植物的抗旱机理及提高抗旱性的途径

旱害：由于干旱导致植物水分亏缺所造成的伤害。 旱害：由于干旱导致植物水分亏缺所造成的伤害。 干旱是一种因长期缺雨或少雨使土壤水分缺乏， 干旱是一种因长期缺雨或少雨使土壤水分缺乏， 空气干燥的气候现象。 空气干燥的气候现象。 在抗旱生理上， 在抗旱生理上，干旱就是土壤可用水缺乏或空气 干燥的土壤或气候现象。 干燥的土壤或气候现象。 干旱在气象学上有两种含义，一是干旱气候， 干旱在气象学上有两种含义，一是干旱气候，即 干旱和半干旱地区气候的基本情况； 干旱和半干旱地区气候的基本情况；二是气候异 某段时间降水量大大少于多年平均值。 常，某段时间降水量大大少于多年平均值。
作物的水分状况取决于吸收和蒸腾两个方面，吸 作物的水分状况取决于吸收和蒸腾两个方面， 水减少或蒸腾过多都可引起水分亏缺。因此， 水减少或蒸腾过多都可引起水分亏缺。因此，在 抗旱生理研究中， 抗旱生理研究中，根据干旱发生的场所和产生的 原因，可将干旱胁迫为三种类型： 原因，可将干旱胁迫为三种类型： 土壤干旱 大气干旱 生理干旱：由于不利的土壤环境条件使植物吸水 生理干旱： 困难，导致体内缺水的现象。 困难，导致体内缺水的现象。
一、旱害的机理 Mechanisms for drought injury
在重度水分亏缺下，干旱抑制生长和干旱致 在重度水分亏缺下， 死都与膜损伤有关， 死都与膜损伤有关，特别是在快速脱水或突然复 水时，会导致植物体死亡， 水时，会导致植物体死亡，干旱致死的机制有三 种学说： 种学说：
1. 机械伤害学说 当细胞吸水或失水时， 当细胞吸水或失水时，细胞原生质体和细 胞壁都会发生收缩和膨胀， 胞壁都会发生收缩和膨胀，但两者收缩或 膨胀的程度和速度不同， 膨胀的程度和速度不同，当细胞过度失水 原生质收缩超过细胞壁的收缩能力， 时，原生质收缩超过细胞壁的收缩能力， 原生质收缩， 原生质收缩，由于原生质与胞壁某些部分 具有粘连，原生质体可能被撕破， 具有粘连，原生质体可能被撕破，即使原 生质体与细胞壁没有粘连， 生质体与细胞壁没有粘连，原生质体收缩 程度大于细胞壁， 程度大于细胞壁，原生质体质膜外侧由于 缺乏亲水物质的保护而使膜破裂。 缺乏亲水物质的保护而使膜破裂。
甜菜碱在植物的渗透调节中具有重要作用, 甜菜碱在植物的渗透调节中具有重要作用,它 有很强的溶解度, 有很强的溶解度,与脯氨酸一样称为细胞质渗透物 质。 因此在研究植物抗旱时,经常将在干旱胁迫下, 因此在研究植物抗旱时,经常将在干旱胁迫下,植 物的有机溶质脯氨酸 可溶性糖、无机离子K+ 有机溶质脯氨酸、 K+、 物的有机溶质脯氨酸、可溶性糖、无机离子K+、 Na+、甜菜碱的含量作为衡量抗旱性强弱的生化 Na+、甜菜碱的含量作为衡量抗旱性强弱的生化 指标。 指标。
在该酶作用下，O2- 发生岐化反应： 发生岐化反应： 在该酶作用下， 2 O2 - + 2 Ｈ + → H 2 O2 + O2 2Ｈ 将O2- 歧化为过氧化氢（H2O2）和氧气（O2），其 歧化为过氧化氢（ 和氧气（ ），其 中的H 又被APX CAT分解为 APX和 分解为H 中的H2O2又被APX和CAT分解为H2O和O2 ，从而解 造成的氧化胁迫。 除O2-造成的氧化胁迫。作为植物抗氧化系统的第一道 防线，SOD在维持植物体内 在维持植物体内O 防线，SOD在维持植物体内O2-的动态代谢平衡中起着 极其重要的作用。 极其重要的作用。
二、植物的抗旱及 提高抗旱性的途 径
抗旱植物应具有下 列特征： 列特征： 发达的根系： （1）发达的根系： 如根深， 如根深，可吸收土 壤深层的水分，在 壤深层的水分， 干旱时保证充足的 水分供应。 水分供应。
（2）灵敏的气孔调节能力和特殊的气孔结构，如气 灵敏的气孔调节能力和特殊的气孔结构， 孔内陷，发达的角质层，减少蒸腾失水。 孔内陷，发达的角质层，减少蒸腾失水。
3、自由基伤害
自由基伤害学说认为，失水胁迫会打破活性 自由基伤害学说认为， 氧原有的代谢平衡，诱发氧化胁迫， 氧原有的代谢平衡，诱发氧化胁迫，致使细胞 生理代谢紊乱。 生理代谢紊乱。 其中， 与植物干旱胁迫耐性密切相关， 其中，O2-与植物干旱胁迫耐性密切相关，是引 起植物耐性极限崩溃的主要原因。 起植物耐性极限崩溃的主要原因。而超氧化物 歧化酶（ dismutase，SOD） 歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是迄 今为止发现的惟一以O 为底物的酶。 今为止发现的惟一以O2-为底物的酶。
