植物的理化逆境生理

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第十三章植物的理化逆境生理第一节干旱胁迫与植物的抗旱性第二节涝胁迫与植物的抗涝性第三节高温胁迫与植物的抗热性第四节冷胁迫与植物的抗冷性第五节冻胁迫与植物的抗冻性第六节盐胁迫与植物的抗盐性第七节环境污染与植物的污染抗性 第一节干旱胁迫与植物的抗旱性一、干旱胁迫的类型二、干旱胁迫下植物的生理生化变化三、植物抗旱的生理和发育机制四、提高植物抗旱性的途径 在中国，干旱和半干旱地区约占国土面积的50%左右，大部分分布在北方，西北地区，因此，干旱是制约这一地区农业生产的主要限制因素。如果再加上其它非干旱地区的地区季节性干旱的影响，干旱对农业生产的影响就更加严重。 概念旱害：指土壤水分缺乏或者大气相对湿度过低对植物造成的危害。抗旱性：植物对干旱的适应和忍耐能力。 干旱土壤干旱大气干旱久旱无雨，土壤缺乏有效水大气干旱，大气RH<20%，蒸腾>>吸水，时间长了也会导致土壤干旱。一、干旱胁迫的类型生理干旱土壤不缺水，根系不能正常吸水（温度过低、浓度过高） 二、干旱胁迫下植物的生理生化变化1.细胞膜结构受到破坏膜双分子层不连续，物质渗漏↑，电导↑，膜酶失活，代谢紊乱，严重时细胞死亡。 2.呼吸作用急剧变化与植物的种类、器官、年龄有关黄豆、玉米等——一直下降；小麦叶片——先升后降；小麦根——指数下降 3.光合作用减弱水分轻度亏缺——气孔减小或关闭，影响CO2浓度；水分中度或重度亏缺——叶绿体结构遭到破坏4.内源激素代谢失调细胞分裂素↓；乙烯、脱落酸↑ 5.核酸代谢受到破坏干旱可使植株体内的DNA、RNA含量下降6.积累渗透调节物质通过渗透调节降低水势：①无机离子；②有机物质 7.保护酶活性改变SOD、POD、CAT↑8.干旱诱导蛋白植物在受到干旱胁迫时新合成的一类蛋白9.营养失调根量减少，影响离子的吸收；合成减少，分解增加，营养亏缺。 抗旱性：植物适应和抵抗干旱的能力包括系统抗旱性和细胞抗旱性系统抗旱性：植物在干旱条件下，通过形态结构的改变和生理反应来维持植物的正常生长发育的能力细胞抗旱性：干旱条件下植物通过细胞生理生化变化来抵御环境干旱胁迫的能力三、植物抗旱的生理和发育机制 1.形态结构特征：凡是促进吸水，减少蒸腾，体内水分运转流畅的结构都有利于抗旱。a.根系、更高的根冠比--"开源"b.叶片更厚、叶面积变小、角质层更厚-“节流”。c.输导系统更为发达，气孔多且小--"流畅"（一）抗旱植物的一般特征 2.生理生化特征细胞有很高的亲水能力，防止细胞严重脱水。水解酶类保持稳定，减少生物大分子分解，保持原生质体，尤其是质膜不受破坏。使细胞代谢不至发生紊乱异常。脯氨酸、甜菜碱和脱落酸等物质积累降低渗透势，保护膜系统。（一）抗旱植物的一般特征 （二）植物抗旱的生理和发育机制避旱性御旱性耐旱性抗旱性 沙漠中生长的一种叫短命菊的植物，这种植物的种子在稍有雨水湿润的情况下，就迅速萌芽生长，开花结实。整个生命周期，只有短短的三四个星期。1、避旱性：指植物在土壤和自身发生严重的水分亏缺之前，完成其生活史。 2.御旱性：指植物在干旱胁迫下保持植株内部组织高水势或高含水量，维持其一定程度地生长发育能力。如仙人掌，其一方面在组织内贮藏大量的水分；另一方面，在白天关闭气孔，降低蒸腾，这样就避免干旱对它的影响。 3.耐旱性：指植物在受到干旱胁迫时能够在较低的细胞水势或含水量下生存的能力。如植物遇到干旱时，细胞内的渗透物质会增加，以提高细胞抗性。 四、提高植物抗旱性的途径1.抗旱育种提取抗旱基因并加以利用，培育抗旱品种2.采取抗旱栽培措施加盖遮阳膜 3.