植物逆境生理
植物的逆境生理
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第一节 植物抗逆生理基础
Section1 Physiological Basis of Stress Resistance in Plant
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一、逆境和植物抗逆性
（Stress and Stress Resistance in Plant）
（一）逆境概念及种类
膜脂中饱和脂肪酸越多, 抗旱性越强
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（二）自由基平衡 逆境下, 自由基产生与去除平衡被打破, 造成自由基在体内积累。 （请看下面图示解释）
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六、逆境蛋白与抗逆相关基因
（Stress Proteins and Stress Resistant Related Genes）
病原菌
出现病斑
显微结构改变: 细胞膜结构系统损伤
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（二）生理改变 光合作用下降 呼吸作用有三种情况: 降低（高温、淹水、盐
渍）；先升后降（零上低温和干旱）；显著增 高（病害）；PPP路径增强 分解代谢加速，合成代谢减慢甚至停顿 水分代谢受阻
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三、 渗透调整与抗逆性 （Osmotic
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科研新思绪
正常情况下, 科研工作者都对作物栽培 品种进行各种逆境处理, 从而研究其抗逆 性。现在咱们不妨从自然界中下些大家 从来没有注意植物中, 寻找它们抗逆能力 原因, 可能会有这么结论, 植物抗逆能力 有时候不是靠自己来完成, 可能是自己生 活环境中许多植物共同完成过程。
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2. 提升植物抗旱性路径
植物生理学 11逆境生理
图1 硫氢基假说
未结冰
SH SH
SH
SH
解冻
结冰
S S S S
S S
S S
（3）硫氢基假说 Levitt（1962）提出：原生质在冰冻脱水时，随着原生质收缩，蛋白质分 子逐渐相互接近；当接近到一定程度时蛋白质分子中相邻的硫氢基（ -SH） 氧化形成二硫键（-S-S） 。解冻时蛋白质再度吸水膨胀，肽链松散，氢键断 裂，二硫键（-S-S）还保存，使肽链的空间位置发生变化和蛋白质的天然结 构破坏，导致细胞伤害和死亡。
• 3、渗透调节与抗逆性 • 多种逆境都会对植物产生水分胁迫。水分胁迫时植物体内积累各种有机和 无机物质，提高细胞液浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植物 就可保持其体内水分，适应水分胁迫环境，这种现象称为渗透调节 （osmotic adjustment）。 • 渗透调节物质的种类很多，大致可分为两大类。一类是由外界进入细胞 的无机离子，一类是在细胞内合成的有机物质, 有如下共同特点：分子量小、 容易溶解；有机调节物在生理pH范围内不带静电荷；能被细胞膜保持住； 引起酶结构变化的作用极小；在酶结构稍有变化时，能使酶构象稳定，而不 至溶解；生成迅速，并能累积到足以引起调节渗透势的量。 (1)无机离子。 (2)脯氨酸。脯氨酸（proline）是最重要和有效的渗透调节物质。脯氨酸 在抗逆中的作用有两点：一是作为渗透调节物质，保持原生质与环境的渗透 平衡；二是保持膜结构的完整性。脯氨酸与蛋白质相互作用能增加蛋白质的 可溶性和减少可溶性蛋白的沉淀，增强蛋白质的水合作用。 (3)甜菜碱。多种植物在逆境下都有甜菜碱（betaines）的积累。在水分亏 缺时，甜菜碱积累比脯氨酸慢，解除水分胁迫时，甜菜碱的降解也比脯氨酸 慢。甜菜碱也是细胞质渗透物质， • (4)可溶性糖。可溶性糖是另一类渗透调节物质，包括蔗糖、葡萄糖、果糖、 半乳糖等。可溶性糖的积累主要是由于淀粉等大分子碳水化合物的分解。
植物逆境生理
植物逆境生理逆境是指植物在生长和发育过程中受到的各种不利因素的影响。
这些不利因素包括高温、低温、干旱、盐碱、重金属等。
植物面对逆境环境时，会出现一系列生理反应，以适应和应对逆境环境的挑战。
在逆境适应过程中，植物会通过调节相关基因的表达和激素信号传导，调整生长发育和代谢通路，以提高抗逆能力。
一、高温逆境生理高温是常见的逆境因素之一，对植物的生理活动和生长发育造成直接影响。
在高温条件下，植物会产生一系列热休克蛋白（heat shock protein, HSP），这些蛋白能够稳定其它蛋白的结构，提高蛋白的抗热性。
此外，植物还会通过增加膜脂的不饱和度、调节保护酶的活性等途径，保护细胞膜的完整性和功能。
二、低温逆境生理低温对植物的生理活动同样产生不利影响。
在低温环境下，植物会通过调节细胞膜的不饱和度、增加抗氧化酶的活性等方式，来维护细胞膜的稳定性并减轻低温对植物的伤害。
此外，低温还会诱导植物产生一些抗冷蛋白，如抗冻蛋白（antifreeze protein）、渗透保护蛋白（osmoprotectant protein）等，这些蛋白可以减少细胞受冻害的程度。
三、干旱逆境生理干旱是植物常见的逆境因素之一，对植物的生长发育和生理代谢造成严重影响。
植物在面临干旱时，会通过减少蒸腾、增加根系吸收水分的能力等途径来降低水分流失。
同时，植物还会积累一些可溶性糖类和脯氨酸等物质，以维持细胞膜的稳定性和细胞内外水分的均衡。
此外，植物还会合成一些蛋白激酶、脱水酶等蛋白，调节细胞的脱水保护响应。
四、盐碱逆境生理盐碱是植物生长的重要限制因素，对植物的生理代谢和生长发育造成严重影响。
植物在盐碱逆境下，会通过调节离子平衡和维持细胞渗透压来应对。
植物会调节离子的吸收和排泄，同时还会积累一些有机溶质来维持细胞内外的水分平衡。
此外，植物还通过转录因子的调控，逐渐形成一套适应盐碱逆境的基因调控网络。
五、重金属逆境生理重金属是一类常见的污染物，会对植物的生长发育产生有害影响。
植物逆境生理学
植物逆境生理学植物逆境生理学是研究植物在环境逆境下的生理响应和适应机制的学科。
逆境是指植物在生长和发育过程中遭受的各种不良外界因素，如高温、低温、干旱、盐碱、酸碱、重金属等。
逆境对植物的生长和产量产生极大的影响，因此研究植物逆境生理学对于提高农作物的逆境抗性和生产能力具有重要意义。
1. 逆境对植物生理的影响逆境条件下，植物会产生一系列的生理变化。
首先，植物会启动一系列的防御机制，如合成特定的抗氧化物质、活性氧清除酶等，来抵抗逆境中产生的活性氧物质对细胞的损伤。
其次，植物会调节自身的生长和发育进程，以适应逆境环境。
例如，在干旱条件下，植物会降低水分蒸腾速率，减少水分的损失。
另外，植物还会调节离子平衡和渗透调节，以维持细胞内外的稳定环境。
2. 植物逆境胁迫信号传导逆境胁迫会激活植物内部的逆境信号传导途径，从而引起相应的生理反应。
逆境信号传导主要通过植物激素、钙离子和二氧化碳浓度等多个信号分子参与。
