高级植物生理学04盐胁迫及其它

盐胁迫

全世界约有1/3的盐渍化土壤，我国约有250 多万公顷的各种盐渍土壤，主要分布在沿海地区或内陆新疆、甘肃等西北干旱、半干旱地区。随着工业污染加剧、灌溉农业的发展和化肥使用不当等原因, 次生盐碱化土壤面积有不断加剧的趋势。这些地区由于土壤中含有较多的盐类植物常受盐害而不能正常生长和存活，给农业生产造成重大损失。植物耐盐机理和耐盐作物品种的培育已成为当前的研究热点之一。综合治理盐渍土、提高植物的耐盐性、开发利用盐水资源已成为未来农业发展及环境治理所亟待解决的问题。

钠盐是形成盐分过多的主要盐类，NaCl和Na2SO4含量较多称为盐土，Na2CO3与NaHCO3含量过多称为碱土。自然界这两种情况常常同时出现统称为盐碱土。

一、盐胁迫对植物的伤害机理

盐害包括原初盐害和次生盐害。原初盐害是指盐离子的直接作用，对细胞膜的伤害极大；次生盐害是指盐离子的间接作用导致渗透胁迫，从而造成水分和营养的亏缺。

1、生理干旱。土壤盐分过多使植物根际土壤溶液渗透势降低，植物要吸收水分必须形成一个比土壤溶液更低的水势，否则植物将受到与水分胁迫相类似的危害，处于生理干旱状态。如一般植物在土壤盐分超过0. 2 %～0.5 %时出现吸水困难，盐分高于0. 4 %时植物体内水分易外渗，生长速率显著下降,甚至导致植物死亡。

2、直接盐害。（1）细胞内许多酶只能在很窄的离子浓度范围内才有活性，从而导致酶的变性和失活，以致于影响了植物正常的生理功能和代谢。高浓度盐分影响原生质膜，改变其透性，盐分胁迫对植物的伤害作用，在很大程度上是通过破坏生物膜的生理功能引起的。盐胁迫还可影响膜的组分用NaCl 和NaCO3溶液处理玉米幼苗发现膜脂中不饱和脂肪酸指数降低，饱和脂肪酸指数相对增多，这也证明了盐离子能影响膜脂成分的组成。（2）植物吸收某种盐类过多而排斥了对另一些营养元素的吸收，导致不平衡吸收，产生单盐毒害作用，还造成营养胁迫。如Na+浓度过高时，减少对K+的吸收，同时也易发生PO43-和Ca2+的缺乏症，盐胁迫下造成养分不平衡的另一方面在于Cl-抑制植物对NO3-及H2PO4 -的吸收。

3、光合作用。众多实验证明，盐分胁迫对盐生植物和非盐生植物的光合作用都是抑制的，并且降低程度与盐浓度呈正相关。

（1）盐胁迫使叶绿体中类囊体膜成分与超微结构发生改变

（2）盐胁迫对光能吸收和转换的影响

（3）盐胁迫对电子传递的影响随着盐浓度的提高PSⅡ电子传递速度明显下降能与盐胁迫损害了PSⅡ氧化侧的放氧复合物的功能，使它向PSⅡ反应中心提供的电子数量减少，阻断了PSⅡ还原侧从QA 向QB 的电子传递。

（4）盐胁迫对光合碳同化的影响光合作用碳同化过程中最重要的酶1，5—二磷酸核酮糖羧化酶（RUBPCase），在盐胁迫下会使RUBPCase 的活性和含量降低，结果酶的羧化效率下降，导致植物固定CO2 的能力减弱，与此同时，RUBPCase 还限制RUBP 和无机磷（Pi）的再生，而这两种物质再生能力的大小对C3 循环至关重要。此外，盐胁迫还会降低磷酸甘油酸、磷酸三糖和磷酸甘油醛的含量。这些物质均是C3循环的中间产物，其含量减少不利于碳同化的正常

运转，从而进一步限制植物对CO2的作用。

4、呼吸作用。关于盐胁迫对呼吸作用效应的实验结果大多数是矛盾的，有人认为盐分胁迫抑制植物呼吸作用，发现盐胁迫抑制小麦、绿豆、棉花等植物的呼吸作用；有的作者认为盐胁迫可以促进植物的呼吸作用。一般来说，低盐时植物吸收受到促进，而高盐时受到抑制。盐分过多时总的趋势是呼吸消耗量多，净光合生产率低，不利于植物生长。

