讲义植物的抗性生理
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《植物的抗性生理》PPT课件
叶绿体、线粒体和内膜系统。
• 目前已发现几十种热激蛋白，属于5个蛋白质家族。
近来发现其中很大一部分为监护蛋白(Chaperone， Cpn)，是一种辅助蛋白分子，主要参与生物体内 新生肽的运输、折叠、组装、定位以及变性蛋白 的复性和降解。
13
Heat Shock Cognate Protein
除热激外,正常生活的细胞中也有HSPs , 这类HSPs 是组成型表达的,称为HSC (heat shock cognate protein) 。HSC 和诱导型HSP 在结构和功能上都很难区分, 统称HSP。
36
抗冻蛋白的分离和特性鉴定
自1992 年加拿大Griffith第一次从冬黑麦中获得植物AFP 以 来, 已先后从冬大麦、小麦、燕麦、沙冬青和胡萝卜等质 外体中获得AFP (antifreeze proteins,AFPs) 。
• AFP 在体外水溶液中均表现出典型的热滞效应(降低冰点) 和重结晶抑制活性。AFP 主要通过重结晶抑制作用来避免 冰晶体对细胞组织的伤害。
33
• BiP 在所有植物中含量丰富,受热激诱导不明 显,主要受营养(葡萄糖饥饿) 调节,和内质网 上的束缚核糖体合成蛋白质有密切关系,可 能参与种子贮藏蛋白的合成。
34
4）在植物减数中的作用
• 玉米受精时对热敏感,高温时导致减产,部分 原因可能是成熟花粉不能合成HSPs。
• 玉米花粉的热敏感性可能是从单核到双核 花粉粒的转变开始,合成HSPs 的能力逐渐下 降,花粉成熟时完全丧失。从单核到双核花 粉粒的转变是花粉发育的一个重要阶段,其 特征是“早期”花粉基因表达关闭,“晚期” 花粉基因开始表达。
39
植物抗冻蛋白的 基因工程
1998 年10 月英国York 大学的Dawn Worrall 等发表了胡萝卜AFP 及其基因的
• 目前已发现几十种热激蛋白，属于5个蛋白质家族。
近来发现其中很大一部分为监护蛋白(Chaperone， Cpn)，是一种辅助蛋白分子，主要参与生物体内 新生肽的运输、折叠、组装、定位以及变性蛋白 的复性和降解。
13
Heat Shock Cognate Protein
除热激外,正常生活的细胞中也有HSPs , 这类HSPs 是组成型表达的,称为HSC (heat shock cognate protein) 。HSC 和诱导型HSP 在结构和功能上都很难区分, 统称HSP。
36
抗冻蛋白的分离和特性鉴定
自1992 年加拿大Griffith第一次从冬黑麦中获得植物AFP 以 来, 已先后从冬大麦、小麦、燕麦、沙冬青和胡萝卜等质 外体中获得AFP (antifreeze proteins,AFPs) 。
• AFP 在体外水溶液中均表现出典型的热滞效应(降低冰点) 和重结晶抑制活性。AFP 主要通过重结晶抑制作用来避免 冰晶体对细胞组织的伤害。
33
• BiP 在所有植物中含量丰富,受热激诱导不明 显,主要受营养(葡萄糖饥饿) 调节,和内质网 上的束缚核糖体合成蛋白质有密切关系,可 能参与种子贮藏蛋白的合成。
34
4）在植物减数中的作用
• 玉米受精时对热敏感,高温时导致减产,部分 原因可能是成熟花粉不能合成HSPs。
• 玉米花粉的热敏感性可能是从单核到双核 花粉粒的转变开始,合成HSPs 的能力逐渐下 降,花粉成熟时完全丧失。从单核到双核花 粉粒的转变是花粉发育的一个重要阶段,其 特征是“早期”花粉基因表达关闭,“晚期” 花粉基因开始表达。
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植物抗冻蛋白的 基因工程
1998 年10 月英国York 大学的Dawn Worrall 等发表了胡萝卜AFP 及其基因的
13.植物的抗性生理
（一）间接伤害
• 1、饥饿 植株处于温度补偿点以上的温度 时，呼吸大于光合，消耗养料，植株饥饿 或死亡。 2、氨毒害 高温抑制氮化物的合成，积累 氨过多，毒害细胞。肉质植物有机酸含量 高，与氨结合，减轻氨危害，故抗热性强。 3、蛋白质破坏 高温破坏蛋白质，合成减 慢，降解加剧。
第二节 植物的抗冷性
• 零上低温时，虽不结冰，但能引起喜温植 物（热带、亚热带植物）的生理障碍，使 植物受伤甚至死亡。 • 春季寒潮——水稻烂秧； • 冷空气袭击——水稻开花前，多空秕粒； • 冬季不定期寒流侵袭——三叶橡胶树的枝 条干枯或全株受害。
一、冷害过程的生理生化变化
• （一）胞质环流减慢或停止 • 受冷害植物的氧化磷酸化解偶联，ATT含 量明显下降，影响胞质环流和正常代谢。 • （二）水分平衡失调 • 零上低温危害后，秧苗吸水和蒸腾显著下 降，其中根部活力破坏大，而蒸腾仍保持 一定速率，蒸腾大于吸水。 • 寒潮过后，植株的叶尖和叶片干枯。
二、植物对逆境的适应
• • • • • 植物对逆境的适应方式 避逆性：植物对不良环境在时空上躲避开。 沙漠植物雨季生长，阴生植物树荫下生长。 耐逆性：植物能够忍受逆境的作用。 干旱——根系发达，叶小；水淹——通气 组织；低温——生长停止，进入休眠。 • 形成胁迫蛋白、增加渗透调节物质和脱落 酸含量等。
