生理变化
3、干旱伤害植物的机理
干旱对植株最直观的影响是引起叶片、 幼茎的萎蔫。
二、认识植物的旱害与抗旱性
1、植物的旱害及其类型 旱害：是指土壤水分缺乏或大气相对湿度
(RH)过低对植物造成的危害。
土壤干旱: 土壤中可利用的水分不足 旱害两种类型
大气干旱: 干热风
受旱害的水稻
受旱害的玉米
2、干旱时植物的生理生化变化
[1] 水分重新分配 长成器官衰老
[2] 光合作用下降 [3] 矿质营养缺乏
③蛋白质变性 蛋白质空间结构改变
细胞脱水时细胞变形状态
上:细胞脱水后萎陷状态 ；下:正常细胞
膜内脂类分子排列
a. 在细胞正常水分状况下脂类双分子层排列 b. 脱水膜内脂类分子成放射的星状排列
干旱 细胞脱水
细胞膨压降低
代谢紊乱 膜透性改变 机械损伤
生长 减少细 气孔 光合酶 呼吸酶 蛋白质 受抑 胞间隙 关闭 活性降 活性增 核酸讲
《植物的抗逆生理》幻灯片PPT
〔2〕直接伤害： ①蛋白质变性，空间构造破坏；
②脂类液化，破坏膜构造。
第二节 植物的抗热性
四、提高抗涝性的机理与途径： 不同生态环境生长的植物抗热性有
差异。蛋白质(酶)对热的稳定性，如二 硫键，Mg＋，Zn＋；
用生长调节剂，有机酸、盐类有保 护作用。
第四节 植物的抗旱性
一、概念： 土壤缺水或大气相对湿度过低对植
二、植物在逆境下的形态变化与代谢特点 (一)形态构造变化 (二)生理生化变化
三、渗透调节与抗逆性
(一)渗透调节的概念
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，提高细胞液 浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植 物就可保持其体内水分，适应水分胁迫环境，这种 现象称为渗透调节(osmoregulation)。
三 、病症与危害： 1.生理干旱，土壤水势降低，吸水困难； 2.离子的毒害作用，产生单盐毒害，抑制 生长； 3.生理代谢紊乱，质膜透性增大，蛋白质 水解加快，氨基酸与氨积累，光合与呼 吸变化。
第六节 植物的抗盐性
四、提高抗盐性的机理与途径：
泌盐，稀盐和拒盐；
机 通过细胞的渗透调节，降低水势； 理 消除盐对酶或代谢产生的毒害作用；
第七节 环境污染与植物抗性
(二)病症与反响 1.急性伤害可在短时间内使植物组织坏死。叶
呈灰绿色，逐渐转为暗绿色油渍或水渍斑， 叶片变软，坏死组织脱水变干，并呈现象牙 色到红色或暗褐色。
2.慢性伤害是长期接触亚致死浓度的污染气体 而受害。叶片失绿，变小畸形，加速衰老， 病症据污染物不同而各异。受污染后光合降 低，呼吸异常，干物累积减慢，酶活性改变。
第七节 环境污染与植物抗性
〔二〕病症与反响 1.土壤性质可能改变； 2.植株生长受阻，矮小，叶色变黄； 3.根系呈现褐色，逐渐死亡腐烂； 4.有害物质往往有积累效应。
②脂类液化，破坏膜构造。
第二节 植物的抗热性
四、提高抗涝性的机理与途径： 不同生态环境生长的植物抗热性有
差异。蛋白质(酶)对热的稳定性，如二 硫键，Mg＋，Zn＋；
用生长调节剂，有机酸、盐类有保 护作用。
第四节 植物的抗旱性
一、概念： 土壤缺水或大气相对湿度过低对植
二、植物在逆境下的形态变化与代谢特点 (一)形态构造变化 (二)生理生化变化
三、渗透调节与抗逆性
(一)渗透调节的概念
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，提高细胞液 浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植 物就可保持其体内水分，适应水分胁迫环境，这种 现象称为渗透调节(osmoregulation)。
