植物生理学11.第十章-植物对生物和非生物胁迫的反应说课材料.ppt

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1、第十章植物对生物和非生物胁迫的反应YieldLossesFromBioticandabioticStresses非生物胁迫（abioticstress)：由过度或不足的物理或化学条件引发的对植物生长、发育或繁殖产生不利影响。胁迫可以引发植物从调节基因表达和细胞代谢到生长速率和产量变化等一系列反应。Introduction植物抗胁迫的机制避逆性(stressavoidance):防止接触胁迫。抗逆性(stresstolerance)：植物可以抵抗胁迫。Introduction非生物胁迫通常引起植物基因表达模式发生改变Introduction胁迫是可以接受和识别的环境信号；植物识

2、别逆境信号后，该信号就在细胞之间和整株植物中传递；逆境信号的传递通常会导致细胞水平上的基因表达发生变化；它又接着影响到整株植物的代谢和发育。1缺水胁迫水资源短缺以及土壤盐渍化是目前制约农业生产的一个全球性问题,全球20%的耕地受到盐害威胁,43%的耕地为干旱、半干旱地区。引起植物缺水的环境条件干旱盐渍低温DroughtStressDroughtstresstreateduntreatedSaltstressAvarietyofsorghum,sensitivetosalinity,growinginsandcultureandwateredwithanutrientsolut

3、ioncontainingincreasingconcentrationsofsodiumchloride.Alltheplantshavegrownforthesamelengthoftime.1.1渗透保护物质在抗旱耐盐中作用渗透调节（osmoticadjustment)指耐旱植物可以调节它们的溶质势以抵消暂时或长期的水分胁迫，是植物细胞中溶质颗粒数目净增加的结果。渗透调节在帮助植物顺应干旱或盐性环境中起到关键作用。渗透保护物质(Osmoprotectant)为可混溶溶质，许多植物在水分胁迫条件下会积累小分子相溶性溶质或渗压剂，有效地提高植物的渗透调节能力、增强植物的抗逆

4、性。可混溶溶质（compatiblesolute)是一小类化学性质各异的有机化合物，它们都具有高度可溶，而且在高浓度下也不影响细胞代谢。二甲基磺基丙酸甜菜碱胆碱-磺酸松醇甘露醇脯氨酸重要的渗透保护物质：脯氨酸、甘氨酸甜菜碱、甘露醇、松醇渗透保护物质的生物合成脯氨酸合成关键酶P5CS吡咯啉-5-羧酸合成酶P5CR吡咯琳-5-羧酸还原酶L-谷氨酸L-鸟氨酸甘氨酸甜菜碱胆碱甘氨酸甜菜碱合成关键酶胆碱单加氧酶(Cholinemonooxygenase,CMO)甜菜醛脱氢酶(Betainaldehydedehydragenase,BADH)甘露醇（mannitol)生物合成途径1-磷酸

5、甘露醇脱氢酶（E.coli)使6-磷酸果糖转化为1-磷酸甘露醇，表达该酶基因的转基因植物可以积累甘露醇，提高耐盐性。松醇是一种环状的糖醇，是松科、豆科和竹科植物中的主要溶质，对盐胁迫做出反应。1.2缺水和盐分对跨膜运转的影响干旱和盐分胁迫都要求植物顺应低水势，对细胞内离子浓度、组分、及其分布的调控是渗透胁迫抗性的基本特征。Na+/H+反向运转蛋白（Na+/H+antiporter)位于质膜和液泡膜上的Na+/H+反向运转蛋白在植物耐盐机制中起重要作用水通道蛋白（aquaporin)水通道蛋白可使质膜和液泡膜对水的通透性增加，通过水通道蛋白可以迅速调控细胞的水分流动。植物可以通

6、过调控水通道蛋白等膜蛋白以加强细胞与环境的信息交流和物质交换,增强抗旱、耐盐能力。拟南芥Na+/H+反向运转蛋白基因:AtNHX1SOS1(saltoverlysensitive)SaltStressandtheSOSPathwayRegulationofNa+homeostasisbytheSOSpathwayinArabidopsis植物水通道蛋白主要膜内蛋白(MIP)液泡膜内蛋白（TIP）质膜内蛋白（PIP）松叶菊根中MIP基因表达1.3水分胁迫诱导的LEA基因LEA蛋白（lateembryogenesisabundantprotein)在种子发育后期和受到水分胁迫的植

7、物营养组织中积累。LEA蛋白是一种脱水保护剂,能够在水分胁迫下保护生物大分子。LEA蛋白分为5组，其中第3组LEA基因转化水稻可以提高抗旱耐盐能力。1.4ABA调控水分胁迫诱导基因的表达某些水分胁迫诱导基因受ABA调控，这些基因的启动子中存在ABA应答元件(ABRE)和偶联元件（CE),一起控制ABA应答基因的表达。DroughtandAbscisicAcidSignalingSelf-regulationandosmoticstressregulationofABAbiosynthesis2低温胁迫低