浅议逆境下植物叶性状及变化.docx

浅议逆境下植物叶性状的变化 摘要： 在逆境下，植物的叶片形态、解剖构造和内含物质等方面产 生变化，以保证植物正常的生命活动。解剖构造与树木的抗旱性关系密切，渗透调节是一个重要的抗旱性和抗盐性机制。植物在阴蔽的环境中，通过大的叶面积等方式保证在弱光条件下充分利用光能。在干旱和盐胁迫下，叶片变小或消失，叶片表皮角质化，在叶片或细胞外形成一些机械组织，叶肉质化，白天叶片气孔关闭等方式增加耐盐性。多年生落叶树木和不落叶的植物通过不同的方式增加抗寒力。叶性状的差异可能是对不同环境的反映，或者是它们的年龄和基因引起的。最后，对叶性状的研究前景作了展望。 关键词：叶性状、抗逆性、展望 植物对环境变迁和不良环境有足够的适应性和抵抗能力，这种抗逆性既受其系统发育的遗传基因所控制，又受其个体发育中的生理生态状态制约。叶片是高等植物进行光合作用的主要器官，在陆地植物生态系统功能中起至关重要的作用，其性状特征直接影响到植物的基本行为和功能。 叶性状包括叶的形态、面积、构造、养分和渗透调节物质等。 早期的叶性状主要集中在植物生理研究，如：叶片的光合、呼吸和叶中物质含量。随着与叶性状相关的特性和应用研究的加深，叶性状的研究逐渐成为近几年来生理生态学领域研究的新热点，内容包括叶的基本性状和它们大范围的格局关系，文章就逆境条件下植物叶性状的生理生态变化和抗逆性的关系进行介绍，这对了解植物在逆境中的生存机制，寻找林木抗逆的适宜调控措。 1 、抗旱条件下的叶性状 抗旱一般表现为避免脱水和忍受脱水。植物通过各种方法减少干旱时水分的散失。植物一般采用较高的叶组织密度,较大的叶厚度和很小的叶面积来适应干旱。干旱的时候，植物减小叶面积和单位面积内的叶生物量，减少新叶的产生，增加老叶的脱落和减少叶的大小。常绿植物采用皮质硬叶来面对干旱，这是保护功能的一种特点；这一特点表现为叶的寿命很长，不大量消耗叶中的氮，同化作用率比较低，能常年地固碳。 虽然植物在干旱季节或干旱地区可通过脱叶或产生细小叶子来减少植株表面水分的蒸腾，但一些缓解干旱的途径也可发生在叶结构的变化上,例如植物产生较粗的叶脉、较小的表皮细胞、较多的叶毛以及较厚的角质层等。旱生植物的机械组织通常较为发达，表皮往往有多层细胞，有发达的角质或者密集的表皮毛以及气孔下陷以减少水分散失。特别是可以通过气孔的关闭以保存水分，最大限度地利用水分，这样植物可以度过长时间的干旱。渗透调节也是一个重要的抗旱性机制，特别是在极度干旱的时候，脯胺酸可能扮演更复杂的角色，它能作为渗透调节物质，保持胞质溶胶与环境的渗透平衡，保持膜的完整性。干旱条件下，叶中产生的活性氧造成氧化胁迫，叶黄素循环、光呼吸与代谢活动的变化，大量的酶与抗氧化物质可以有效地清除活性氧。植物叶片内的类胡萝卜素、维生素E 与抗坏血酸等，共同维持着光合膜的稳定性。干旱胁迫诱导植物叶片的基因表达一些重要的功能蛋白和调节蛋白以保护细胞不受水分胁迫的伤害。另外，植物还可通过体内源激素含量的变化来调节某些生理过程以适应干旱环境。 2、抗虫条件下的叶性状 植物为了保护自己，常采用不同的策略以减少虫害的发生。一种极端的策略是防卫，一般是植物含有效的化学保护物质，减慢叶的扩展，保持正常绿色和很低的损坏率(20%)。另外一种极端的策略是逃避。逃避策略虽有很高的叶扩展率，但植食动物的种群扩大而造成其幼叶取食量的增加有可能快于新叶量的增加，进而对植物造成损伤。所以对植物最好的策略是叶的很快扩展，这样可减少食叶生物的攻击；叶很低的含氮量，可减少对食叶动物的吸引力和生成很有效的次生代谢物。但是，叶的很快扩展要求有很高的氮和其他资源，这是难以实现的。叶子也可以产生一些化学物质保护自己。叶含有很高的苯酚，通常超过了叶干物质的10% ，还有叶丹宁酸，被认为是很好的保护物质。叶被损伤后，叶的苯酚含量大幅增加，有效地保护了植物。植物叶片受损伤后叶内的一些营养成分往往下降，从而影响到植食性昆虫的生长和发育。 3、光胁迫下的叶性状 太阳光是光合作用的能量来源，是植物生存的基础，但过量的光对植物是有害的。原因是高光辐射使叶片温度过高，从而影响叶正常的生理活动，产生光抑制；高叶温导致CO2 固定的减少，因而增加了光氧化的胁迫，在光合作用中造成约10% 的碳损失、。 植物主要通过调节方向和叶对光的角度来获得最佳太阳辐射，在中午受到强光胁迫时存在明显的“避光运动”。在高等植物中，叶子随着入射光强度的改变而相应发生运动的现象早已为人们所熟知。避光性运动是随着入射光的移动，叶子尽量保持叶平面与入射光线平行以最大程度减少叶平面接受太阳辐射，例如遭受水分胁迫的阳性植物大豆突然暴露于强光条件下，会产生避光性运动，从而消除或缓解光抑制的发生。