植物对逆境的适应
植物对环境逆境的适应能力
植物对环境逆境的适应能力在自然界中，植物是最早与各种环境逆境进行抗争和适应的生物之一。
植物的适应能力令人叹为观止，不论是寒冷的北极还是炎热的沙漠，植物都能找到适应环境的方法。
本文将探讨植物对环境逆境的适应能力，以及其背后的机制。
Ⅰ. 耐寒1. 抗冻蛋白的合成：寒冷的环境会对植物的生长和发育造成严重的影响。
为了应对低温冻害，一些植物会在寒冷季节合成抗冻蛋白，以保护细胞免受冻害。
2. 落叶：一些植物在冬季会主动脱落叶子，降低水分蒸发并减少关键组织的受伤风险。
当环境温度回升时，它们会重新生长新的叶片。
Ⅱ. 耐旱1. 降低蒸腾速率：植物叶片中的气孔是水分蒸腾（失去水分）的主要通道。
为了保持水分平衡，一些植物能够关闭气孔或调整气孔大小，降低蒸腾速率，减少水分的丢失。
2. 增强水分吸收能力：一些植物的根系能够深入土壤中寻找潜在的水源，以增加水分的吸收。
此外，它们的根系还能通过分泌黏胶物质来增加土壤与根系之间的接触面积，促进水分的吸收。
Ⅲ. 耐盐1. 分泌盐腺：盐湖地区的某些植物，如海滩蒿等，具有特殊的腺体，能够分泌过多的盐分，减少盐分在植物体内的积累，以维持细胞的正常功能。
2. 超滤作用：一些植物通过根系的超滤作用来排除多余的盐分。
这种机制通过调节根系细胞的渗透调节来控制盐分的吸收，并保证细胞内的渗透压不受影响。
Ⅳ. 耐酸碱1. 脱毒酶的活化：酸碱环境中的高浓度毒性离子会对植物的幼苗和根系造成伤害。
为了防止细胞受损，植物会产生一种叫做脱毒酶的特殊蛋白，以中和和稀释毒性物质。
2. pH调节：植物细胞内有机酸和无机盐能够调节细胞内部的pH值。
这种调节机制可以使植物能够适应不同酸碱环境下的生长。
总结：植物对环境逆境的适应能力源于其复杂的调节机制和多样化的适应策略。
不同的植物在不同的环境逆境下可能采用不同的生存策略，但其根本目的都是为了保护自身，提高生命力。
通过了解植物的适应机制，我们可以更好地理解自然界的生态平衡和物种多样性保护，并借鉴植物的适应能力来解决现代人类面临的环境问题。
植物的抗逆生理
各酶之间 活性差异
膜脂相变 （液晶—固晶）
骤冷
渐冷
蛋白质变性 或解离
膜破裂（非均一固化） 膜均一固化与紧缩
质膜透性增加 对水透性降低（ 根） 叶绿体、线粒体
膜上酶活性降低
细胞内含物渗漏 失水超过了吸水
抑制光合与呼吸
直接损害
派生干旱损害
代谢破坏 间接损害
冷害的机制图解
提高植物抗寒性的途径
1．低温锻炼 如春季采用温室、温床育苗，在露天移栽前，必须 先降低室温或床温至10℃左右，保持1～2天，移入大 田后即可抗3～5℃的低温；
白质的结构与功能。
2. 甜菜碱
甜菜碱是甘氨酸的季胺衍生物，主要分布于细胞质 中。植物中的甜菜碱主要有12种，其中甘氨酸甜菜 碱是最简单也是最早发现、研究最多的一种。 （1）溶解度大；（2）合成较快；（3）PH中性； （4）无毒，对酶有保护作用；（5）能解除NH4+毒 害
3.可溶性糖
可溶性糖包括蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。低 温逆境下植物体内常常积累大量的可溶性糖。
（2）巯基假说：蛋白质被损伤 细胞质脱水结冰 时，蛋白质分子相互靠近，相邻的-SH形成-S-S-， 解冻时蛋白质吸水膨胀，氢键断裂，-S-S-保留， 蛋白质天然结构破坏，引起细胞伤害和死亡。
低温下植物的适应性变化
植物在冬季来临之前，随着气温的逐渐降低， 体内发生一系列适应低温的生理生化变化，抗 寒力逐渐增强的过程，称为抗寒锻炼（cold hardening）或低温驯化（cold acclimation）