• （二）外界条件 • 低温锻炼对提高喜温植物的抗寒性有一定效果。 • 番茄幼苗：25℃生长，12.5 ℃锻炼几小时至两天， 对1 ℃有抵抗力。 • 黄瓜、香蕉果实，甘薯块根：低温锻炼有抵抗力。 但温度过低或时间过长还是会死亡的。 • 植物生长速率与抗寒性强弱呈负相关。植物稳生 稳长、组织结实，含水量低，呼吸速率适中，抗 寒性强，反之低。 • 措施：合理施用磷钾肥，少施氮肥，不宜灌水， 施生长延缓剂，提高脱落酸水平，提高抗性。
植物抗性的生理基础
逆境伤害的性质 (补)
直接伤害（direct stress injury）
严重的逆境，短时间作 用产生的对植物生命结 构（蛋白质、膜、核酸 等）的不可逆伤害。这 时植物还来不及发生代 谢上的改变。如高温烫 伤、冰冻等。
间接伤害（indirect stress injury）
较弱的逆境，长时间作 用，可以把原来的弹性 胁变转化为塑性胁变， 造成伤害。主要是代谢 紊乱。
dthroeusguhctcruelseisntta,npche ointcolsuydnethetic stem of the saguaro catus(Cereus giganteus), a drought-tolerant species; and the wet-season life cycle of the Mohave desert star(Monoptilon bellioides). Examples of
2.渗透调节物质
一．
无机离子 K+, Cl-
二．
Pro
三．
甜菜碱
四．
可溶性糖
三.植物激素在抗逆性中的作用
01 1.ABA
减少膜的伤害 增加Pro含量 减少水分丧失
02 2.E TH 与其他激素
ETH: 增加几倍或几十倍, 直接或间接地参与植物对伤 害的修复或对逆境的抵抗过程 内源Gnts respond to both as collections of cells and as whole organisms. Stress constitute environmental signal is communicated within cells and throughout the plants. Transduction of environmental signals typically results in altered gene expression at in the cellular level, which in turn influence metabolism and development of the whole plant.
植物的抗性生理综述
第十二章植物的抗性生理第一节抗性生理通论一逆境对植物的伤害逆境会伤害植物，严重时会导致死亡。
逆境可使细胞脱水，膜系统破坏，一切位于膜上的酶活性紊乱，各种代谢活动无序进行，透性加大。
逆境会使光合速率下降，同化物形成减少，因为组织缺水引起气孔关闭，叶绿体受伤，有关光合过程的酶失活或变性。
呼吸速率也发生变化，其变化进程因逆境种类而异。
冰冻、高温、盐渍和淹水胁迫时，呼吸逐渐下降；零上低温和干旱胁迫时，呼吸先升后降；感染病菌时，呼吸显著增高。
此外，逆境诱导糖类和蛋白质转变成可溶性化合物增加，这与合成酶活性下降，水解酶活性增强有关。
二植物对逆境的适应（一）胁迫蛋白在逆境条件下，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。
例如，高温诱导合成一些新的蛋白质，叫做热激蛋白（heat-shock protein）。
经过热锻炼而形成热激蛋白的植物，抗热性提高。
（二）渗透调节大量实验表明，干旱、高温、低温，盐渍等不良环境下，细胞会被动地丢失一些水分，除此以外，逆境会诱导参与渗透调节的基因的表达，形成一些渗透调节物质，提高细胞内溶质浓度，降低水势，使能从外界继续吸水，植物就能正常生长。
组织水势的变化主要是渗透势的变化。
脯氨酸（proline）是最有效的渗透调节物质之一，在多种逆境下，植物体内都积累脯氨酸，（三）脱落酸植物对逆境的适应是受遗传性和植物激素两种因素控制的，它们可以通过基因控制或代谢作用改变膜系统，提高抗逆能力。
在逆境条件下，脱落酸含量会增加。
一般认为，脱落酸是一种胁迫激素（stress hormone），又称应激激素，它调节植物对胁迫环境的适应。
（四）、活性氧第二节植物的抗冷性低温对植物的危害，按低温程度和受害情况，可分为冷害（零上低温）和冻害（零下低温）两种。
在零上低温时，虽无结冰现象，但能引起喜温植物的生理障碍，使植物受伤甚至死亡，这种现象称为冷害（chilling injury）。
原产于热带或亚热带的植物，在生长过程中遇到零上低温，则发生冷害一冷害过程的生理生化变化：1、水分平衡失调2、呼吸速率大起大落3、光合速率减弱。
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。
植物的抗性生理
（二）抗性的方式 1 . 避逆性
通过对生育周期的调整避开逆境的干扰，在相对适 宜的环境中完成生活史。 2 .耐逆性（逆境忍耐）
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。 抗性是植物对逆境的适应性反应，逐步适应形成。
对不利与生存的环境逐步适应的过程——锻炼
胞内结冰：原生质内结冰，液泡内结冰 （机械损害）。
（二）冻害的机理
胞间结冰引起植物伤害的原因：
1 原生质过度脱水，使蛋白质变性或 原生质发生不可逆的凝胶化。 2 冰晶体对细胞的机械损伤
