植物光合作用与逆境抗性研究
植物的抗性生理.
5. 逆境使细胞膜系统失去稳定性
⑴组织脱水使脂质双层变为星状排列; ⑵膜蛋白彼此靠近,在分子内或分子间形成-S-S-,
使蛋白变性失活,也使膜上出现孔洞; ⑶低温使膜脂相变,液晶-固态,膜容易出现裂缝;
相变也可导致膜酶与膜脂的分离或结合力下 降,甚至使寡聚酶的亚基分离,影响膜的功能。 后果:细胞失去控制物质出入的能力,膜透性增 加，电解质外渗.严重时导致死亡。
甜菜碱在逆境下的合成和分解都慢于脯氨酸.
③可溶性糖：降低渗透势。
3. 渗透调节的人工诱变与基因工程 高脯氨酸植株的培育：
利用羟脯氨酸抑制大麦生长能被脯氨酸解 除的作用，将诱变后的胚培养在含羟脯氨酸 的培养基上，长出的正常苗为高脯氨酸苗 （含量比亲本高出几倍），抗渗透胁迫。
通过遗传工程达到育种目标:用铃兰氨酸筛选 高Pro菌株-获得目的基因-导入微生物-高等 植物转甜菜碱醛脱氢酶基因——提高抗旱、 抗盐碱能力。
第十二章 植物的逆境生理
有关逆境的概念:
逆境：对植物生长与生存不利的环境因子。
逆境来源：严峻气候；地理位置及海拔高度； 生物因素；人类的经济活动;
胁迫：不良环境因子使植物内部产生有害变化 的过程。
胁变：植物受到胁迫后而产生的代谢及形态变 化。
弹性胁变——程度轻，能复原。 塑性胁变——程度重，不能复原。
逆 境 下 的 水 分 胁 迫
2.光合作用下降
气孔效应:干旱使气孔关闭,粉尘使气孔堵塞; 非气孔效应:叶绿体(豌豆,向日葵)离体试验表
明,当水势降至-8~-12巴时,光合放氧显著减 弱,降至-15.3巴时,豌豆放氧降至1/4;降至-26 巴时,向日葵放氧降至1/2. 其他:水涝,冻害,污物质
① 脯氨酸
特点:逆境下迅速增加几十-上百倍,多积累在细 胞质;pH中性（等电点为6.3)，积累不会使细 胞酸碱失调、酶活受抑;毒性低;溶解度高。
11_植物抗性生理
（1）御胁变性（strain avoidance）是指 植物在逆境作用下能减低单位胁迫所引起 的胁变，起着分散胁迫的作用，
植物细胞膜稳定性强、蛋白质间的键合 能力强及保护物质多等可以提高植物的抗 性。
3.抗逆性（stress resistance）是指 植物对逆境的抵抗能力或耐受能力，简称 抗性，包括御逆性和耐逆性。
4.御逆性(stress avoidance) 是指植物具 有一定的防御环境胁迫的能力，且在逆境 条件下仍保持正常状态，如泌盐植物二色 补血草通过盐腺把大量盐分排出体外而缓 解盐胁迫。
11.2.1 冷害与植物抗冷性
第11章 植物逆境生理 Plant Stress Physiology
四川师范大学 陶宗娅
影响植物生长发育 的各种环境因子
示意图
11.1 抗性生理通论
11.1.1 逆境与植物的抗逆性
1.逆境（environmental stress）指对植物生长和 发育不利的各种环境因素的总称，又简称胁 迫(stress)。逆境的种类是多种多样的，根据 环 境 的 种 类 ， 逆 境 可 分 为 生 物 逆 境 ( biotic stress) 和 理 化 因 素 逆 境 又 称 非 生 物 逆 境 (abiotic stress)（图11.1）。
（4）交叉适应的主要作用物质是ABA 等。
Possible transduction route for ABA
11.2 寒害与植物的抗寒性
• 寒害：温度低于最低温度产生的伤害， 包括冷害和冻害。
• 零上低温对植物的伤害称为冷害，植物 对零上低温的适应能力叫做抗冷性。
植物的抗性生理
植物的抗性生理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：植物的抗性生理Section 1 Outline of hardiness physiology1.1 逆境的形成及种类1、环境因素造成的逆境：旱、涝、高温、冻、盐碱、辐射等；2、生物因素造成的逆境：病、虫、草害；3、人类活动造成的逆境：环境污染（大气、水体、空气污染）。