四、逆境蛋白与抗逆性
• 逆境条件诱导植物产生的特异性蛋白质统称
为逆境蛋白(stress proteins)。
1. 热激蛋白
2．低温诱导蛋白
详述植物对逆境胁迫的反应和适应机制
详述植物对逆境胁迫的反应和适应机制
植物对逆境胁迫反应和适应机制
一、植物对逆境胁迫的反应
1、生理反应：给植物带来外界的干扰后，植物的生理功能发生变化，
包括总含水量、光合作用、膜脂质组成等，导致生长受阻；
2、生化反应：当外界胁迫作用于植物，植物将调节自身的生化活性，
进而调节植物细胞的营养物质的积累和组成，促进抗逆免疫活性的形成；
3、遗传反应：当逆境胁迫作用于植物时，植物会诱导特定基因的表达，从而形成抗逆性基因，改变植物对胁迫的反应方式，从而应对逆境。
二、植物适应逆境胁迫的机制
1、浓缩机制：当植物遭受环境胁迫时，植物实体通过减少自身的形态
特征、拮抗酶的活性，抑制水钠离子转运，降低贮藏的汞元素含量等，来适应环境的变化；
2、脱脂机制：在环境胁迫下，植物分泌多种胁迫、抗性脂质，形成一
个专门的反应系统，其通常是棘原体细胞膜脂质和果胶的混合物；
3、逆境信号机制：逆境信号传导贯通了环境胁迫到植物基因应答的生
理过程，即在受到环境胁迫后，线粒体以及其他细胞器中会产生特定
的信号蛋白，导致细胞内信号通路的被激活；
4、营养及水分移动的调节机制：当植物承受外界的逆境胁迫时，将会
激活一系列的营养和水分移动的调节机制，以适应外界的变化，从而维持生理活动的正常状况；
5、气孔及玉米细胞可塑性机制：逆境胁迫可促进植物对气孔导度及玉米细胞结构的调节，进而调节植物对气体交换及光合能力的响应；
6、抗逆性抗氧化酶机制：抗氧化酶具有抗氧化活性，可以抵抗外界环境胁迫所带来的氧自由基反应，令植物的细胞不受损伤，从而抵抗环境的胁迫；
7、其他机制：植物也可以通过酵素抑制、糖代谢调节、分子拼接、染色体、DNA复制和突变等机制，应对环境的不利胁迫。
植物对环境逆境的适应和生长调节
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植物生长调节剂的应用
植物生长调节 剂的作用：促 进植物生长、
发育和繁殖
植物生长调节 剂的分类：生 长素、细胞分 裂素、赤霉素
等
植物生长调节 剂的应用领域： 农业生产、园 林绿化、花卉
栽培等
植物生长调节 剂的使用方法： 叶面喷施、土 壤施用、种子
处理等
植物生长调节与环境因子的关系
光照：影响植物生长激素的分泌，从而影 响植物的生长和发育
表观遗传学在逆境胁迫中的作用
表观遗传学： 研究基因表达
调控的科学
逆境胁迫：对 植物生长产生 不利影响的环
境因素
表观遗传调控： 通过改变基因 表达来适应逆
境胁迫
实例：拟南芥 中的表观遗传
调控研究
植物对环境逆境 适应性的遗传改
良
抗逆性状的分子标记辅助选择
分子标记：DNA标记、RNA标记、 蛋白质标记等
物抗逆性
转基因技术： 将抗逆基因验，评价转基 因植物的抗逆
性
合成生物学在抗逆基因工程中的应用
合成生物学的 概念：通过人 工设计和构建 生物系统，实 现特定功能的
技术
抗逆基因工程 的目的：提高 植物对环境逆
境的适应性
合成生物学在 抗逆基因工程 中的应用：通 过设计和构建 抗逆基因，提 高植物对环境 逆境的适应性
合成生物学在 抗逆基因工程 中的应用实例： 抗旱、抗寒、 抗盐碱等基因 工程的研究与
开发
植物的逆境适应：应对环境挑战的策略
植物的逆境适应：应对环境挑战的策略植物作为自然界中最早适应环境的生物之一，拥有出色的逆境适应能力。
