植物逆境生理学

植物逆境生理学

课程论文

论文题目：植物的抗性生理

学院：经济与管理学院

专业班级：财务管理 1 1 0 5 姓名学号：郑磊（20111965）

完成时间：2013 年 05 月 16 日

植物的抗性生理

姓名：郑磊班级：经济与管理学院财务管理1105 学号：20111965

摘要：对植物产生伤害的环境成为逆境。逆境会伤害植物，严重时会导致死亡。逆境可分为生物胁迫和非生物胁迫。其中生物胁迫有病害等，非生物胁迫有寒冷，高温，干旱，盐渍等。有些植物不能适应这些不良环境，无法生存，有些植物却能适应这些环境，生存下去。这种对不良环境的适应性和抵抗力叫做植物抗逆性。植物抗性生理是指逆境对生命活动的影响，以及植物对逆境的抵御抗性能力。

关键词：抗冷性抗冻性抗热性抗旱性抗涝性抗盐性抗病性

引言：抗性是植物长期进化过程中对逆境的适应形成的。我国幅员辽阔，地形复杂，气候多变，各地都有其特殊的环境，抗性生理与农林生产关系极为密切。我们研究植物的抗性生理，对农作物产量的提高，保护森林等具有重要的意义。

1.植物的抗冻性

植物为抵抗低温环境(冰点以下的低温使植物组织内结冰引起的伤害称为冻害. 此文所指低温通指冰点以下温度.) ,在生长习性、生理生化、遗传表达等方面有各种特殊的适应特性即为植物的抗冻性。（植物抗冻性研究进展，代红军，曾洪学,2006）

1.1 冷冻伤害及低温驯化植物生理生化变化研究表明, 植物冷害首先发生在细胞膜系统。已经证明: 膜系统损伤首先是冷冻引发的严重脱水所致。低温引起植物胞外或胞内结冰, 由于胞外空间冰点较高且有一些灰尘或冰核细菌作冰核, 所以胞外先于胞内形成冰晶。冰晶溶液比液态溶液的水势低得多, 并且温度越低水势差值越大, 因而胞内的水分通过质膜流出, 导致细胞严重脱水。脱水会对细胞产生多种伤害, 包括膜的结构和功能低温还会使蛋白质变性,冷敏感水稻细胞液泡膜ATP酶等酶活性降低, 而质膜ATP酶活性变化小。植物抗寒及其基因表达研究进展。

1.2 影响植物抗冻性的物质

1. 2. 1 甜菜碱与植物的抗冻性甜菜碱是一种季胺类化合物,它作为一种重要渗透调节物质,积累在细胞质内保持与液泡渗透平衡,对低温胁迫条件下植物的生长发育具有如下保护作用: ①维持低温条件下酶的活性。②通过保持光系统 II 复合体蛋白的稳定性来保持低温胁迫下光系统的活性。

1. 2. 2 稀土与植物的抗冻性作物施加低浓度的稀土后,其抗冻性将大幅度增强. 其作用机制一方面是稀土提高了超氧化物岐化酶(SOD) 和过氧化氢酶(CA T)的活性而消除因逆境而产生的自由基毒害;另一方面,稀土离子直接参与消除 O-2 的作用,以保护生物膜不被逆境破坏. 稀土元素可以消除自由基,提高植物抗冻性,但施用稀土的剂量、时间、土壤类型、植物物种等问题还有待进一步研究。

1. 2. 3 脯氨酸、可溶性糖与植物的抗冻性渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖是植物抵御低温的重要保护性物质, 能降低冰点、提高原生质保护能力,保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝聚.赵黎芳等用不同浓度的 NaCl 溶液预处理扶芳藤新品种“红脉”,以测定经不同方式预处理后对幼苗抗寒性的影响. 结果表明,实验组与对照组相比,脯氨酸含量经不同方式处理后有显著上升( P < 0. 05) ，可溶性糖含量经上述处理后分别达到对照处理的 2. 69 和 3. 57 倍,与对照差异显著( P < 0.

05) 。表明:脯氨酸、可溶性糖含量的积累从不同程度和方面提高了扶芳藤幼苗对低温的适应能力。

1.3 植物抗冻性举例

电镜细胞化学观察结果表明,甜玉米种苗经 11℃ 8 d 锻炼后,其质膜 Ca2 + 2ATPase 在 2 ℃冷胁迫后仍保持高活性,甚至有某些提高。而未经锻炼的种苗在同样低温处理后,质膜 Ca2 + 2ATPase 活性丧失,遭受冷害。

1.4 植物的抗冻蛋白植物抗冻蛋白(A FP) 是植物体经低温诱导后产生的一类具有热滞活性和重结晶抑制活性的抗逆蛋白, 普遍存在于越冬植物体内, 通过抑制细胞外重结晶和控制冰晶生长, 从