抗旱锻炼种子萌动露出胚根时，在阴凉处风干，再吸水，再风干，反复数次，增强原生质的亲水性。“蹲苗”：在苗期适当控制水分，抑制生长，以锻炼其适应干旱的能力。（玉米、棉花等）“搁苗”：蔬菜移栽前让其适当萎蔫一段时间后再栽。“饿苗”：红薯剪下的藤苗很少立即扦插，一般在阴凉处放置1～3d甚至更长的时间。 4.合理施肥多施P、K肥，促进生根。P素促进蛋白质的合成，增大原生质的水合度，K做为渗透物质和促进碳水化合物运输，降低渗透势。四、提高植物抗旱性的途径 5.化学调控技术a：浸种0.25%CaCl2浸种，0.05%ZnSO4b：喷施激素和生长延缓剂，ABA－促进气孔关闭。CCC－抑制生长，提高根冠比，增加叶片保水能力。C：喷施抗蒸腾剂。四、提高植物抗旱性的途径 第二节涝胁迫与植物的抗涝性一、水涝胁迫下植物的生理生化变化二、植物抗涝的生理和发育机制三、提高植物抗涝性的途径 涝胁迫：陆生植物生长环境水分过多涝害：由涝胁迫对植物产生的伤害涝害本质：缺氧广义的涝害包括涝害和湿害概念 涝害：指地面积水，淹没了作物的全部或一部分。 湿害：旱田作物在土壤水分过多（饱和）时所受的影响。 一、水涝胁迫下植物的生理生化变化（1）水涝对植物形态与生长的效应生长↓，叶发黄（营养缺乏），根变黑（土壤氢还电位低），叶柄偏上生长（ETH）；细胞器－线粒体脊少－缺O2不发育； （2）水涝对植物代谢的效应光合下降，气孔堵塞或关闭，CO2进入受阻，无O2呼吸↑，产生乙醇，乙醛，NH3，乳酸等。（3）水涝引起CO2积累对植物的效应抑制有氧呼吸，促进无氧呼吸（4）水涝引起乙烯增加对植物的效应叶片卷曲、偏上生长、脱落、根系生长减慢等 5.水涝引起的水分亏缺效应供养不足、能量减少、有毒物质积累、激素刺激等造成根系吸水不足，引起水分亏缺。6.水涝引起的营养失调效应吸收能力下降，土壤N、P、K、Ca等流失，引起缺乏症，另外，淹水后O2氧化还原电位下降，H2S、Fe、Mn以及丁酸↑，引起微量元素中毒。7.水涝引起的活性氧积累效应 二、植物抗涝的生理和发育机制水生植物>陆生植物；作物中水稻>油菜>麦子；籼>糯>粳不同生育时期也不一致一般是苗期耐涝，幼穗分化、开花期最不耐涝。“寸麦不怕尺水,尺麦怕寸水”。 1)植物抗涝的形态和解剖特征发达的通气组织有利于把地上部吸收的O2转送到根部或缺O2部位。2)植物抗涝的生理特征线粒体正常，琥珀酸脱氢酶活力↑，抗乙醇和耐乙醇能力提升。甜茅属：PPP代替EMP二、植物抗涝的生理和发育机制 三、提高植物抗涝性的途径1.水涝后逐渐放水2.筛选抗涝品种 第三节高温胁迫与植物的抗热性一、高温胁迫下植物的生理生化变化二、植物抗热的生理和发育机制三、提高植物抗热性的途径 概念温度胁迫：对植物产生有害效应的过高或过低环境温度。热胁迫：过高温度对植物产生的有害效应，造成的伤害称为热害。南方：太阳暴晒；北方：干热风 热害的症状：叶片有明显死斑；器官脱落；木本植物向阳部分干裂等。 1.直接伤害（1）膜脂液化在高温下膜脂从液晶态变为液化态，产生子油滴，脂和蛋白质分离。饱和脂肪酸含量高，液化温度高，相变温度也高。一、高温胁迫下植物的生理生化变化 （2）蛋白质变性高温使分子内能提高，原维持蛋白质4级、3级甚至2级结构的氢键，疏水键断裂，蛋白质失去空间结构，有的还会引起新－S－S－桥，从面使蛋白质变性凝固。 2.间接伤害（1）水分代谢失调蒸腾失水过度（2）代谢性饥饿植物光合最高温度比热害的温度要低3－12℃，而呼吸作用的最高温度比光合要高，所以在热害时呼吸超过光合。 （3）有毒物质积累乙醇，乙醛――诱发无氧呼吸。NH3、胺――线粒体膜受损P/O下降蛋白质合成受阻分解加速。