植物逆境生理课件

园艺（中荷）

园艺（中荷）1第一节逆境生理通论主要内容：逆境的概念及种类逆境对植物的危害植物对逆境的适应植物抗逆性的获得及整体抗逆性植物逆境生理课件2一、逆境的定义及种类

（一）概念逆境

是指对植物生长发育和生存不利的各种环境因素总和。逆境生理植物对不良环境的适应和抵抗力的生理基础和分子机制。抗逆性植物在长期的系统发育中形成的对逆境的适应性和抵抗能力；而这种适应性形成的过程称为抗性锻炼。一、逆境的定义及种类

（一）概念逆境是指对植物生3（二）逆境的种类逆境胁迫类型（二）逆境的种类逆境胁迫类型4二、逆境对植物的危害

干旱冬玉米低温冷害二、逆境对植物的危害

干旱5胁迫因子对植物产生的伤害效应类型

胁迫因子原初胁迫原初直接伤害（质膜伤害）原初间接伤害（代谢失调）次生胁迫次生伤害（如盐害中的水分胁迫）胁迫因子对植物产生的伤害效应类型6（一）质膜损伤膜透性增大，细胞物质交换平衡破坏；酶活性降低；膜蛋白损伤，蛋白质空间结构被破坏；（一）质膜损伤膜透性增大，细胞物质交换平衡破坏；7（二）活性氧伤害自由基破坏膜结构，损伤生物大分子，引起代谢紊乱，导致植物死亡。（三）代谢失调水分代谢失调光合速率下降呼吸速率不稳定物质代谢变化（二）活性氧伤害自由基破坏膜结构，损伤生物大分8干旱水分胁迫冰冻→胞间结冰盐渍→土壤水势下降高温→蒸腾强烈膜损伤1、逆境与植物的水分代谢干旱水分胁迫冰冻→胞间结冰盐渍→土壤水势下降高温→蒸腾强烈膜92、光合速率下降

各种逆境条件都可导致光合作用降低。光合降低的原因有：气孔关闭CO2供应减少光合酶钝化或失活细胞膜结构破坏2、光合速率下降

各种逆境条件都可导致光合作用降低。光合降低103、呼吸速率不稳定呼吸代谢途径的变化：EMP—TCA途径减弱，PPP途径相对加强。4、物质代谢变化分解代谢大于合成代谢3、呼吸速率不稳定呼吸代谢途径的变化：EMP—TCA途径减弱11三、植物对逆境的适应两种形式一是避逆性植物通过时间或空间上避开逆境；如仙人掌肉质茎储存大量水分

三、植物对逆境的适应两种形式12二是耐逆性

植物通过代谢变化来阻止，降低甚至修复由逆境造成的损伤。耐逆性与原生质特性和内部生理机制有关。避逆性多决定于植物的生长周期特性、形态和解剖学特点。同一种植物可以同时表现出两种抗性。二是耐逆性植物通过代谢变化来阻止，降低甚至修复由逆境造成的13避逆性与耐逆性的特点避逆性与耐逆性的特点14（一）形态结构适应如干旱条件的植物一般根系发达，叶小以适应；淹水条件的植物会扩大通气组织；冬季低温植物进入休眠，停止生长；（二）生理适应生物膜的应变由于质膜中的碳链相对短、不饱和脂肪酸含量多，膜脂相变温度低，植物抗寒性强。（一）形态结构适应如干旱条件的植物一般根系发达，叶小以适应15如杨树、苹果等进入越冬期间，膜脂含量增高，抗冻性增强。逆境蛋白的表达1、逆境蛋白的概念逆境能诱导合成一些与逆境相适应的蛋白质，以提高植物对各种逆境的抵抗能力。2、逆境蛋白的多样性

如杨树、苹果等进入越冬期间，膜脂含量增高，抗冻性增强。逆境163、逆境蛋白的生理意义

逆境蛋白是在特定的环境条件下产生的，通常使植物增强对相应逆境的适应性。有些逆境蛋白与酶抑制蛋白有同源性。有的逆境蛋白与解毒作用有关。逆境蛋白的产生是植物对多变外界环境的主动适应。3、逆境蛋白的生理意义17逆境蛋白的多样性逆境蛋白的多样性18抗氧化防御系统抗逆性强的植物在逆境胁迫下可诱导产生更多的抗氧化酶及其它非酶类抗氧化剂，从而提高抗逆性。渗透调节