5、蛋白质合成。盐分过多对蛋白质代谢影响比较明显，抑制合成促进分解，抑制蛋白质合成的直接原因可能是由于破坏了氨基酸的合成，蚕豆在盐胁迫下叶内半胱氨酸和蛋氨酸合成减少，从而使蛋白质含量减少。

6、有毒物质。盐胁迫使植物体内积累有毒的代谢产物,如蛋白质分解的产物游离的氨基酸、胺、氨等的积累,这些物质对植物有毒害作用,致使植物叶片生长不良,抑制根系生长,组织变黑坏死等。毒素积累是盐害的重要原因。

7、植物体内活性氧代谢系统的平衡受到破坏。体内积累较多的活性氧活性氧清除剂的结构活性受到破坏,含量降低, 导致植物清除活性氧的防御能力下降,膜脂过氧化或脱脂导致膜的完整性被破坏, 差别透性丧失, 电解质及某些小分子有机物大量渗漏, 细胞物质交换平衡破坏

8、盐分对植物个体发育的影响总的特征是抑制植物组织和器官的生长和分化，提早植物的发育进程。小麦长时间处于盐胁迫下，其叶片的面积缩小，分蘖数和籽粒数减少，影响了小麦的产量。

二、植物的耐盐机理：

耐盐是指通过生理或代谢过程来适应细胞内的高盐环境

1、植物的避盐机理：主要是通过降低盐分在体内的积累来躲避盐害的发生。避盐方式主要分三种：稀盐、泌盐和拒盐。

（1）稀盐作用：盐生植物将吸入茎和叶的盐类，借体内肉质化的结构，将盐稀释，减低其盐离子的危害，盐愈多，肉质化愈增加。非盐生植物通过快速生长进行稀盐，有些非盐生植物不断进行营养性生长，使有机物质、胁变数量和植物体积增加的速度远远超过离子的摄入速度，结果植物体虽吸入一定量的盐离子，但其浓度却有一定程度的降低。

（2）泌盐作用：盐生植物吸收了盐分，但并不在体内积存，而是通过特异机构（盐腺和盐毛等）主动地排泄到茎叶表面，而后雨水冲刷、风吹、昆虫粘附等方式脱落,从而降低植物体内的盐分，这是盐生植物最常用的形式，如柽柳

( Tamari x sp) 和匙叶草( Statica sp) 等。非盐生植物没有盐腺结构，不能通过盐腺进行泌盐。有的植物可通过自由吐水将盐分排出体外。

（3）拒盐作用：盐生植物的拒盐作用是依靠其对盐的不透性，阻止盐分进入植物体或进入植物体内进行重新分配。非盐生植物的拒盐作用除了依靠质膜对盐的不透性或利用其他方式阻止盐分向地上部分转移外，其根部的根茎木质薄壁细胞及叶片薄壁细胞会分化成传递细胞，前者可从木质部导管中重新吸收Na+运回根部，后者可将Na+随营养物质运到根部即“脉内再循环”。

2、植物的耐盐机理：耐盐主要是指植物对盐分胁迫的忍耐性，其中包括对渗透胁迫的忍耐和对离子胁迫的忍耐。

（1）离子区域化：盐生植物一般将无机离子通过跨膜运输转入液泡中而与细胞质隔离开，这样不但降低了整个细胞的渗透势，而且使细胞质免受离子的毒

害。非盐生植物尽量减少对有害盐离子的吸收，同时将吸收的盐离子输送到老的组织，在此作为盐离子的储存库，以牺牲这些组织为代价，保护幼嫩组织。区隔化作用是由基因控制的, 同时也受细胞质中的渗透调节物质和某些激素的影响。用于分析区隔化的技术有3 种: ①X-ray 微区分析；②核磁共振；③形态解剖。

（2）渗透调节：渗透调节是盐生植物和非盐生植物适应盐胁迫的主要生理机制之一。渗透调节的方式主要有两种，一是吸收和积累无机盐离子，二是合成无毒的有机物质，如脯氨酸、甜菜碱、可溶性糖、有机酸等。