例如，在高盐胁迫条件下，植物会产生较高的烟酸腺嘌呤二核苷酸（NADPH）浓度，从而降低植物内部的氧化胁迫。
另外，植物还会通过激活多种激素信号传导途径来调节逆境胁迫反应，如乙烯、脱落酸等。
3. 逆境胁迫对植物基因表达的影响逆境胁迫可以引起植物基因表达谱的改变，进而导致植物发生一系列的生理变化。
以高温胁迫为例，研究发现许多与热休克蛋白、膜稳定性和脯氨酸等相关的基因表达受到调控，从而增加植物对高温的适应能力。
另外，逆境胁迫还可以引起DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传调控机制的改变，从而调节基因的表达。
4. 植物逆境生理研究的应用植物逆境生理研究对于农作物育种和生产具有重要的应用价值。
通过研究逆境胁迫下植物的适应机制，可以筛选出逆境抗性较强的品种，并通过遗传改良和基因工程等手段培育具有高逆境抗性的农作物品种。
此外，逆境生理研究还可以为农业生产提供科学合理的农艺措施，以减少逆境对农作物产量和品质的不利影响。
总结起来，植物逆境生理学的研究对于揭示植物在逆境环境中的生理适应机制具有重要意义，同时也为农业生产提供了科学依据和技术支持。
植物的逆境生理
第二节 植物的抗旱性旱害及其Fra bibliotek型旱害
干旱的类型
大气干旱：空气相对湿度过低；
土壤干旱：土壤中缺少可利用水。
植物对干旱的适应与抵抗能力称为抗旱性。
土壤水分缺乏或者大气相对湿度过低，植物的耗水大于吸水，造成植物组织脱水，对植物造成的伤害。
01
第三节 植物的抗盐性
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盐害：土壤中盐分过多对植物造成的伤害
第一节 植物的抗寒性
冻害
冻害: 冰点以下的低温使植物体内结冰； 冷害：冰点以上低温对植物造成的伤害。 抗寒性：植物对低温的适应与抵抗能力。
植物发生结冰的温度并不一定在0℃。有时温度降低到0℃以下仍然不结冰，这种现象称为过冷现象。但温度降低到一定程度一定结冰，这一点称为过冷点。 冰点的高低与细胞液的浓度有关，因此可以用测定冰点的方法来测定细胞液的渗透势。
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盐碱土
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盐土：含NaCI和Na2SO4为主的土壤
05
碱土：含Na2CO3和NaHCO3为主的土壤
06
植物对盐渍的适应与抵抗能力称为抗盐性。
07
根据植物对盐分的适应能力
08
盐生植物
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淡（甜）土植物
冷害
1
冷害虽然没有结冰现象，但会引起喜温植物的生理障碍。
2
三种类型
3
直接伤害
4
间接伤害
5
次生伤害
6
短时间内发生的伤害，主要特征是质膜透性增大，导致细胞内含物向外渗漏。
7
缓慢降温引起的，低温胁迫可持续几天乃至几周，主要特征是代谢失调。
8
某一器官因低温胁迫而导致其生理功能减弱或丧失而引起的伤害。如根系吸水变慢。
2
第十章 植物的逆境生理
植物的逆境生理
❖逆境下，ABA含量增加，调节气孔开度，减少蒸腾
失水，促进初生根的生长，稳定生物膜，参与细胞 的渗透调节，诱导许多基因的表达，提高植物的抗 逆性。
❖乙烯促进衰老、引起落叶，减少蒸腾；提高酚类代谢
的酶活性或含量---减轻或克服胁迫的伤害。
❖CTK改善干旱的影响：过表达IPT的转基因植物，延缓
❖表观遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰等。胁
