植物生理学课件第十六章植物逆境生理
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Байду номын сангаас
蛋白
胁迫信号激活响应胁迫基因表达的过程示意图
第二节 植物的抗旱性
一、干旱对植物的影响 二、植物抗旱机理 三、提高响应水分胁迫的信号转导 四、提高作物抗旱性的途径
一、干旱对植物的影响
旱害: 土壤水分缺乏或大气相对湿度过
低对植物造成的危害。
抗旱性：植物抵抗干旱的能力。在干旱
条件下，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。
有机渗透调节物的特征：
• 分子量小 • 易溶于水 • 合成迅速 • 不易透过细胞膜 • 生理pH范围内不带静电荷 • 引起酶结构变化的作用极小
脯氨酸和甜菜碱是理想的有机渗透调节物质。
脯氨酸在抗逆中的作用：
• 作为渗透物质，维持渗透平衡。 • 增强蛋白质的水合作用和可溶性，减
少蛋白质的沉淀，保护蛋白质结构 和功能的稳定。
植物生理学课件第十六章植物逆境生 理
第一节 逆境的概念及植物对逆境的适应性
一、逆境与胁迫的概念 二、植物适应性的概念 三、逆境胁迫对植物的影响 四、植物响应逆境的生理机制
一、逆境和抗逆性
逆境或胁迫（stress）：对植物生存或生 长不利的各种环境因子的总称.
生物胁迫：病害、虫害、杂草等。
非生物胁迫： 物理逆境：干旱、热害、冷害、淹水、
质膜透性增大 ，电解质和非电解质外渗， 膜脂组分改变，膜系统破坏，丧失对逆 境的适应能力。
(二)植物在逆境下的代谢特点
1.水分状况:
吸水量 ，蒸腾量 ，但蒸腾大于吸水， 植物萎蔫。
2.光合作用:
气孔关闭，叶绿体损伤，光合酶失活或 变性。
3.呼吸作用: ·下降：冻、热、盐、涝害 ·先上升再下降 ：冷、旱害 ·明显升高：病害、伤害
4.植物体内的物质代谢:
合成酶活性下降，水解酶活性增强， 淀粉、蛋白质等降解。
三、植物响应逆境的生理及分子机制
1.生长发育调节 2.植物激素调节 3.代谢调节 4.渗透调节 5.膜保护物质与活性氧平衡 6.逆境蛋白 7.植物体内的逆境信息传递机制
2.植物激素在抗逆中的作用 ABA——胁迫激素，增强抗性 •促进气孔关闭，蒸腾减弱，减少水分丧失 •增强根的透性，提高水的输导性。
(四) 渗透调节
渗透胁迫 环境与植物之间由于渗透 势的不平衡而形成对植物的胁迫。
渗透调节：植物通过调节细胞内渗透势 来维持压力势的作用称为渗透调节。
渗透调节物质
外界进入的无机离子：如K+、Cl- 等，是液泡的重
要渗透调节物质。
细胞内合成的有机物：
多元醇和偶极含氮化合物 如：可溶性糖 脯氨酸 甜菜碱等
7.植物体内的逆境信息传递机制 逆境信号 受体 第二信使 钙结合蛋白感受Ca2+浓度变化 磷酸化级联反应 激活转录因子 诱导逆境相应基因表达
逆境蛋白帮助植物适应 植物响应逆境胁 和抵御不良的外界环境 迫的分子基础
信号感受 胁迫信号
质膜
信号转导 中间产物
耐胁迫性状
转录调节因子
核
胁迫诱导基因 启动子
2.对细胞器的损伤 叶绿体、线粒体、液泡
3. 破坏正常代谢过程
• 光合作用下降 • 对呼吸作用的影响 • 酶活性变化 • 破坏正常的物质代谢
蛋白质分解，脯氨酸积累 破坏核酸代谢 • 激素的变化 • 水分重新分配
二、干旱胁迫的机理 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，但是它们的弹性不 同，因此二者收缩程度和膨胀程度不同。
（一）干旱的类型
• 大气干旱 • 土壤干旱 • 生理干旱
（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。
大豆对水分亏缺的反应
干旱对植物的伤害表现在：