3 解冻过快对细胞的损伤（壁易恢复 但原生质不易恢复，细胞膜有可能被撕 破）
（三）植物对冻害的适应性 1 . 含水量下降 自由水与束缚水相对比例减小。 2 . 呼吸减弱 细胞呼吸弱，糖分消耗少。 3 . 激素变化 ABA含量增加 4. 生长停止，进入休眠 5. 保护物质增多 可溶性糖含量增加（提高细胞液浓度，降低冰 点；防止脱水），脂类化合物在细胞质表层集 中（水分不易透过）。
（二）渗透调节物质 1 . 无机离子
依靠细胞内无机离子的积累进行渗透调 节（特别是钾离子）。 无机离子主动吸收，积累在液泡。 2 .脯氨酸（最有效的渗透调节物之一） 积累原因： 1 脯氨酸合成加强 2 脯氨酸氧化受抑 3 蛋白质合成减弱。
大麦 叶子 成活 率和 叶中 脯氨 酸含 量的 关系
3. 甜菜碱
2 .光合速率下降 （1）呼吸速率降低（冻、热 3 .呼吸速率变化盐、淹水）
4.酶活性紊乱 2 呼吸速率先升高后降低
（零上低温、干旱）
3
呼吸速率明显增高（病
菌）
三、渗透调节与抗逆性 （一）渗透调节的概念 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，降低渗透 势保持体内水分，这种调节作用称为渗 透调节。
通过对生育周期的调整避开逆境的干扰，在相对适 宜的环境中完成生活史。 2 .耐逆性（逆境忍耐）
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。 抗性是植物对逆境的适应性反应，逐步适应形成。
对不利与生存的环境逐步适应的过程——锻炼
胞内结冰：原生质内结冰，液泡内结冰 （机械损害）。
（二）冻害的机理
胞间结冰引起植物伤害的原因：
1 原生质过度脱水，使蛋白质变性或 原生质发生不可逆的凝胶化。 2 冰晶体对细胞的机械损伤
3 解冻过快对细胞的损伤（壁易恢复 但原生质不易恢复，细胞膜有可能被撕 破）
（三）植物对冻害的适应性 1 . 含水量下降 自由水与束缚水相对比例减小。 2 . 呼吸减弱 细胞呼吸弱，糖分消耗少。 3 . 激素变化 ABA含量增加 4. 生长停止，进入休眠 5. 保护物质增多 可溶性糖含量增加（提高细胞液浓度，降低冰 点；防止脱水），脂类化合物在细胞质表层集 中（水分不易透过）。
（二）渗透调节物质 1 . 无机离子
依靠细胞内无机离子的积累进行渗透调 节（特别是钾离子）。 无机离子主动吸收，积累在液泡。 2 .脯氨酸（最有效的渗透调节物之一） 积累原因： 1 脯氨酸合成加强 2 脯氨酸氧化受抑 3 蛋白质合成减弱。
大麦 叶子 成活 率和 叶中 脯氨 酸含 量的 关系
3. 甜菜碱
2 .光合速率下降 （1）呼吸速率降低（冻、热 3 .呼吸速率变化盐、淹水）
4.酶活性紊乱 2 呼吸速率先升高后降低
（零上低温、干旱）
3
呼吸速率明显增高（病
菌）
三、渗透调节与抗逆性 （一）渗透调节的概念 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，降低渗透 势保持体内水分，这种调节作用称为渗 透调节。
植物生理学课件：第十二章 植物的抗性生理
（三）脱落酸含量增多 脱落酸水平与抗寒性呈正相关
（四）生长停止进入休眠
（五）保护物质增多 可溶性糖和脂类等保护性物质增多。
二、内外条件对植物抗冻性的影响 三、冻害机制
冻害对植物会造成结冰伤害，由于温度下降的情况不同， 结冰类型不同，伤害也不同
（一）细胞间结冰伤害
当 环境中的温度缓慢下降时，细胞间隙中细胞壁附近的水分 会结成冰晶体，即所谓的细胞间结冰。
一、植物对冻害的生理适应
植物长期进化对冬季低温在生活习性方面形成的适应有： 一年生------种子 多年生草本-----延存器官 多年生木本植物-----保护组织（芽鳞片、木栓层）或落叶。
（一） 植株含水量下降
总含水量减少，束缚水含量增多，有利于提高植物的抗寒 性。
（二）呼吸减弱 植株的呼吸随温度的下降而减弱。
3、蛋白质破坏
高温破坏蛋白质。
（二）直接伤害
高温直接影响细胞质的结构。 1、生物膜破坏 正常条件下，生物膜中脂类和蛋白质靠静电或 疏水键联系。高温市
生物膜功能键断裂 ，蛋白质变性，膜脂分子液化，膜结构破坏， 正常功能无法进行，导致细胞死亡。
植物的抗热性与生物膜膜脂的不饱和脂肪酸 含量和不饱和程度有关。碳链越长，固化温度越 高；相同碳链长度，不饱和键数越少，固化温度 越高。固化温度越高，膜越不易维持流动性，细 胞不抗高温，易死亡。
脱落酸
在逆境条件下，脱落酸含量增加，故称脱落酸 为胁迫激素（stress hormone),又称应急激素，它 调节植物对胁迫环境的适应。 1、逆境时，脱落酸的变化 无论在何种逆境条件下，植物体内脱落酸的含量 都会增加，以提高抗逆性。同一作物不同品种， 抗逆性强的品种，脱落酸的含量高于不抗逆品种。 2、外施脱落酸对抗逆性的影响----外施脱落酸（106---10-4 mol.L-1)可提高作物的抗寒、抗冷、抗盐和 抗旱能力。
（四）生长停止进入休眠
（五）保护物质增多 可溶性糖和脂类等保护性物质增多。
二、内外条件对植物抗冻性的影响 三、冻害机制
冻害对植物会造成结冰伤害，由于温度下降的情况不同， 结冰类型不同，伤害也不同
（一）细胞间结冰伤害
当 环境中的温度缓慢下降时，细胞间隙中细胞壁附近的水分 会结成冰晶体，即所谓的细胞间结冰。
一、植物对冻害的生理适应