在细胞的含水量不变时，通过增加或降低细胞内的溶质浓度，改变细胞的渗透势，从而调节细胞内外的渗透平衡。抗氧化防御系统抗逆性强的植物在逆境胁迫下可诱导产生更多的抗191、渗透调节物质的种类主要包括两类

一类是有外界进入细胞中的无机离子，另一类是在细胞内合成的有机溶质。(1)无机离子逆境下细胞内常常累积无机离子以调节渗透势，特别是盐生植物主要靠细胞内无机离子的累积来进行渗透调节。无机离子进入细胞后，主要累积在液泡中，成为液泡的重要渗透调节物质。1、渗透调节物质的种类主要包括两类一类是有外界进入细20(2)脯氨酸脯氨酸（proline）是最重要和有效的有机渗透调节物质。几乎所有的逆境，如干旱、低温、高温、冰冻、盐渍、低pH、营养不良、病害、大气污染等都会造成植物体内脯氨酸的累积，尤其干旱胁迫时脯氨酸累积最多，可比处理开始时含量高几十倍甚至几百倍。(2)脯氨酸21大麦叶子成活率和叶中

脯氨酸含量的关系

在-2.0MPa的聚乙二醇中

h为处理小时数

大麦叶子成活率和叶中

脯氨酸含量的关系

在-2.0MPa的聚22脯氨酸累积的原因：蛋白质合成减慢，Pro参与蛋白质合成量减少；Pro合成酶活化，Pro合成增加；Pro氧化酶活性降低，导致它的氧化解速度减慢；脯氨酸累积的原因：蛋白质合成减慢，Pro参与蛋白质合成量23Pro在抗逆中的作用：作为渗透物质保护生物大分子的结构和功能的稳定水分胁迫期间，能起到解毒作用，植物可直接利用氮源Pro在抗逆中的作用：24(3)甜菜碱

是细胞质渗透物质,化学名称为N-甲基代氨基酸，通式为R4·N·X。植物中的甜菜碱主要有12种，其中甘氨酸甜菜碱、丙氨酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱都是比较重要的甜菜碱。在水分亏欠时，甜碱菜积累和降解比脯氨酸慢。正常植物中甜碱菜含量高于Pro。(3)甜菜碱

是细胞质渗透物质,化25（4）可溶性糖可溶性糖是另一类渗透调节物质，包括蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。主要来源于淀粉等碳水化合物的分解，以及光合产物如蔗糖等。

（4）可溶性糖可溶性糖是另一类渗透调节物质，包26

不同植物可能有不同的渗透调节物质，但有机物质做为渗透物质，必须具有几个条件：

（1）分子量小，可溶性强；（2）能为细胞膜保持而不易渗漏；（3）在生理PH范围内不带正电荷，不影响细胞的酸碱度（PH）；（4）对细胞器无毒害作用；（5）生物合成迅速，并在细胞内迅速积累。对酶活性影响小，不易分解。不同植物可能有不同的渗透调节物质，但有27

5.植物激素

(1)脱落酸

ABA是一种胁迫激素ABA主要通过关闭气孔，保持组织内的水分平衡，增强根的透性，提高水的通导性等来增加植物的抗性。在低温、高温、干旱和盐害等多种胁迫下，体内ABA含量大幅度升高。5.植物激素

(1)脱落酸

ABA是一种胁迫28

(2)乙烯与其它激素植物在干旱、大气污染、机械剌激、化学胁迫、病害等逆境下，体内逆境乙烯成几倍或几十倍的增加，当胁迫解除时则恢复正常水平。叶片缺水时，内源赤霉素活性迅速下降，ABA含量增加和细胞分裂素含量减少。(2)乙烯与其它激素29（三）交叉适应

植物经历了某种逆境后，能提高对另一些逆境的抵抗能力，这种对不良环境之间的相互适应作用，称为交叉适应。多种逆境条件下植物体内的ABA、乙烯含量增加，从而提高对多种逆境的抵抗能力。