而避免了大冰晶对机体的损伤。（抗冻蛋白和冰核蛋白对植物抗冻性能的作用机制，樊绍刚等，2009

2 植物的抗旱性

干旱、盐碱和低温（冷害）是强烈限制作物产量的大非生物因素，其中干旱造成的损失最大，其损失量超过其他逆境造成损失的总和。干旱对植物生长和繁殖、农业生产和社会生活有着极其重要的影响，其对世界作物产量的影响，在诸多自然逆境中占首位，其危害程度相当于其他自然灾害之和。因此，干旱是制约植物生长发育的主要逆境因素，研究植物的抗旱性对农业生产实践及稳定荒漠生态具有极其重要的作用。另外，抗干旱植物对抵御风沙等自然灾害、稳定干旱区环境，亦起着不容忽视的作用。

2.1 干旱对植物的影响干旱对植物的生长发育及生理生化代谢的影响主要集中在以下几个方面：

①破坏膜透性，使细胞内容物外渗，影响细胞器的结构和膜脂———蛋白质组分。②膨压降低，细胞分裂减慢甚至停止，因而细胞生长受抑制，同时造成水分按水势大小重新分配，以致使老叶过早枯萎、脱落。③设法关闭气孔，减少 CO2 的供应，以影响叶绿体的结构而造成光合作用减弱。

④减少内源激素中促进生长的激素，延缓或抑制生长，使 ABA 大量增加，而 CTK 减少，刺激乙烯的产生。根系合成的 ABA 又作为一种根源信号物质，通过木质部蒸腾流到达地上部分，调节地上部分的生理过程，而实现植物对干旱胁迫的适应。⑤减少蛋白质合成，使游离氨基酸和甜菜碱增多。⑥促进活性氧积累，导致脂质过氧化。

2.2 干旱伤害植物的机理干旱对植物的影响通常易于观察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的实质是因为缺水导致植株内部组织、细胞等结构发生了物理或化学变化，如膜的结构和透性改变。由于结构变化导致代谢过程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用减慢，蛋白质分解，脯氨酸积累，核酸代谢受阻，激素代谢途径改变等。植物体内水分分配出现异常，抑制植物生长，更为严重的是引起植株机械性损伤，导致植株死亡。（提高植物抗旱性的有效途径，赵景娣，2009）

2.3 渗透调节水分胁迫条件下会积累有机分子相溶性溶质或渗压剂，有效地提高植物的渗透调节能力、增强植物的抗逆性。如脱落酸，脯氨酸，甜菜碱等。

2.4 活性氧清除植物受到水分、盐分胁迫时，产生活性氧，对细胞造成损伤，具体表现在 4 个方面：1.活性氧能与酶的巯基或色氨酸残基反应，导致酶失活； 2.活性氧会破坏核酸结构，攻击核酸碱基，使嘌呤碱和嘧啶碱结构变化，导致变异出现或变异的积累；

3.DNA 是蛋白质合成的信息，由于活性氧对 DNA 复制过程的损伤，从而妨碍蛋白质合成；

4.启动膜脂过氧化反应，使维持细胞区域化的膜系统受损或瓦解。大量的研究实验表明，植物体内广泛存在的抗氧化酶系统（超氧化物歧化酶 SOD、过氧化氢酶 CAT、过氧化物酶 POD 等）能有效清除活性氧，保证细胞正常的生理功能，维持其对干旱胁迫的抗性。有研究表明，耐旱植物在逆境条件下能使保护酶活力维持在一个较高水平，有利于清除自由基降低膜脂过氧化水平，从而减轻膜伤害程度。（植物抗旱机理研究，张彤，齐麟,2005）

3植物的抗涝性

3.1 涝渍胁迫对植物的危害水涝胁迫主要限制光合作用与有氧呼吸, 而促进无氧呼吸, 也有一些植物在水涝胁迫下光合本身并不改变, 但光合产物输出受阻, 因产物抑制而降低了光合速率。淹水除了造成土壤缺 O 2 外, 对植物还有“水套作用”引起植物体无氧呼吸, 产生乙醇等有毒中间产物, 从而使 , 植物发生某些适应性变化, 如促进叶片衰老、脱落, 茎直径增加, 通气组织形成, 产生不定根等, 其本质是淹水引起生长素和乙烯相互作用, 引起植物体各部分生长变化。

3.2 不同林木基因型对涝渍的反应不同木本植物耐涝性有较大差异, 种源、家系和无性系间耐涝性也有显著差异。涝渍胁迫下, 抗性不同的植物根系生长情况和生物量差异很大, 抗涝性强的植物仅部分初生根死亡, 茎基部形成不定根。