植物长期进化对冬季低温在生活习性方面形成的适应有： 一年生------种子 多年生草本-----延存器官 多年生木本植物-----保护组织（芽鳞片、木栓层）或落叶。
（一） 植株含水量下降
总含水量减少，束缚水含量增多，有利于提高植物的抗寒 性。
（二）呼吸减弱 植株的呼吸随温度的下降而减弱。
3、蛋白质破坏
高温破坏蛋白质。
（二）直接伤害
高温直接影响细胞质的结构。 1、生物膜破坏 正常条件下，生物膜中脂类和蛋白质靠静电或 疏水键联系。高温市
生物膜功能键断裂 ，蛋白质变性，膜脂分子液化，膜结构破坏， 正常功能无法进行，导致细胞死亡。
植物的抗热性与生物膜膜脂的不饱和脂肪酸 含量和不饱和程度有关。碳链越长，固化温度越 高；相同碳链长度，不饱和键数越少，固化温度 越高。固化温度越高，膜越不易维持流动性，细 胞不抗高温，易死亡。
脱落酸
在逆境条件下，脱落酸含量增加，故称脱落酸 为胁迫激素（stress hormone),又称应急激素，它 调节植物对胁迫环境的适应。 1、逆境时，脱落酸的变化 无论在何种逆境条件下，植物体内脱落酸的含量 都会增加，以提高抗逆性。同一作物不同品种， 抗逆性强的品种，脱落酸的含量高于不抗逆品种。 2、外施脱落酸对抗逆性的影响----外施脱落酸（106---10-4 mol.L-1)可提高作物的抗寒、抗冷、抗盐和 抗旱能力。
《植物的抗性生理》课件
总结词
植物的抗病性生理机制包括物理屏障、化学 防御和免疫反应等方面。
详细描述
植物的表皮蜡质、角质层等物理屏障可以阻 止病原菌的附着和侵入。植物产生的次生代 谢产物如植保素、木质素等可以抑制病原菌 的生长和繁殖。植物的免疫反应包括产生过 敏性反应和系统获得抗性等，能够快速识别 和清除病原菌。
抗病性的遗传与分子机制
采取适当的农业技术措施，如合理施肥、灌溉和覆盖等，以增强植物的抗寒能力。
04
植物的抗盐性
抗盐性的定义与特点
总结词
抗盐性是指植物在盐胁迫环境下能够正常生长和发育的能力。
详细描述
抗盐性是植物在盐渍化土壤中生存和繁衍的关键特性。具有抗盐性的植物能够在高盐环境中保持正常 的生理功能，生长不受限制，且能更好地适应和抵御盐胁迫的危害。
抗病性的提高方法
总结词
通过遗传改良、生物技术手段和栽培措施等方法可以 提高植物的抗病性。
详细描述
通过选择和培育具有优良抗病性状的种质资源，可以 获得抗病性较强的品种。此外，基因工程和分子育种 等生物技术手段也被广泛应用于抗病性的遗传改良。 合理的栽培措施如轮作、间作、施肥等也可以提高植 物的抗病性。
抗盐性的生理机制
总结词
植物通过多种生理机制来应对盐胁迫，包括离子平衡调节、渗透调节、抗氧化防御等。
详细描述
植物通过选择性吸收和排泄离子来维持体内的离子平衡，避免过多的盐离子积累对细胞 造成伤害。同时，植物还会通过积累一些有机物如糖、氨基酸和醇类等来调节细胞的渗 透压，保持细胞的正常形态和功能。此外，植物还会启动抗氧化防御系统，清除盐胁迫
抗寒性的遗传与分子机制
基因组学研究
通过基因组学手段，研究植物抗寒基 因的分布、结构和功能，揭示抗寒性 的遗传基础。
13植物的抗性生理
害 的 还 原 性 物 质 （ 如 H2S ， Fe2+ ， Mn2+ 等 ） ， 使 Mn,Zn,Fe等易被还原流失，造成植株营养缺乏。 3.乙烯增加
二、植物对涝害的适应 1.形成通气组织
2. 产生新的蛋白质或多肽。实验证明，玉
米苗缺氧时形成两类新的蛋白：首先是过渡多肽 （ transition polypeptides ），后来形成厌氧 多肽（ anaerobic polypeptide ）。后者中有一 些是糖酵解酶或与糖代谢有关的酶，这些酶的出
第三节
一、高温对植物的危害
（一）间接伤害
植物抗热性
高温对植物伤害的现象称为热害。
1. 饥饿：呼吸大于光合，就会消耗贮存的养料，
时间过久，植株呈现饥饿甚至于死亡。 2. 氨毒害：高温抑制氮化物的合成，氨积累过 多，毒害细胞。 3.蛋白质破坏
（二）直接伤害 1.生物膜破坏：高温时，生物膜功能键断裂，导 致膜蛋白变性，膜脂分子液化，膜结构破坏。
3.呼吸速率忽高忽低，氧化磷酸化解偶联
4.合成酶活性下降，水解酶活性增强，糖类和蛋 白质水解。可溶性化合物增加。
三、植物对逆境的适应 （一）形态适应性 根系发达、叶片小、通气组织扩大、休眠等
（二）生理适应性
1.与生物膜密切相关：膜脂不饱和脂肪酸越多，固 化温度越低，抗冷性增加（图）。 2.胁迫蛋白：热激蛋白（heat-shock protein）、抗 冻蛋白（antifreeze protein）等 。 3.活性氧清除剂：酶保护系统：SOD、CAT、POD； 非酶保护系统:Ve、GSH、Vc、类胡萝卜素等。 活性氧与膜伤害机制
一、干旱的伤害 萎蔫（wilting）：植物在水分亏缺严重时，则细胞 失去紧张度，叶片和茎的幼嫩部分下垂的现象。 暂时萎蔫（temporary wilting）：靠降低蒸腾作用 即能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。 永久萎蔫（permanent wilting）：虽然降低蒸腾作 用仍不能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。
二、植物对涝害的适应 1.形成通气组织
2. 产生新的蛋白质或多肽。实验证明，玉
米苗缺氧时形成两类新的蛋白：首先是过渡多肽 （ transition polypeptides ），后来形成厌氧 多肽（ anaerobic polypeptide ）。后者中有一 些是糖酵解酶或与糖代谢有关的酶，这些酶的出