逆境蛋白的产生是交叉适应的表现。（三）交叉适应植物经历了某种逆境后，能提高对另一些逆境的抵30四、植物抗逆性的获得及整体抗逆性►逆境反应：逆境下产生的变异只表现在细胞生理反应和表型上。表现：激活酶和引起细胞运动►抗逆性的获得：逆境下产生的变异发生基因型变化。表现：干旱条件下，植物叶形发生变异，光合途径由C3途径转向CAM途径等；

四、植物抗逆性的获得及整体抗逆性►逆境反应：逆境下产生的变异31►植物整体抗逆性（1）概念：具有由基因控制的、能够抵抗各种环境的胁迫能力，反映在分子、细胞、组织器官、个体植株、群体甚至整个生态系统的不同水平上。（2）植物整体抗逆性主要是通过自身适应（自然杂交）和良种改良（通过诱变筛选、杂交育种、基因工程等)获得。

►植物整体抗逆性32（3）植物整体抗逆性主要包括有

交叉适应性形式多样性抗逆的阶段性遗传的持久性效应的整体性（3）植物整体抗逆性主要包括有

交叉适应性33ThankyouThankyou34

园艺（中荷）

园艺（中荷）35第一节逆境生理通论主要内容：逆境的概念及种类逆境对植物的危害植物对逆境的适应植物抗逆性的获得及整体抗逆性植物逆境生理课件36一、逆境的定义及种类

（一）概念逆境

是指对植物生长发育和生存不利的各种环境因素总和。逆境生理植物对不良环境的适应和抵抗力的生理基础和分子机制。抗逆性植物在长期的系统发育中形成的对逆境的适应性和抵抗能力；而这种适应性形成的过程称为抗性锻炼。一、逆境的定义及种类

（一）概念逆境是指对植物生37（二）逆境的种类逆境胁迫类型（二）逆境的种类逆境胁迫类型38二、逆境对植物的危害

干旱冬玉米低温冷害二、逆境对植物的危害

干旱39胁迫因子对植物产生的伤害效应类型

胁迫因子原初胁迫原初直接伤害（质膜伤害）原初间接伤害（代谢失调）次生胁迫次生伤害（如盐害中的水分胁迫）胁迫因子对植物产生的伤害效应类型40（一）质膜损伤膜透性增大，细胞物质交换平衡破坏；酶活性降低；膜蛋白损伤，蛋白质空间结构被破坏；（一）质膜损伤膜透性增大，细胞物质交换平衡破坏；41（二）活性氧伤害自由基破坏膜结构，损伤生物大分子，引起代谢紊乱，导致植物死亡。（三）代谢失调水分代谢失调光合速率下降呼吸速率不稳定物质代谢变化（二）活性氧伤害自由基破坏膜结构，损伤生物大分42干旱水分胁迫冰冻→胞间结冰盐渍→土壤水势下降高温→蒸腾强烈膜损伤1、逆境与植物的水分代谢干旱水分胁迫冰冻→胞间结冰盐渍→土壤水势下降高温→蒸腾强烈膜432、光合速率下降

各种逆境条件都可导致光合作用降低。光合降低的原因有：气孔关闭CO2供应减少光合酶钝化或失活细胞膜结构破坏2、光合速率下降

各种逆境条件都可导致光合作用降低。光合降低443、呼吸速率不稳定呼吸代谢途径的变化：EMP—TCA途径减弱，PPP途径相对加强。4、物质代谢变化分解代谢大于合成代谢3、呼吸速率不稳定呼吸代谢途径的变化：EMP—TCA途径减弱45三、植物对逆境的适应两种形式一是避逆性植物通过时间或空间上避开逆境；如仙人掌肉质茎储存大量水分

三、植物对逆境的适应两种形式46二是耐逆性

植物通过代谢变化来阻止，降低甚至修复由逆境造成的损伤。耐逆性与原生质特性和内部生理机制有关。避逆性多决定于植物的生长周期特性、形态和解剖学特点。同一种植物可以同时表现出两种抗性。二是耐逆性植物通过代谢变化来阻止，降低甚至修复由逆境造成的47避逆性与耐逆性的特点避逆性与耐逆性的特点48（一）形态结构适应如干旱条件的植物一般根系发达，叶小以适应；淹水条件的植物会扩大通气组织；冬季低温植物进入休眠，停止生长；（二）生理适应生物膜的应变由于质膜中的碳链相对短、不饱和脂肪酸含量多，膜脂相变温度低，植物抗寒性强。（一）形态结构适应如干旱条件的植物一般根系发达，叶小以适应49如杨树、苹果等进入越冬期间，膜脂含量增高，抗冻性增强。逆境蛋白的表达1、逆境蛋白的概念逆境能诱导合成一些与逆境相适应的蛋白质，以提高植物对各种逆境的抵抗能力。2、逆境蛋白的多样性