正常情况下，大多数植物细胞积累K+而排除Na +。植物细胞膜上至少存在2 种不同的钾吸收系统低亲和K+吸收系统和高亲和K+吸收系统。低亲和K+吸收系统是一个K+通道，只能顺浓度梯度由高向低运输K+，高亲和K+吸收系统则含有一个K+—H+同向运输装置,由于和质子电化学梯度紧密偶联并由此获得能量，可以逆着浓度梯度由低向高运输K+。在受到盐胁迫时，K+的吸收由低亲和K+吸收系统转为由高亲和K+吸收系统，增强植物对K+的吸收并减少对Na +的吸收。

水孔蛋白的调节作用质膜上存在一种水孔蛋白(aquaporin) ,这种蛋白可

以在膜上形成通道而让水分子线形通过。水孔蛋白是一类膜内嵌蛋白(membrane intrinsic protein，MIP) ,包括液泡膜内嵌蛋白(tonoplast intrinsic protein，TIP) 和质膜内嵌蛋白(plasma intrinsic protein，PIP) 2 类。植物水孔蛋白的功能包括：促进水的长距离运输；促进细胞内外的跨膜水运输；调节细胞的胀缩及运输其他小分子物质。水孔蛋白的调控主要有3 种：水孔蛋白在特定组织与细胞表达，这是调节功能的最直接方式；改变水孔蛋白的含量；调节水孔蛋白的活性。

（3）维持膜结构的完整性保护酶活性和活性氧清除剂含量。

（4）通过代谢产物与盐类结合，减少游离离子对原生质的破坏作用。如细胞内广泛存在的清蛋白，它能提高亲水胶体对盐凝固作用的抵抗力，从而避免了原生质受电解质影响而凝固。有机物、多肽等。

（5）消除盐对酶或代谢产生的毒害作用很多抗盐植物的某些酶活性要求有高盐环境,如玉米幼苗用NaCl 处理时可提高过氧化物酶活性,大麦幼苗在盐渍条件下仍保持丙酮酸激酶的活性,但不耐盐的植物则缺乏这种特性。

（6）激素调控激素可提高植物的抗盐性, 抵消盐分胁迫, 促进植物生长。ABA在植物对外界逆境的感受及其信号传导中起着关键的作用。植物首先诱导合成了ABA，而ABA又诱导了许多抗盐基因的表达。在盐胁迫下,ABA 在细胞中的含量增加,从而促进气孔关闭以减少因蒸发作用而造成的水分的损失。

（7）胁迫信号的感知和传导。SOS (salt overly sensitive) 信号传导途径是与植物耐盐性相关的信号传导途径之一。Wu 等在通过快中子或T-DNA 插入突变方法得到了大约250 000 株拟南芥,然后在含NaCl 的培养基上筛选，获得了40 多个SOS 突变体，通过对这些SOS 突变体进行等位性检测，定义了5 个耐盐性基因:SOS1, SOS2, SOS3, SOS4, SOS5。SOSI 基因被认为是植物耐盐性的一个必需基因,位于第二条染色体上。与盐胁迫有关的信号主要有Ca2+ / CaM、ABA、

H2O2 等。H2O2在植物逆境生理中可能起到信号分子的作用。人们首先发现O·2可以通过影响脂膜流动性而促进气孔的关闭;外源低浓度H2O2处理可引起细胞

游离Ca2+浓度增加，启动Ca 信使系统，从而导致气孔关闭。ABA可以诱导H2O2的产生，同时在ABA 诱导的气孔关闭过程中也发现了过氧化氢酶相关基因的表达，这说明H2O2可能是信号传导链的一个中间环节。

（8）改变代谢途径在盐分胁迫下,植物的代谢就会受到干扰而发生紊乱,而一些盐生植物则能够通过改变其自身的代谢途径而适应高盐分的生境. 一些

盐生植物如獐毛,在盐渍条件下,其代谢途径可由C3 途径改变为C4 途径,增强了光合作用,日中花也是如此,在低盐下其代谢是C3途径,转到高盐条件下其光合途径转向CAM 途径. 这种转变的机理,赵可夫认为主要是Cl-活化细胞中PEP 羧

