（蔬菜学专业论文）黄瓜、番茄叶片细胞器中活性氧代谢系统对逆境的响应机制.pdf

a o a p x c a p x m a p x s a p x t a p x a s a a s a g s hc v c l e c a t c m v d h a d h a r d w f v ，f m f v f m 缩略词表 l i s to f a b b r e v i a t i o n s a s c o b a t eo x l d a s e a s c o b a t ed e r o x i d a s e c y t o s o la s c o b a t ep 。r o x i d a s e m i c r o b o d ya s c o b a t ep e r 。x i d a s e c h l o r o p l a s t i c s t r o m aa s c o b a t e p e r o x j d a s e c h l o m p l a s t i c m y l a k o i d m e m b r a n ea s c o b a t ep e r o x i d a s e a s c o r b i ca c i d a s c o r b a t e - g l u t a m i o n ec y c l e c a t a l a s e c u c u m b e rm o s a i cv i r u s o x 谢i z e da s c o r b i ca c i d d e h y d r o a s c o r b a t er c d u c t a s e d r y w c i 曲t 角em 8 x 油a fd b o 幻c b e m 把a ! e 蜀c i e n c yo f p s l l t h e e 每c i e n c y o fe x c i t a t i o n e n e 。g yc 8 p t u r eb y0 p e n p s i i r e a c t i o nc e n c r e f r e s hw e 追h t l - g a l a c t o n o 一1 ，4 ，l a c t o n e d e h y d r o g e n a s e g u a i a c 0 1d e r o x i d a s e g u t a t h j o n er e d u c t a s e s t o m a t a lc o n d u c t a n c e r e d u c e dg l u t a t h i o n e o x j d i z e d9 1 u t a t h i o n e a h e n l a t i v ee l e c t r o nf l u x 抗坏血酸氧化物酶 抗坏血酸过氧化物酶 胞液抗坏血酸过氧化物酶 微体抗坏血酸过氧化物酶 叶绿体基质抗坏血酸过氧化 物酶 叶绿体类囊体膜抗坏血酸过 氧化物酶 抗坏血酸 抗坏血酸谷胱甘肽循环 过氧化氢酶 烟草花叶病毒 氧化型抗坏血酸 脱氢抗坏血酸还原酶 干物重 p s u 最大光化学效率 开放p s i i 中心激发能捕获效 塞 鲜物重 l 半乳糖1 ，4 内酯脱氢酶 愈创木酚过氧化物酶 谷胱甘肽还原酶 气孔导度 还原型谷胱甘肽 氧化型谷胱甘肽 不用于光合碳还原和氧化的 交替电子库总的电子流量 州一 一氓蕊删一h j a ( 0 2 一d 印e n d e n t ) 如( p c r ) 如( p s i i ) m d a m d a r m d h a m v p n p r p s q p r o s s o d 巾c 0 2 m p s 0 2 一d e p e n d e n ta l t e r 订a t i v ee l e c t r o n f l u x e l e c t r o nf l u xf b rt h e p h o t o s y n t h e t i cc a r b o nr e d u c t i o n t b t a le l e c t r o nf l u xi np s m a l o n a l d e h y d e m o n o d e h y d r o a s c o r b a t cr e d u c t a s e m o n o d e h v d r o a s c o r b a t e m e t h y lv i o l o g e n n e tp h o t o s y n t h c t i cr a t e p a m o g e n e s i s r e l a t e dp r o t e i n p h o t o s y s t e m p h o t o c h e m i c a lq u e n c h 协g r e a c t i v eo x y g e s p e c i e s s u p e r o x j d ed i s m u t a s e q a i l t u me 笳c j e n c y o f c 0 2 丘x a t i o n r a l a t i v eq u a n t u me 茄c i e n c y0 f p s 曲o t o c h e m i 哪 4 交替电子库中依赖于氧的电 子流量 用于光合碳还原的电子流 p s 总的电子流 丙二醛 单脱氢抗坏血酸还原酶 单脱氢抗坏血酸 甲基紫精 净光合速率 病程相关蛋白 光系统 光化学猝灭系数 活性氧种类 超氧化物歧化酶 c 0 2 同化量子效率 p s 光化学相对量子效率 摘要 设施园艺业已成为我国现代农业中的重要组成部分。