迫诱导的表观遗传变化在适应逆境和进化中有意义 。
❖胁迫过程中小RNA参与抑制蛋白质翻译。低温、营
养亏缺、盐胁迫等都有小RNA控制基因表达。
（七） 交叉适应
❖植物对不良的环境条件的逐步适应过程，称为锻炼
或驯化。
❖植物经历了某种逆境后，往往能提高对另一些逆境
质酶、溶菌酶等。参与系统诱导抗性。
❖5、LEA蛋白：干旱、热、低温、盐、ABA等都能
诱导LEA产生。
❖渗透胁迫时营养组织或器官累积LEA 蛋白的作用 ❖①保水 ❖②防止蛋白凝聚变性 ❖③稳定膜
❖6、水分胁迫蛋白：
❖主要是旱激蛋白，如LEA蛋白、脱水素，水通道、
离子通道、渗透调节物质合成酶、分子伴侣等
如果低温时间短，还可以逆转----当冷害时间长，膜脂发生降解时，组织就会受
害死亡。
（四） 植物的抗冷性与膜脂和脂肪酸组分有关
包括磷脂的种类、脂肪酸碳链长度和不饱和程度等， 这些因素都影响到膜脂的相变温度。
（1）不饱和脂肪酸含量与植物的抗冷性有密切关系： 如果不饱和脂肪酸含量增加，就能降低生物膜的相 变温度，从而提高抗寒能力。
将信号传递到其余部分，未受胁迫的部分会启动适 应，这个过程称为系统获得性适应。
❖适宜的外源ROS可以提高植物对逆境的抗性
植物生物学中的植物逆境生理研究
植物生物学中的植物逆境生理研究植物逆境生理研究是植物生物学领域中的重要研究方向，涉及植物在各种逆境条件下的生理响应和适应机制。
逆境是指环境因素对植物正常生长和发育造成的负面影响，如高温、低温、干旱、盐碱胁迫等。
在逆境环境下，植物会出现一系列的生理变化，以应对环境的挑战。
一、高温胁迫下的植物生理变化及适应机制高温是一种常见的逆境因素，对植物生长发育影响巨大。
在高温条件下，植物的光合作用受阻、呼吸作用加速、光合色素含量下降，并且会产生活性氧。
为了适应高温环境，植物会调节酶活性、合成热休克蛋白（HSP）以及增强抗氧化能力等。
例如，一些研究发现植物在高温条件下会释放类似于动物的热休克蛋白，这些蛋白质具有热稳定性，可以对抗高温诱导的蛋白质失活。
二、干旱逆境下植物的水分调节机制干旱是全球范围内最严重的逆境之一，对植物生长发育产生极大的不利影响。
为了适应干旱环境，植物发展了一系列的水分调节机制。
首先，植物通过减少蒸腾通量来降低水分损失，表现为气孔关闭、减少叶片表面积等。
其次，植物可以通过根系生长调节吸水能力，例如增加根系表面积、增强根系对水分的吸收能力等。
此外，植物还可以合成保护性蛋白和抗氧化物质来应对干旱胁迫。
三、盐碱胁迫对植物的影响及适应策略盐碱胁迫是指土壤中盐分或碱性成分超过植物耐受范围对植物生长发育造成的不利影响。
盐碱胁迫会导致植物细胞内外离子平衡紊乱、渗透调节受阻以及酶活性受到抑制等。
为了应对盐碱逆境，植物通过多种机制来调节离子平衡，如调控Na+/K+离子的平衡，增加保护性物质的合成等。
一些耐盐碱植物还具有特殊的离子排泄系统，通过盐腺或气孔释放多余的盐分。
综上所述，植物逆境生理研究是植物生物学中的重要研究领域，关注植物在逆境条件下的生理变化和适应机制。
研究逆境生理可以为培育逆境耐受性植物品种、改良环境逆境等提供科学依据，对于解决当前全球面临的环境问题具有重要意义。
希望未来能够有更多的研究投入到植物逆境生理研究中，以推动植物生物学领域的发展和进步。
植物生理学逆境名词解释
植物生理学逆境名词解释
植物生理学是研究植物的生理过程和适应环境的学科。
在不同的环境条件下，植物会遇到各种逆境，这些逆境可能对它们的生长和发育产生负面影响。
下面是一些常见的植物生理学逆境及其解释：
1. 干旱：干旱是指土壤中水分供应不足的状态。
当植物缺乏水分时，会影响其光合作用、营养吸收和植物体内的水分平衡。
植物通过减少蒸腾、合成保护物质和调节根系结构来适应干旱环境。