化酶而抑制了RUBP 羧化酶所导致的。

三、提高耐盐性的途径

1、对盐渍进行土壤改良，是一项长期、重要而艰巨的工程，而且成本昂贵。

2、杂交育种。

3、通过组织培养筛选抗盐品系：利用离体组织、细胞培养技术、筛选鉴定耐盐种质，提高作物耐盐能力的工作取得了一些进展。

4、通过肥水调控：盐渍土壤对作物吸收大量矿质元素有一定的影响。例如，生长在盐渍土壤中的棉花，往往缺磷，因而降低硝酸盐的还原和蛋白质的合成，产生盐害。这时如能及时补施磷，就可以提高其耐盐性。

5、通过化学调节等措施提高作物耐盐性：外施脱落酸能诱导气孔关闭，减少蒸腾作用和盐的被动吸收，也可提高根对水分的吸收和输导，防止水分缺失，提高作物的抗盐能力。通过对种子的化学处理提高作物耐盐性，通过逐渐提高盐浓度的浸种法，逐步适应锻炼可以提高作物耐盐性。

6、分子育种：目前普遍认为植物的耐盐性是多种抗盐生理性状在一种植物中叠加起来形成的综合体现, 由位于不同染色体上的多个基因控制的数量性状。植物盐诱导基因主要涉及盐胁迫下植物在渗透调节物质的合成、光合和代谢、钙调蛋白、通道蛋白、胚相关蛋白等方面的相应变化。植物耐盐性是一个由多基因决定的性状, 要获得真正的耐盐的植物品种可能需要多个耐盐基因的转移。

已相继克隆了一些与渗透调节物质如甘氨酸甜菜碱、脯氨酸、果聚糖、糖醇等生物合成相关的基因及其它相关基因, 如SOS、Lea(晚期胚胎发生富集蛋白基因) 等。这些基因的转化, 不同程度地提高了转基因植物的耐盐能力.

P5CS 基因Kishor等对P5CS基因进行转基因研究, 获得P5CS转基因烟草, 发现在转基因烟草中脯氨酸的含量明显提高, 耐盐性也有所提高

BADH 基因目前已从甜菜、菠菜、山菠菜、大麦、水稻等植物中克隆出了BADH基因。

mtiD基因(1-磷酸甘露醇脱氢酶基因) 和gutD 基因( 6-磷酸山梨醇脱氢酶基因) 都是从大肠杆菌(Escherichia coli) 中克隆的分别编码甘露醇和山梨醇合成的关键基因。目前已将m t lD 基因和gu tD 基因中单价或双价基因在烟草、水稻、玉米和八里庄杨等植物中进行了遗传转化并得到表达, 使转基因植株的耐盐性

得到不同程度的提高。

otsBA (海藻糖合成酶) 为一多酶体系, 它们是受干旱、高盐、高温等胁迫诱导而表达的基因。目前已从细菌、真菌、耐受干旱等高等植物中克隆出了海藻糖合成酶基因。otsBA 基因是从大肠杆菌中克隆的大肠杆菌海藻糖-6-磷酸合成酶基因。真核生物海藻糖的合成分别由Tps1和Tps2 两个基因来完成, 其功能分别相当于大肠杆菌的OtsA 和OtsB基因。

LEA基因、保护酶及相关基因

重金属胁迫

随着工农业生产的发展，三废的排放、矿产的开发和利用、污水灌溉以及农药、除草剂和化肥的使用等,严重地污染了土壤、水质和大气,导致环境恶化，给社会、经济和人类造成不可估量的危害。过量的重金属一旦进入环境，特别是进入土壤后就很难予以排除，并且在生物体内还有有机化的趋势。

许多重金属(例如Cu，Zn等) 都是植物必需的微量元素,对植物的生长发育起着十分重要的作用。但是数量超过某一临界值时会对植物产生一定的毒害作用。

一、重金属污染对植物的直接伤害。

1、重金属首先并直接地影响到细胞质膜。

2、水分代谢砷对作物的毒害,在于阻碍作物中水分输送,从根部向地上部分的水分供给受到抑制；铬可引起永久性的质壁分离并使植物组织失水。

3、光合作用Cd 污染对水稻不同发育时期的光合作用影响非常明显，并且其光合强度随着Cd 浓度增高而降低. 处理浓度为0. 01mg kg-1时,水稻植株光

合作用下降。

4、呼吸作用在重金属胁迫下，植物呼吸作用紊乱，不仅供给植物正常生命活动的能量减少，而且还会使一部分能量从正常代谢和生长过程转移到对重金属胁迫的适应过程上，如损伤的修复和合成一些重金属络合物等，相应地植物的生长发育就会被抑制.