其中，作为主体的设施蔬菜发 展极为迅速。然而，全球性气候变化所引起的环境恶化、季节性或突发性的自然灾害以 及病原菌的侵染等不利条件，给设施蔬菜的生产带来严峻挑战。这些逆境导致蔬菜品质 下降，产量降低，直接或间接地造成巨大的经济损失。因此，深入探明蔬菜作物对逆境 胁迫的响应机制，提高抗逆能力，培育具有良好抗逆特性的蔬菜品种，一直是各国蔬菜 科研工作者关注的研究焦点。本文以黄瓜( c h c “m 括5 砷l ) 为试材，研究和探讨了 非生物胁迫( 高温、m v 、h 2 0 2 或亚高温) 对a p x 和s o d 同工酶、组织水平或亚细胞水 平下抗氧化系统的影响；研究和探讨了生物胁迫( c m v ) 对光合作用、呼吸作用及相 应电子传递和亚细胞水平活性氧代谢的影响。主要研究结果如下： 1 在亚高温胁迫对不同基因型黄瓜s o d 同工酶及抗氧化系统影响的研究中发现，不同 基因型黄瓜对亚高温胁迫呈不同的抗氧化响应。耐高温品种叶片的光合机构，质膜 等具有较高的耐高温能力，亚高温下生物量未受影响表明其在胁迫条件下仍具有较 强的碳同化能力，电子流更多的用于碳同化，而用于产生r o s 的电子流较少。r o s ( 如h ：0 2 ) 相对含量较低，进而表现出多数抗氧化酶活性的钝化。但高温敏感黄瓜 品种则相反，产生了大量的0 2 。，诱导其c u z n s o d 和f e s 0 d 的活性的增加，而并未 引起m n s o d 的变化。并在整体上提高了抗氧化系统酶活性及a s a ，g s h 的氧化还 原状态。同时也上调了c a p x 和c a t 的转录水平，结合相应酶活性的变化，表明它们 是在转录水平上的调控。这些变化对有效清除r o s 均起到一定的积极作用。 2 研究了非生物胁迫( 高温、m v 及h 2 0 2 ) 对黄瓜a p x 同工酶和抗坏m 酸( a s a ) 再 生系统的影响。结果表明，在高温、m v 及h 2 0 2 这三种胁迫的整个处理阶段，胞液 a p x ( c a p x ) 、叶绿体基质a p x ( s a p x ) 和微体a p x ( m a p x ) 的活性变化呈现 早期短暂降低，而后逐渐升高的趋势。与s a p x 在活性水平上的变化高度致，s a p x 在转录水平也是呈先下调后显著上调的趋势，表明其也是在转录水平上的调控。与 之相对，叶绿体类囊体膜a p x ( t a p x ) 的活性在整个实验阶段与对照相比均无显著 差异，表现出一种组成性的表达变化。在a s a 再生体系( a s a g s h 循环) 中，单脱 氢抗坏血酸还原酶( m d a r ) 、谷胱甘肽还原酶( g r ) 和a s a 的氧化还原状态 ( a s a ，d h a ) 均受非生物胁迫的诱导而增加，表明a s a g s h 循环系统对维持细胞内 a s a 含量的稳定起到非常重要的作用。 3 研究和探讨了甲基紫精( m v ) 诱导的光氧化胁迫对黄瓜叶片叶绿体、线粒体及胞 液内s o d 、a s a g s h 循环系统及a s a 代谢的影响。研究发现，m v 诱导的光氧化显 著降低了净光合速率( p 。) 和p s i i 最大光化学效率( r ，f m ) ，而使p s i i 电子传递与 c 0 2 同化量子效率的比值( m p s m c 0 2 ) 增加。同时在整体上诱导了叶绿体、线粒体 及胞液内s o d 、a s a g s h 循环酶活性的增加。其中叶绿体内的增加最为显著。而且， 除叶绿体和胞液内的a s a 、线粒体内的g s s g 和胞液内的g s h 略降低或几乎没有影响 外，m v 诱导的光氧化也显著增加了各细胞器内d h a 、g s h 和g s s g 的含量。抗坏血 酸氧化酶( a o ) 活性不受m v 影响，而存在于线粒体内的l 半乳糖1 ，4 内酯脱氢酶 ( g l d h ) 则略被m v 抑制。这些结果表明m v 引起的叶绿体内的电子传递的变化通过 交叉网络信号系统影响了整个细胞的代谢，而且进一步证实a s a g s h 循环对于稳定 a s a 水平起到重要的作用。 4 研究和探讨了长期黄瓜花叶病毒( c m v ) 侵染对黄瓜的光合，呼吸电子传递、活性 氧( r o s ) 及相应细胞器内的抗氧化系统的影响。研究表明，长期c m v 侵染诱导了 净光合速率( p n ) 、p s i i 光化学相对量子效率( 巾p s i i ) 、光化学猝灭系数( q 。) 和开 放p s i l 中心激发能捕获效率( n 胁) 等指标的降低，也使交替电子的流量( 妇) 增加，包含有依赖于氧的交替电子流 妇( 0 2 一d e p e n d e m ) 的如比例的增高表明通向 o ：的电子传递速率提高，进而使更多的电子流向o z ，导致了叶绿体内h ：o z 水平的提 高。在线粒体内，复合体i ( c o m p l e xi ) 和复合体i i ( c o m p l e xi i ) 电子传递被c m v 抑制而交替途径( a l tp a t h w a y ) 被激活，同样导致了线粒体内h 2 0 2 水平的提高。同 时，相应的叶绿体及线粒体内的抗氧化酶在整体上也呈升高的趋势。