自由基－尤其是超氧物自由基。 （4）蛋白质合成受阻下蛋白酶，核酸酶↑。水解加剧，超氧物自由基对它们的直接破坏及ATP等能量缺乏，核糖体水解，使蛋白质分解加快，合成下降。最后膜系统破坏，导致溶酶体破裂，细胞自溶。（5）生理活性物质缺乏生物素，核苷酸等生物大分子被破坏。 二、植物抗热的生理和发育机制1)蛋白质在高温下保持高度稳定高温下光合能力强，蛋白质中－S－S－多，蛋白质不易变性和水解。2)含水量降低干种子，休眠芽，束缚水含量高，自由水含量低。 3)饱和脂肪酸含量高4)有机酸含量CAM--非常耐热原因，含有大量有机酸。可以减轻或防止NH3中毒。 三、提高植物抗热性的途径1.高温锻炼2.培育和选用耐热作物和品种3.改善栽培措施4.化学药剂处理 一、冷害的表现类型二、冷胁迫下植物的生理生化变化三、植物抗冷的生理生化机制四、提高植物抗冷性的途径第四节冷胁迫与植物的抗冷性 概念低温胁迫：对植物产生不利效应的低温寒害：植物受低温胁迫造成的伤害冷害寒害冻害 冷胁迫：冰点以上的低温对植物产生不利效应冷害：0℃以上低温对植物产生的伤害冷害的症状：生长变慢，叶片变色，有时出现伤斑 植物在不同生育期遭遇冷胁迫：延迟型冷害营养期障碍性冷害生殖期混合型冷害一、冷害的表现类型 一、冷害的表现类型(1)直接伤害植物受低温影响几小时，最多在一天之内即出现伤斑及坏死。由膜结构被破坏而引起的。(2)次生伤害冷胁迫引起的其它胁迫对植物产生的伤害 （3）间接伤害植物在受到低温危害后，至少在几天之后才出现组织柔软、萎蔫。由代谢失调引起的。即低温引起代谢失常、生物化学的缓慢变化而造成的细胞伤害。 二、冷胁迫下植物的生理生化变化1.生化反应失调植株受冷害后，酶促反应失调，水解大于合成，不仅蛋白质分解加剧，而且多种生物大分子都减少。2．呼吸代谢失调植物在刚受到冷害时，呼吸速率会比正常时还高，这是一种保护作用。因为呼吸上升，放出的热量多，对抵抗寒冷有利。时间较长以后，呼吸速率便大大降低，这是因为原生质停止流动，氧供应不足，无氧呼吸比重增大。 二、冷胁迫下植物的生理生化变化3.光合作用受阻低温使叶绿素合成受阻、光合酶活性低，光合速率下降;4.原生质流动受阻冷害使细胞膜透性增加，细胞内可溶性物质大量外渗，植物代谢失调; 5．吸收机能减弱低温下根生长减慢，吸收面积减少，细胞原生质粘性增加，流动性减慢，呼吸减弱，供能不足，导致植物体内矿质元素的吸收与分配受到限制，同时失水大于吸水，水分平衡遭到破坏，导致植株萎蔫、干枯。 三、植物抗冷的生理生化机制1.膜脂变化与抗冷性：即在低温的作用下，膜由液晶态变为凝胶态。 膜脂不饱和脂肪酸越多，不饱和程度越大膜的流动性大，固化温度越低，抗寒性越强。膜脂中的磷脂含量提高有利于抗寒性。三、植物抗冷的生理生化机制 2.蛋白质构象变化与抗冷性3.活性氧积累与抗冷性（自学） 四、提高植物抗冷性的途径1.抗冷性育种2.低温锻炼3．化学诱导4．合理施肥 第五节冷胁迫与植物的抗冻性一、冷胁迫对植物的伤害效应二、植物抗冻的生理生化机制三、提高植物抗冻性的途径 冻胁迫：冰点以下使植物组织结冰的低温冻害：指冰点以下（0℃以下）低温对植物的危害。结冰位置的不同:(胞内and胞间)概念 1)胞间结冰2）胞内结冰突然降温，导致细胞内外都结冰，结果冰块对原生质、生物膜和细胞器的直接机械损伤，破坏细胞内各细胞器按室分工，造成代谢紊乱。胞内结冰比胞间结冰对细胞的伤害更严重。 单项选择题（每小题1分，共20分）填空题（每空0.5分，共10分）判断题（每小题1分，共10分）名词解释(每小题3分，共15分)简答题（每题5分，共25分）论述题（每题10分，共20分）