5、碳水化合物代谢低浓度重金属能增加植物的可溶性糖含量,在高浓度条件下,可溶性糖含量则降低。

6、氮素代谢重金属降低氮素的吸收和硝酸还原酶活性，改变氨基酸组成，阻碍蛋白质合成以及加速蛋白质分解。

7、核酸代谢受重金属污染的植物体内细胞核、核仁严重遭到破坏，导致染色体复制和DNA 合成受阻，核酸代谢失调。Cd 能使玉米根和叶中的细胞核变形，甚至溶解。Hg可诱导大麦体内的核仁结构发生分解，染色体畸变率升高，直接或间接地影响DNA和染色体的复制。进入植物细胞内的Cd 和Pb还能与带负电荷核酸结合,降低RNA 和DNA 活性，干扰植物体内的转录和翻译过程,结果导致RNA 的合成受到抑制,含量降低

8、植物激素Zn 能使吲哚乙酸合成受到抑制，刺激吲哚乙酸氧化酶的活性，加速吲哚乙酸的分解，从而使生长素含量急剧下降。

9、生长发育重金属使植物的生长发育受到不同程度的抑制。重金属可以抑制植物种子萌发。重金属对植物效应的表观现象之一是阻止生长。As 能使四季豆的生殖生长停止，不开花，不结实；Cu 处理后,水稻的有效穗数减少；受Pb 影响后，水稻的成熟期推迟,空秕率增加,从而使产量大幅度的下降。

二、重金属污染对植物的间接伤害

1、土壤的影响从而破坏土壤中原有有机物或无机物所固有的化学平衡和转化。进入土壤中的重金属能使土壤酶活性降低. 现污灌土样中脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶和碱性磷酸酶的活性均明显低于清灌土样中这7 种酶的活性.

2、土壤微生物体系发生显著变化。Cd 污染能减少土壤微生物群体，降低呼吸速率；As 污染对固氮菌、解磷菌及纤维分解菌均有抑制作用

3、营养胁迫伤害重金属进入土壤后除了本身有可能产生毒性外，还可以通过颉颃或协同作用,造成植物体中元素失调。

重金属污染对植物

三、植物的重金属抗性和抗性机理

植物对重金属的抗性即植物能生存于某一特定的含量较高的重金属环境中而不会出现生长率下降或死亡等毒害症状。例如芦苇对重金属有很高的抗性。

避毒一些植物可通过某种外部机制保护自己，使其不吸收环境中高含量的重金属从而免受毒害,称之为避性。

与体外分泌物络合在重金属胁迫条件下，植物可反馈分泌一些物质。通过这些物质与重金属离子发生络合反应，降低植物周围环境中有效态的重金属离子含量,避免植物受害.

耐性植物体内具有较高浓度的重金属但可自身解毒而不受伤害。植物能根富集重金属离子在根部积累大量重金属离子，而限制向地上部分运输,从而使地上部分免遭伤害,一定程度上提高了植物的耐性。植物耐性的另一个途径是金属积累，即重金属在植物体内积累，但以不具生物活性的解毒形式存在，与细胞壁结合、进入液泡、形成重金属络合物。

加强抗氧化系统

紫外胁迫

UV-B辐射对核酸和蛋白质(如DNA和Rubisco)有破坏作用。因为它们分别在260nm和280nm有吸收峰，UV-B辐射能够使植物细胞质膜的透性发生变化(1 )改变植物细胞质膜的酶系统，如启动高等植物细胞质膜氧化还原系统的H+-ATP Ｈ排出H+而改变细胞的膜电位，打开质膜的K+通道并导致Ca2+在细胞内积累；

