植物生理学 植物的逆境生理
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。
植物生理学研究中的植物抗逆机制
植物生理学研究中的植物抗逆机制植物在生长过程中，会遭受到多种外界环境的压力，如热、寒、干旱、盐碱等，这些环境压力对植物的生长发育会产生不可预知的影响。
为了适应这些不利环境，植物通过多种形式来防御自己，这种防御机制被称为植物抗逆机制。
植物抗逆机制的类型很多，主要从生理学和分子水平上进行研究。
从生理学的角度来看，植物抗逆机制包括了细胞膜的保护、组织和器官的保护和植物免疫系统的调节等。
而从分子水平上来看，植物抗逆机制主要包括调节植物逆境响应的信号转导系统、响应逆境的转录因子家族和一系列抗逆基因的表达等。
一、植物膜保护机制细胞膜是植物感知并响应环境变化的第一道屏障，植物通过调节细胞膜的结构和生理活性，来保护细胞膜不受热、寒、干旱等外界环境的伤害。
脂类过氧化物酶（LOX）和超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化酶是植物细胞膜的重要抗氧化保护系统。
此外，固醇和萜类物质的积累也能够增强细胞膜的稳定性。
二、植物组织和器官的保护机制细胞膜的保护只是植物抗逆机制的一方面，植物的组织和器官的保护同样很重要。
干旱胁迫下，植物的根系会释放出一些成分和其他微生物进行共生，使其在极端干旱的情况下也能存活下来。
而在热胁迫下，植物的叶片表面会自然散发出露点露，从而减少叶片表面的温度。
此外，植物还会增加叶绿体区域和气孔密度等，以提高植物的光合作用水平。
三、植物免疫系统的调节植物的免疫系统是植物抗逆机制中重要的一部分，免疫系统的完整性不仅与植物的生长和发育有关，同时也与植物的胁迫响应紧密相连。
因此，研究和理解植物免疫系统在逆境中的调节机制，对于解决植物逆境胁迫具有非常重要的意义。
植物的免疫系统通过识别并响应入侵的病原菌、真菌和虫害等外来物质，拦截病原的侵入，进而发出信号引导植物调节其自身的逆境响应。
四、调节植物逆境响应的信号转导系统植物通过感知和响应外界环境的变化，以适应不同的逆境环境。
逆境响应痕迹中最重要的信号分子属于激素类，例如ABA、脱落酸、乙烯和赤霉素等。
硕士研究生招生考试农学门类联考植物生理学与生物化学-考点归纳+典型题(植物的逆境生理)
第12章植物的逆境生理12.1 考点归纳一、逆境和抗逆性1．逆境的概念及种类（1）逆境的概念对植物生存和生长不利的环境因素称为逆境，又称环境胁迫或胁迫。
（2）逆境的种类①生物逆境：病害、虫害和杂草等。
②非生物逆境：寒冷、高温、干旱、盐渍等。
2．植物抵抗逆境的方式植物抵抗逆境的方式有3种：避逆性、御逆性和耐逆性。
（1）避逆性避逆性是指植物通过对生育周期的调整来避开逆境的干扰，在相对适宜的环境中完成其生活史。
（2）御逆性御逆性是指植物处于逆境时，其生理过程不受或少受逆境的影响，仍能保持正常的生理活性。
（3）耐逆性耐逆性是指植物处于不利环境时，通过代谢反应来阻止、降低或修复由逆境造成的损伤，使其仍保持正常的生理活动。
3．植物对逆境适应的生理机制（1）生物膜与抗逆性逆境可使膜系统破坏，细胞脱水，一切位于膜上的酶活性紊乱，各种代谢无序进行，透性加大，所以生物膜和抗逆性有密切的关系。
按照生物膜的流动镶嵌学说，膜的双分子层脂质的物理状态通常呈液晶相，温度过高时转化为液相，温度过低时转化为凝胶相。
试验表明，零上低温首先使膜的形态发生改变，从液晶相变为凝胶相，膜出现裂缝，透性增大，受害组织离子外渗，破坏了原来的离子平衡。
由于膜相改变，也使结合在膜上的酶系统活性降低，有机物分解占优势。