这些结果表明 叶绿体及线粒体内的电子传递的变化导致了r o s ( 如h 2 0 2 ) 的急剧增加，h 2 0 2 作为 信号物质启动了相应细胞器内的抗氧化系统。而长期的c m v 侵染导致的h 2 0 2 的大幅 增加表明其产生与清除系统不匹配，最终使植株受到损伤。 关键词：逆境胁迫，活性氧，细胞器，a p x 同工酶，s o d 同工酶，a s a - g s h 循环， 电子传递，光合作用，呼吸作用，甲基紫精，c u c u m b e r m o s a i cv i r u s ，国c “m 如s 酬f v 。 6 a b s t r a c t t h e r ei sa ni n c r e a s i n gd e m a n df o rv e g e t a b l e sw i t hb o mh i 曲p r o d u c t i v 时a n das “p e r j o r q u a l i t yi nar 印i dd e v e l o p i n ge c o n o m y c h a r a c t e r i z e dw i t hi m p r o v e ds t a n d a r d so fl i v i n ga si n c h i n ac u r r e n t l ) h o w e v e ls u s t a i n a n c eo fh i 曲p r o d u c t j v i t ya n ds u p e r i o rq u a i i t yv e g e t a b i e si s i m p o s i n gab i gc h a l l e n g eo ns o u n de n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t i m p r o p e rp r a c t i c e sm a yi e a d t oe n v i r o n m e n t a ld e t e r i o r a t i o nw h i c hm i g h ti n d u c eg l o b a ic i i m a t ec h a n g e si nt h es e a s o n a io r p a r o x y s m a ln a t u r a ld i s a s t e la n dp a t h o g e ni n f e c t i o n ，e t c t h e r e f o r et h e r ei s ap r a c t i c a ln e e d f o rj n d i v i d u a lo r g l o b a l r e s e a r c h e rt oe l u c j d a t ec l e a r j yt h er e s p o n s eo fv e g e t a b l e st o e n v i r o n m e n t a is 愤e s s e s ，a 仕e m p t st oi m p r o v et l l e i rr e s i s t a n c e ，a n dt od e v e l o ps t r e s s t o i e r a n t c u l t i v a r st h r o u 曲ac o m b i n a t i o no fk n o w l e d g eo nv e g e t a b l ep h y s i 0 1 0 9 ya n db r e e d i n 晷i nt h i s s t u d y ，w ei n v e s t i g a t e dt h ee 行色c to fa b i o t i cs t r e s s e s ( s u c ha sh e a t ，m o d e r a t eh e a t ，m vo rh 2 0 2 ) o na p xi s o e n z y m e s ，s o di s o e l l z y m e s ，a n t i ox i d a t i v es y s t e m si nc e l l u l a ro rc u b c e i l u l a rl e v e l i nc u c u m b e rs e e d l i n g s a l s o ，c x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt oe x a m i n et h e r e i a t i o n s h i p b e t w e e np h o t o s y n t h e t i c ，r e s p i r a t o r ye l e c t r o n t r a n s p o r ta n da n t i o x i d a n ts y s t e mi n c e l l o r g a n e e si nc u c u m b e rs e e d l i n g su n d e ra1 0 n g t e 肿c u c u m b e rm o s a i cv i r u si n f e c t i o n ( c m v ) t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o i i o w s ： 1 t h er e s p o n s eo fm o d e r