植物生理学—植物的抗逆性
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• 低温对光合作用影响有两个方面：第一，低 温直接影响叶绿素的合成、光合器官的结构 和活性；第二，低温影响植物体内的其它生 理过程，从而间接地影响光合作用，如低温 引起水分胁迫，气孔对CO2扩散阻力的增加， 光合产物运输受阻等，从而导致光合产物在 叶片的积累。
2.3 低温胁迫对酶活性的影响
• 低温下由于植物对O2的利用能力降低,多余 的O2在代谢过程中被转化成对植物有毒害 作用的活性氧(Active oxygen species,AOS) 。过剩的O对需氧生物有潜在毒性,必须通 过植物抗氧化系统及时清除。
• 温度下降到0 ℃或0 ℃以 下时，如果空气干燥，在 降温过程中水汽仍达不到 饱和，就不会形成霜，但 这时的低温仍能使植物受 害。这种无霜仍能使植物 受害的天气被称为黑霜 （black frost）。
• 霜害的实际是低温冻害
1.3冻害freezing injury
• 指气温下降到冰点以 下使植物体内结冰而 受害的现象。常发生 的有越冬作物冻害、 果树冻害和经济林木 冻害等。冻害对农业 威胁很大，如美国的 柑橘生产、中国的冬 小麦和柑橘等生产常 因冻害而遭受巨大损 失。
1.低温胁迫的类型
冷害
霜害
冻害
1.1冷害chilling injury
• 指 0℃以上的低温影响植物正常生长发育的现象。 热带、亚热带植物易受害。在中国,冷害经常发生 于早春和晚秋,表现在苗期与籽粒或果实成熟期。
1.2霜害frost injury
• 气温或地表温度下降到0 ℃,空气中过饱和的水汽凝 结成白色的冰晶,称为霜。 由于霜的出现而使植物受 害称为霜害。
研究展望
• 膜脂的组成、结构和状态的变化如何影响细胞的 生理代谢，进而改变细胞的生理状态。
• 低温下膜稳定性机制和膜损伤机制的研究。 • 与育种学结合,研究育种中植物抗冷性诊断的可靠
生理选择指标。 • 植物抗冷化学调控机制和抗冷保护剂的研究。 • 植物抗冷性的基因工程的研究。
Thank you
• 当植物处于低温等逆境时,过氧化氢清除系 统首先受损,有害的活性氧增多。同时过氧 化氢累积,可以使SOD失活,严重损坏活性氧 清除体系,因此,过氧化氢的清除是对细胞的 一种解毒作用。
2.4低温胁迫对植物细胞中渗透调节物质的影响
• 植物受到非生物胁迫时,植物体常通过自身 的防御网络来调控相关的代谢途径,产生渗 透调节物质以降低或消除胁迫的伤害。如 脯氨酸，甜菜碱，其他渗透物质，包括蔗 糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等，在低温逆 境下植物体内常常积累大量的可溶性糖。
3 植物适应低温的生理机制
• 3.1 植物抗低温基因及抗低温蛋白 • 3.2 细胞骨架在植物抗低温中的作用 • 3.3 糖代谢
3.1植物抗低温基因及抗低温蛋白
• 低温锻炼和植物激素处理均能提高植物对 低温的抗性并诱导产生冷反应基因，如拟 南芥对冷反应的基因主要COR基因。有四 个基因家族，且每个家族由2个以串连连锁 的墓因组成。这些冷反应基因编码的多肤 产物均具有亲水特性、简单的氨基酸组成( 即仅由几种氮基酸组成)和重复的氨墓酸序 列,且在水相缓冲液中呈可溶状。
3.3糖代谢
• 经低温处理的拟南芥, 其 α- 酮戊二酸、延 胡索酸、苹果酸和柠檬酸等三羧酸循环中 的代谢物中间产物含量增加, 于是植物御寒 能力增强。众所周知, 三羧酸循环中的众多 中间产物均参与蛋白质和核酸等胞内的代 谢过程。
4 提高植物抗寒性的措施
• 4.1 抗寒锻炼 • 4.2 Ca和CaM
3.2 细胞骨架在植物抗低温中的作用
• 大量研究表明细胞骨架不仅在维持细胞形态,保持 细胞内部结构的有序性中起重要作用,而且与细胞 运动、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表 达、细胞分化等生命活动密切相关。
• 由于植物激素在提高植物抗低温和提高微管抗冷 稳定性方面具有重要的作用,而且植物激素是植物 抗低温基因表达的启动因子之一,因而我们推测激 素处理诱导产生了新的冷反应基因,其中有些基因 产物可能具有稳定微管结构的作用,即GA诱导的 mRNA合成过程可能参与微管的动态变化过程。
2 低温胁迫下植物生理生化反应