（2）逆境蛋白与相关基因在逆境条件下，植物的基因表达发生改变，关闭一些正常表达的基因，启动一些与逆境相适应的基因，形成新的蛋白，这些蛋白质统称为胁迫蛋白。
如当植物从正常温度转到40℃高温后，原来正常温度下出现的一些蛋白质合成被阻抑，高温诱导合成一些新的蛋白质，叫做热激蛋白。
经过热锻炼而形成热激蛋白的植物，抗热性提高。
（3）渗透调节与抗逆性水分胁迫时，植物体内积累各种有机和无机物质，提高细胞液的浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植物就可以保持体内水分，适应水分胁迫环境，这种现象称为渗透调节。
大量实验表明，无论在干旱、高温、低温，还是盐渍等不良环境下，细胞会被动地丢失一些水分。
植物生理学研究中的逆境适应和抗性
植物生理学研究中的逆境适应和抗性植物是生命中最适应各种环境的生物之一。
它们在面对各种逆境时表现出了很高的适应性和抗性。
逆境是指环境中存在的各种威胁，例如高温、低温、干旱、寒冷、盐碱等条件。
植物界的逆境适应和抗性是指植物如何适应这些威胁并生长存活。
植物的这种适应性和抗性与其生理和分子机制密切相关。
逆境适应是指植物在逆境条件下调节其生理和代谢以维持生命。
逆境适应可以分为两类：一类是植物与逆境环境相协同适应，另一类则是植物必须通过调节其生理和代谢来适应。
例如，植物在高盐环境下会积累更多的盐分以抵御环境压力。
但是，如果盐分过高则会直接影响植物的生长和发育。
因此，植物必须通过调节其代谢来适应高盐环境下的压力。
植物逆境抗性是指植物与逆境环境抗争的能力。
这种抗性通常表现为植物具有更高的耐受性和适应性并能克服逆境的影响。
植物逆境抗性是通过一系列生理和分子机制调节的。
植物逆境抗性的基本模式是植物生长和发育的一系列适应措施和生物化学反应通过调节植物的代谢产生能量，从而帮助植物克服不利环境。
植物逆境适应和抗性的生理机制主要包括调节植物的生长、发育和繁殖、调节各种代谢通路、调节植物的生理和分子水平以及植物与环境的交流和相互作用。
例如，夜间灌溉可以提高水分利用效率和热量辐射，从而优化植物的生长和发育，并减轻逆境影响。
此外，未来的研究可能会注意到植物逆境适应和抗性的基本分子机制，例如调节植物与环境交流和相互作用以及分子水平上的生物改造和基因调控等。
总结起来，植物生理学研究中的逆境适应和抗性是一个非常重要的课题。
逆境适应和抗性是植物与环境互动的结果。
这种互动通过调节植物的代谢、基因表达和分子水平达到。
未来，植物生理学将继续探索植物逆境适应和抗性的基本分子机制，并且这种研究有望带来植物生长和发展方面的重大突破。
植物逆境生理 第一章 概论
第一章 概论
一、关于植物逆境生理生态学 二、植物逆境的概念及种类 三、植物抗逆性的概念
三、植物抗逆性的概念 植物受到胁迫后，一些被伤害致死，另一些的 生理活动虽然受到不同程度的影响，但它们可以存 活下来。如果长期生活在这种胁迫环境中，通过自 然选择，有利性状被保留下来，并不断加强，不利 性状不断被淘汰。这样，在植物长期的进化和适应 过程中不同环境条件下生长的植物就会形成对某些 环境因子的适应能力，即能采取不同的方式去抵抗 各种胁迫因子。植物对各种胁迫（或称逆境）因子 的抗御能力，称为抗逆性（stress resistance）， 简称抗性。
第一章 概论
一、关于植物逆境生理生态学 二、植物逆境的概念及种类
二、植物逆境的概念及种类 地球上热量、光照、雨量和风的季节性变化， 对植物的生存和生理过程有着强烈的影响。短期的 变化，如干旱、洪涝、大风和霜冻等，对植物的分 布也可能有着决定性的作用。当然，土壤条件也是 重要的因素。在良好的条件下，植物种类繁多、生 长茂盛。但在恶劣条件下，如荒原和冻原地带也有 植物生存。实际上，地球上全部可利用的生态位 （niche),包括高山雪地、干旱沙漠等处，都有含叶 绿体的生物群落占据。在恶劣条件下生存的植物， 除在形态和解剖上适应所在的环境外，内在的生理 生化过程也进化出一些特殊的适应。
