非生物胁迫对植物和代谢的影响
激素和非生物胁迫对花生叶片白藜芦醇及其代谢产物合成的影响
２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＡ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆＨ ａ ｉ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｄ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ ７ １ ７ ３ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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植物在非生物胁迫下代谢组学与转录组学的研究进展
植物在非生物胁迫下代谢组学与转录组学的研究进展一、本文概述随着全球气候变化的加剧，非生物胁迫如干旱、高温、盐碱等已成为影响植物生长和产量的重要因素。
为了深入理解和应对这些环境压力，植物代谢组学和转录组学的研究逐渐受到广泛关注。
本文旨在概述植物在非生物胁迫下的代谢组学和转录组学研究的最新进展，探讨这些技术在揭示植物响应非生物胁迫机制中的应用，以及未来可能的研究方向。
文章将首先介绍代谢组学和转录组学的基本概念和研究方法，然后重点分析近年来在植物非生物胁迫响应领域的代谢组学和转录组学研究成果，最后讨论这些技术在实际应用中的挑战和前景。
二、非生物胁迫的类型及其对植物的影响非生物胁迫是植物在生长和发育过程中面临的主要环境压力之一，包括但不限于盐胁迫、干旱胁迫、冷胁迫、热胁迫、重金属胁迫以及UV辐射等。
这些胁迫条件通常会对植物的生长、发育和生理代谢产生显著影响，严重时甚至导致植物死亡。
盐胁迫主要发生在盐碱地或海水灌溉地区，过高的盐浓度会导致植物细胞内的渗透压失衡，从而影响细胞的正常功能。
干旱胁迫则常见于水资源短缺的地区，长时间的干旱会导致植物水分亏缺，影响光合作用和其他代谢过程。
冷胁迫和热胁迫则分别由低温和高温引起，它们会干扰植物细胞的膜结构和酶活性，从而影响植物的正常生长。
重金属胁迫通常发生在工业污染地区，过量的重金属会干扰植物体内酶的活性，造成代谢紊乱。
UV辐射则主要来自太阳，过量的UV辐射会损害植物细胞的DNA和蛋白质，对植物造成直接伤害。
为了应对这些非生物胁迫，植物会启动一系列的生理和分子机制。
在代谢组学层面，植物会通过调整代谢途径，合成和积累一些特定的代谢产物，如渗透调节物质、抗氧化物质等，以维持细胞的正常功能。
在转录组学层面，植物会调整基因的表达模式，表达和上调一些与胁迫响应相关的基因，如转录因子、激酶等，以响应和适应胁迫环境。
研究植物在非生物胁迫下的代谢组学和转录组学变化，有助于深入理解植物应对环境压力的机制，为植物抗逆性的遗传改良和农业生产的可持续发展提供理论依据。
植物非生物胁迫的研究进展
植物非生物胁迫的研究进展作者：于新海李濛周红昕来源：《农业与技术》2016年第09期摘要：植物生长的自然环境是由一系列复杂的生物胁迫和非生物胁迫构成。
且植物对这些胁迫的反应同样复杂，其中干旱、水淹、冷、高盐等非生物胁迫对植物的危害尤为严重。
文章对国内外近年来植物非生物胁迫响应机制、转录因子在非生物胁迫过程中的作用和基因工程对培育具有非生物胁迫耐受性作物的应用进行讨论。
关键词：非生物胁迫；转录因子；基因工程中图分类号：Q789 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532020在植物生长过程中会受到各种各样的非生物胁迫或生物胁迫，其中非生物胁迫包括盐碱胁迫、干旱胁迫、冷胁迫、热胁迫等等因素。
为了适应在各种不同胁迫条件下的生存环境，植物进化出了响应不同胁迫信号刺激的调控途径。
当植物受到这些胁迫条件胁迫后，将会激活植物体内响应该胁迫的调控途径，使植物能够抵抗该胁迫，从而生存下去。
因此，研究植物的耐非生物胁迫可以帮助科学家们了解植物是如何抵御外界环境胁迫及通过哪些关键途径来进行调节。