三 、病症与危害： 1.生理干旱，土壤水势降低，吸水困难； 2.离子的毒害作用，产生单盐毒害，抑制 生长； 3.生理代谢紊乱，质膜透性增大，蛋白质 水解加快，氨基酸与氨积累，光合与呼 吸变化。
第六节 植物的抗盐性
四、提高抗盐性的机理与途径：
泌盐，稀盐和拒盐；
机 通过细胞的渗透调节，降低水势； 理 消除盐对酶或代谢产生的毒害作用；
第七节 环境污染与植物抗性
(二)病症与反响 1.急性伤害可在短时间内使植物组织坏死。叶
呈灰绿色，逐渐转为暗绿色油渍或水渍斑， 叶片变软，坏死组织脱水变干，并呈现象牙 色到红色或暗褐色。
2.慢性伤害是长期接触亚致死浓度的污染气体 而受害。叶片失绿，变小畸形，加速衰老， 病症据污染物不同而各异。受污染后光合降 低，呼吸异常，干物累积减慢，酶活性改变。
第七节 环境污染与植物抗性
〔二〕病症与反响 1.土壤性质可能改变； 2.植株生长受阻，矮小，叶色变黄； 3.根系呈现褐色，逐渐死亡腐烂； 4.有害物质往往有积累效应。
11_植物抗性生理.ppt
11.2.1 冷害与植物抗冷性
一.冷害引起的生理生化变化 1. 细胞膜系统受损 2. 根系吸收能力下降 3. 光合作用减弱 4. 呼吸代谢失调 5. 物质代谢失调
二. 冷害的机理——膜相变
液态
液晶态 凝胶态
高温
低温
由于膜损坏而引起代谢紊乱，严重时 导致死亡（图11.3）。
巯基假说
三. 植物对冷害的适应
（4）交叉适应的主要作用物质是ABA 等。
Possible transduction route for ABA
11.2 寒害与植物的抗寒性
• 寒害：温度低于最低温度产生的伤害， 包括冷害和冻害。
• 零上低温对植物的伤害称为冷害，植物 对零上低温的适应能力叫做抗冷性。
• 零下低温对植物的伤害称为冻害，植物 对0℃以下低温的适应能力叫抗冻性。
3. 活性氧清除系统
活性氧（reactive oxygen species, ROS）是指性质极为活泼、氧化能力很强 的含氧物的总称。
如超氧化物阴离子自由基（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）。
活性氧清除系统包括抗氧化酶和非酶抗 氧化剂 I 抗氧化酶类： 1)SOD 超氧物歧化酶 2)CAT 过氧化氢酶 3)POD 过氧化物酶 4)APX 抗坏血酸过氧化物酶
2.逆境生理(stress physiology)：研究植物在逆境 下的生理反应。
图1—1 逆境的种类
植物的适应性（adaptability）植物自身 对逆境的适应能力植物对逆境的适应方式 是多种多样的（图11.2）。
图 1-2 植物的各种适应性
2.避逆性（stress escape）是指植物整个 生长发育过程不与逆境相遇，而是在逆境 到来之前已完成其生活史，如沙漠中短命 植物只在雨季
《植物的抗生》课件
质合成等，来适应缺水的环境。
储水能力
一些植物能够储存大量的水分，以应对干 旱环境。
基因调控
植物通过基因调控来应对干旱环境，如诱 导相关基因的表达，合成抗旱相关蛋白等 。
植物抗盐机制
离子排除
植物通过排除体内多余的盐离 子，降低盐分对自身的危害。
细胞膜保护
在盐分胁迫下，植物能够增加 细胞膜的稳定性，防止盐离子 对膜的损伤。
植物抗生的特性
多样性
植物抗生具有多样性，不同的植物种类、不同的胁 迫条件下的抗生表现各不相同。
协同性
植物抗生具有协同性，一种植物可能同时具备多种 抗生机制，以应对不同的胁迫。
可诱导性
植物抗生具有可诱导性，某些抗生机制可能只有在 受到胁迫时才会被激活。
植物抗生的分类
根据胁迫类型分类
