植物生长与环境胁迫及主要生理机制及讨论.doc

植物生长与环境胁迫的主要生理机制的讨论专业:中药资源与开发专业讨论人员： 1刘承凯 学号：201040314002 2陈菲 学号：201040314059 3李兰芬 学号：201040314006 4黄芳 学号：201040314051 5林婵春 学号：201040314039 6景秀萍 学号：2010403140417涂小丽 学号：201040314020 8 罗伟豪 学号：2010403140159鲜小龙 学号：201040314057 10 李涛 学号：201040314036植物生长受到很多环境因素的影响，在经过外界环境的优胜劣汰以后，使它们身体里面有足够的机制来抵制外界胁迫。本文通过从水分，温度，盐，重金属，大气污染物，酸雨几个方面来阐述它们是如何应对这些生理胁迫的。1.高温对植物的影响温度是影响植物生理过程的重要生态因子，全球变化使得高温热害变得非常突出，成为限制植物分布、生长和生产力的一个主要环境因子。细胞膜作为联系植物细胞与外界环境的介质，它的组成、性质与细胞所处的环境息息相关，而外界环境对植物的胁迫危害首先在膜系统中表现出来。高温是改变生物膜结构和破坏其功能的一个重要的胁迫因子，所以细胞膜被认为是受热害影响的主要部位。高温胁迫改变了膜脂组成，破坏了内质网、高尔基体和线粒体等内膜系统的结构完整性，膜上离子载体的种类和作用发生改变，从而导致了膜的选择性吸收的丧失和电解质的渗漏3,12。Barger13认为细胞膜中饱和脂肪酸的含量越高，越不容易受到高温热害而发生破坏和液化，其抗热性也就越强。植物经过适当的高温锻炼之后，其细胞膜中的不饱和脂肪酸含量明显上升Sharkey14也认为通过改变类囊体膜脂质成分能够提高植物抵抗适度高温的能力。此外,也有研究发现，膜脂中亚油酸和棕榈酸含量与柑桔的抗热性呈正相关，亚麻酸含量、亚麻酸/亚油酸和亚麻酸/棕榈酸的比值均与其抗热性呈负相关15。因此，细胞膜不饱和脂肪酸的含量可以作为植物抗热性的指标之一。植物叶片和根系是对高温热害非常敏感的器官19,20。而两者又是植物各项生理活动的主要功能器官，高温引起了相关功能器官的变化，进而影响了植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、水分和矿质元素的吸收等生理活动。叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿素是其中最重要的细胞器。光合作用对温度变化非常敏感，其最敏感的部位是光系统，植物的净光合速率随着温度的升高而降低，这在西南桦3、樟树21、桑树22、美国紫荆23、橡树24等研究中都有证实。主要是因为高温胁迫可诱导光系统活性中心转化为无活性中心25，叶绿体的结构发生改变26，引起叶绿素的降解，造成CO2溶解度、Rubisco酶对CO2的亲和力和光合系统中关键组分热稳定性的降低23，以及气孔导度降低影响植物的碳同化24，这些都会抑制植物体光合作用。2.重金属胁迫对植物的影响重金属胁迫是指重金属对植物体所处的生存状态产生的压力。对植物的影响主要表现在以下几个方面：（1）对植物根系生长发育的影响植物通过根系吸收土壤中的重金属进入根细胞内,根细胞壁中存在大量的交换位点,能固定重金属，阻止重金属离子进一步向地上部分转移。因此,根是植物体中最重要的结合重金属的部位,也是最易受重金属毒性影响的部位。同时，重金属也能抑制根尖细胞核的分裂。（2）对植物细胞膜透性的影响 当植物受到重金属毒害时,细胞膜被破坏,其选择透性机能受损,透性增大,使细胞内一些可溶性物质外渗,破坏了细胞内酶及代谢作用原有的区域性。（3）对植物抗氧化酶的影响 通常认为植物体自身存在的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的维持和提高是植物耐受重金属胁迫的物质基础之一。长时间受到重金属胁迫,植物体内的抗氧化酶系统就会受到破坏,POD、COD、CAT活性降低,并最终破坏植物细胞。（4） 对植物光和作用的影响研究表明, 重金属通过干扰光合过程中的电子传递、破坏叶绿体、降低叶绿素含量与破坏叶绿素合成所需的酶来影响光合系统的完整性。从而，显著降低植物叶绿素含量,加速植物的衰老,且随着浓度的增加,叶绿素变化趋势为先急速下降,当下降到一定范围后,速度渐慢,呈现出极显著的负指数相关关系 。（5 ）对植物生物大分子结构及生理代谢的影响 植物体内的生物大分子在遗传信息的表达以及生理代谢等方面起着重要的作用。在重金属胁迫下,可抑制核酸的生物合成和破坏蛋白质合成机制以及破坏植物组织膜的完整性等活动促进植物的衰老。（6 ）对植物DNA的影响重金属胁迫,可通过诱导植物体内氧化胁迫来对植物DNA产生直接或间接地影响,以及抑制或损伤DNA修复系统 。植物对重金属胁迫的反抗主要通过：激活金属络合蛋白、竞争结合位点、重金属细胞分布区域化、限制重金属离子跨膜运输、诱导产生根系分泌物等。3 植物面对淹水和气作用机制 淹水胁迫英气弱光环境，使气体扩散受限，叶片细胞膜脂过氧化加剧，体内保护酶系统受损，叶绿素降解，丙二醛含量积累，光合速率下降。