1.2 植物对逆境的反应1、胁迫和胁变Stress胁迫（逆境）：对植物生长发育不利的或产生伤害的环境。
Strain胁变：植物体受到胁迫因子影响后所产生的相应变化。
2、植物的抗逆性通过长期的自然选择，现存的植物对各种环境均有一定的适应性。
植物对各种胁迫因子（不良环境）的适应性和抵抗力称为植物的抗逆性，简称抗性(hardiness / stress resistance))。
植物的抗性主要有两种方式：（1）避逆性（stress escape）：植物体内能够创造一种内环境来避免环境的影响。
（2）耐逆性（stress tolerance）：植物体可以承受胁迫作用而不产生或只产生较小的胁变。
1.3 逆境对植物的伤害效应1.4 逆境对代谢的影响1、许多逆境都会造成膜系统受害、透性加大；2、可溶性化合物显著增加（糖、蛋白→可溶性糖、氨基酸等）；3、ABA含量迅速升高；4、光合下降、同化物减少（气孔关闭、叶绿体受伤、酶失活或变性）；5、呼吸变化（冻、高温、盐渍、涝胁迫――呼吸下降；干旱、低温胁迫――呼吸先升后降；病菌感染――上升）。
1.5 生物膜与抗性1、膜脂高等植物膜脂中含有磷脂和糖脂（eg.双半乳糖二甘油酯）等，在正常条件下，膜脂呈液晶态，当温度下降至一定程度，膜脂就会变为凝胶态，从而导致原生质停止流动，膜透性加大。
（1）膜脂不饱和脂肪酸越多，固化温度越低，抗冷性越强。
（膜脂碳链越长，固化温度越高；不饱和键越多，固化温度越低）。
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。
植物的适应能力与抗性
06
总结与展望
植物适应能力与抗性的重要性
01
适应环境
植物通过适应不同的环境条件，如温度、光照、水分和土壤等，能够生
长和繁殖在不同的生态系统中，从而维持生态系统的多样性和稳定性。
02
抵抗逆境
植物在面临逆境时，如干旱、高温、盐碱和病虫害等，能够通过自身的
抗性机制来抵抗逆境的胁迫，保证正常的生长和发育。
植物的适应能力与抗性
汇报人：XX 2024-01-20
目 录
• 引言 • 植物适应能力的表现 • 植物抗性的类型与特点 • 适应能力与抗性的关系 • 提高植物适应能力与抗性的方法 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
01
探讨植物如何适应不同的环境条 件，以及它们如何抵抗各种生物 和非生物胁迫。
02
03
提高产量
通过研究和利用植物的适应能力和抗性，可以培育出适应不同环境和抵
抗各种逆境的作物品种，从而提高作物的产量和质量。
未来研究方向
深入研究植物适应与抗性的分子机制
利用现代分子生物学技术，深入研究植物在适应和抵抗逆境过程中的 基因表达调控、代谢途径变化等分子机制。
发掘和利用植物抗逆基因资源
通过基因组学和转录组学等技术手段，发掘和利用植物中的抗逆基因 资源，为作物抗逆育种提供基因资源。
植物在盐渍环境中通过积累无机盐离 子、合成有机渗透调节物质、改变膜 透性等方式来维持正常的生理代谢。
抗寒性
植物通过增加细胞内可溶性糖、蛋白 质等物质的含量，降低细胞冰点，以 及形成特殊的抗冻蛋白等方式来抵抗 低温冻害。
抗病性
系统获得性抗性
植物在受到病原物侵染后，通过产生并传递抗病 信号物质，激活全株范围内的防御反应。
植物逆境胁迫与抗逆机制
抗逆作物的应用前景
提高作物产量：抗逆作物能够在恶劣环境中生长，提高作物产量。 减少农药使用：抗逆作物能够抵抗病虫害，减少农药使用，降低环境污染。 应对气候变化：抗逆作物能够适应气候变化，减少气候变化对农业生产的影响。 提高作物品质：抗逆作物能够提高作物品质，提高农产品市场竞争力。
06
提高植物抗逆性的方法
分子调控机制
基因表达调控：通过转录因子、 信号通路等调控基因表达
代谢调控：通过改变代谢途径和 产物来适应环境变化
添加标题
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蛋白质修饰调控：通过磷酸化、 乙酰化等修饰调控蛋白质活性