胁变可逆性指逆境 作用于植物体后植物产 生一系列的生理变化， 抗逆性 当环境胁迫解除后各种 生理功能迅速恢复正常。 避逆性 耐逆性 胁变修复性指植物在逆 境下通过自身代谢过程 避胁变性 耐胁变性 迅速修复被破坏的结构 和功能。概括起来，植 胁变可逆性 物有4种抗逆形式：避 逆性，避胁变性，胁变 可逆性和胁变修复（图 胁变修复 1-2）。
第一章 概论
一、关于植物逆境生理生态学 二、植物逆境的概念及种类 三、植物抗逆性的概念 四、当前植物逆境生理生态学领域研究热点 五、植物细胞的逆境应答与信号转导总论 六、研究植物逆境生理生逆境生理生态学
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。
植物生理学第12章
第十二章植物的逆境生理一、练习题目（一）填空1．逆境下的胁变可分为_______和_______。
2．植物的抗逆性可分为_______和_______。
3．植物的逆境蛋白有_______、_______、_______、_______、_______。
4．渗透调节物质有_______和_______。
5．能够提高植物抗性的激素有_______和_______。
6．根据生育期，植物遭受冷害的类型有_______、_______和_______。
7．根据反应速度，植物遭受冷害的伤害可分为三类：_______、_______和_______。
8．植物的抗寒性与膜中_______含量有关，只有经过_______与_______的诱导，才能逐渐提高抗寒性。
9．抗寒性强的植物，下列物质的含量较高：_______、_______、_______、_______。
10．土壤中可溶性盐分过多导致植物吸水困难而引起的干旱叫_______。
11．逆境条件下，游离脯氨酸积累的可能原因有_______、_______、_______。
12．土壤中，Na2CO3与NaHCO3含量较高的土壤叫_______，NaCl与Na2SO4含量较高的土壤叫_______，生产上统称为_______。
13．日照长度能影响植物体眠和抗寒力：长日照可_______休眠，_______抗寒力；短日照可_______休眠，_______抗寒力。
14．旱生植物抵抗干旱有两种类型：_______与_______。
15．植物旱害有三种类型：_______、_______和_______。
16．细胞间结冰，导致细胞质严重脱水，蛋白质分子之间易形成_______，引起蛋白发生_______。
17．植物抗盐的方式基本是_______与_______。
18．造成大气污染，给植物带来严重伤害的五种气体是：_______、_______、_______、_______和_______。
植物生理学之逆境
汇报人：
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目录
CONTENTS
1 单击添加目录项标题 2 逆境的定义与分类 3 植物对逆境的适应与抗性
4 植物逆境生理学的研究方法 5 植物逆境生理学的应用前景
6 结论与展望
单击此处添加章节标题
逆境的定义与分类
逆境的定义
逆境是指对植物生长和发育不 利的各种环境条件
推动农业科技创新：植物逆境生理学的研究为农 业科技创新提供了新的思路和方法，有助于推动 农业生产的现代化和智能化。
结论与展望
研究成果总结