目前，随着全测序成本的降低，已经完成了拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）、玉米（Zea mays L.）、大豆（Giycine Max L.）、水稻（Oryza sativa L.）、苹果（Malus domestica.）等许多物种的全基因组测序[1]。
结合全基因组测序结果、差异转录组分析结果和大量基因的功能分析，发现转录因子在这一过程中起着重要作用，其中转录因子包括MYB和AP2/ERF等家族。
当植物受到生物或非生物胁迫刺激后，会激活脱落酸、乙烯等信号途径，从而激活转录因子的表达，再通过转录因子结构域内的反式作用元件特异性结合到下游靶基因启动子区域的顺式作用元件上，来激活或者抑制下游功能基因的表达来完成调节作用。
这一过程中，最终需要通过基因来行使功能，因此本文重点讨论植物非生物胁迫反应中主要的可能机制。
植物对生物和非生物胁迫的响应
植物对生物和非生物胁迫的响应植物作为生命体，面对各种胁迫环境时，会采取一系列的生理和生化反应来适应并保护自身。
这些胁迫可以分为生物胁迫和非生物胁迫两类。
生物胁迫主要指的是来自其他生物体的攻击，如病原微生物、害虫等；而非生物胁迫则是指来自环境的压力，如高温、干旱、盐碱等。
本文将探讨植物对这两类胁迫的响应机制。
一、生物胁迫的响应生物胁迫是植物生长过程中常遇到的挑战之一。
植物通过一系列的防御机制来抵御病原微生物和害虫的侵袭。
其中，最为重要的是植物的免疫系统。
植物的免疫系统主要分为两个层次：PTI（PAMP-triggered immunity）和ETI（effector-triggered immunity）。
PTI是植物对于病原微生物普遍存在的分子模式（PAMPs）的识别和防御反应。
当植物感知到外界存在病原微生物时，会迅速启动PTI反应，包括产生一系列抗菌物质、增强细胞壁的抗性和调控相关基因的表达等。
这些反应的目的是阻止病原微生物的入侵和扩散。
然而，某些病原微生物会通过分泌特定的效应物质（effectors）来干扰植物的PTI反应，从而导致病原微生物的侵染。
为了应对这种情况，植物进一步启动ETI反应。
ETI是一种高度特异性的免疫反应，它依赖于植物与病原微生物效应物质的特异性互作。
当植物感知到病原微生物的效应物质时，会迅速启动ETI反应，包括产生一系列的抗菌物质、激活细胞死亡程序（HR，hypersensitive response）和调控相关基因的表达等。
这些反应的目的是通过限制病原微生物的生长和扩散来保护植物。
二、非生物胁迫的响应除了生物胁迫外，植物还要面对各种非生物胁迫，如高温、干旱、盐碱等。
这些胁迫会对植物的生长和发育产生严重影响，甚至导致植物死亡。
为了适应这些胁迫环境，植物会采取一系列的生理和生化反应来保护自身。
在高温胁迫下，植物会启动热休克反应。
热休克反应是植物在高温环境下产生的一系列保护性蛋白质的合成和积累。
盐胁迫对植物的影响及植物盐适应性研究进展
盐胁迫对植物的影响及植物盐适应性研究进展一、本文概述盐胁迫，作为一种常见的非生物胁迫，对植物的生长和发育具有显著影响。
在盐碱地等极端环境中，植物常常面临高盐浓度的挑战，这对其生理代谢和生存策略提出了严峻的要求。
为了适应这种环境压力，植物发展出了一系列的盐适应性机制。
本文旨在综述盐胁迫对植物的影响，包括生长抑制、光合作用降低、离子平衡失调等方面，并深入探讨植物在盐胁迫下的适应性研究进展，包括离子转运、渗透调节、抗氧化防御等多个方面。
通过对这些适应性机制的研究，我们不仅可以更好地理解植物如何应对盐胁迫，而且可以为植物耐盐性的遗传改良和盐碱地的生态恢复提供理论支持和技术指导。
二、盐胁迫对植物生理生态的影响盐胁迫是指土壤中含盐量过高，对植物的生长和发育造成不良影响的环境压力。
盐胁迫对植物的影响表现在多个层面，涉及生理、生态、形态和分子等多个方面。
在生理层面，盐胁迫首先影响植物的水分平衡。
由于土壤中的高盐浓度，植物吸水变得困难，导致细胞内外的渗透压失衡，进而引发细胞脱水和生理功能紊乱。
盐胁迫还会破坏植物的光合作用系统，降低叶绿素的含量和光合效率，从而影响植物的光能利用和有机物的合成。
在生态层面，盐胁迫导致植物群落的结构和组成发生变化。
盐胁迫下，一些耐盐性强的植物种类或品种可能获得竞争优势，而一些对盐敏感的植物则可能因无法适应而死亡或生长受阻。