1.膜及膜系统受损伤 膜的选择透性丧失，透性增加。
辐射等。 化学逆境：低pH、高pH、盐害、空
气污染等。
逆境的种类
植物的抗逆性：植物对逆境的适应性反应。 植物对逆境逐步适应的过程叫锻炼或驯化。
避逆性（stress escape）是指植物通过 对生育期的调整来避开逆境，在相对适 宜的环境中完成其生活史。
碱蓬
瓦松
耐逆性（stress tolerance）是指植物处 于逆境时，通过自身的生理生化变化来阻 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。
乙烯 • 促进衰老、脱落，减少蒸腾面积，利
于保持水分。 • 提高相关酶的活性，影响呼吸。
(三)代谢调节 C3途径→C4或CAM
•冰叶日中花，Mesembryanthemum crystallinum 在盐诱导的由C3代谢向CAM代谢转变过程中PEP羧化 酶含量的增加。盐胁迫是在灌溉水中加入500mM NaCl诱导的。通过抗体与染色剂的方法在凝胶中揭示 了PEP羧化酶。
(五) 膜保护物质与活性氧平衡
自由基：具不成对电子的原子、
分子或离子。
活性氧：化学性质活泼，氧化能力很强的
含氧物质的总称。
如：超氧阴离子自由基（O2-·）、羟 基自由基（·OH）、过氧化氢 （H2O2）、过 氧化物自由基（ROO·）、单线态氧（1O2）等
特点： 活跃强氧化性 不稳定，瞬时存在 能持续进行连锁反应
团扇提灯苔叶细胞脱水时的细胞变形状态
2.膜透性改变 膜脂分子排列紊乱，膜出现空隙
膜内脂类分子排列
3.蛋白质凝聚假说
细胞过度失水时，蛋白质的活性表面相 互靠近，使得分子间的-SH相互接触，导 致氧化脱氢形成-S-S-键，此键键能高，牢 固。再度吸水时，蛋白质空间构象变化， 使其变性凝聚，从而导致细胞死亡。
御逆性（stress avoidance）指植物通 过特定的形态结构使其具有一定的防御 环境胁迫的能力，在逆境下各种生理过 程仍保持正常状态。
植物在经历了某种逆境后，对另一些 逆境的抵抗能力也会增强，这种现象 称为植物的交叉适应。
二、逆境胁迫对植物的影响 （一）植物在逆境下的形态结构变化
逆境下植物的形态有明显变化。
活性氧清除系统 •保护酶
超氧化物歧化酶(SOD) 过氧化物酶（POD） 过氧化氢酶（CAT） 谷胱甘肽过氧化物酶 （GPX ） 谷胱甘肽还原酶（GR）等
•抗氧化剂 VC、VE、还原型谷胱甘肽（GSH）、类
胡萝卜素、苯甲酸钠等。
6.逆境蛋白
由逆境诱导产生的或含量增加的蛋白质统称 为逆境蛋白。
如：热激蛋白 冷诱导蛋白 水分胁迫蛋白 病程相关蛋白
蛋白
胁迫信号激活响应胁迫基因表达的过程示意图
第二节 植物的抗旱性
一、干旱对植物的影响 二、植物抗旱机理 三、提高响应水分胁迫的信号转导 四、提高作物抗旱性的途径
一、干旱对植物的影响
旱害: 土壤水分缺乏或大气相对湿度过
低对植物造成的危害。
抗旱性：植物抵抗干旱的能力。在干旱
条件下，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。
有机渗透调节物的特征：
• 分子量小 • 易溶于水 • 合成迅速 • 不易透过细胞膜 • 生理pH范围内不带静电荷 • 引起酶结构变化的作用极小
脯氨酸和甜菜碱是理想的有机渗透调节物质。
脯氨酸在抗逆中的作用：
• 作为渗透物质，维持渗透平衡。 • 增强蛋白质的水合作用和可溶性，减
少蛋白质的沉淀，保护蛋白质结构 和功能的稳定。
植物生理学课件第十六章植物逆境生 理
第一节 逆境的概念及植物对逆境的适应性
一、逆境与胁迫的概念 二、植物适应性的概念 三、逆境胁迫对植物的影响 四、植物响应逆境的生理机制
一、逆境和抗逆性
逆境或胁迫（stress）：对植物生存或生 长不利的各种环境因子的总称.