第三节
一、高温对植物的危害
（一）间接伤害
植物抗热性
高温对植物伤害的现象称为热害。
1. 饥饿：呼吸大于光合，就会消耗贮存的养料，
时间过久，植株呈现饥饿甚至于死亡。 2. 氨毒害：高温抑制氮化物的合成，氨积累过 多，毒害细胞。 3.蛋白质破坏
（二）直接伤害 1.生物膜破坏：高温时，生物膜功能键断裂，导 致膜蛋白变性，膜脂分子液化，膜结构破坏。
3.呼吸速率忽高忽低，氧化磷酸化解偶联
4.合成酶活性下降，水解酶活性增强，糖类和蛋 白质水解。可溶性化合物增加。
三、植物对逆境的适应 （一）形态适应性 根系发达、叶片小、通气组织扩大、休眠等
（二）生理适应性
1.与生物膜密切相关：膜脂不饱和脂肪酸越多，固 化温度越低，抗冷性增加（图）。 2.胁迫蛋白：热激蛋白（heat-shock protein）、抗 冻蛋白（antifreeze protein）等 。 3.活性氧清除剂：酶保护系统：SOD、CAT、POD； 非酶保护系统:Ve、GSH、Vc、类胡萝卜素等。 活性氧与膜伤害机制
一、干旱的伤害 萎蔫（wilting）：植物在水分亏缺严重时，则细胞 失去紧张度，叶片和茎的幼嫩部分下垂的现象。 暂时萎蔫（temporary wilting）：靠降低蒸腾作用 即能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。 永久萎蔫（permanent wilting）：虽然降低蒸腾作 用仍不能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。
植物生理学：植物的抗性生理
抗冻蛋白（antifreeze protein）
（三）活性氧
植物组织中通过各种途径 产生超氧物阴离子自由基 （O2-·）、羟基自由基 （·OH）、过氧化氢 （H2O2）、单线态氧（1O2）, 它们有很强的氧化能力, 性质 活泼, 故称为活性氧（active oxygen）。活性氧对许多生物 功能分子有破坏作用, 包括引 起膜的过氧化作用。
胁迫因子
原初伤害
原初直接伤害 (质膜伤害)
原初间接伤害 （代谢失调）
次生伤害 （如盐害中的水分胁迫）
二、植物对逆境的适应
植物的抗逆性Plant Stress Resistance 植物的抗逆性即植物对不良环境的适应性和抵抗力。 植物的抗逆性包括两个方面:
逆境逃避(Stress avoidance):亦称避逆性，是指植物 通过各种方式，在时间或空间上避开或部分避开逆境 的影响。
气组织
适应淹水——扩大根部通
进入休眠
冬季低温——停止生长，
生理生化变化: 形成胁迫蛋白
氧气缺乏时玉米（Zea mayL.）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。
Stress is usually defined as an external factor that exerts a disadvantageous influence on the plant.
This chapter will concern itself with environmental or abiotic factors that produce stress in plants, although biotic factors such as weeds, pathogens, and insect predation can also produce stress.In most cases, stress is measured in relation to plant survival, crop yield, growth (biomass accumulation), or the primary assimilation processes (CO2 and mineral uptake), which are related to overall growth.
（三）活性氧
植物组织中通过各种途径 产生超氧物阴离子自由基 （O2-·）、羟基自由基 （·OH）、过氧化氢 （H2O2）、单线态氧（1O2）, 它们有很强的氧化能力, 性质 活泼, 故称为活性氧（active oxygen）。活性氧对许多生物 功能分子有破坏作用, 包括引 起膜的过氧化作用。
胁迫因子
原初伤害
原初直接伤害 (质膜伤害)
原初间接伤害 （代谢失调）
次生伤害 （如盐害中的水分胁迫）
二、植物对逆境的适应
植物的抗逆性Plant Stress Resistance 植物的抗逆性即植物对不良环境的适应性和抵抗力。 植物的抗逆性包括两个方面:
逆境逃避(Stress avoidance):亦称避逆性，是指植物 通过各种方式，在时间或空间上避开或部分避开逆境 的影响。
气组织
适应淹水——扩大根部通
进入休眠
冬季低温——停止生长，
生理生化变化: 形成胁迫蛋白
氧气缺乏时玉米（Zea mayL.）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。
Stress is usually defined as an external factor that exerts a disadvantageous influence on the plant.