可分为生物胁迫抗生和环境胁迫抗生。生物胁迫抗生是指植物对 病原体、昆虫等生物胁迫的防御机制；环境胁迫抗生是指植物对 干旱、盐碱、高温、低温等非生物胁迫的适应机制。
渗透调节
植物通过积累一些有机物来调 节自身的渗透压，降低盐分胁 迫对自身的影响。
基因调控
植物在盐分胁迫下，能够诱导 相关基因的表达，合成抗盐相 关蛋白等，提高自身的抗盐能
力。
04
植物抗生的应用
农业上的应用
80%
抗病作物品种选育
利用植物抗生性状，选育抗病性 强的作物品种，减少农药使用， 降低环境污染。
长和繁殖。
快速反应机制
植物在受到病原体攻击 时，能够迅速产生抗病 反应，阻止病原体的扩
散。
协同防御
植物能够通过化学信号 相互交流，协同进行防 御，提高整体的抗病能
力。
植物抗虫机制
产生昆虫不适应的次生代谢物
储水能力
一些植物能够储存大量的水分，以应对干 旱环境。
基因调控
植物通过基因调控来应对干旱环境，如诱 导相关基因的表达，合成抗旱相关蛋白等 。
植物抗盐机制
离子排除
植物通过排除体内多余的盐离 子，降低盐分对自身的危害。
细胞膜保护
在盐分胁迫下，植物能够增加 细胞膜的稳定性，防止盐离子 对膜的损伤。
植物抗生的特性
多样性
植物抗生具有多样性，不同的植物种类、不同的胁 迫条件下的抗生表现各不相同。
协同性
植物抗生具有协同性，一种植物可能同时具备多种 抗生机制，以应对不同的胁迫。
可诱导性
植物抗生具有可诱导性，某些抗生机制可能只有在 受到胁迫时才会被激活。
植物抗生的分类
根据胁迫类型分类
可分为生物胁迫抗生和环境胁迫抗生。生物胁迫抗生是指植物对 病原体、昆虫等生物胁迫的防御机制；环境胁迫抗生是指植物对 干旱、盐碱、高温、低温等非生物胁迫的适应机制。
渗透调节
植物通过积累一些有机物来调 节自身的渗透压，降低盐分胁 迫对自身的影响。
基因调控
植物在盐分胁迫下，能够诱导 相关基因的表达，合成抗盐相 关蛋白等，提高自身的抗盐能
力。
04
植物抗生的应用
农业上的应用
80%
抗病作物品种选育
利用植物抗生性状，选育抗病性 强的作物品种，减少农药使用， 降低环境污染。
长和繁殖。
快速反应机制
植物在受到病原体攻击 时，能够迅速产生抗病 反应，阻止病原体的扩
散。
协同防御
植物能够通过化学信号 相互交流，协同进行防 御，提高整体的抗病能
力。
植物抗虫机制
产生昆虫不适应的次生代谢物
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①特点： ●分子量小：115 ●溶解度高：162.3g/100gH2O ●是一种偶极含氮化合物，生理pH下不带静电荷 ●对植物无害，600mol.L-1对酶无抑制作用 ●主要在细胞质中积累（胞质型渗调物质）
②作用 ●保持细胞与环境的渗透平衡，防止水分散失 ●稳定蛋白质结构（对蛋白质具有稳定其结构的作
现在已知，在低温、干旱、高温、 盐渍、营养不良、微生物感染、大气 污染等逆境下，均可引起pro积累，尤 其以干旱胁迫下pro积累最为明显，从 0.2～0.7mg/gDW上升到40～50mg/gDW, 增加了70～200倍。
此外，K＋、ABA可使干旱诱导的 pro增加更多更快。
（3）pro的特点和作用
➊细胞内水分减少，溶质浓缩 ❷细胞体积变小 ❸通过代谢活动，细胞内溶质主动增加
2、原初机理（Zimmermann 机电模型）
水分胁迫→ 膨压变化 → 膜收缩或伸展 → 膜电位变化
机械力转化为电信号
诱导生化反应 增加溶质 渗透调节
二、渗透调节物质的种类和作用
►按来源： ☆外界进入细胞 ☆细胞内合成
用） ●与细胞内的一些化合物形成聚合物，类似亲水胶
体，具有保水作用 ●作为无毒氮源
3、甜菜碱(betaine)
甜菜碱最早是在旱生植物枸杞
（Lycium brabraum）中发现的。现在