如杨树、苹果等进入越冬期间，膜脂含量增高，抗冻性增强。逆境503、逆境蛋白的生理意义

逆境蛋白是在特定的环境条件下产生的，通常使植物增强对相应逆境的适应性。有些逆境蛋白与酶抑制蛋白有同源性。有的逆境蛋白与解毒作用有关。逆境蛋白的产生是植物对多变外界环境的主动适应。3、逆境蛋白的生理意义51逆境蛋白的多样性逆境蛋白的多样性52抗氧化防御系统抗逆性强的植物在逆境胁迫下可诱导产生更多的抗氧化酶及其它非酶类抗氧化剂，从而提高抗逆性。渗透调节

在细胞的含水量不变时，通过增加或降低细胞内的溶质浓度，改变细胞的渗透势，从而调节细胞内外的渗透平衡。抗氧化防御系统抗逆性强的植物在逆境胁迫下可诱导产生更多的抗531、渗透调节物质的种类主要包括两类

一类是有外界进入细胞中的无机离子，另一类是在细胞内合成的有机溶质。(1)无机离子逆境下细胞内常常累积无机离子以调节渗透势，特别是盐生植物主要靠细胞内无机离子的累积来进行渗透调节。无机离子进入细胞后，主要累积在液泡中，成为液泡的重要渗透调节物质。1、渗透调节物质的种类主要包括两类一类是有外界进入细54(2)脯氨酸脯氨酸（proline）是最重要和有效的有机渗透调节物质。几乎所有的逆境，如干旱、低温、高温、冰冻、盐渍、低pH、营养不良、病害、大气污染等都会造成植物体内脯氨酸的累积，尤其干旱胁迫时脯氨酸累积最多，可比处理开始时含量高几十倍甚至几百倍。(2)脯氨酸55大麦叶子成活率和叶中

脯氨酸含量的关系

在-2.0MPa的聚乙二醇中

h为处理小时数

大麦叶子成活率和叶中

脯氨酸含量的关系

在-2.0MPa的聚56脯氨酸累积的原因：蛋白质合成减慢，Pro参与蛋白质合成量减少；Pro合成酶活化，Pro合成增加；Pro氧化酶活性降低，导致它的氧化解速度减慢；脯氨酸累积的原因：蛋白质合成减慢，Pro参与蛋白质合成量57Pro在抗逆中的作用：作为渗透物质保护生物大分子的结构和功能的稳定水分胁迫期间，能起到解毒作用，植物可直接利用氮源Pro在抗逆中的作用：58(3)甜菜碱

是细胞质渗透物质,化学名称为N-甲基代氨基酸，通式为R4·N·X。植物中的甜菜碱主要有12种，其中甘氨酸甜菜碱、丙氨酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱都是比较重要的甜菜碱。在水分亏欠时，甜碱菜积累和降解比脯氨酸慢。正常植物中甜碱菜含量高于Pro。(3)甜菜碱

是细胞质渗透物质,化59（4）可溶性糖可溶性糖是另一类渗透调节物质，包括蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。主要来源于淀粉等碳水化合物的分解，以及光合产物如蔗糖等。

（4）可溶性糖可溶性糖是另一类渗透调节物质，包60

不同植物可能有不同的渗透调节物质，但有机物质做为渗透物质，必须具有几个条件：

（1）分子量小，可溶性强；（2）能为细胞膜保持而不易渗漏；（3）在生理PH范围内不带正电荷，不影响细胞的酸碱度（PH）；（4）对细胞器无毒害作用；（5）生物合成迅速，并在细胞内迅速积累。对酶活性影响小，不易分解。不同植物可能有不同的渗透调节物质，但有61

5.植物激素

(1)脱落酸

ABA是一种胁迫激素ABA主要通过关闭气孔，保持组织内的水分平衡，增强根的透性，提高水的通导性等来增加植物的