(2 )破坏植物细胞质膜的结构物质，UV-B辐射增强黄瓜其叶片的细胞膜质过氧化程度，降低质膜的饱和脂肪酸/未饱和脂肪酸比值，还破坏质膜上的蛋白质。

UV-B降低叶绿素含量，抑制光合作用。(1 )破坏光反应系统，特别是光系统Ⅱ(PSII)的反应中心，引起光合电子传递效率下降并导致发生光合作用的光抑制，以至于叶绿体的放氧活性下降；(2 )破坏光合作用关键酶Rubisco，尤其是它的大亚基(rbcL)，从而使其羧化效率下降，(3 )增加了植物(气孔)对外界环境变化的敏感程度。

UV-B辐射降低许多植物的株高、叶面积和地上、地下部分的干鲜重，还减少大豆的豆荚和种子数目以及豆荚的重量，抑制烟草，花粉管的生长。对营养生长和生殖生长的影响直接导致了植物的生物产量和种子产量下降。

植物抗病性

病原菌的侵染是植物所遇到的一种生物逆境。病原菌通过本身所分泌的酶、毒素来达到侵染的目的。植物则通过体内的抗病基因的表达所产生的抗菌性物质来抵抗病原菌的侵害。这些抗菌性物质是植物体内次生代谢的产物。

1．植物中先天存在的抗菌性物质：在病原菌侵染之前就已经存在于健康植物中，受到病原菌侵染后，这些物质在特定酶的作用下水解，显示出抗菌的活性。

酚类化合物物质主要有肉桂酸、绿原酸、原儿茶酸等。生长了两年的咖啡树受锈病菌侵染后体内总酚含量迅速提高。受枯萎病菌侵染后,棉苗体内的酚类物质,特别是绿原酸、阿魏酸的含量明显提高。在植物体内,大多数酚类化合物是经由莽草酸途径合成的。在这一途径中苯丙氨酸解氨酶(PAL)是一个关键酶, 木质素植物的木质素是由许多苯基丙烷单体聚合在一起的交联分子，在细胞壁上经常和纤维素及其它糖类联结在一起，沉积在壁上而形成木栓化，阻止病原菌侵染和发展蔓延。寄主植物木质素的积累是一种对病原生物的主动反应。

苯丙烷代谢途径有多种植物含有生氰的糖苷，如苦杏仁苷。这种糖苷本来无毒，当寄主植物受病原物侵染或受伤害时，这些成分受到植物体内一些酶的水解作用，产生对病原菌有毒害作用的氢氰酸。

皂角苷，如番茄含有的番茄苷，马铃薯的茄碱、察康素，燕麦的燕麦菌素及大麦幼苗发育产生的大麦素等。这些皂角苷能抗小麦根瘤病菌，抑制真菌孢子萌发。

2．保卫素：植物受到生物或非生物因子侵袭时在体内合成并积累的低分子量抗菌性物质。在健康植物中不能被检出，只有在受到病原菌侵染后才被诱导产生出来的物质。病原菌侵入后，以侵入点为中心形成组织坏死斑，使病原菌的生长受到抑制，并抑制病斑的扩大。在未侵染细胞中形成植物保卫素可抑制病菌扩展。

植物保卫素产生的速度和积累的量与植物的抗病性有关。1)抗性植株与感性植株同样可以积累植物保卫素,但是抗性植株植物保卫素形成速度快，在感病初期就达到高峰，此时可见到植株细胞产生过敏性反应，如局部坏死、褐变等；2)植物保卫素只局限在植物受侵染的细胞周围积累，并不运输到植物体的其它部位。植物保卫素集中在侵染的细胞周围起化学屏障作用，阻挡病原菌的进一步侵

染；3)植物保卫素的诱导是非专一性的。

到目前为止发现的二百多种植物保卫素大部分都是亲脂性的。豆科植物的植物保卫素以异类黄酮衍生物(isoflavonoids)为主，茄科植物以环碳类倍半萜(carbocyclo-sequiterpenoids) 为主，在菊科、兰科、锦葵科、伞形科、旋花科、藜科中也有发现植物保卫素的报道。