a t e _ h e a ts t r s so ns o di s o e n z y m e sa n da n t i o x i d a t i v es y s t e mw a s i n v e s t i g a t e di nt w o ( o n et o j e r a n ta f l do n es e n s i t i v e ) c u c u m b e rg e n o 够p e s d i f r e r e n c e si n c h a n g e sb e t w e e nt h e s et 、v og e n o t y p e so fc u c u m b e rs e e d i i n gs u b j e c t e dt 0m o d e r a t e - h e a t w e r eo b s e r v 爸d m o d e r a t eh e a tr e s u l t c di nm o r ei n t e n s i v ec h a n g e si na n t i o x i d a t i v e s y s t e m sf o rt h es e n s i t i v eg e n o 啪e f o rs e n s i t i v 。g e n o 哆p e ，m o d e r a t eh e a ti n d u c e dt h e a c t i v i t j e so fc u z n s o da n df e - s o d b u t 九os i g n j 行c a n tc h a n g e sw e r eo b s en ，e dj n m n s o da c t i v i t y a tt h es 帅et i m e ，m o d e r a t e _ h e a tr e s u l t e di nag e n e r a ii n c r e a s eo f a s a g s hc y c l ee n z y m e s s i m i l a r l y ， c o n s i s t e n tc l o s e l yw i t ht h e i ra c t i v i t i e s ，t h e e x p r e s s i o no fc a p xa n dc a tw e r eu p r e g u 】a t e d ，i n d j c a t j n gt | l a ts a p xw a sr e g u i a t e da t t h et r a n s c p t i o n a l i e v e in e s ec h a n g e 8p l a yap o s i t i v em l ei ne 艉c t j v e l yw e e d i n go u t r e d u n d a n tr o s 2 t h ee f k c t so fa b i o t i cs t r e s s e s ( h e a t ，m va n dh 2 0 2 ) o nt h ea p xi s o e n z y m e sa n da s a r e g e n e r a t i o ns y s t o m ( a s a g s hr e c y l e ) w e r ee x a m i n e di n c u c u m b e rs e e d l i n g s t h e a c t i v i t i e so fc ) r t o s 0 1a p x ( c a p x ) ，c 1 1 l o r o p l a s t i cs 仃o m aa p x ( s a p x ) ，m i c r o b o d ya p x 7 ( m a p x ) i n c r e a s e da r e ras l i 曲td e c l i n et h r o u g h o u tt h ee x p e r i m e n t c o n s j s t e n tc l o s e 】y w i t hs a p xa c t i v i t y ，t h ee x p r e s s i o no fs a p xf o i | o w e das i m i l a rc h a n g ep a t t e m ，i n d i c a t j n g t h a ts a p xw a sr e g u l a t e da tt h et r a n s c r i p t i o n a l l e v e l i nc o n t r a s t ，c o n s t i t u t i v ee x p r e s s i o n w a so b s e r v e di nt 1 1 y l a l ( o i dm e m b r 锄ea p x ( t a p x ) a c t i v 时a n dn os i g n i f i c a n tc h a n g e s i nt a p x a c t i v i t y w e r ef o u n d t h r 。