植物在面对各种环境挑战时，采取了一系列策略来保证其生存和繁衍。
以下是一些植物的逆境适应策略：耐旱适应：干旱是植物面临的常见逆境之一。
为了应对干旱，一些植物具备减少水分蒸腾的能力。
它们可能具有厚实的叶片、表皮上具有保护性毛发或鳞片，或者表皮上有降低水分损失的特殊结构。
此外，一些植物还能在水分稀缺时通过收缩根系来减少蒸腾。
耐寒适应：低温环境对植物的生长和发育具有很大的影响。
为了应对寒冷，一些植物能在寒冷季节进入休眠状态，从而避免受到低温的伤害。
还有一些植物能够产生抗冻蛋白，以保护细胞免受冰冻的损害。
耐盐适应：高盐环境（如盐湖、滨海地区）对大多数植物来说是一种逆境。
为了应对高盐环境，一些植物发展出了特殊的生理和解剖结构。
它们可能通过分泌盐分或富集盐分到特定器官来减少对细胞的损害，或者通过根系结构调整来排除多余的盐分。
耐阴适应：阴暗环境下的光照不足会限制植物的光合作用和生长。
为了应对阴暗环境，一些植物具备延长茎干、增大叶片表面积或增加叶绿素含量等特征，以提高光能的吸收效率。
耐火适应：火灾是一种由自然因素或人为因素引起的逆境事件。
一些植物具备抵抗或适应火灾的能力。
它们可能有厚重的树皮、地下组织储存能量以及能迅速再生的种子。
这些特征使得植物能够在火灾后迅速恢复生长。
总之，植物通过多种逆境适应策略来应对环境挑战。
这些策略使得植物能够在各种极端环境中存活并持续繁衍。
这些逆境适应策略在自然界中形成了多样性丰富的植物群落，为生态系统的稳定性和可持续发展做出了重要贡献。
植物对生物逆境的响应和适应机制
植物对生物逆境的响应和适应机制植物在自然环境中受到各种生物逆境的威胁，如干旱、高温、寒冷、盐碱、毒素、病原菌、虫害等。
为了适应这些逆境环境，植物不断进化和发展出多种响应和适应机制，以保证其生存和繁衍的成功。
响应机制植物的生存不仅取决于其生长环境，而且取决于植物对环境的响应能力。
植物对逆境的响应机制主要包括以下几个方面：1. 生长调控植物在面对不同的逆境时，通过改变自身生长状态来适应环境。
例如，对于干旱等逆境，植物会减缓生长速度、缩小叶片面积、增加根系生长、调整生长节律等。
这些反应旨在减轻植物对水分和养分的需求，达到舒缓逆境的目的。
2. 信号传递植物对于逆境刺激会产生一系列的信号转导过程，以及反应适应机制。
其中，植物内源性激素对逆境刺激的响应具有重要作用。
例如，植物会增加ABA的合成，促进茎秆和根系的延长，增大叶片的气孔密度、迅速积累抗氧化剂来适应干旱等环境。
3. 选择适应性基因的表达在面对逆境时，植物的基因表达会发生变化，使其在更加逆境的环境中获得更高的繁殖成功率。
例如，植物会调节抗氧化剂、载体蛋白质、转录因子等基因的表达，进而应对干旱、盐碱等逆境的挑战。
适应机制适应机制在植物长期进化的过程中形成，通过对环境变化的适应来保证植物的生存和繁衍。
植物的适应机制，主要有以下几个方面：1. 长根适应长根是植物适应干旱、盐碱等逆境环境的一种典型适应方式。
长根可以帮助植物进一步深入地获取水分和养分，从而提高其生存能力。
2. 压抑生长适应在逆境环境中，植物的生长会被抑制。
这时，植物会减缓生长速度，以达到适应环境的目的。
这种压抑生长适应机制可以让植物更容易调整其生长状态来适应不同的环境。
3. 快速繁殖适应在极端环境下，植物会选择快速繁殖而不是长期生存。
例如，早熟现象可以使得植物在较短的生命周期内完成生殖，并产生尽可能多的后代，从而完成了物种的繁衍。