为了适应淹水环境，植物通过生理化机制的调节来保证淹水调节下的生命活动。如细胞通过调节渗透物质的含量来保持的平衡；细胞内各种抗氧化酶活性增加，以清除自由基，避免或者减轻细胞受到伤害；改变代谢途径和激素调节以保持能量储备和低的代谢速率。 淹水减少了根系的氧气供应，引起植物叶片的气孔关闭，水下活动的光辐射减少，降低净光合速率，气孔开度和光化学量子效率，同时由于水体中的气体交换速率和二氧化碳浓度较低，叶片中总叶绿素a含量下降，导致生长和总生物量的减少。 植物遇到淹水产生相应的机制，如细胞通过调节渗透物质的含量来保持渗透势的平衡，同时细胞内各种氧化酶活性增加，以清除自由基，避免或者减轻细胞受到伤害；植物改变代谢途径以保持低的代谢速率和低的能量储备，保证淹水下的植物的生命活动。因此，耐淹植物在各种湿度和环境中能保持一定的光合速率、蒸腾强度、气孔导度，维持高的光合能力。4大气对植物的影响在气污染物浓度过植物的忍耐限度，会使植物的细胞和组织器官受到伤害，生理功能和生长发育受阻，产量下降，产吕吕质变坏，群落组成发生变化，甚至造成植物个体死亡，种群消失。植物容易受大气污染危害，首先是因为它们有庞大的叶面积同空气接触并进行活跃的气体交换。其次，植物不象记等动物那样具有循环系统，可以缓冲外界的影响，为细胞和组织提供比较稳定的内环境。此外，植物一般是固定不动的，不象动物可以避开污染。植物受大气污染物注伤害册般分册两类：受高浓度大气污染物注袭击,短斯内即注叶片上出现坏死斑，称注急性伤害；长斯与低浓度污染接触，因而生长受阻，发育不良，出现失绿、早衰等现象，称为慢性伤害。大气污染物中对植物影响较大的是二氧化硫（SO2）、氟化物、氧化剂和乙烯。5酸雨对植物的影响酸雨的PH越小，即酸性大，对生物生长不良影响就大。其生理机制主要是酸雨中的H+降低了细胞PH值，改变了生物生长、发育和繁殖等生命活动所需要的正常酸碱度，酸雨所带来的过量H+会替换其它元素，包括钾、镁、钙等营养元素，从而影响植物的生长。高浓度H+还可以溶解土壤中自然产生的铝，铝一旦被分解释放就会妨碍植物根系吸收水分和养料的能力，尤其是影响镁的吸收。随着镁的溶出，土壤中会发生镁不足的情况，镁是叶绿素的核心元素，是植物的活性、新陈代谢不可欠缺的元素，缺少镁将会导致植物枯萎，而重金属如锰、铬、铅、汞等元素在酸性的作用下，也可变成可溶性物质，这不仅使植物遭受毒害，还会污染地下水和江河湖泊，从而严重危害到其他生物的生存。酸雨还会造成土壤酸化，土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。6 干旱对植物的影响 干旱是影响植物生长的主要因素之一，研究植物在干旱胁迫下的反应机制具有重要的现实意义。 1. 植物实现抗旱机理首先是细胞对水分胁迫信号的感知和识别(1)水分胁迫引起植物细胞内部水分丢失，细胞质膜发生收缩，质壁分离的相互“撕扯”引起机械刺激，造成了机械胁迫信号。 (2)水分胁迫引起植物细胞跨膜渗透势发生改变，即把水分胁迫刺激转化成了渗透胁迫信号，从而被“渗透感受器”识别. (3)水分胁迫影响光下植物叶绿体对C02的利用，叶绿体是产生活性氧的主要部位。活性氧的产生造成了植物的氧化胁迫，从而引起抗氧化相关基因的表达。 (4)内源激素是植物抗逆过程中不可或缺的一种蛋白因子，它所引起的一系列反应，构成了植物细胞内特定的防御信号途径. 2.水分胁迫信号诱导基因表达水分胁迫信号的感知和转导激活了一系列蛋白激酶，最终导致相关转录因子含量增加以及活性增强，并与相应顺式作用元件结合诱导基因表达.根据干旱信号转导过程中胁迫相关基因的表达是否依赖ABA，存在依赖触认和非依赖ABA两途径。 在干旱条件下植物生成大量ABA，ABA导致气孔关闭，诱导ABA相关基因表达。在干旱胁迫条件下依赖ABA的基因表达有两种途径：1途径是ABA通过一种具有亮氨酸拉链结构域的调节蛋白AREB和ABA结合因子ABF与具有ACGT或G盒的ABA保守顺式作用元件ABRE特异结合，引起抗旱功能基因的表达。另一途径是ABA通过逆境诱导合成的蛋白转录因子MYC脚和顺式作用元件MYBR、MYCR特异结合，从而引起相应的抗旱功能基因的表达。在干旱胁迫过程中不依赖于ABA的基因表达在研究ABA缺失或者ABA不敏感的拟南芥突变体中，许多基因被干旱、盐和冷胁迫所诱7盐对植物的影响 随着混合盐浓度的增加（Na）含量显著增加K含量平缓下降。（Na）与（K）的比值显著上升。发现，水稻在（NaCl）浓度为30mmolL时生长状况良好，但随着NaCl浓度的增加，水稻的生长速度减慢。在一定范围内POD和SOD的活性与胁迫强度呈正相关。游离脯氨酸和可溶性糖含量也随着NaCl浓度的增加而增加。 植物器官衰老时或在逆境条件下，往往发生膜脂过氧化作用，其产物MDA会严重损伤生物膜,在 以葡萄砧木扦插苗为试验材料的研究结果表明，随着土壤含盐量的增加MDA含量逐渐升高.SOD是含金属辅基的酶。高等植物含有两种类型的SOD：MnSOD和CuSOD、ZnSOD。由于超氧自由基为不稳定自由基，寿命极短，超氧化阴离子自由基可以发生歧化反应，从而能有效清除体内超氧阴离子自由基，是生物体重要的