• 2.1 低温胁迫对植物膜系统的影响 • 2.2 低温胁迫对植物光合作用的影响 • 2.3 低温胁迫对酶活性的影响 • 2.4 低温胁迫对植物细胞中渗透调节物质的
影响
2.1 低温胁迫对植物膜系统的影响
• 植物在低温驯化过程中有许多生理生化变化, 其中最明显的是膜脂相的改变。低温对膜脂 的直接影响是改变膜脂成分的含量及其脂肪 酸组成,特别是脂肪酸组分的变化与膜的流动 性和稳定性关系密切。
L/O/G/O
植物在低温条件下的生理生化反应及其适 应低温的生理机制 植物在低温条件下
学号：3130440 姓名：李勇
苗木生理生态课程作业
低温胁迫
在植物生长发育过程中，温度作为一个重 要的环境因子对于植物的生长发育起着至关 重要的作用。许多植物都面临着寒害的问题 ，植物在低温条件下会遭到不同程度的伤害 ，严重时甚至会导致植株死亡。低温胁迫会 大大降低农作物的Βιβλιοθήκη Baidu量和品质。因此，提高 植物的抗寒性对农业具有十分重要的意义。
4.1 抗寒锻炼
• 化学控制：此法主要通过喷施一些化学药物（如 ABA）来控制生长和提高抗寒能力。
• 综合措施:(1)及时播种、培土、控肥、通气，促进 幼苗健壮，防止徒长，增强素质，提高抗冻能力。 (2)寒流霜冻来临前进行冬灌、熏烟、盖草，以抵 御寒流袭击。(3)合理施肥，提高钾肥比例。(4)早 春育苗，采取保护性措施，如采用薄膜苗床或地 膜覆盖及塑料大棚栽培对防止冻害都有很好效果。
4.2 Ca和CaM
• 钙有防止膜损伤和渗漏,稳定膜结构和维持 膜的完整性的作用。近年来有关钙与植物 抗逆性的研究越来越受重视,并已建立了较 为完整的植物细胞内钙信使系统的概念,即 构成刺激-信使-反应偶联的体系。
• CaM拮抗剂可以降低Ca2+提高原生质体抗 寒性的作用,因此可以认为钙信使系统通过 调节能提高原生质膜稳定性和原生质体活 力的代谢过程,起到提高原生质体抗寒力的 作用。
• 当植物受到低温胁迫时主要是通过提高不饱 和脂肪酸的含量和比例来提高抗寒性。低温 对膜脂及其脂肪酸的影响也与胁迫温度、时 间及光强等因素有关。对于外界温度的变化, 生物膜本身能够对膜脂的不饱和度进行调整, 以改善低温下膜的流动性。
2.2 低温胁迫对植物光合作用的影响
• 低温对光合作用最明显的影响是引起光合速 率的下降,植物体内活性氧代谢失调引发的生 物膜结构和叶绿体结构的破坏是导致光合作 用下降的主要原因。
2.3 低温胁迫对酶活性的影响
• 低温下由于植物对O2的利用能力降低,多余 的O2在代谢过程中被转化成对植物有毒害 作用的活性氧(Active oxygen species,AOS) 。过剩的O对需氧生物有潜在毒性,必须通 过植物抗氧化系统及时清除。
• 温度下降到0 ℃或0 ℃以 下时，如果空气干燥，在 降温过程中水汽仍达不到 饱和，就不会形成霜，但 这时的低温仍能使植物受 害。这种无霜仍能使植物 受害的天气被称为黑霜 （black frost）。
• 霜害的实际是低温冻害
1.3冻害freezing injury
• 指气温下降到冰点以 下使植物体内结冰而 受害的现象。常发生 的有越冬作物冻害、 果树冻害和经济林木 冻害等。冻害对农业 威胁很大，如美国的 柑橘生产、中国的冬 小麦和柑橘等生产常 因冻害而遭受巨大损 失。
1.低温胁迫的类型
冷害
霜害
冻害
1.1冷害chilling injury
• 指 0℃以上的低温影响植物正常生长发育的现象。 热带、亚热带植物易受害。在中国,冷害经常发生 于早春和晚秋,表现在苗期与籽粒或果实成熟期。
1.2霜害frost injury
• 气温或地表温度下降到0 ℃,空气中过饱和的水汽凝 结成白色的冰晶,称为霜。 由于霜的出现而使植物受 害称为霜害。
研究展望
• 膜脂的组成、结构和状态的变化如何影响细胞的 生理代谢，进而改变细胞的生理状态。
• 低温下膜稳定性机制和膜损伤机制的研究。 • 与育种学结合,研究育种中植物抗冷性诊断的可靠
生理选择指标。 • 植物抗冷化学调控机制和抗冷保护剂的研究。 • 植物抗冷性的基因工程的研究。
Thank you
• 当植物处于低温等逆境时,过氧化氢清除系 统首先受损,有害的活性氧增多。同时过氧 化氢累积,可以使SOD失活,严重损坏活性氧 清除体系,因此,过氧化氢的清除是对细胞的 一种解毒作用。
2.4低温胁迫对植物细胞中渗透调节物质的影响