This chapter will concern itself with environmental or abiotic factors that produce stress in plants, although biotic factors such as weeds, pathogens, and insect predation can also produce stress.In most cases, stress is measured in relation to plant survival, crop yield, growth (biomass accumulation), or the primary assimilation processes (CO2 and mineral uptake), which are related to overall growth.
植物生理学—植物的抗性生理(上课版)
第七节 抗盐性
二、盐胁迫对植物的伤害 • 盐胁迫时会发生危害，主要表现在： • 1、吸水困难：土壤渗透势低，作物生理干旱。 • 2、生物膜破坏：Na+置换膜上的Ca2+ ，膜结构破坏，功能改变， K+、P和有机溶质外流。 • 3、生理紊乱：蛋白质水解，腐胺增多，氨害；叶绿素合成受阻、 分解加快，导致光合下降；呼吸速率下降；气孔关闭；营养亏缺。
三、内外条件对耐热性的影响 （一）内部因素 • 1、不同生长习性的高等植物的耐热性是不同的。 • 2、不同的种类、年龄、生育期不同其耐热性不同。如种子休眠的 耐热性最强，随种子吸水长大，耐热性逐渐下降，开花期耐热性 较差。果实成熟时，越成熟，耐热性越强。油料种子对高温的抵 抗力大于淀粉种子。 • 3、细胞汁液浓度与耐热性有正相关的趋向。 （二）外部条件 • 1、温度：高温锻炼有可能提高植物的抗热性。 • 2、湿度:细胞含水量低，耐热性强。
根据植物的耐盐能力，可将植物分为：
①盐生植物: 耐盐范围1.5%-- 2.0%如：碱蓬、海蓬子等。在形态 上常表现为肉质化，吸收的盐分主要积累在叶肉细胞的液泡中， 通过在细胞质中合成有机溶质来维持与液泡的渗透平衡
2、渗透调节 渗透调节：通过加入或去除细胞内的溶质，从而使细胞内外的渗透 势相平衡的现象，称为渗透调节。如干旱、高温、低温和盐渍等。 (1) 无机离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42 无机离子进入细胞后，主要累积在液泡中，主要作为液泡的渗透 调节物质。 (2)有机溶质 A、脯氨酸：脯氨酸主要累积在细胞质中，故称细胞质渗透调节 物质。 B、甜菜碱（N—甲基代氨基酸） 甜菜碱存在于细胞质中，在抗逆中具有渗透调节和稳定生物大分 子的作用。 C、可溶性糖和游离氨基酸 可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。 游离氨基酸包括脯氨酸在内的氨基酸和酰胺。
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• 植物抗性生理是指不良的环境对植物生命活动 的影响，以及植物对不良环境的抗御能力。
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第一节 抗性生理通论
逆境的概念：指对植物产生伤害的环境。又 称胁迫（stress）。包括生物因素和非生物 因素。
抗性：植物对逆境的适应性和抵抗力。
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10
生物因 素
非生物 因素
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11
雪莲却能在零下几十度的严寒中和空气稀薄的缺氧环境中
质。
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23
干旱或盐渍预处理对受冷水稻幼
苗叶电解质相对渗漏率的影响
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24
（2）有机溶质
A、脯氨酸
脯氨酸在抗逆中的作用： a、作为渗透物质，保持原生质与环境的渗透平衡， 防止失水 b、增强蛋白质的水合作用、可溶性和减少可溶性 蛋白质的沉淀，保护生物大分子结构和功能的稳定。
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25
傲霜斗雪、顽强生长 。（海编拔辑ppt4000米）
12
植物的抗逆性：
这种对不良环境的适应性和抵抗力称为植物的 抗逆性。
植物的抗逆性形式：
（1）避逆性:是指植物对不良环境在时间上躲避开
如沙漠中的植物只在雨季生长，阴生植物可在树荫下 生长．
（2）耐逆性:是指植物忍受逆境的作用．
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13
• 旱生的肉质植物通过
ABA调节气孔开度, 减少蒸腾失水，抑制生长。
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29
2、外施ABA提高抗逆性的原因：
（1）提高膜脂的不饱和度
（2）减少自由基对膜的伤害 经ABA处理后，会延缓SOD和过
氧化氢酶等活性的下降，阻止体内自 由基的过氧化作用，降低丙二醛等有 毒物质的积累，使质膜受到保护。
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30
（3）改变体内代谢 外施ABA，可使植物体增加脯氨酸、可溶
大麦 叶子 成活 率和 叶中 脯氨 酸含 量的 关系
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26
B、甜菜碱
甜菜碱在抗逆中具有渗透调节和稳定生物大分子 的作用。
（3）可溶性糖和游离氨基酸
大分子糖类和蛋白质的分解加强而合成受抑，蔗 糖的合成加快；光合产物形成蔗糖；从植物体其它部分 输入糖和氨基酸。
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27
2、主要生理功能
第十二章 植物的抗性生理
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1
风和日丽 温度适宜 土壤肥沃 雨水丰沛
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2
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3
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4
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5
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6
在干旱、高 温、盐渍、 寒冷等不良 环境中进行 农牧业生产
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7
问题
• 植物在这种不良的环境下如何去适 应和调节？