已知有12种，其中最简单、研究最多的 是甘氨酸甜菜碱(glycinebetaine)，已 在28科、78种植物中检测到，根、茎、 叶、花均有分布。如，上世纪70年代中 期，Storey等发现，在盐分和水分胁迫 下，大麦积累甜菜碱的水平与耐旱性呈 正比。
②protein合成受阻： 减少pro向蛋白质掺入。 ③pro氧化受抑： 干旱时，不仅pro氧化受抑，而且氧化的中间 产物发生逆转，再生成pro。这与线粒体膜透性 变化有关，其机理是：
Pro合成酶位于细胞质，分解酶位于线粒体。 在渗透胁迫下，线粒体膜透性发生变化，pro进 入线粒体受阻，吡咯啉－5－羧酸(pro前体)可以 从线粒体出来，用于pro合成。
►按性质： ☆有机物 ☆无机离子
►按积累部位： ☆液泡型 ☆胞质型
1、无机离子
►逆境胁迫下植物积累无机离子的种类和数量 因植物的种、品种、器官不同而有差异。
●K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、NO3等对渗透调节均有贡献。
●中度水分胁迫下，高梁叶片主要积累K+、 Mg2+；向日葵主要积累K+、Ca2+、Mg2+、NO3-
►运输 ●受抑 ●加速向繁殖器官运输
4、蛋白质代谢变化
►总体变化： 分解＞合成 ►证据
●同位素标记证明，氨基酸掺入蛋白质减少 ●多聚核糖体减少 ●游离氨基酸积累 ►调节部位 ●环己亚胺（肽链延长抑制剂）实验证明， 翻译水平调节
5、核酸代谢变化
►DNA含量较稳定 ►RNA含量明显减少
6、激素变化
►IAA ●干旱促进IAAO活力，降低IAA水平 ●IAA极性运输受阻
1、光合作用速率下降
►气孔限制 ►非气孔限制
●PSII光化学活性降低 ●电子传递受阻 ●Rubisco活性下降 ●RuBP再生抑制 ●同化物运输受阻
2、呼吸速率变化：先升后降
►原因：氧化磷酸化解偶联 ►结果：能量供应减少
3、碳水化合物代谢与运输变化
►代谢： ●淀粉等大分子物质减少，可溶性糖增多 ●叶中糖增加，茎中糖减少
►渗透调节（osmoregulation or osmotic adjustment)
植物在干旱、盐渍等逆境条件下，通过代谢 活动增加细胞内的溶质浓度，降低其渗透势，从 而降低水势，从外界低水势介质中继续吸水，保 持一定膨压，维持正常生理活动。
一、渗透调节的方式和原初机理
1、调节方式
►Ψw＝Ψs＋Ψp ►植物降低Ψs的途径
(1) pro合成的途径
Glu
↓Glu激酶 γ谷氨酰磷酸
γ谷氨酰磷酸还原酶
鸟氨酸转氨酶
鸟氨酸转氨酶
γ谷氨酰半缩醛
鸟氨酸
α-酮-氨基戊酸
↓↑同步环化
环化↓↑
吡咯啉－5－羧酸（P5C）
吡咯啉－α－羧酸
（PαC）
pro氧化酶 Pro脱氢酶
P5C还原酶
Proline
PαC还原酶
(2)Pro积累原因
①Pro合成增加： 标记glu在植物失水后迅速转 化为pro。
正如“绿色革命”的功臣、诺贝尔和平奖获得者 Borlaug(2000)所说：“我们如何在有限的水资源下，生产 更多的食物来满足日益快速增长的人口需要，不可置疑的 结论是：人类在21世纪要开展蓝色革命——让每一滴水生 产出更多的粮食。”
第一节 干旱胁迫下植物的生理变化及适应途径
一、干旱胁迫下植物的生理变化
第二节 植物形态结构与抗旱性
一、叶片 1、叶片大小与厚度 2、比叶重 3、气孔 4、角质层与机械组织 5、超微结构
二、根系
1、根系生长、分布与抗旱性 2、根系形态结构与抗旱性 3、根系伤流与抗旱性
第三节 植物在水分胁迫下的渗透调节
►水分胁迫：由于干旱缺水对植物正常生理功能 的干扰。
►渗透胁迫：环境与生物之间由于渗透势的不平 衡而对植物造成的胁迫。