u g h o u t t h e e x p e r i m e n t t h ei n c r e a s e si n m o n o d e h y d r o a s c o r b a _ t er e d u c t a s e ( m d a r ) a n dg l u t a t h j o n er e d u c t a s e ( g r ) w e r e a c c o m p a n i e dw i t he n h a n c e dl e v e lo fa s a d h a ，i m p l y i n gt h a tt h ea s ar e g e n e r a t i o n s y s t e mp i a y sa ne s s e n “a lr o i ei nc o m p e n s a t i n ga s ad e g r a d a t i o n 3 t h ee 虢c t so fm e t h y lv i o l o g e n ( m v ) - i n d u c e dp h o t o - o “d a t i o no nt h ea c t i v i t i e s 。f s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a n de n z y m e so f t h ea s c o r b a t e - g l u t a t h i o n e ( a s a g s h ) c y c l e i n c h l o m p l a s t s ， m i t o c h o n d r i aa n d c ”0 3 0 l o fc u c u m b e r】e a v e sw e r e i n v e s t i g a t e d p h o t o o x i d a t i o nb ym vr e s u l t e di ns i g n i f i c a n tr e d u c t i o n si nn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) a n di n c r e a s e si n 山er a t i oo f t h eq u a n t u me 衔c i e n c yo f p h o t o s y s t e mi i ( p s i i ) ，巾p s 】lt ot h a t o ft h eq u a f l t u me 币c i e n c yo fc 0 2 行x a t i o n ( m c 0 2 ) ，f o 】l o w e db yi n c r e a s e da c t j v j t i e so f s o d ，a n dag e n e r a li n c r c a s eo fa s a - g s hc y c l ee n z y m e si nc h l o m p l a s t s ，m i t o c h o n d a a n dc y t o s o l t h e s ei n c r e a s e sw e r eh o w e v e r ，m o s ts i g n i f i c a n ti nc h l o r o p l a s t s t h e r ew e r e a l s os i g n i f i c a n ti n c r e a s e si nd e h y d r o a s c o r b a t e ( d h a ) ，r e d u c e d9 1 u t a t h j o n e ( g s h ) ，a n d o x i d j z e d9 1 u t a t h j o n e ( g s s g ) e x c e p tt h a tt h ec o n t e n to fa s c o r b a t e ( a s a ) i nc h l o r o p l a s t s a n dc y t o s o lw a ss l i g h t l yd e c r e a s e da n dl i t 【l ee 踮c t e d ，r e s p e c t i v e l ) h o w e v e r ，g s s gi n m i t o c h o n d aa n dg s hi nc y t o s 0 1w e r el i t t l ei n n u e n c e db yt h em vt r e a t m e n t t h e a c t i v i t yo fa s c o r b a t eo x i d a s e ( a o ) i nt h e s eo 唱a n e l l e sw a si n d e p e n d e n to ft h em v t r e a t m e n t w h i l et h ea c t i v i t yo fl g a l a c t o n o l ，4 一l a c t o n ed e h y d r o g e n a s e ( g l d h )i n m i t o c h o n d r i aw a ss l i 曲t l yi n h i b i t e db ym vt r e a t i n e n t - t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a t d i s t u r b a n c eo fe i e