• 植物受到非生物胁迫时,植物体常通过自身 的防御网络来调控相关的代谢途径,产生渗 透调节物质以降低或消除胁迫的伤害。如 脯氨酸，甜菜碱，其他渗透物质，包括蔗 糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等，在低温逆 境下植物体内常常积累大量的可溶性糖。
3 植物适应低温的生理机制
• 3.1 植物抗低温基因及抗低温蛋白 • 3.2 细胞骨架在植物抗低温中的作用 • 3.3 糖代谢
3.1植物抗低温基因及抗低温蛋白
• 低温锻炼和植物激素处理均能提高植物对 低温的抗性并诱导产生冷反应基因，如拟 南芥对冷反应的基因主要COR基因。有四 个基因家族，且每个家族由2个以串连连锁 的墓因组成。这些冷反应基因编码的多肤 产物均具有亲水特性、简单的氨基酸组成( 即仅由几种氮基酸组成)和重复的氨墓酸序 列,且在水相缓冲液中呈可溶状。
3.3糖代谢
• 经低温处理的拟南芥, 其 α- 酮戊二酸、延 胡索酸、苹果酸和柠檬酸等三羧酸循环中 的代谢物中间产物含量增加, 于是植物御寒 能力增强。众所周知, 三羧酸循环中的众多 中间产物均参与蛋白质和核酸等胞内的代 谢过程。
4 提高植物抗寒性的措施
• 4.1 抗寒锻炼 • 4.2 Ca和CaM
3.2 细胞骨架在植物抗低温中的作用
• 大量研究表明细胞骨架不仅在维持细胞形态,保持 细胞内部结构的有序性中起重要作用,而且与细胞 运动、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表 达、细胞分化等生命活动密切相关。
• 由于植物激素在提高植物抗低温和提高微管抗冷 稳定性方面具有重要的作用,而且植物激素是植物 抗低温基因表达的启动因子之一,因而我们推测激 素处理诱导产生了新的冷反应基因,其中有些基因 产物可能具有稳定微管结构的作用,即GA诱导的 mRNA合成过程可能参与微管的动态变化过程。
2 低温胁迫下植物生理生化反应
• 2.1 低温胁迫对植物膜系统的影响 • 2.2 低温胁迫对植物光合作用的影响 • 2.3 低温胁迫对酶活性的影响 • 2.4 低温胁迫对植物细胞中渗透调节物质的
影响
2.1 低温胁迫对植物膜系统的影响
• 植物在低温驯化过程中有许多生理生化变化, 其中最明显的是膜脂相的改变。低温对膜脂 的直接影响是改变膜脂成分的含量及其脂肪 酸组成,特别是脂肪酸组分的变化与膜的流动 性和稳定性关系密切。
L/O/G/O
植物在低温条件下的生理生化反应及其适 应低温的生理机制 植物在低温条件下
学号：3130440 姓名：李勇
苗木生理生态课程作业
低温胁迫
在植物生长发育过程中，温度作为一个重 要的环境因子对于植物的生长发育起着至关 重要的作用。许多植物都面临着寒害的问题 ，植物在低温条件下会遭到不同程度的伤害 ，严重时甚至会导致植株死亡。低温胁迫会 大大降低农作物的Βιβλιοθήκη Baidu量和品质。因此，提高 植物的抗寒性对农业具有十分重要的意义。
4.1 抗寒锻炼
• 化学控制：此法主要通过喷施一些化学药物（如 ABA）来控制生长和提高抗寒能力。
• 综合措施:(1)及时播种、培土、控肥、通气，促进 幼苗健壮，防止徒长，增强素质，提高抗冻能力。 (2)寒流霜冻来临前进行冬灌、熏烟、盖草，以抵 御寒流袭击。(3)合理施肥，提高钾肥比例。(4)早 春育苗，采取保护性措施，如采用薄膜苗床或地 膜覆盖及塑料大棚栽培对防止冻害都有很好效果。
4.2 Ca和CaM
• 钙有防止膜损伤和渗漏,稳定膜结构和维持 膜的完整性的作用。近年来有关钙与植物 抗逆性的研究越来越受重视,并已建立了较 为完整的植物细胞内钙信使系统的概念,即 构成刺激-信使-反应偶联的体系。
• CaM拮抗剂可以降低Ca2+提高原生质体抗 寒性的作用,因此可以认为钙信使系统通过 调节能提高原生质膜稳定性和原生质体活 力的代谢过程,起到提高原生质体抗寒力的 作用。
• 当植物受到低温胁迫时主要是通过提高不饱 和脂肪酸的含量和比例来提高抗寒性。低温 对膜脂及其脂肪酸的影响也与胁迫温度、时 间及光强等因素有关。对于外界温度的变化, 生物膜本身能够对膜脂的不饱和度进行调整, 以改善低温下膜的流动性。
2.2 低温胁迫对植物光合作用的影响
• 低温对光合作用最明显的影响是引起光合速 率的下降,植物体内活性氧代谢失调引发的生 物膜结构和叶绿体结构的破坏是导致光合作 用下降的主要原因。