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逆境生理 - Coggle Diagram
逆境生理
抗性生理通论
逆境与抗逆性
(一)逆境:对植物产生伤害的环境,又叫胁迫。
物理因素:温度 水 辐射 风雪磁雨电
化学因素气体、盐碱、 农药、污染等
生物因素:病害 虫害 杂草 等
(二)抗性:植物对不良环境的适应性和抵抗力
避逆性:植物能够创造一种内部环境,避免逆境对其内部的影响。
耐逆性:植物处于不良环境中,通过代谢的变化来阻止、降低、甚至修复由逆境造成的伤害,从而保证正常的生理活动。
逆境对植物生理代谢的影响
细胞透性增大:膜系统破坏,内含物外渗;膜结合酶活性紊乱,各种代谢无序。
水分平衡丧失:植物的吸水量降低,蒸腾量减少,但蒸腾仍大于吸水,植物萎蔫。
呼吸速率变化
呼吸先上升再下降—冷、旱害
呼吸明显升高 — 病害、伤害
呼吸下降—冻、热、盐、涝害
光合速率下降:气孔关闭,叶绿体受伤,光合酶失活或变性。
物质代谢变化:合成酶活性下降,水解酶活性增强。 淀粉、蛋白质等大分子化合物降解为可溶性糖、肽及氨基酸等物质。
植物对逆境的适应
生物膜与抗逆性:膜脂相变会导致原生质流动停止,膜结合酶活性降低,膜透性增大,物质交换平衡破坏,代谢紊乱,有毒物质积累,细胞受损。
逆境蛋白与抗逆性
热激蛋白
维持变性蛋白的可溶状态或使其恢复原有的空间构象和生物活性
与一些酶结合成复合体,使酶的热失活温度明显提高。
低温诱导蛋白:植物经一段时间的低温处理后诱导合成的一些特异性的新蛋白质。如同工蛋白、抗冻蛋白等。
渗调蛋白:干旱或盐渍下诱导的一些逆境蛋白。它的产生有利于降低细胞的渗透势和防止细胞脱水,有助于提高植物对盐和干旱胁迫的抗性。
病程相关蛋白:植物受到病原菌侵染后合成的一种或多种蛋白质。病程相关蛋白在植物体内的积累与植物局部诱导抗性或系统诱导抗性有关。
其它逆境蛋白:缺氧环境下产生厌氧蛋白;紫外线照射会产生紫外线诱导蛋白;施用化学试剂会产生化学试剂诱导蛋白。
活性氧与抗逆性
2、生长受抑
3、诱发膜脂过氧化作用
1、细胞结构和功能受损
4、损伤生物大分子
活性氧使酶失活的原因
2、O2-·、·OH能攻击-SH;
3、氧自由基可通过氧化修饰酶蛋白的不饱和氨基酸来影响酶的活性;
1、O2-·、·OH与MDA一样,使酶分子之间发生交联、聚合、导致酶失活
4、氧自由基与酶分子中的金属离子起反应导致酶失活。
活性氧对植物的有益作用:
2、参与细胞抗病作用
3、参与乙烯形成
1、参与细胞间某些代谢
4、参与调节过剩光能耗散
植物体内的抗氧化防御系统:
1、保护酶体系
(2)过氧化物酶(POD)
(3)过氧化氢酶(CAT)
(1)超氧化物歧化酶(SOD)
2、抗氧化物质(非酶促体系)
渗透调节与抗逆性渗透调节:胁迫条件下,细胞主动累积渗透调节物质,降低渗透势,提高细胞保水力,适应逆境胁迫的现象
渗透调节物质的种类
渗透调节的主要生理功能
(1)维持细胞膨压
(2)维持植株光合作用
(3)维持气孔开放与类囊体膜的完整性
(1)无机离子
可溶性糖和游离氨基酸增加的原因:
大分子糖类和蛋白质的分解加强而合成受抑,蔗糖的合成加快。
从植物体其它部分输入糖和氨基酸、
光合产物直接形成蔗糖。
(2)有机溶质
脱落酸与抗逆性在低温、高温、干旱和盐害等胁迫下,体内脱落酸含量大幅度升高。
逆境胁迫增加了叶绿体膜对脱落酸的通透性。
加快根系合成的脱落酸向叶片的运输及积累。
外施脱落酸提高抗逆性的原因
减少水分丧失