c t r o nt r a n s p o r ti nc h l o r o p l a s t sb ym vi n n u e n c e dt h em e t a b 0 1 i s mo f w h o l ec e i lb yac r o s s t a i ks i g n a i i n gs y s t e ma n dt h a tt h ea s a g s hc y c l ep l a y e dap r j m a r y r o l ei ns u s t a i n i n gt h el e v e l so f a s a 4 t h ee f f e c t so fal o n g t e m lc m vi n f e c t i o no n 曲o t o s y n t h e t i c ，r e s p i r a t o r ye l e c ”o n t r a n s p o n a n di t sr e l a t i v e r e s p o n s e t o r o s ，t o g e t h e r w i t ht h es o da n d a s c o r b a t e g l u t a t h i o n e ( a s a g s h )c y c l es y s t e m w e r ea l s oi n v e s t 谵a t e d u n d e ra 1 0 n g t e r mc m vi n f e c t i o n r e d u c e dn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) w a sa c c o m p a n i e db ya 1 0 w e rq u a n t u me 掰c j e n c yo fp s i ie l e c t r o nt r a n s p o r t ( 巾p sj f ) m a j n l yd u et od e c r e a s e si nt h e p h o t o c h e m i c a lq u 肌c h i n g ( q p ) a n dt h ee 币c i e n c yo fe x c i 诅t i o nc a p t u r eb yo p e np s l i 8 c e n t e r s ( f v 局n ) f u r 七h e r ，c m vi n f e c t i o ni n d u c e da ni n c r c a s ei na i t e m a t i v ee i e c t r o n f l u x ，a ) ，p r o b a b l y1 e a d i n gt oh i g h e re l e c t r o nf l u xt o0 2 i nm i t o c h o n d r i a ，c o m 口1 e x1a n d c o m p 】e xi ie j e c t r d nt r a n s p o r t sw e r ej n b j t e dw h i 】s tl h ea o xp a t h w a yw a sa c t i v a t e d i n a d d i t i o n ，t h ei n c r e a s e si nh 2 0 2c o n t e n t si nc h l o r o p i a s t sa n dm i t o c h o n d r i aw e r eo b s e r v e d f o l l o w e db yag e n e r a li n c r e a s eo fs o da n da s a g s hc y c l ee n z y m e si n c h l o r o p l a s t s ， m i t o c h o n d r i aa n dc y t o s 0 1 t a k e nt o g e t h e r ，i tw a sc o n c l u d e dt h a t t h e d i s t u r b a n c eo f p h o t o s y n t h e t i ca n dr e s p i r a t o r ye l e c t m nt r a n s p o r t sc o n tr i b u t j n g ，a ti e a s tp a n l yt ot h er o s s u c hh 2 0 2 ，i n n u e n c e dt l em e t a b o l i s mo f a n t i o x i d a t i v es y s t e m si nv a r j o u so r g a n e j j e s k e yw o r d ：s t r e s s ；a p xi s o e n z y m e s ；s o di s o e n z y m e s ；c e i lo r g a n e i l e ，a s a g s hc y c i e r e a c t i v eo 。