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• 植物体是一个开放的体系，生存于自然环境。 自然环境不是不变的，天南地北，水热条件相 差悬殊，即使同一地区，一年四季也有冷热旱 涝之分。
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二、植物对逆境的适应 ※
• 形态方面： • 根系发达、叶小适应干旱； • 扩大根部通气组织以适应水淹环境； • 进入休眠。
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16
• 生理方面：逆境条件下，植物发生各种生理变化一 适应逆境条件。
逆境感受
信号转导， 相应部位 形成信号 分子 （ABA、 CTK、ET）
基因表达
蛋白质合成
产生胁迫相关物质
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酶活性增强
17
（一）胁迫蛋白与抗逆性
在逆境条件下，植物的基因表达发生 改变，关闭一些正常表达的基因，启动一 些与逆境相适应的基因，诱导新蛋白质和 酶的形成，这些诱导产生的蛋白统称为胁 迫蛋白。
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18
•1、热激蛋白（heat shock protein ， HSP）：
贮存大量水分 角质层的保水作用
仙人掌
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14
一、逆境对植物的伤害
逆境对代谢的影响：
（1）逆境会伤害植物，严重时会导致死亡。 （2）破坏细胞膜结构完整性。（3）影响细胞核结构和 功能改变。（4）光合速率下降 （5）呼吸速率也发生 变化
代谢强度与抗逆 ( hardiness ) 能力：
代谢强度越弱，抗性越强，如休眠种子、休眠芽。 代谢强度越强，抗性越弱，如幼苗。
• 在高于植物正常生长温度（10~15℃）刺
激下诱导合成的蛋白质。
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2、低温诱导蛋白
植物经一段时间的低温处理后诱导合成 的一些特异性的新蛋白质。如同工蛋白、抗 冻蛋白等(AFP)。
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20
3、病程相关蛋白（PR）
• 植物受到病原菌侵染后合成的一种或多种蛋 白质。PRS在植物体内的积累与植物局部诱导 抗性或系统诱导抗性有关。
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21
•（二）渗透调节与抗逆性
➢ 渗透调节：胁迫条件下，细胞主动累积渗透 调节物质，降低渗透势，提高细胞保水力，适 应逆境胁迫的现象。
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22
1、渗透调节物质
（1）无机离子
主要是 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、 SO42-
无机离子进入细胞后，主要累积在液泡中
，因此无机离子主要作为液泡的渗透调节物
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
ABA处理后，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。
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31
ABA在交叉适应中的作用
交叉适应：植物经历了某种逆境后，能提高 对另一些逆境的抵抗能力，这种对不良环境间的 相互适应作用称为~。
氧自由基：自由基（free radical）指含有不配对 电子的原子、分子或离子，如： O2·¯（超氧阴离子自由基） HO·（羟自由基） HOO·（氢过氧自由基） RO ·（脂氧自由基） ROO ·（脂过氧自由基）
化学性质活泼的氧代谢产物：1O（单线态氧）、 H2O2。
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活性氧的伤害
（1）膜脂过氧化 活（性3氧）可对引核起酸膜的脂伤不害饱和脂肪酸的链式过氧化分解，使膜脂 有H序O、排列O受2·¯到、破H坏+，与膜核透酸性中加的大碱，基内加含成物反外应渗或。抽提H，使其变 为变为自由基或降解。
（1）维持细胞膨压 （2）维持植株光合作用 渗透调节在水分胁迫下维持气孔开放。
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（三）脱落酸与抗逆性
脱落酸是一种胁迫激素，又称应激激素，在 低温、高温、干旱和盐害等胁迫下，体内 ABA含量大幅度升高。
1、ABA增加的原因:
（1）逆境胁迫增加了叶绿体膜对ABA的通透性
（2）加快根系合成的ABA向叶片的运输及积累
交叉适应的作用物质：ABA
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（三）活性氧
活性氧的产生
• 活性氧可在正常代谢过程中产生，但数量较少。
然而在逆境条件下，如在高温、低温、干旱、大
气污染等条件下，植物体通过各种途径大量产生
活性氧，而且在逆
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类活 性 氧 有 两
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第一节 抗性生理通论
逆境的概念：指对植物产生伤害的环境。又 称胁迫（stress）。包括生物因素和非生物 因素。
抗性：植物对逆境的适应性和抵抗力。
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生物因 素
非生物 因素
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11
雪莲却能在零下几十度的严寒中和空气稀薄的缺氧环境中
质。
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23
干旱或盐渍预处理对受冷水稻幼
苗叶电解质相对渗漏率的影响
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24
（2）有机溶质
A、脯氨酸
脯氨酸在抗逆中的作用： a、作为渗透物质，保持原生质与环境的渗透平衡， 防止失水 b、增强蛋白质的水合作用、可溶性和减少可溶性 蛋白质的沉淀，保护生物大分子结构和功能的稳定。
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25
傲霜斗雪、顽强生长 。（海编拔辑ppt4000米）
12
植物的抗逆性：
这种对不良环境的适应性和抵抗力称为植物的 抗逆性。
植物的抗逆性形式：
（1）避逆性:是指植物对不良环境在时间上躲避开
如沙漠中的植物只在雨季生长，阴生植物可在树荫下 生长．
（2）耐逆性:是指植物忍受逆境的作用．
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13
• 旱生的肉质植物通过
ABA调节气孔开度, 减少蒸腾失水，抑制生长。