也可以通过叶片上的蜡质、盐化硬皮和叶毛来增加对光的反射。 植物受光胁迫时，栅栏组织的叶绿体通过不同的运动排列方式来调整对光辐射的吸收。强光胁迫下叶绿体沿细胞壁排列，以减少吸收过量的太阳辐射。弱光条件下，叶绿体则充满整个细胞，以扩大吸收太阳辐射的表面积。避光性运动的主要作用是避免叶温的过度升高，而不是避免光抑制。阳生植物一般单位叶干重的叶绿素含量较低而叶黄素含量很高，这可能也是对光胁迫的一种适应。 4、叶性状之耐阴性 植物在阴蔽的环境中，叶片形态、解剖构造、叶绿体结构与运动及光合色素含量等产生变化，以保证弱光条件下充分利用光能。研究表明，与喜光植物相比，耐阴植物一般有很大的叶面积，叶片较薄，单位面积的叶绿素含量和比叶面积、高以及比叶重较低。耐阴植物的叶片栅栏组织细胞极少或根本没有典型的栅栏薄壁细胞，而海绵组织发达，且分布不规则以减少光量子投射损失，因此在弱光条件下能充分利用光能。另外，耐阴植物叶片多无蜡质和革质，表面光滑无毛，从而可减少对光的反射，增加对光能的利用。叶片还可以通过调整运动和平展叶片来维持较高的有效辐射截获，出现“ 向光性运动” 。在弱光条件下，叶绿体则充满整个细胞，以扩大太阳辐射的表面积。随光量子密度的降低，叶绿素含量增加，具有较高的光合活性。 5、叶性状之抗盐性 植物生长的环境是多种多样的，为了适应不同的环境，植物在长期进化过程中逐渐形成了与其生长环境相适应的结构。在盐胁迫下，叶片变小或消失，叶表皮角质化等，可以减少植物体内水分的散失、；叶肉质化，可以保存大量的水分。在植物从外界吸收大量盐分时，利用贮存的水分将吸进的盐分稀释到不会产生毒害的水平。白天叶片气孔关闭，蒸腾很弱，盐分随着蒸腾流进入地上部的机会小，或在叶细胞中形成一层隔离细胞，拒绝盐分的进入，植株从而表现出较强的抗盐能力。有些植物的叶上有盐腺，可以在盐胁迫的情况下泌盐，或通过表皮蜡质的形成泌盐，表现对高盐胁迫的适应。盐胁迫环境下植物细胞结构(如：叶绿体、线粒体)中产生大量活性氧，这会造成叶绿素、膜质、蛋白质和核酸的氧化伤害从而破坏正常的生理代谢。为避免活性氧的积累，具较强抗盐性的植物体内的抗氧化酶系统在盐胁迫下活性增强，可清除过量活性氧。 植物体还可以通过叶的渗透调节，降低细胞的水势，提高其吸水能力，增加耐盐性。植物叶片还可以通过改变各种激素的含量，维持在盐胁迫下的正常生长发育。 6、叶性状之抗寒性 低温对植物的危害，根据低温和受害情况，可分为冻害(零度以下)和冷害(零度以上)两种。零上低温首先引起膜从液晶变为凝胶态，细胞和组织出现裂缝，接着引起代谢紊乱，导致植物死亡。当植物面对低温胁迫的时候，会产生一系列的变化使植物更加适应低温环境；多年生落叶树木在冬天来临的时候，叶子脱落。脱落前将叶片有机物运入植物枝条中，进入休眠阶段，可以提高抗寒力。不落叶的植物叶一般通过革质的叶表皮和叶肉海绵组织分层等特点来增加抗寒力；细胞器和膜结构的稳定性以及细胞质有机化合物浓度增加是提高抗寒力的关键。植物就是通过调节膜脂不饱和度来维持膜的流动性，以适应低温条件。单糖、脯氨酸和可溶性蛋白均在植物抗寒中起作用。 植物低温驯化可以提高植物的抗寒性，但低温驯化过程却是一个复杂的生理、生化和能量变化过程。低温驯化可引起叶中与渗透调节和膜保护有关的碳水化合物的合成，以及抗氧化物酶系统加强，从而提高植物的耐受力。适当控制植物生长，外施一些植物生长延缓剂，延缓生长，提高脱落酸的水平，可以提高其抗寒性。 7、结束语 叶性状与气候有广泛的相关性。不同地点的年均温度、潜在的蒸腾作用、光辐射和年均降水量等气象因子的差异都会对叶性状产生影响。但是环境因子影响叶性状的研究存在很大的不确定性，有待于更深入的探讨。 随着全球气候、土壤和水分环境的逐渐恶化，干旱、高低温胁迫、盐胁迫等问题也日趋严重。环境胁迫下的植物叶片形态变化易于了解，但是生理反应更能揭示植物适应逆境的机制。研究中让我们充分利用科学知识将二者相结合，更有助于弄清植物形态、生长和生理代谢之间的关系，培育筛选植物抗旱、抗寒、抗盐等优良品种。 研究之前景一片大好！ 参考文献： 1 张正祥 叶子寿命的研究J. 植物生态学报 2 张林 植物叶寿命及其相关叶性状的生态学研究进展J. 植物生态学报 3 贾忠奎 叶面积指数的研究和应用进展J. 生态学杂志 4 李春阳 桉树的抗旱性研究进展J. 世界林业研究 5 薛立、吴敏 树木抗旱机理研究进展J. 生态学杂志 6 季孔庶、方彦 林木抗旱性研究进展J. 南京林业大学学报 7 张守仁、高