O3和CO2过高（FACE free air CO2 enrichment）

强光和弱光胁迫

铝毒胁迫

当前植物生理生态学研究的几个热点问题

区域或全球性碳循环

植物或生态系统对CO2浓度升高的生理生态响应

胁迫环境下的植物生理生态响应

现代植物生理学研究有几个明显的特点和趋势：

(1)传统植物生理学与分子生物学(理论和方法)的结合；

(2)植物在不良环境条件下的生理反应的研究形成热点；

(3)强调物种间差异及生理特异性的研究。

植物培养细胞常作为一种模式工具用以更好的了解涉及胁迫反应的细胞过程,

通过改变培养基成分的胁迫处理及比较经过抗性筛选的和未经过抗性筛选的(野生系) 细胞和原生质体的生理和生物化学过程以及与此相关的分子水平上的基

因调节,可以提供非常有价值的信息,尤其是比较一种胁迫与其他胁迫的关系时,

该系统的优越性更加突出。因为培养细胞在发育上是均一的,任何与胁迫有关的生物化学和生理变化都代表正在生长的变化,而完整植物系统是一个异质的细胞群体,正在活跃生长的细胞比例很小,而且不同组织和不同发育阶段的变化。培养细胞易于操作控制,在胁迫环境下,全体细胞群所受胁迫程度一致,生理生化变化

一致,易于观察。更重要的是,培养的胚性细胞可以很好的模拟完整植物中的细胞。所以它具有其他技术无法比拟的优点,为深入研究植物的抗性生理机制提供了便利的条件。

三种叶黄素组分(紫黄质V 、单环氧玉米黄质A 和玉米黄质Z) 之间的相互转化.

转基因植物抗逆性研究展望

相对与生物胁迫来讲，植物基因工程技术在抗非生物胁迫方面的应用可能要更有意义一些。一方面是因为非生物胁迫对作物产量的影响要大于生物胁迫，抵抗生物胁迫可以通过其他途径达到。另一方面，植物病原菌及害虫快速的进化速度使得基因工程作物应接不暇，而非生物胁迫相对来讲稳定的多。目前已有大量关于植物抗非生物胁迫方面的研究报道，但是要在更多的作物中应用与生产中应考虑在以下几个方面有所突破:

1、胁迫会导致植物中大量基因的表达变化。其中涉及到植物的许多生化及生理过程。而目前对于植物在逆境下这么多的生理生化过程的机制还了解不多，因此一个很关键的问题就是要阐明植物的生理代谢过程是如何被逆境所影响的。

2、目前分离到的功能明确的植物逆境胁迫相关基因数目不多，需要尽快丰富胁迫相关基因的数据库，而且这些基因来源应尽量广泛。现在使用大规模的基因分离技术可以得到很多逆境相关基因，但这些基因的功能还需要进一步分析。

3、目前大多转基因植物使用了在植物中具有强表达能力的启动子，这当然可以使所转基因有更大的表达量，但有个显然的问题是这些逆境胁迫相关基因在植物中组成型大量表达必然会对植物生理代谢产生影响，比如能量的浪费或其他的副效应。因此，对于逆境胁迫诱导的启动子的研究已越来越引起人们注意，但这些启动子大多表达能力很弱，如果能找到受逆境诱导后表达量足够大的启动子，将更有利于改善转基因植物抗逆性。

4、现在多数通过遗传工程产生的抗逆植物都局限于实验室内，而且他们的抗逆能力检测一般都只在F0、F1或F2代进行，转基因的遗传稳定性有待进一步检验。此外，转基因植物在实验室里所表现的优于对照的抗逆能力在田间能否表现出来，这些转基因植物的产量和对照相比如何，这些都需要进一步研究。