（3）在干旱时，叶片卷曲或脱落，降低蒸腾面积， 在干旱时，叶片卷曲或脱落，降低蒸腾面积， 减少蒸腾损失。叶片脱落对植物度过干旱期有利， 减少蒸腾损失。叶片脱落对植物度过干旱期有利， 但对生物产量和经济产量将会产生不利影响。 但对生物产量和经济产量将会产生不利影响。
（4）渗透调节能力强，增大细胞保水或吸水能力。 渗透调节能力强，增大细胞保水或吸水能力。
植物的抗旱机理及提高抗旱性的途径
班级：硕士九班 学号：3060103 学号：3060103
在全世界， 在全世界，干旱和半干旱地区的总面积约占陆 地面积的30%以上；在中国， 30%以上 地面积的30%以上；在中国，干旱和半干旱地区 约占国土面积的50%左右，大部分分布在北方， 50%左右 约占国土面积的50%左右，大部分分布在北方， 西北地区，因此， 西北地区，因此，干旱是制约这一地区农业生产 的主要限制因素。 的主要限制因素。如果再加上其它非干旱地区的 地区季节性干旱的影响， 地区季节性干旱的影响，干旱对农业生产的影响 就更加严重。因此，从植物角度， 就更加严重。因此，从植物角度，如何提高植物 的抗旱性， 的抗旱性，就成为未来发展旱地农业的一个重要 研究课题。 研究课题。
一种沙漠植物， 一种沙漠植物，主要依靠叶片从雾中吸收水分
（5）细胞体积小，减轻脱水时的机械损伤。
（6）细胞原生质含有较多的保护性物质。如活性氧 清除能力等。
提高植物抗旱的途径
提高植物抗旱根本途径是进行抗旱育种，培育抗 提高植物抗旱根本途径是进行抗旱育种， 旱品种。但从能量守恒定律来看， 旱品种。但从能量守恒定律来看，不可能育出在 正常条件下高产， 正常条件下高产，在干旱条件下抗旱而且具有较 高产量的品种。 高产量的品种。所以干旱发生时间的预测非常重 要。 对于难于预测的干旱，应用采用其它措施来提高 对于难于预测的干旱， 抗旱性，措施有： 抗旱性，措施有： 人为创造不同程度的干旱条件， （1）抗旱锻炼 人为创造不同程度的干旱条件，提 高植物的抗旱性，对干旱的适应能力。 高植物的抗旱性，对干旱的适应能力。促进根系 发育，提高渗透调节能力，积累保护性物质， 发育，提高渗透调节能力，积累保护性物质，增 强抗脱水能力。 强抗脱水能力。 在苗期时适当干旱， （2）蹲苗 在苗期时适当干旱，促进根系向深处发 展。
水资源短缺是中国乃至整个世界普遍关注的问 研究植物的抗旱机理与筛选， 题,研究植物的抗旱机理与筛选，培育抗旱性强的 优良植物品种, 优良植物品种,一直以来是中外学者共同努力的方 到目前为止, 向。到目前为止,植物的抗旱机理已经在分子水平 上取得了较大的进展,并能够被认可与接受， 上取得了较大的进展,并能够被认可与接受，在抗 旱指标鉴定上研究的也相当多。 旱指标鉴定上研究的也相当多。
（3）搁苗 移栽前将幼苗放置一段时间，增强渗透 移栽前将幼苗放置一段时间， 调节能力和吸氧能力。 调节能力和吸氧能力。 种子萌动露出胚根时， （4）播前种子抗旱锻炼 种子萌动露出胚根时，在 阴凉处风干，再吸水，再风干，反复数次， 阴凉处风干，再吸水，再风干，反复数次，然后 播种，增强原生质的亲水性。 播种，增强原生质的亲水性。 多施P （5）合理施肥 多施P、K肥。P素促进蛋白质的合 增大原生质的水合度， 成，增大原生质的水合度，K做为渗透物质和促进 碳水化合物运输，降低渗透势。 碳水化合物运输，降低渗透势。 （6）化学调控 植物生长调节剂 ABA、 PP333、S3307 。 ABA、 黄腐酸， 抗蒸腾剂 黄腐酸，高岭土等
当细胞过度失水后，突然复水， 当细胞过度失水后，突然复水，由于细胞壁的 吸水膨胀速度大于原生质体， 吸水膨胀速度大于原生质体，胞壁膨胀时可能会 将原生质体拉破。 将原生质体拉破。
2. 膜构形变化
与细胞膜紧密结合的水分 子层细胞膜稳定的重要因 因此， 素，因此，当干旱引起极 度脱水时， 度脱水时，细胞膜失去水 层，使膜脂分子的排列发 生改变， 生改变，从双层结构改变 为六方品型，或微团结构， 为六方品型，或微团结构， 使膜上出现亲水腔道和裂 使内含物向外渗漏， 缝，使内含物向外渗漏， 同时由于细胞膜失水和膜 脂分子排列的改变， 脂分子排列的改变，使膜 在膜上的位置和构形发生 改变，丧失生物活性。 改变，丧失生物活性。