提高膜脂的不饱和度
改变体内代谢
减少自由基对膜的伤害
提高作物抗性的生理措施
(一)种子锻炼—播种前对种子进行相应的逆境处理。
(二)巧施肥水—控制土壤水分,少施N肥,多施P、K肥。
(三) 施用生长抑制物质 —如CCC、PP333 、TIBA、JA等
植物的抗旱性
干旱的类型
旱害:土壤缺水或大气相对湿度过低对植物的危害。
(二)土壤干旱—土壤缺乏可利用水
(三)生理干旱—土壤温度过低、溶液浓度过高、土壤缺氧、有毒物质存在
(一)大气干旱—高温、强光、大气相对湿度过低
干旱对植物的伤害
暂时萎蔫(temporary wilting):降低蒸腾即能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。
永久萎蔫(permanent wilting):土壤中无可利用的水,降低蒸腾不能消除水分亏缺以恢复原状的萎蔫。
干旱引起的生理生化变化
生长受抑
光合作用减弱
细胞膜结构遭到破坏
呼吸作用先升后降
内源激素代谢失调—ABA、ETH含量增加,CTK合成受抑
氮代谢异常—蛋白质合成受阻,分解加强,脯氨酸增加。
核酸代谢受到破坏
植物体内水分重新分配
酶系统的变化—合成酶类活性下降,水解酶类及某些氧化还原酶类活性增高
细胞原生质损伤
干旱时植物体内脯氨酸的积累及其与抗旱的关系
脯氨酸积累的原因
蛋白质分解
脯氨酸合成增多
脯氨酸分解减弱
脯氨酸与植物抗旱的关系
作为渗透调节物质,脯氨酸的亲水性很强,可降低细胞水势,防止水分散失;
稳定蛋白结构,保持膜结构的完整性
解毒和贮存氮素
植物抗旱类型和特征
植物的抗旱类型
逃旱性:通过缩短生育期以逃避干旱缺水的季节。
御旱性:利用形态结构上的特点,保持良好的水分内环境
耐旱性:这类植物具有忍受脱水而不受永久性伤害的能力
抗旱植物的一般特征
形态特征
生理特征
植物的抗盐性
土壤盐分过多的伤害
离子毒害作用—单盐中毒
破坏正常代谢
渗透胁迫—生理干旱
植物的抗盐性植物对土壤盐分过多的适应能力或抵抗能力叫抗盐性
植物对盐渍环境的适应机理主要有两种方式:避盐与耐盐。
植物对盐渍环境的适应能力称为避盐性。有排盐、稀盐、拒盐三种途径。
提高植物抗盐性的途径
利用生长调节剂促进植物生长,稀释其体内的盐分。
对种子进行预处理
植物耐盐性可因锻炼而提高
改造盐碱土
通过常规育种手段或采用组织培养、转基因等新技术选育抗盐突变体、培育抗盐新品种,是提高植物抗盐性的有效途径
植物的抗寒性
冷害的生理
冷害引起的生理生化变化
细胞膜系统受损—代谢失调
根系吸水能力下降—根生长慢,呼吸弱,供能不足,失水大于吸水,植株干枯
呼吸代谢失调—大起大落
物质代谢失调—分解大于合成
光合作用减弱—叶绿素合成受阻,各种光合酶活性受抑
冷害的机制
膜脂相变
由于膜损坏而引起代谢紊乱,严重时导致死亡。
:提高作物抗冷性的途径
低温锻炼
合理施肥
化学诱导
冻害的生理
冻害的类型
细胞间隙结冰伤害—温度缓慢下降
胞间结冰对植物伤害的原因:
机械损伤
融冰伤害
原生质过度脱水、蛋白质分子破 坏、原生质凝固变性。
细胞内结冰伤害—温度迅速下降
细胞内冰晶的形成会对生物膜、细胞器和基质的结构造成不可逆的机械伤害,代谢紊乱,细胞死亡
冻害的机制
膜伤害假说:结冰伤害后,膜选择性透性丧失。
巯基假说:蛋白质被损伤
低温下植物的适应性变化
经抗寒锻炼植物发生适应性变化
2、呼吸减弱
3、脱落酸含量增加,生长停止,进入休眠
1、含水量降低,束缚水的相对含量增高。
4、保护物质积累
5、低温诱导蛋白形成