植物实验原理与方法知识总结

植物抗旱生理指标的测定原理和方法

主要内容 1.植物的抗旱性及其生理机制（我国水资源状况及干旱对作物的影响，作物抗旱性的生理生化指标）2.植物抗旱性生理指标的测定（含水量，渗透调节物质，保护性物质）我国水资源现状

我国是一个干旱缺水严重的国家

淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。

我国水资源短缺的原因

1.降雨量少。全球每年平均降水量800mm，我国为630mm，比全球的平均数约少20%。

2.我国水资源的时空分布极不平衡。全年降水的60%～80%集中在6～9月份，长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.4％，其水资源量占全国的81％；而淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的6

3.6％，人口占45.3％，集中了我国重要的能源、化工等基地和全国6

4.1％的耕地，其水资源量仅占全国水资源总量的19％。

3．季节性干旱发生极为频繁且较为严重。我国南方湿润地区也往往会遇到比较严重的干旱，如长江中下游地区，1959年为“空梅”，1978年“梅雨”提前结束，1994年也几乎为“空梅”，结果都形成了特大旱灾。干旱既具有季节性又具有随机性，总的来说，华南多秋冬旱或冬春旱，个别年份有秋、冬、春连旱，夏旱很少；两广北部至长江中下游地区多为伏旱，春旱极少；淮河以北地区以春旱或春夏连旱居多，夏旱次之，个别年有春、夏、秋连旱；西南地区多冬、春旱，川西北地区多春、夏旱，川东地区多伏、秋旱，西北地区一般常年干旱。4.河流径流量逐年变小。20世纪80年代以后我国北方许多河流下游径流量快速减少，如黄河下游多次发生断流，潮白河中下游的密云水库入库水量呈逐年减少趋势，从60～70年代年平均来水量l2亿m3，减少至90年代的9亿m3，1999～2003年年均来水量仅为1.69亿。

5.水污染更加剧水资源短缺。全国90%的废、污水未经处理或虽处理未达标就直接排放。11%的河流水质低于农田灌溉标准，75%的湖泊受到污染。目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。

6.水资源浪费严重。全国工业万元产值用水量91m3，是发达国家的l0倍以上，水的重复利用率仅为40％，而发达国家已达75％～85％；农业灌溉用水有效利用系数只有0.4左右，而发达国家为0.7～0.8。

水资源状况严重制约着我国农业的发展。

我国每年用水总量为5000亿m3，农业用水占70%，而农业用水中90％是灌溉用水。预计到2030年人均水资源量将下降到1760m3，逼近国际公认的1700m3的严重缺水警戒线。我国每年缺水约为300～400亿m3，农田受旱面积约为1～3亿hm2，因缺水全国每年少生产粮食700～800亿kg。

旱灾类型：土壤干旱、大气干旱和生理干旱

土壤干旱：在长期无雨或少雨的情况下，土壤含水量少，土壤颗粒对水分的吸收力加大，植物根系难以从土壤中吸收到足够的水分来补偿蒸腾的消耗．造成植株体内水分收支失去平衡，从而影响生理活动的正常进行，植物生长受抑制，甚至枯死。

大气干旱：空气干燥、大气蒸发力强促使植物蒸腾过快，根系从土壤吸收的水分难以补偿，水分收支失衡而造成的危害。

生理干旱：是由于土壤环境条件不良，使根系的生理活动遇到障碍，导致植物体内水分失去平衡而发生的危害。例如作物被淹根系缺氧不能正常吸收水分而发生萎蔫；盐碱地常因幼苗根系渗透压低于土境溶液而不能吸收水分。

干旱对农作物的影响

1.自由基积累和膜脂过氧化

干旱环境中，O2— 和H2O2大量产生，膜脂过氧化加剧，细胞膜的完整性被破坏。

抗旱性强的品种比抗旱性较弱的品种O2— 等活性氧产生速率低。

在严重渗透胁迫下细胞膜的伤害，植物体内活性氧产生和清除的平衡遭到破坏，从而使膜上的空隙变大，离子大量外泄，细胞代谢紊乱，严重时导致植株死亡。

活性氧(AOS)增加；AOS包括O2-，.OH，H2O2和1O2。在正常的代谢过程中，植物体内AOS的产生和清除处于动态平衡。

2.生长受抑制：生长受抑制是作物对干旱最明显的生理效应。水分胁迫对细胞分裂、分化和体积扩大都有明显的抑制作用。不同时期土壤干旱对植株新叶出生、叶片扩展、分蘖能力、株高伸长、地上干物质积累、穗长等都有抑制作用。

3.物质代谢紊乱

光合作用受阻：植株单株叶面积和叶面积系数减少；叶绿素降解加剧，含量降低；气孔关闭；内部生理生化机制受到影响等。

氮代谢紊乱：在干旱条件下植物会因硝酸积累过多而发生毒害作用，这是因为在干旱条件下，参与NO3—同化的关键酶硝酸还原酶活性下降的缘故。干旱导致水解酶活性增加，从而使蛋白质降解，可溶性氮含量增加。

呼吸作用发生改变：轻度干旱使作物叶、茎及整株呼吸速率升高，而后随着干旱程度的增加而逐渐降低。旱作植株代谢差、衰老快。

气孔调节

第一线防御系统：当空气湿度下降，保卫细胞及其附近表皮细胞直接向大气蒸发水分,引起气孔关闭此时叶子其他部位并未发生水分亏缺

第二线防御系统:当叶子水势降至某一阈值时，引起气孔关闭,减少水分散失并有助于叶子水势恢复。叶子水势增加，则气孔再次开放

渗透调节

渗透调节机理（脯蛋白，酰胺，游离氨基酸）

1.渗透调节物质作为渗压剂，进行渗透调节；

2.渗透调节物质可能作为溶剂，代替水参与生化反应；

3.渗透调节物质在水分胁迫下与蛋白质疏水表面结合，将疏水表面转化成亲水表面，使更多的水分子结合在疏水区域，稳定疏水表面。

激素调节

干旱时ABA的变化：逆境促进胞内ABA水平升高，提高植物的抗性。

（1）减少膜伤害（2）减少自由基对膜的破坏（3）促进渗透物质积累（4）减少水分丢失抗氧化防御系统

（1）保护酶体系

A、超氧化物歧化酶（SOD）

线粒体内膜呼吸链是植物体内产生超氧阴离子自由基的重要来源。抗逆性强的植物在逆境下SOD活性降低幅度小或保持相对稳定，避免或减轻了活性氧引起的伤害。

B、过氧化物酶（POD）：H2O2使卡尔文循环中的酶失活。高等植物叶绿体内H2O2的清除是由具有较高活性的抗坏血酸过氧化物E（Asb-POD）经抗坏血酸循环分解来完成的。

C、过氧化氢酶（CAT）：主要存在于过氧化体中，负责过氧化体中H2O2的清除。

（2）抗氧化物质（非酶促体系）

抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）、维生素E（VE）、类胡萝卜素（Car）、巯基乙醇（MSH）、甘露醇等。AsA可以还原O2-，清除·OH，猝灭1 O2及歧化H2O2，从而使植物体内的活性氧维持在较低范围内。GSH减轻脂质过氧化造成的损伤，亦可通过与AsA 相