这种植物群落的演替过程可能导致生物多样性的降低，影响生态系统的稳定性和功能。
在形态层面，盐胁迫会导致植物出现一系列适应性的形态变化。
例如，耐盐植物往往具有较厚的叶片和茎秆，以减少水分蒸发和盐分积累；根系也更加发达，以增加对水分和养分的吸收面积。
一些植物还会通过减少地上部分的生物量分配，增加地下部分的生物量分配来适应盐胁迫环境。
在分子层面，盐胁迫会引发植物体内一系列的生理生化反应和基因表达变化。
例如，植物会通过调节渗透调节物质的合成和积累来维持细胞内外渗透压的平衡；一些与盐胁迫相关的基因也会被诱导表达，编码耐盐相关的蛋白质或酶类，以增强植物的耐盐能力。
植物响应非生物胁迫的分子机制
植物响应非生物胁迫的分子机制植物在生长过程中，经常要面临很多非生物胁迫，如低温、高温、干旱、盐碱等，这些胁迫条件都会对植物的生长和发育产生很大的影响。
为了应对这些胁迫条件，植物会通过一些分子机制来响应非生物胁迫，从而保持正常的生长和发育。
1. 激素参与的非生物胁迫响应植物激素是调节植物生长和发育的一种重要分子，不仅在正常生长和发育过程中发挥作用，而且在植物面对非生物胁迫时也会发挥作用。
例如，在植物受到干旱胁迫时，脱落酸、乙烯和ABA等激素的含量会明显增加，从而促进植物的抗旱能力；在植物受到盐胁迫时，植物会产生盐胁迫响应激素（Salt Stress Response Hormones，SSRH）来促进盐离子的转运和分配，以增强对盐胁迫的抗性。
在植物面临非生物胁迫的过程中，细胞内可能会产生很多活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），如超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）等。
ROS不仅是一种代表氧化损伤的有毒物质，而且还是植物信号转导中重要的信号分子。
研究表明，植物通过启动ROS信号通路来响应非生物胁迫，以增强植物的抗性。
如在植物受到干旱胁迫时，蛋白激酶OTA1会被激活并随后会触发ROS信号，从而抵御干旱胁迫。
钙是植物生长和发育中重要的离子，植物细胞内的钙离子含量是非常低的，但低量的钙离子可以引发许多植物响应机制。
当植物面临非生物胁迫时，细胞内的钙离子含量会显著增加，并启动钙信号通路。
钙信号通路参与非生物胁迫响应的机制还很不明确，但有研究发现，在植物受到盐胁迫时，细胞内的钙离子浓度会增加，并参与了植物对盐胁迫的响应。
总之，植物的响应非生物胁迫的分子机制是非常复杂的，其中包括激素参与的机制、ROS信号通路参与的机制和钙信号通路参与的机制等。
对于植物的生长和发育，非生物胁迫是不可避免的，但通过深入研究植物响应非生物胁迫的分子机制，可以为植物的生产和改良提供科学依据，进一步提高植物的抗逆性和适应性。
植物生理学11.第十章-植物对生物和非生物胁迫的反应
1.1 渗透保护物质在抗旱耐盐中作用
渗透调节（osmotic adjustment)
指耐旱植物可以调节 它们的溶质势以抵消暂时 或长期的水分胁迫，是植 物细胞中溶质颗粒数目净 增加的结果。渗透调节在 帮助植物顺应干旱或盐性 环境中起到关键作用。
渗透保护物质 (Osmoprotectant)为可 混溶溶质，许多植物在 水分胁迫条件下会积累 小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。
Introduction
植物抗胁迫的机制 ➢ 避逆性(stress
avoidance):防止接 触胁迫。 ➢ 抗逆性 (stress tolerance)：植物可 以抵抗胁迫。
Introduction
非生物胁迫通常引起植物基因表达模式发生改变
胁迫是可以接受和识别的环境信号；植物识别逆境信号后，该信号 就在细胞之间和整株植物中传递；逆境信号的传递通常会导致细胞水平 上的基因表达发生变化；它又接着影响到整株植物的代谢和发育。
植物水通道蛋白 主要膜内蛋白(MIP) 液泡膜内蛋白（TIP） 质膜内蛋白（PIP）
松叶菊根中MIP基因表达
1.3 水分胁迫诱导的LEA基因
LEA蛋白（late embryogenesis abundant protein)在种子发育 后期和受到水分胁迫的植物营 养组织中积累。
LEA蛋白是一种脱水保护剂,能 够在水分胁迫下保护生物大分 子。