结语：总的来说，植物对生物逆境的响应和适应机制多种多样，其中生长调控、信号传递和选择适应性基因的表达三种响应机制，以及长根适应、压抑生长适应和快速繁殖适应等三种适应机制是植物应对逆境的重要手段。
植物的逆境适应机制
植物的逆境适应机制逆境是指植物生长发育时遭受到环境不良因素的影响，如高温、低温、干旱、盐碱等。
逆境条件下，植物需要迅速调整其生理、生化和形态结构，以适应环境的变化，保证其生存与繁衍。
植物的逆境适应机制主要包括抗氧化应答、胁迫蛋白的表达、调节物质的合成和积累、根系结构的调整等方面。
一、抗氧化应答逆境时，植物体内产生过多的活性氧自由基，对细胞膜、蛋白质和核酸等产生损伤。
植物通过一系列抗氧化反应来清除过氧化物和自由基，减轻逆境对植物的伤害。
例如，植物会合成抗氧化酶如超氧化物歧化酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化酶等，来中和和清除活性氧自由基。
此外，植物还会合成一些低分子量的抗氧化物质如谷胱甘肽和类胡萝卜素等，以增强其对氧化胁迫的抵抗能力。
二、胁迫蛋白的表达逆境条件下，植物会产生一系列胁迫蛋白，它们能够参与到抗逆过程中，保护细胞的正常功能。
比如，热激蛋白能够保护蛋白质不发生异常折叠和聚集，维持良好的细胞内环境。
而且，热激蛋白可以作为分子伴侣，帮助其他蛋白质正确折叠和组装。
此外，还有胁迫相关蛋白、防御酶和胁迫相关转录因子等，它们的表达调控能够提高植物的耐受力，维持细胞内稳态。
三、调节物质的合成和积累植物在逆境条件下会合成一些特定的物质，以适应环境的变化。
比如，当植物遭受干旱胁迫时，会合成脯氨酸作为干旱胁迫的信号分子，进而激活一系列的逆境反应。
此外，植物还会合成类黄酮、脂肪酸和无机盐等，以增加细胞膜的稳定性和抗寒性。
这些调节物质的产生和积累有助于植物在逆境环境下维持生命活动。
四、根系结构的调整植物根系结构的调整是植物在逆境环境下的一种适应机制。
当植物遭受干旱胁迫时，根系会向更深的土层生长，以寻找更深层土壤中的水分和养分。
此外，植物的根系还会产生更多的毛细根和侧根，以增加根系的吸收面积。
这些调整使植物能够更好地适应干旱或贫瘠的土壤环境。
综上所述，植物的逆境适应机制是植物在面对环境不良因素时的一种生存策略。
通过抗氧化应答、胁迫蛋白的表达、调节物质的合成和积累、根系结构的调整等方式，植物能够迅速适应逆境环境，保证其生存与繁衍。
植物对逆境的适应性
植物对逆境的适应性植物作为生物界中最具适应性的一类生物之一，具备了强大的逆境适应能力。
无论是大自然中的恶劣环境还是人类活动所带来的负面影响，植物都能通过一系列的生理和形态调整来适应和克服逆境。
本文将从生理和形态两个方面探讨植物对逆境的适应性。
一、生理适应性1.1 耐旱适应在干旱环境中，植物需要有效地保持水分。
植物会通过减少蒸腾速率来降低水分流失，如植物叶片上的气孔可以逐渐关闭，减少水分蒸发。
部分植物还会通过生长深度延长根系，以吸收更多的地下水。
另外，一些植物会在干旱期间积累大量的有机溶质，如脯氨酸和蔗糖，来保持细胞内的水分平衡。
1.2 耐寒适应寒冷的环境对植物生长和发育有一定的负面影响。
植物会通过提高细胞膜的稳定性来应对低温胁迫，如增加膜脂双层中的不饱和脂肪酸含量，以增强膜的流动性。
同时，植物还会在低温下积累大量的可溶性糖类和脯氨酸，以稳定细胞内的渗透压，抵抗低温对细胞的冻结损伤。
1.3 耐盐适应高盐环境对植物生长和发育造成严重的影响。
植物会通过调节渗透调节物质的积累来减轻盐胁迫，如积累低渗溶质（如脯氨酸和酚类物质）来降低细胞内离子浓度，以维持细胞内稳定的渗透压。