►无机离子积累为主动吸收过程 ►无机离子积累部位：液泡
2、脯氨酸 proline
50年代中期，Kemble等发现，在 受旱的黑麦草叶子中，有pro积累，后 来发现许多植物都有这种现象：如： barley, wheat, sorghum, soybean, cotton, tobacco, sunflower, cucumber, etc, Stemard后来做了一系列试验， 提出了pro作为渗透调节物质的观点， 现已被普遍接受。
►CTK ●根尖向地上部运输减少 ●活性下降
►GA 含量减少 ►ABA含量激增 ►ETH合成增加（ACC合成酶活性提高）
7、膜脂过氧化加剧
►防御酶活性降低 ►体内抗氧化剂减少 ►活性氧过量积累
二、植物对干旱胁迫的适应途径
►形态结构变化 ►渗透调节 ►细胞壁弹性调节 ►气孔调节 ►活性氧代谢调节 ►激素调节
2
第三章 植物抗旱生理
水资源短缺、干旱是一个长期存在的世界性难题，全 球干旱、半干旱地区占陆地面积的35％，遍及世界60多个 国家和地区。作为世界三大粮食产出国的中国、印度和美 国，粮食产量占世界的50％左右，近几年来出现了严重的 水资源危机，从而导致粮食严重减产。
干旱是我国粮食生产的首要灾害，在水资源危机日益 严重的今天和未来，开展作物抗旱节水理论与技术研究， 具有重大的现实和战略意义。
②作用 ●保持细胞与环境的渗透平衡，防止水分散失 ●稳定蛋白质结构（对蛋白质具有稳定其结构的作
现在已知，在低温、干旱、高温、 盐渍、营养不良、微生物感染、大气 污染等逆境下，均可引起pro积累，尤 其以干旱胁迫下pro积累最为明显，从 0.2～0.7mg/gDW上升到40～50mg/gDW, 增加了70～200倍。
此外，K＋、ABA可使干旱诱导的 pro增加更多更快。
（3）pro的特点和作用
➊细胞内水分减少，溶质浓缩 ❷细胞体积变小 ❸通过代谢活动，细胞内溶质主动增加
2、原初机理（Zimmermann 机电模型）
水分胁迫→ 膨压变化 → 膜收缩或伸展 → 膜电位变化
机械力转化为电信号
诱导生化反应 增加溶质 渗透调节
二、渗透调节物质的种类和作用
►按来源： ☆外界进入细胞 ☆细胞内合成
用） ●与细胞内的一些化合物形成聚合物，类似亲水胶
体，具有保水作用 ●作为无毒氮源
3、甜菜碱(betaine)
甜菜碱最早是在旱生植物枸杞
（Lycium brabraum）中发现的。现在
已知有12种，其中最简单、研究最多的 是甘氨酸甜菜碱(glycinebetaine)，已 在28科、78种植物中检测到，根、茎、 叶、花均有分布。如，上世纪70年代中 期，Storey等发现，在盐分和水分胁迫 下，大麦积累甜菜碱的水平与耐旱性呈 正比。
②protein合成受阻： 减少pro向蛋白质掺入。 ③pro氧化受抑： 干旱时，不仅pro氧化受抑，而且氧化的中间 产物发生逆转，再生成pro。这与线粒体膜透性 变化有关，其机理是：
Pro合成酶位于细胞质，分解酶位于线粒体。 在渗透胁迫下，线粒体膜透性发生变化，pro进 入线粒体受阻，吡咯啉－5－羧酸(pro前体)可以 从线粒体出来，用于pro合成。
►按性质： ☆有机物 ☆无机离子
►按积累部位： ☆液泡型 ☆胞质型
1、无机离子
►逆境胁迫下植物积累无机离子的种类和数量 因植物的种、品种、器官不同而有差异。
●K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、NO3等对渗透调节均有贡献。
●中度水分胁迫下，高梁叶片主要积累K+、 Mg2+；向日葵主要积累K+、Ca2+、Mg2+、NO3-
►运输 ●受抑 ●加速向繁殖器官运输
4、蛋白质代谢变化
►总体变化： 分解＞合成 ►证据