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2、外施ABA提高抗逆性的原因：
（1）提高膜脂的不饱和度
（2）减少自由基对膜的伤害 经ABA处理后，会延缓SOD和过
氧化氢酶等活性的下降，阻止体内自 由基的过氧化作用，降低丙二醛等有 毒物质的积累，使质膜受到保护。
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30
（3）改变体内代谢 外施ABA，可使植物体增加脯氨酸、可溶
大麦 叶子 成活 率和 叶中 脯氨 酸含 量的 关系
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B、甜菜碱
甜菜碱在抗逆中具有渗透调节和稳定生物大分子 的作用。
（3）可溶性糖和游离氨基酸
大分子糖类和蛋白质的分解加强而合成受抑，蔗 糖的合成加快；光合产物形成蔗糖；从植物体其它部分 输入糖和氨基酸。
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2、主要生理功能
第十二章 植物的抗性生理
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1
风和日丽 温度适宜 土壤肥沃 雨水丰沛
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在干旱、高 温、盐渍、 寒冷等不良 环境中进行 农牧业生产
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问题
• 植物在这种不良的环境下如何去适 应和调节？
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• 植物体是一个开放的体系，生存于自然环境。 自然环境不是不变的，天南地北，水热条件相 差悬殊，即使同一地区，一年四季也有冷热旱 涝之分。
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二、植物对逆境的适应 ※
• 形态方面： • 根系发达、叶小适应干旱； • 扩大根部通气组织以适应水淹环境； • 进入休眠。
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• 生理方面：逆境条件下，植物发生各种生理变化一 适应逆境条件。
逆境感受
信号转导， 相应部位 形成信号 分子 （ABA、 CTK、ET）
基因表达
蛋白质合成
产生胁迫相关物质
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酶活性增强
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（一）胁迫蛋白与抗逆性
在逆境条件下，植物的基因表达发生 改变，关闭一些正常表达的基因，启动一 些与逆境相适应的基因，诱导新蛋白质和 酶的形成，这些诱导产生的蛋白统称为胁 迫蛋白。
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•1、热激蛋白（heat shock protein ， HSP）：
贮存大量水分 角质层的保水作用
仙人掌
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14
一、逆境对植物的伤害
逆境对代谢的影响：
（1）逆境会伤害植物，严重时会导致死亡。 （2）破坏细胞膜结构完整性。（3）影响细胞核结构和 功能改变。（4）光合速率下降 （5）呼吸速率也发生 变化
代谢强度与抗逆 ( hardiness ) 能力：
代谢强度越弱，抗性越强，如休眠种子、休眠芽。 代谢强度越强，抗性越弱，如幼苗。
• 在高于植物正常生长温度（10~15℃）刺
激下诱导合成的蛋白质。
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2、低温诱导蛋白
植物经一段时间的低温处理后诱导合成 的一些特异性的新蛋白质。如同工蛋白、抗 冻蛋白等(AFP)。
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3、病程相关蛋白（PR）
• 植物受到病原菌侵染后合成的一种或多种蛋 白质。PRS在植物体内的积累与植物局部诱导 抗性或系统诱导抗性有关。
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21
•（二）渗透调节与抗逆性
➢ 渗透调节：胁迫条件下，细胞主动累积渗透 调节物质，降低渗透势，提高细胞保水力，适 应逆境胁迫的现象。
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1、渗透调节物质
（1）无机离子
主要是 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、 SO42-
无机离子进入细胞后，主要累积在液泡中
，因此无机离子主要作为液泡的渗透调节物
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
ABA处理后，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。
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ABA在交叉适应中的作用
交叉适应：植物经历了某种逆境后，能提高 对另一些逆境的抵抗能力，这种对不良环境间的 相互适应作用称为~。
氧自由基：自由基（free radical）指含有不配对 电子的原子、分子或离子，如： O2·¯（超氧阴离子自由基） HO·（羟自由基） HOO·（氢过氧自由基） RO ·（脂氧自由基） ROO ·（脂过氧自由基）
化学性质活泼的氧代谢产物：1O（单线态氧）、 H2O2。
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活性氧的伤害
（1）膜脂过氧化 活（性3氧）可对引核起酸膜的脂伤不害饱和脂肪酸的链式过氧化分解，使膜脂 有H序O、排列O受2·¯到、破H坏+，与膜核透酸性中加的大碱，基内加含成物反外应渗或。抽提H，使其变 为变为自由基或降解。
（1）维持细胞膨压 （2）维持植株光合作用 渗透调节在水分胁迫下维持气孔开放。
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（三）脱落酸与抗逆性
脱落酸是一种胁迫激素，又称应激激素，在 低温、高温、干旱和盐害等胁迫下，体内 ABA含量大幅度升高。
1、ABA增加的原因:
（1）逆境胁迫增加了叶绿体膜对ABA的通透性
（2）加快根系合成的ABA向叶片的运输及积累
交叉适应的作用物质：ABA
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（三）活性氧
活性氧的产生
• 活性氧可在正常代谢过程中产生，但数量较少。
然而在逆境条件下，如在高温、低温、干旱、大
气污染等条件下，植物体通过各种途径大量产生
活性氧，而且在逆
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类活 性 氧 有 两