通常情况下植物具有抵御植物病原菌侵染的能力，而且不同的植物在与病原菌长期相互作用、相互适应、相互选择乃至协同进化的过程中形成了自己独特的防御方式，使植物的抗病性和病原微生物的致病性之间达到某种形式的动态平衡，减轻病原菌的危害。该种机制既有专一性的抗性，也有非专一性的抗性;既有组成型表达的抗性，也有诱导型表达的抗性。可以分为三种类型:一是植物本身具有对各种病原菌的天然免疫，叫非寄主抗性(non-host resistance)。二是植物具有直接对抗病原菌的毒性物质的基因，叫真正抗性(true resistance)。三是植物自身存在的结构屏障，如细胞壁外的附属结构:角质、蜡质、栓质、木质素等附属结构，以及合成植保素(phytoalexin)和酚类氧化物、产生植物防卫素等一些小分子抗病物质破坏真菌细胞透性、导致核糖体失活等，使植物逃脱或耐受病原菌的侵染，叫表观抗性(apparent resistance)。但只有所谓的真正抗性依赖于诱导反应，而植物只有当病原菌侵染时才能激发产生抗性，这也就是通常情况下所说的植物抗性。

基因对基因假说(gene for gene hypothesis)：1971年，Flor H H根据亚麻品种对锈病病原真菌生理小种的特异性抗性，提出了基因对基因假说，它不仅是植物与病原相互关系的遗传基础，也是现在克隆病原无毒基因和植物抗病基因的理论基础。该假说认为，植物与病原的关系可分为相容性(compatiblity)和不相容性

(incompatiblity)两种。植物是否具有对某种病原的特异抗性要看它是否具有相应的抗性基因，而病原是否具有对某一植物品种的专一致病性则要看病原是否具备无毒基因(avirulence gene)。只有当具有相应抗病基因的植物与具有相应无毒基因病原相遇时，才产生不相容的抗性反应，而当抗病基因与毒性基因(virulence gene)以及感病基因与无毒基因或毒性基因相遇时均产生相容性的感病反应。基因对基因假说的直接解释就是配体和受体模型。即植物的抗病基因编码产物作为受体(receptor)直接或间接地与病原无毒基因编码的配体(ligand)或称为诱激子(激发子)特异性地相互识别，两者互作激活与抗病有关的信号转导级联网络，从而产生一系列的防御反应。在植物抵抗病原侵染的过程中，关键环节是病原与寄主植物间的相互识别及其随后所诱导的一系列反应

过敏性反应(Hypersensitive response, HR)HR是抗病反应最常见的方式，指植物经非亲和性病原物侵染后诱导产生的抗病反应，进而激发一系列的防卫反应，产生组织或全株抗病性在植物HR中，植物侵染点细胞的死亡是植物一种重要的保护,胜自杀行为，对抵抗病原物的进一步侵染起着关键性的作用。它可以造成活体营养型病原物营养的缺乏，也可能释放核酸酶等其它一些具有杀菌功能的物质。HR是植物细胞识别病原物病启动细胞程序死亡(Programmed cell death, PCD)的

结果(Hutcheson et al, 1998)。这种细胞死亡不是由于病原菌毒性因子对细胞毒害引起的，而是植物主动表现抗病性的一种细胞死亡。

病程相关蛋白(Pathogenesis-related protein，PR)的诱导表达在由病原物所引起的植物过敏性坏死斑反应中，植物细胞内的许多基因被这一过程激活，促进许多代谢途径加快进行，以便抵抗病毒的侵染，使侵染限于局部。与此同时，植物细胞内加速合成一些正常细胞没有、或虽有但含量极低的物质，其中现在研究比较多的是一组与致病性有关的蛋白质，称为病程相关蛋白。PR蛋白在健康植物中不存在或表现微弱，而当植物受病原微生物侵染诱导则迅速产生和积累，因此PR 蛋白很可能是植物对病原微生物感染或相关诱导的基本反应之一

3.系统获得性抗性(Systemic acquired resistance, SAR)：并不是所有的抗病反应均表现过敏反应，寄主植物可综合运用多种方式来抵御侵染。植物中还有一种与物理或化学障碍、过敏性反应等不同的抗病机制，即系统获得性抗性((Ryals J et al,1994)。这种抗性是由过敏反应和其它坏死反应激发，在病原接种后数天内形成，可持续数周、甚至数月不等，对随后同种病原甚至不同种病原的侵染均表现广谱抗性，是组织或植株的非专化抗性，并特异性的作用到整个植株(。例如，烟草的SAR可对病毒、细菌、真菌等多种病原表现抗性。SAR基因主要是一些病程相关蛋白基因，这些基因的表达和其它抗病反应使植物具有了对病原的广谱抗性。