此外，一些植物还会调节离子进入根部和在植物体内的分配，以减少对盐湖胁迫的敏感性。
二、形态适应性2.1 根系适应植物的根系结构可以根据生长环境的不同而发生变化。
在干旱环境中，植物的根系会发展成为深入地下的主根，以吸收更多的水分。
而在盐碱地等高盐环境下，植物的根系会变得发达且丰富，以增加吸收盐分的能力。
2.2 叶片适应叶片是植物进行光合作用的主要器官，对光照和气候条件非常敏感。
植物会通过调整叶片特征来适应不同的环境。
在寒冷环境下，植物的叶片会变得更小更厚，并且覆盖着保护性的毛发，以减少水分蒸发和热量散失。
而在干燥环境下，植物的叶片会变成针状或者扁平的形状，以减少水分散失。
2.3 生长节律适应植物的生长过程受到昼夜温度的变化以及季节变化的影响。
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膜脂中的MGDG（单半乳糖二甘油脂）与盐分 进入植物体有关。
MGDG↑→吸收矿质多，运输快，不抗盐 MGDG↓→吸收矿质少，运输慢，抗盐
膜脂与抗旱：
饱和脂肪酸含量越高，抗旱力越强
（二）胁迫蛋白
逆境条件下，植物体内会诱导合成部分新蛋白， 这些蛋白对于植物细胞耐受逆境刺激，平稳度 过不良环境具有重要作用。
这些蛋白包括： 1、热激蛋白：heat shock protein 2、冷调节蛋白：cold regulated protein 3、渗压素：osmotin 4、厌氧多肽：anaerobic polypeptide
热激蛋白
（三）活性氧
• 自由基：氧化能力极强，可破坏许
多生物大分子。 逆境使自由基大量积累，主要危害： （1）膜脂过氧化，膜完整性被破坏。 （2）膜脂产生脱脂化作用，磷脂游 离，膜结构破坏。
一、逆境 (stress) 对植物代谢的伤害：
逆境：使植物产生伤害的环境，又叫胁
迫。包括生物因素和非生物因素。
逆境对代谢的影响：
（1）破坏细胞膜结构完整性。（2）影响 酶活性。 （3）大分子物质分解失活 （4）内源脱 落酸水平↑
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。
抗冻植物
木 麻
金 丝 瓜
第四节 植物的抗热性
１．高温对植物的危害：
间接危害( 饥饿、氨中毒、蛋白质破坏） 直接伤害（生物膜破坏，蛋白质变性）
２．内外条件对耐热性的影响：
（1）内部因素：
喜冷植物：0-15℃最适生长。 中生植物：10-30℃最适生长。 喜温植物：30-65℃喜温植物：45℃以上受害 极度喜温植物：65-100℃受害
• 自由基的消除：
SOD（超氧化物歧化酶）， H2O2酶可有效清除自由基，消除危 害。
（四）渗透调节
渗透调节：
水分胁迫时植物体内积累某些有机物质，提高细胞液浓度， 降低其渗透势，使植物得以保存体内水分，适应缺水环境的 现象。
渗透调节物质：
（1）脯氨酸（Pro） A．作为渗调物质，维持胞内渗透压，防止水分丧失。 B．保持膜完整性，增强膜蛋白分子之间的水和作用。
（一）．植物对抗寒的生理适应
1．适应方式： （1）形成干种子、埋于土中的延存器官（鳞茎、块茎）。 （2）抗寒锻炼： 2．抗寒锻炼中发生的生理生化反应： （1）植物含水量下降 （2）呼吸减弱 （3）脱落酸含量增多 （4）生长停止，进入休眠 （5）保护物质增多
（二）．内外条件对抗寒性的影响
▪ 内部因素： ▪ 外界条件：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（四）．抗冻基因和抗冻蛋白
▪ 抗冻基因（angtifreeze gene)如拟南芥