1 缺水胁迫
水资源短缺以及土壤盐渍化是目前制约农业生 产的一个全球性问题,全球20%的耕地受到盐害威 胁, 43%的耕地为干旱、半干旱地区。
引起植物缺水的环境条件 ➢干旱 ➢盐渍 ➢低温
Drought Stress
Drought stress treated
植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学研究
植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学研究随着全球环境的变化和人类活动的影响，植物自然环境中所面临的非生物胁迫日益增加，如干旱、高温、低温、盐碱、重金属、紫外线辐射等。
这些因素对植物的生长和发育产生负面影响，直接威胁植物生存和生产力的繁衍。
因此，了解和探究植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学机制，具有非常重要的科学意义和应用价值。
1. 干旱胁迫对植物生长和发育的影响干旱是非常常见的非生物胁迫之一，它对植物生长和发育产生严重影响。
在干旱环境下，由于水分供应不足，植物叶片会发生凋萎、黄化、闭合等现象，叶面积也会相应缩小。
除此之外，植物的根系也会受到干旱的影响，造成根系生长不良、表面积减少、根毛数量下降等现象。
植物在适应干旱环境的过程中，会自发地发生一系列生理和分子适应性反应。
例如在缺水情况下，植物会自主合成一些特定蛋白质，如水分散失蛋白、耐旱蛋白、脯氨酸等，从而增强其对干旱的抵抗能力。
除此之外，植物的细胞膜结构也具有一定的保护机制，缩短细胞膜磷脂的链长度，增加膜蛋白表达量、增强膜稳定性等，以应对干旱环境。
2. 盐碱胁迫对植物生长和发育的影响盐碱胁迫是非常普遍的非生物胁迫因素，他们极其影响植物的生长和发育，促进一系列生理和形态的变化。
在盐碱环境下，由于盐分的积累，植物细胞内部的水分会逐渐流失，导致细胞萎缩。
同时，盐分会进入到植物的细胞内部，影响细胞膜和代谢活动。
此外，由于盐碱胁迫会破坏土壤环境的平衡，从而导致植物营养物质的平衡失衡。
植物在应对盐碱胁迫的过程中，会启动一系列防御机制。
例如，滴灌盐分水的方式、利用离子自稳定等；同时，植物也会通过调控蛋白质合成，增加钾离子的流量、保障营养物质的稳定性等方法来适应胁迫环境。
3. 重金属、紫外线辐射等非生物胁迫对植物生长与发育的影响除了干旱、盐碱胁迫外，重金属、紫外线辐射等非生物胁迫也极大的影响着植物的生长和发育。
重金属污染会进入植物体内，导致植物细胞内无机离子的累积，进而抑制植物体内其他重要元素的吸收和利用。
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代谢对生物胁迫的适应包括氨基酸、糖和胺代谢途径的适应。
早期代谢反应的适当激活可帮助由胁迫引起的化学和能量的不平衡，这对适应胁迫和生存是至关重要的。
代谢组学是对大量代谢物的定量和定性的系统研究的方法，可了解复杂的代谢网络如何相互作用和它们怎么动态适应胁迫。
（一）植物对生物胁迫的反应处于不利或限制生长的环境下，植物动员多个水平的代谢增强耐受性，通过调整膜系统和细胞壁结构，通过改变细胞循环和细胞分裂速度，通过代谢调节。
在分子水平，许多基因被激发或抑制，涉及到大量胁迫有关基因的精确调控网络。
有关渗透保护剂合成的蛋白质、解毒的酶系统、蛋白酶、运输者和分子伴侣是第一道防线。
一些调控蛋白（转录因子、磷酸酯酶、激酶）和信号分子的激活是与信号转导和胁迫反应基因表达相伴随的。
能量、渗透压和氧化还原失衡是植物对胁迫的最早的反应。
（二）在胁迫环境下的代谢适应：渗透物积累处于胁迫环境下最平常的防御机制是产生和积累可共存的可溶物。
这些可溶物的特征是在细胞环境中很高的溶解性，而且即使有很高的浓度也不抑制酶的活性。
清除ROS以恢复氧化还原代谢，恢复身体平衡以维持细胞膨压，保护和稳定蛋白质及细胞结构是这些渗透保护剂的作用。
脯氨酸是一种渗透保护剂、抗冷剂、信号分子、蛋白质结构稳定剂、ROS清除剂，处于可引起缺水的胁迫时（盐、结冰、重金属、干旱）。
介绍了脯氨酸合成的2种途径及所需的原料和酶。
从转录水平控制与脯氨酸合成有关的酶的表达，可调控植物对胁迫的抗逆性。