细胞信号传导：通过细胞内信号 传导途径传递逆境信号，调控抗 逆反应
04
植物抗逆性的表现
抗旱性
植物在干旱条件下的生长状况
逆境胁迫下， 植物体内会发 生一系列生理 生化变化，以 适应环境变化。
植物激素的变化： 逆境胁迫下，植 物体内激素水平 会发生变化，如 生长素、细胞分 裂素、赤霉素等。
抗氧化系统的激 活：逆境胁迫下， 植物体内的抗氧 化系统会被激活， 以清除自由基， 保护细胞免受损 伤。
基因表达的变 化：逆境胁迫 下，植物体内 的基因表达会 发生变化，以 适应环境变化。
盐胁迫：土壤盐分过高，影响植物正 常生理功能
低温胁迫：温度过低，影响植物生长 和发育
高温胁迫：温度过高，影响植物生长 和发育
病虫害胁迫：病虫害侵袭，影响植物 生长和发育
污染胁迫：环境污染，影响植物生长 和发育
非生物逆境胁迫
温度胁迫：高温、低温、温度骤变等
土壤胁迫：土壤酸碱度、盐分、养分不 足等
水分胁迫：干旱、洪涝、水分不足等
添加标题
光合菌在植物上的作用
光合菌在植物上的作用光合菌在植物上的作用什么是光合菌？•光合菌是一类存在于植物体内的微生物。
•它们与植物共生，通过光合作用为植物供给养分。
光合菌的作用1.增强光合作用效率–光合菌通过与植物的共生关系，可以提高植物的光合作用效率。
–它们能够吸收和利用太阳能，将其转化为植物所需的养分。
–这种共生关系对植物的生长和发育非常有益。
2.促进植物养分吸收–光合菌可以通过与植物的共生关系，促进植物对养分的吸收能力。
–它们能够分解土壤中的有机物质，释放出植物所需的营养元素。
–这种共生关系可以提高植物的养分吸收效率，增加植物的养分供应。
3.增强植物的逆境抗性–光合菌还可以提高植物的逆境抗性，帮助植物抵御环境中的压力和病虫害。
–它们通过共生关系与植物建立起一种互利共生的关系。
–这种共生关系可以增强植物的免疫系统，提高植物对逆境的抵抗能力。
如何利用光合菌增强植物生长1.植物种植中添加光合菌肥料–光合菌肥料可以改善土壤环境，增加土壤中的有机物质含量。
–它们能够提高植物的养分吸收能力，并增加植物的光合作用效率。
–合理使用光合菌肥料可以促进植物的生长和发育。
2.开展光合菌研究与应用–继续开展光合菌研究，探索更多关于光合菌的特性和作用机制。
–将研究成果应用于农业生产中，开发出更多的光合菌产品。
–这样可以在保护环境的同时，提高农作物的产量和质量。
结语光合菌在植物上具有重要的作用，能够增强植物的光合作用效率，促进养分吸收，增强逆境抗性等。
通过合理利用和开展研究，我们可以更好地利用光合菌来增强植物的生长和发育，为农业生产带来更多的好处。
光合菌的应用前景在农业领域的应用1.提高农作物产量和质量–光合菌作为一种生物肥料，可以提供植物所需的养分，促进植物的生长和发育。
–它们还可以增强植物的光合作用效率，增加农作物的光能利用效率。
–这样可以提高农作物的产量和品质，满足人们对食物的需求。
2.降低农药使用量–光合菌能够增强植物的逆境抗性，提高植物对病虫害的抵抗能力。
植物的抗性
1.冻害的机理
冻害对植物造成的影响，主要是由结冰 引起的。结冰伤害的类型有两种： 1）细胞间结冰 （1）气温缓慢下降时，细胞间隙中细胞壁附 近的水分首先结冰，即胞间结冰。 （2）胞间结冰会降低细胞间的蒸汽压，使周 围细胞的水蒸气向胞间的冰晶凝聚，冰晶的 体积逐渐增大。
（3）胞间结冰造成伤害的主要原因是细胞质过 度脱水，引起蛋白质分子和细胞质凝固变性； （4）造成伤害的次要原因有两个： A.冰晶体积过大时，对细胞质发生机械伤害； B.冰晶迅速融化时，细胞壁复原较快，细胞质 较慢，可能造成撕裂。
③ 脱落酸含量增多 研究表明，ABA水平和植物抗寒性呈正相关。 ④ 生长停止，进入休眠 许多研究证据表明，生长缓慢和代谢减弱是 植物应对不良环境的一种适应反应。树木在冬季 来临之前，呼吸减弱，ABA含量增多，生长速度 减慢，节间缩短。