生物胁迫：病害、虫害、杂草等。
非生物胁迫： 物理逆境：干旱、热害、冷害、淹水、
质膜透性增大 ，电解质和非电解质外渗， 膜脂组分改变，膜系统破坏，丧失对逆 境的适应能力。
(二)植物在逆境下的代谢特点
1.水分状况:
吸水量 ，蒸腾量 ，但蒸腾大于吸水， 植物萎蔫。
2.光合作用:
气孔关闭，叶绿体损伤，光合酶失活或 变性。
3.呼吸作用: ·下降：冻、热、盐、涝害 ·先上升再下降 ：冷、旱害 ·明显升高：病害、伤害
4.植物体内的物质代谢:
合成酶活性下降，水解酶活性增强， 淀粉、蛋白质等降解。
三、植物响应逆境的生理及分子机制
1.生长发育调节 2.植物激素调节 3.代谢调节 4.渗透调节 5.膜保护物质与活性氧平衡 6.逆境蛋白 7.植物体内的逆境信息传递机制
2.植物激素在抗逆中的作用 ABA——胁迫激素，增强抗性 •促进气孔关闭，蒸腾减弱，减少水分丧失 •增强根的透性，提高水的输导性。
(四) 渗透调节
渗透胁迫 环境与植物之间由于渗透 势的不平衡而形成对植物的胁迫。
渗透调节：植物通过调节细胞内渗透势 来维持压力势的作用称为渗透调节。
渗透调节物质
外界进入的无机离子：如K+、Cl- 等，是液泡的重
要渗透调节物质。
细胞内合成的有机物：
多元醇和偶极含氮化合物 如：可溶性糖 脯氨酸 甜菜碱等
7.植物体内的逆境信息传递机制 逆境信号 受体 第二信使 钙结合蛋白感受Ca2+浓度变化 磷酸化级联反应 激活转录因子 诱导逆境相应基因表达
逆境蛋白帮助植物适应 植物响应逆境胁 和抵御不良的外界环境 迫的分子基础
信号感受 胁迫信号
质膜
信号转导 中间产物
耐胁迫性状
转录调节因子
核
胁迫诱导基因 启动子
2.对细胞器的损伤 叶绿体、线粒体、液泡
3. 破坏正常代谢过程
• 光合作用下降 • 对呼吸作用的影响 • 酶活性变化 • 破坏正常的物质代谢
蛋白质分解，脯氨酸积累 破坏核酸代谢 • 激素的变化 • 水分重新分配
二、干旱胁迫的机理 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，但是它们的弹性不 同，因此二者收缩程度和膨胀程度不同。
（一）干旱的类型
• 大气干旱 • 土壤干旱 • 生理干旱
（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。
大豆对水分亏缺的反应
干旱对植物的伤害表现在：
1.膜及膜系统受损伤 膜的选择透性丧失，透性增加。
辐射等。 化学逆境：低pH、高pH、盐害、空
气污染等。
逆境的种类
植物的抗逆性：植物对逆境的适应性反应。 植物对逆境逐步适应的过程叫锻炼或驯化。
避逆性（stress escape）是指植物通过 对生育期的调整来避开逆境，在相对适 宜的环境中完成其生活史。
碱蓬
瓦松
耐逆性（stress tolerance）是指植物处 于逆境时，通过自身的生理生化变化来阻 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。
乙烯 • 促进衰老、脱落，减少蒸腾面积，利
于保持水分。 • 提高相关酶的活性，影响呼吸。
(三)代谢调节 C3途径→C4或CAM
•冰叶日中花，Mesembryanthemum crystallinum 在盐诱导的由C3代谢向CAM代谢转变过程中PEP羧化 酶含量的增加。盐胁迫是在灌溉水中加入500mM NaCl诱导的。通过抗体与染色剂的方法在凝胶中揭示 了PEP羧化酶。
(五) 膜保护物质与活性氧平衡
自由基：具不成对电子的原子、
分子或离子。
活性氧：化学性质活泼，氧化能力很强的
含氧物质的总称。
如：超氧阴离子自由基（O2-·）、羟 基自由基（·OH）、过氧化氢 （H2O2）、过 氧化物自由基（ROO·）、单线态氧（1O2）等
特点： 活跃强氧化性 不稳定，瞬时存在 能持续进行连锁反应
团扇提灯苔叶细胞脱水时的细胞变形状态
2.膜透性改变 膜脂分子排列紊乱，膜出现空隙
膜内脂类分子排列
3.蛋白质凝聚假说
细胞过度失水时，蛋白质的活性表面相 互靠近，使得分子间的-SH相互接触，导 致氧化脱氢形成-S-S-键，此键键能高，牢 固。再度吸水时，蛋白质空间构象变化， 使其变性凝聚，从而导致细胞死亡。
御逆性（stress avoidance）指植物通 过特定的形态结构使其具有一定的防御 环境胁迫的能力，在逆境下各种生理过 程仍保持正常状态。
植物在经历了某种逆境后，对另一些 逆境的抵抗能力也会增强，这种现象 称为植物的交叉适应。
二、逆境胁迫对植物的影响 （一）植物在逆境下的形态结构变化
逆境下植物的形态有明显变化。
活性氧清除系统 •保护酶
超氧化物歧化酶(SOD) 过氧化物酶（POD） 过氧化氢酶（CAT） 谷胱甘肽过氧化物酶 （GPX ） 谷胱甘肽还原酶（GR）等
•抗氧化剂 VC、VE、还原型谷胱甘肽（GSH）、类
胡萝卜素、苯甲酸钠等。
6.逆境蛋白
由逆境诱导产生的或含量增加的蛋白质统称 为逆境蛋白。
如：热激蛋白 冷诱导蛋白 水分胁迫蛋白 病程相关蛋白