●同位素标记证明，氨基酸掺入蛋白质减少 ●多聚核糖体减少 ●游离氨基酸积累 ►调节部位 ●环己亚胺（肽链延长抑制剂）实验证明， 翻译水平调节
5、核酸代谢变化
►DNA含量较稳定 ►RNA含量明显减少
6、激素变化
►IAA ●干旱促进IAAO活力，降低IAA水平 ●IAA极性运输受阻
1、光合作用速率下降
►气孔限制 ►非气孔限制
●PSII光化学活性降低 ●电子传递受阻 ●Rubisco活性下降 ●RuBP再生抑制 ●同化物运输受阻
2、呼吸速率变化：先升后降
►原因：氧化磷酸化解偶联 ►结果：能量供应减少
3、碳水化合物代谢与运输变化
►代谢： ●淀粉等大分子物质减少，可溶性糖增多 ●叶中糖增加，茎中糖减少
►渗透调节（osmoregulation or osmotic adjustment)
植物在干旱、盐渍等逆境条件下，通过代谢 活动增加细胞内的溶质浓度，降低其渗透势，从 而降低水势，从外界低水势介质中继续吸水，保 持一定膨压，维持正常生理活动。
一、渗透调节的方式和原初机理
1、调节方式
►Ψw＝Ψs＋Ψp ►植物降低Ψs的途径
(1) pro合成的途径
Glu
↓Glu激酶 γ谷氨酰磷酸
γ谷氨酰磷酸还原酶
鸟氨酸转氨酶
鸟氨酸转氨酶
γ谷氨酰半缩醛
鸟氨酸
α-酮-氨基戊酸
↓↑同步环化
环化↓↑
吡咯啉－5－羧酸（P5C）
吡咯啉－α－羧酸
（PαC）
pro氧化酶 Pro脱氢酶
P5C还原酶
Proline
PαC还原酶
(2)Pro积累原因
①Pro合成增加： 标记glu在植物失水后迅速转 化为pro。
正如“绿色革命”的功臣、诺贝尔和平奖获得者 Borlaug(2000)所说：“我们如何在有限的水资源下，生产 更多的食物来满足日益快速增长的人口需要，不可置疑的 结论是：人类在21世纪要开展蓝色革命——让每一滴水生 产出更多的粮食。”
第一节 干旱胁迫下植物的生理变化及适应途径
一、干旱胁迫下植物的生理变化
第二节 植物形态结构与抗旱性
一、叶片 1、叶片大小与厚度 2、比叶重 3、气孔 4、角质层与机械组织 5、超微结构
二、根系
1、根系生长、分布与抗旱性 2、根系形态结构与抗旱性 3、根系伤流与抗旱性
第三节 植物在水分胁迫下的渗透调节
►水分胁迫：由于干旱缺水对植物正常生理功能 的干扰。
►渗透胁迫：环境与生物之间由于渗透势的不平 衡而对植物造成的胁迫。
►无机离子积累为主动吸收过程 ►无机离子积累部位：液泡
2、脯氨酸 proline
50年代中期，Kemble等发现，在 受旱的黑麦草叶子中，有pro积累，后 来发现许多植物都有这种现象：如： barley, wheat, sorghum, soybean, cotton, tobacco, sunflower, cucumber, etc, Stemard后来做了一系列试验， 提出了pro作为渗透调节物质的观点， 现已被普遍接受。
►CTK ●根尖向地上部运输减少 ●活性下降
►GA 含量减少 ►ABA含量激增 ►ETH合成增加（ACC合成酶活性提高）
7、膜脂过氧化加剧
►防御酶活性降低 ►体内抗氧化剂减少 ►活性氧过量积累
二、植物对干旱胁迫的适应途径
►形态结构变化 ►渗透调节 ►细胞壁弹性调节 ►气孔调节 ►活性氧代谢调节 ►激素调节
2
第三章 植物抗旱生理
水资源短缺、干旱是一个长期存在的世界性难题，全 球干旱、半干旱地区占陆地面积的35％，遍及世界60多个 国家和地区。作为世界三大粮食产出国的中国、印度和美 国，粮食产量占世界的50％左右，近几年来出现了严重的 水资源危机，从而导致粮食严重减产。
干旱是我国粮食生产的首要灾害，在水资源危机日益 严重的今天和未来，开展作物抗旱节水理论与技术研究， 具有重大的现实和战略意义。