植物生理学在逆境 中的研究取得了重 要进展
揭示了植物在逆境 中的适应机制和抗 逆性
为农业生产提供了 新的思路和方法， 提高了作物的产量 和品质
未来研究方向：进 一步深入研究植物 在逆境中的生理机 制和分子调控
包括生物逆境和非生物逆境
生物逆境包括病、虫、草害等
非生物逆境包括干旱、洪涝、 盐碱等
逆境的分类
生物逆境：指生物在生长发育过程中受到的不良环境条件，如温度、湿度、 光照、盐碱、干旱、污染等。 非生物逆境：指植物在生长发育过程中受到的非生物因素的不良影响，如 营养不足、水分缺乏、土壤盐碱化、大气污染等。
植物对干旱的抗性：通过抗旱基因的表达，增强植物的抗旱能力，如抗旱 蛋白、抗氧化酶等
干旱胁迫下植物的生理生化变化：如叶绿素含量下降、光合作用受阻、细 胞膜损伤等
植物对高温的适应与抗性
高温对植物生 长的影响
植物对高温的 适应机制
植物对高温的 抗性表现
增强植物对高 温适应与抗性
的措施
植物对低温的适应与抗性
数据采集与分析
采集方法：采用多种 方法采集数据，如实 验、调查、观察等
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自由基为具有不配对电子的离子、原子或分子。
特点：自由基极不稳定，寿命极短，只能瞬时 存在
但是化学性质非常活泼，氧化能力很强，并能 持续进行连锁反应。自由基的强氧化能力对 细胞及许多生物大分子有破坏作用
自由基的防御系统
1、抗氧化物质 非酶保护系统 天然的和人工合成的两大类，统称为
抗氧化剂。
天然的有细胞色素f、谷胱甘肽、甘露糖醇、抗坏血 酸、泛醌、维生素Ｅ和类胡萝卜素等。
➢ 交叉适应的作用物质：脱落酸
第二节 植物的抗冷性
低温下，植物将会受到寒害(包括冷害和冻 害)
很多热带和亚热带植物不能经受冰点以上的 低温，这种冰点以上低温对植物的危害叫 做冷害(chilling injury)。
一、冷害引起的生理生化变化
1．膜透性加大 2．水分平衡失调：蒸腾大于吸水 3．原生质流动受阻：能量供应减少，原生质粘性增加 4．光合速率减弱：叶绿素分解大于合成；暗反应受影响 5．呼吸代谢失调：大起大落。先期升高保护，然后降低
（升高放热保护，时间长后，原生质停止流动，无氧呼吸） 6.有机物质分解占优势
二、冷害机制
（一）膜的相变
1．膜透性增加引起代谢紊乱
在低温下，质膜收缩出现裂缝，造成膜破坏，透性增加， 细胞内溶质渗漏。如时间过长还可引起酶促反应平衡失 调，代谢紊乱。
2．膜相变引起膜结合酶失活
构成膜的类脂由液相转变为固相，流动镶嵌模型破坏， 类脂固化而引起膜结合酶解离或者使酶亚基分解，因而 失活。
三、植物对逆境的适应
（一）胁迫蛋白 逆境能诱导形成新的蛋白质(或酶)，这些蛋白质统称
为胁迫蛋白(stress protein)。
1.热击蛋白 2.低温诱导蛋白(low-temperature-induced protein) 3.病原相关蛋白(pathogenesis-related proteins,PRs) 4.盐逆境蛋白
(二)
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，以提 高细胞液浓度，降低其渗透势，这样植物就可保持 其体内水分，适应水分胁迫环境。
这种由于提高细胞液浓度，降低渗透势而表现出的调 节作用称为渗透调节(osmotic adjustment)。
渗透调节物质:
1.无机离子 （积累在液泡中） 2.脯氨酸
外施ABA , 可使植物体增加脯氨酸，可溶性糖和可溶性蛋白 质等的含量 , 从而使植物产生抗逆能力。 (4）减少水分丧失 可促进气孔关闭，蒸腾减弱，减少水分丧失，还可提高根对 水分的吸收和输导，防止水分亏缺，提高抗旱、抗寒、抗冷 和抗盐的能力。