cor15,cor6.6等基因，油菜的BN28,BN15
▪ 抗冻基因（antifreeze protein）当植物遭遇低温
时，叶片表皮细胞饿细胞间隙周围的细胞会形成 特殊的蛋白质，与水晶表面结合，抑止或减缓水 晶进一步向内生长．
（一）生物膜与抗性
膜脂与抗冷
（1）膜脂相变：
生物膜的膜脂在温度低到一定程度时，由液晶态变成 凝胶态的现象。相变结果使原生质流动↓，透性↑，生理生 化反应受伤。
（2）影响膜流动性的因素。
A、不饱和脂肪酸： 含量越高，膜流动性越强，抗冷性也越强
B、磷脂： 含量高，流动性好，抗冷性强
生物膜结构
（一）生物膜与抗性
（三）．影响冷害的内外条件
（一）．内部条件 不同作物对冷害的敏 感不同．
（二）．外界环境 低温锻炼对提高喜温 的 抗寒性是有一定效果的．植物生长速 率与抗寒性强弱呈负相关．
提高植物抗冷性的措施
第三节 植物的抗冻性
植物对冻害的生理适应 内外条件对植物抗冻性的影响5 冻害的机制 冻害基因和抗冻蛋白
（2）甜菜碱： （3）K+
（五）脱落酸
▪ 逆境时脱落酸的变化：
逆境促进胞内脱落酸水平升高，提高植物的抗性。 （1）减少膜伤害 （2）减少自由基对膜的破坏 （3）促进渗透物质积累 （4）减少水分丢失
▪ 交叉适应：cross adaptation
植物与不良环境反应之间的相互适应作用。 交叉适应引起物质： 脱落酸
第二节 植物的抗冷性
一.冷害过程的生理变化 二.冷害的机制 三.影响冷害的内外条件
（一）．冷害过程的生理生化变化
1.胞质环流减慢或停止 2.水分平衡失调 3.光合速率减慢 4.呼吸速率大起大落
（二）．冷害的机制
膜脂的物理状态影响膜蛋白的活性，可以调节离子和其他溶 质的运输．
脂肪酸含量
（1）温度：逐渐降温促使植物进入休眠，抗寒力提高。 （2）日照：短日↑脱落酸↑→休眠，抗性↑ （3）光强 （4）土壤含水 （5）土壤中元素
光照长短对叶子的影响
(三)、冷害的机制
▪ 细胞间结冰伤害（通常温度下降的时候，
细胞间隙中细胞壁附近的水分结成冰）
▪ 细胞内结冰伤害（温度迅速下降，胞间隙
结冰，胞内也结冰，然后液泡结冰）
植物抗性生理
南京晓庄学院生命科学系
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。
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。
第一节 抗性生理通论
逆境对植物代谢的伤害： 植物对逆境的适应： 提高作物抗逆性的生理措施
抗冷植物
不抗冷植物
主要脂 肪酸
棕榈酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 亚麻酸
不饱和 比饱和
花椰菜芽 萝卜根 豌豆苗
21.3
19.0 12.8
1.9
1.1 2.9
7.0
12.2 3.1
16.4 20.6 61.9
49.4 44.9 13.2
3.2
3.9
3.8
菜豆苗 甘薯 玉米苗
24.0 24.9 28.3 2.2 2.6 1.6 3.8 0.6 4.6 43.6 50.8 54.6 24.3 10.6 6.8 2.8 1.7 2.1
二、植物对逆境的适应：
植物对逆境的适应：
避逆性（stress avoidance） 耐逆性（stress tolerance）
生物膜 胁迫蛋白 活性氧 渗透调节 脱落酸
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．
耐逆性：是指植物忍受逆境的作用．