⑤ 保护性物质增多 随着温度下降，越冬植物体内淀粉含量减少， 可溶性糖（葡萄糖和蔗糖）增多，可溶性糖增多 利于提高细胞液浓度，冰点降低，且可缓冲细胞 质过度脱水，保护细胞质胶体不至于冷凝固，因 此对抗寒有良好效果，是植物抗寒性的主要保护 物质。 另外，脂肪物质可集中在细胞质表层，使水 分不易透过，代谢降低，使细胞内不容易结冰， 并防止过度脱水。
第二节 植物的抗冷性
低温对植物的危害，根据低温的程度以 及植物的受害情况，划分为冻害（零下低温） 和冷害（零上低温）两种。
一、冻害的生理
冻害（freezing injury） 当温度下降到0℃以下时，植物体内 会发生冰冻，从而使植物受伤甚至死亡， 的现象。 我国北方晚秋和早春，寒潮入侵、 霜冻，气温骤然下降时，就会对作物造 成严重的冻害，对农业生产造成极大影 响。
植物的抗性生理
逆境（stress）： 对植物产生伤害的环境称为逆 境，又称胁迫。 地球上适宜于耕作的土地不足10％，其余 为干旱、半干旱、冷土和盐碱土。 我国有48％的耕地为干旱、半干旱地区， 约有465万km2。
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植物光合作用与逆境抗性研究
植物是我们地球上最为重要的生物之一，人类赖以生存的食物、氧气等多数都
来自于植物。而植物的核心生命活动之一就是光合作用，也就是将阳光转化为化学
能量的过程。然而，虽然植物光合作用是一个非常稳定的反应，但植物在遇到一些
环境逆境时，光合作用的效率会出现下降。因此，研究植物光合作用与逆境抗性之
间的关系，对解决人类粮食安全和环境保护等重大问题具有重要意义。
首先，我们来看一下植物光合作用的基本过程。它发生在植物的叶绿体中，需
要三个关键因素：光能、二氧化碳和水。通过叶绿素和其他辅助色素，植物的叶片
将光能转换成电子能，并将其传递到光合酶复合体中，进而产生ATP和NADPH，
这两种带有能量的物质用于碳固定和还原。二氧化碳通过气孔进入植物中，与
ATP和NADPH一起在叶绿体中发生碳固定，最终形成葡萄糖等不同的有机物。
然而，光合作用的效率往往会受到外界的影响。例如，光合作用的速率会因环
境因素如光强、温度、CO2浓度等的变化而受到影响。低光强下，植物叶片中的
光合作用效率较低，而强光下，过多的光能反而会导致光合作用效率的下降。这是
因为光能的过量输入会导致光系统II中的反应中心受到过度氧化损伤，甚至形成
氧化物质，进而导致叶片的损伤。此外，温度对光合作用的影响也极其重要。太高
或太低的温度都会对酶系的作用速率和有效性造成不良的影响。另外，较高的
CO2浓度会促进光合作用效率的提高，而较低的CO2浓度则会限制酶反应的进行，
从而造成光合作用的抑制。
然而，除了上述常见的环境因素外，植物还面临着一些逆境，如水分胁迫、盐
渍等。这些逆境也会对植物的光合作用产生较大的影响。例如，当水分胁迫时，植
物叶片中的水分能力降低，光能的转换能力也会大幅下降，最终导致光合作用的抑
制。类似地，盐渍土壤中的高浓度钠离子也会对植物的光合作用产生负面影响。钠
离子会影响植物体内的离子摄取平衡，导致光合作用底物的缺乏，从而抑制光合作
用的进行。
为了解决上述问题，植物与环境交互作用研究成为了当前热门领域之一。近年
来，科学家们通过研究植物分子和细胞水平的反应，以及利用遗传学、生物化学等
多种手段，开始深入探讨植物光合作用与逆境抗性之间的关系，并探究相关的生理、
分子机理。例如，在研究植物的水分胁迫反应机制时，科学家们发现了许多关键的
分子和途径。他们发现植物的零点突变体fugu5，能够调节质膜蛋白质的重编码，
从而成为对水分胁迫具有免疫反应的植物。在盐渍胁迫下，植物中的IRO2
（TARGET OF RAPAMCIN）途径可以调节植物对盐的反应、胁迫讯息的传递，
维持植物钠离子的平衡。
总的来说，植物光合作用与逆境抗性研究是一个重要的、极具挑战性的领域。
虽然当前的研究成果能够为人们提供对植物抗逆性的一些重要的认识，但与环境的
复杂性相比还远远不够。未来，科学家们需要继续深入研究植物与环境的交互作用
过程，掌握植物的逆境生理学与分子生物学，为人类解决全球气候变化、粮食危机
等问题提供帮助。