植物经历了某种逆境后，能提高对另一些逆境的 抵抗能力，这种对不良环境之间的相互适应作用， 称为交叉适应。 ➢ 缺水、缺肥、盐渍等处理可提高烟草对低温和缺 氧的抵抗能力； ➢ 干旱或盐处理可提高水稻幼苗的抗冷性； ➢ 低温处理能提高水稻幼苗的抗旱性；
第十一章 植物的逆境生理 Stress Physiology
芦苇
第一节 抗性生理概论
一、逆境和植物的抗逆性 （一）逆境的概念及种类 逆境：对植物生存与发育不利的各种环境因素
的总称。 抗性：植物对逆境的抵抗和忍耐能力。
（二)抗性的方式
➢ 抗性是植物在对环境的逐步适应过程中形成的。 ➢ 植物适应逆境的方式主要表现在二个方面：
➢ 避逆性：指植物通过对生育周期的调整来避开 逆境的干扰，在相对适宜的环境中完成其生活 史。
➢ 耐逆性：指植物处于不利环境时，通过代谢反
应来阻止、降低或修复由逆境造成的损伤，使 其仍保持正常的生理活动。
二、逆境对植物的伤害
(一) 形态结构变化
➢ 如干旱会导致叶片和嫩茎萎蔫，气孔开度减小甚至关； ➢ 淹水使叶片黄化，枯干，根系褐变甚至腐烂；高温下叶
片变褐，出现死斑，树皮开裂； ➢ 病原菌侵染叶片出现病斑。 ➢ 逆境往往使细胞膜变性、龟裂，细胞的区域化被打破，
原生质的性质改变，叶绿体、线粒体等细胞器结构遭到 破坏。 ➢ 植物形态结构的变化与代谢和功能的变化是相一致的。
(二)
➢ 各种逆境发生时，植物体的吸水力降低，蒸腾 量降低，但蒸腾量大于吸水量，使植物组织的 含水量降低并产生萎蔫。
膜相变温度随不饱和脂肪酸含量增加而降低
（二）活性氧平衡
➢ 活性氧（超氧物阴离子自由基，羟自由基， 过氧化氢，单线态氧）当植物受到胁迫时， 活性氧累积过多
➢ 活性氧伤害细胞的机理在于活性氧导致膜脂 过氧化，SOD和其它保护酶活性下降，同时 还产生较多的膜脂过氧化产物，膜的完整性 被破坏。
➢ 其次，活性氧积累过多，也会使膜脂产生脱 酯化作用，磷脂游离，膜结构破坏。
➢ 一些植物生长调节剂和人工合成的活性 氧清除剂在胁迫下也有提高保护酶活性、 对膜系统起保护作用的效果。
第三节、抗冻性
冰 点 以 下 低 温 对 植 物 的 危 害 叫 做 冻 害 (freezing injury)。植物对冰点以下低温的适应能力叫抗冻 性(freezing resistance)。
2、保护酶系统
在植物体内，这类酶主要SOD、AAO、谷胱甘肽还 原酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶等，被称 为细胞的保护酶系统。
其中尤以SOD最重要。
活性氧与植物膜伤害机制
➢ 多种逆境如干旱、大气污染、低温胁迫 等都有可能降低SOD等酶的活性，从而 使活性氧平衡被打破。
➢ 干旱胁迫下不同抗旱性小麦叶片中SOD、 CAT、POD活性与膜透性、膜脂过氧化 水平之间都存在着负相关。
3.甜菜碱 4.可溶性糖
（三）脱落酸 ABA胁迫激素,提高抗逆性原因:
(1)可能使生物膜稳定 , 减少逆境导致的伤害。 (2) 减少自由基对膜的破坏 . 延缓 SOD 和过氧化氢酶等活性下降 , 阻止体内自由基的过氧
化作用 , 降低丙二醛等有毒物质积累 , 使质膜受到保护 . (3) 改变体内代谢
➢ 植物含水量的降低使组织中束缚水含量相对增 加，从而又使植物抗逆性增强。
➢ 在任何一种逆境下，植物的光合作用都呈下降 趋势。
➢ 逆境下植物的呼吸作用变化有三种类型：
➢ 冰冻、高温、盐渍和淹水胁迫时，植物的呼 吸作用都逐渐降低；
➢ 零上低温和干旱迫时，植物的呼吸作用先升 高后降低；
➢ 植物发生病害时，植物呼吸作用极显著地增 强，且这种呼吸作用的增强与菌丝体本身呼 吸无关。