2. 盐碱逆境：盐碱逆境是指土壤中盐分和碱性物质过高的情况。
高盐浓度会干扰植物体内的水和离子平衡，限制光合作用和营养吸收。
植物通过调节盐分吸收和排泄、合成特定蛋白质和调节离子平衡来应对盐碱逆境。
3. 高温逆境：高温逆境是指环境温度超过植物的耐受范围。
高温会导致植物蛋白质的变性、膜脂的流动性增加以及光合作用受损。
植物通过合成热休克蛋白、调节酶活性和调节叶片气孔来适应高温环境。
4. 低温逆境：低温逆境是指环境温度低于植物的耐受范围。
低温会导致植物细胞膜的刚性增加、代谢过程减缓以及光合作用受损。
植物通过合成抗寒蛋白、提高细胞膜的韧性和调节渗透物质的积累来适应
低温环境。
5. 病害逆境：病害逆境是指植物感染病原微生物引起的病害。
病原微生物可以直接侵害植物组织，抑制植物的生长和发育。
植物通过合成抗病蛋白、增强细胞壁的抵抗性和激活免疫系统来抵抗病害逆境。
以上是一些常见的植物生理学逆境的解释。
植物通过一系列的生理和分子机制来适应不同的逆境条件，以保持其生长和生存能力。
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二：促进组织坏死
• 有些病原真菌只能寄生在活的细胞里，在 死细胞里不能生存。抗病品种细胞与这类 病原菌接触后，会形成广谱的防御以抵抗 病原体侵入。一个普通的防御是过敏响应 （hypersensitive response），夺去受侵 染附近细胞的养料，使病原体得不到合适 的环境而死亡
三：产生抑制物质
• 作物体内产生一些对病原微生物有抑制作用的物质，因而 使作物有一定的抗病性。植物对某些病原微生物的抵抗力 与植物遗传性密切有关，抗病育种的根据就在此。
• 植物对病原微生物有防御反应的物质很多，主要有下列几 种类型：
1．植物防御素 2．木质素 3．抗病蛋白 ：植物凝集素等 4．激发子
植物经过与病原菌的长期共进化形成了一套复杂的防御体
系。
3、在寄主和病原物相互作用中抗病性表现的程度有阶梯性 差异，可以表现为轻度抗病、中度抗病、高度抗病或完全 免疫。一种植物或一个植物品种的抗病性，一般都由综合
性状构成，每一性状由基因控制。在病原物侵染寄主植物
前和整个侵染过程中，植物以多种因素、多种方式、多道 防线来抵抗病原物的侵染和为害。不同植物、不同品种对 相应病原物的抗病机制各有不同。
• 细胞透性改变 • 水分平衡的失调 • 呼吸作用的加强 • 光合作用下降 • 同化运输改变
四、植物的抗病机制
1、由于病原微生物分布广泛，传播途径很多，从空气到土
壤，由残枝落叶到昆虫的躯体都有病原菌，因而植物不可 避免的要受到病原菌的侵染，完全无病的植株是很少的。
2、植物在整个生长发育过程中经受了各种病原菌的侵袭，
6、植物病害是如何伤害植物 7、植物如何抵御病害
一、植物病害的认识
1、病害：许多微生物包括真菌、细菌以及菌质都可以寄生
在植物体内，对植物产生有害影响。 2、病原菌：使植物致病的微ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物 3、植物的抗病性：植物对病原微生物侵染的抵抗力。
二、植物病害如何伤害植物 -----侵染过程
三、植物受侵染的生理生化变化
作物对病原微生物的抵抗
• （一）加强氧化酶活性 • 当病原微生物侵入作物体时，该部分组织的氧化酶活性加强，以
抵抗病原微生物。凡是叶片呼吸旺盛、氧化酶活性高的马铃薯品
种，对晚疫病的抗性较大；凡是过氧化物酶、抗坏血酸氧化酶活 性高的甘蓝品种，对真菌病害的抵抗力也较强。这就是说，作物 呼吸作用与抗病能力呈正相关。呼吸加强为什么能减轻病害呢？ 原因是： • 1．分解毒素 • 2．促进伤口愈合 • 3．抑制病原菌水解酶活性