y g e ns p e c i e s ；e l e c t r o nt r a n s p o r t f l u x ；p h o t o s y n t h e s i s ；r e s p i r a t i o n ；m e t h y lv i o l o g e n c u c u m b e rm o s a j ev i r u s ：c c “卅曲j 础f 啪 9 第一章前言 农业是关系到国计民生的支柱性产业。我国的农业正面临着从传统农业向现代农业 的转换，其中作为现代农业重要组成部分的设施农业( 园艺0 在提高农作物对光、水和 土地等自然环境资源的利用率，继而提高农作物的产量和品质方面正发挥着越来越重要 的作用。在国家大力推进农业结构调整和切实增加农民收入的宏观政策背景下，现代设 施园艺发展迅速，到2 0 0 1 年为止，全国以蔬菜为主体的设施园艺面积已经跃居世界第 一位。然而，全球性气候变化所引起的环境恶化、季节性或突发性的自然灾害以及病原 菌的侵染等逆境胁迫，使设施园艺的生产发展面临严峻挑战。近年来，有关植物对逆境 的响应机制业已成为生命科学中的热点问题并得了长足的进展，但也包括了一些相互矛 盾的结果和诸多尚不能确定的认识。这一方面反映了植物抗逆机制的复杂性，同时也表 明加强有关理论研究的必要性。此外，如何提高植物抵抗逆境的能力也是一项具有理论 和实践意义的研究课题。 l 植物生长与逆境胁迫 逆境( s t r e s s ) 是对植物生长和生存不利的各种环境因素的总称。如温度、湿度、土 壤中的水分，盐浓度等发生急剧变化或当大气污染( 如s o z 、臭氧) 、紫外线辐射，某 些农药如p a r a q u a t 及病原菌侵染等。这些逆境胁迫会导致植物细胞失水、膜系统破坏、 酶活性变化、光合作用下降等生理生化后果。形态和生长上反应的比较直观，如植株矮 小、叶片卷曲、起皱、产生坏死斑点和过早凋落等。但植物形态和生长方面对环境胁迫 的反应滞后于生理反应，一旦伤害已经造成则难以恢复，因而通过研究植物对环境胁追 的生理反应不但有助于揭示植物适应逆境的生理机制，更有助于生产上采取切实可行的 技术措施，提高植物的抗逆性或保护植物免受伤害，为植物的生长创造有利条件。 1 1 植物对非生物胁迫的生理响应 非生物胁迫包括热害、冷害、冻害、干旱、涝害、盐胁迫和c 0 2 等不良的环境因子。 这些非生物胁迫会使植物体内发生一系列相应的生理生化变化，主要表现在以下方面： 生物膜( m e m b r a n e ) 的破坏。干旱、低温、冻害等几种胁迫，无论是直接危害还是 0 间接危害，都首先引起膜透性的改变，随着胁迫的加剧，膜上酶蛋白的变化和脂类的组 成都有所改变。目前这方面研究最深入的是低温引起膜脂变相的假说，即低温敏感植物 的膜脂相变可能由于膜脂肪酸的不饱和程度较低或饱和膜脂较多。低温下，膜脂以液晶 相向凝胶相转变，造成细胞膜膜相分离，从而引起细胞生理活动的紊乱。许多试验都证 明了膜脂组分和结构的改变影响着细胞的抗冷能力。当外界刺激作用于细胞时，除了膜 结构变化造成内部代谢紊乱外，膜上的离子载体首先接受了环境变化的信号，并通过 “刺激一信使一反应”偶联将信息传向细胞内。目前，公认c a 信使对低温信号的传递起 重要作用。其调节机制大致是：由质膜上c a 2 + 活性、c a ”a t p a s e 以及c a ”h 反向传递 体调节胞质中c a 2 + 水平的改变，可以激发一系列酶的作用，引起相应的生理变化。 光合作用减弱。研究发现，非生物胁迫如低温使黄瓜的光合速率显著下降( z h o u 等 2 0 0 4 ，2 0 0 6 ) 。植物光合速率受抑制的原因既有对c 0 2 同化的气孔性限制，又有非气孔 性限制。气孔性限制是指水分胁迫使气孔开度减小，气孔阻力增大，限制了植物对c 0 2 的吸收，致使光合作用减弱。非气孔性限制是指水分胁迫使叶绿体的片层结构受损，希 尔反应减弱，光系统i l 活力下降，最终表现为叶绿体的光台活性下降。 呼吸代谢紊乱。冷害胁迫下植物的呼吸速率大起大落，即先升高后降低，冷害初期 呼吸作用增强，与低温下淀粉水解导致呼吸底物增多有关，但较长时问之后，线粒体发 生膜脂相变，氧化磷酸化解偶联，有氧呼吸受到抑制。又如当植株遭受涝害胁迫后，植 物的有氧呼吸受到抑制，无氧呼吸加强，a t p 合成减少，同时积累大量的无氧呼吸产物， 如丙酮酸、乙醇和乳酸等( f e m i e 等2 0 0 4 ) 。 物质代谢失调。当植物遭受冷害后，水解酶类活性常常高于合成酶类活性，酶促反 应平衡失调物质分解加速，表现为蛋白质含量减少，可溶性氮化合物含量增加，淀粉含 量降低，可溶性糖含量增加。再如干旱胁迫下，由于核酸酶活性提高，多聚核糖体解聚 及a t p 合成减少，使蛋白质合成受阻。干旱也会引起游离氨基酸增多，特别是脯氨酸 ( p r o ) 。在水分胁迫情况下，植物体内的可溶性糖含量通常会增加，例如某些植物受 水分胁迫后，其体内的三糖( 如棉子糖) 和双糖( 如蔗糖) 会分解，而单糖( 如葡萄糖 和果糖) 会聚积( g u e h l 等1 9 9 3 ) 。非生物胁迫还可以改变植物内源激素平衡，如干 旱胁迫使促进生长的激素减少，而使延缓或抑制生长的激素增多，主要表现为a b a 大 量增多，乙烯合成加强，c t k 合成受抑制。如研究发现，小麦萎焉4 | 1 后，其叶片中a b a 含量增加了近1 0 倍( 喻方圆和徐锡增2 0 0 3 ) 。许多研究指出，在淹水条件下，植物 体内乙烯含量i 勖口，如水涝时，向日葵根部乙烯含量大增，美国梧桐乙烯含量提高1 0 倍。现有研究证实，水涝促使植物根系大量合成乙烯的前体物质a c c ，这些物质上运到 茎叶，接触空气后即转变成乙烯。非生物胁迫又可以造成有毒物质在体内的积累，如在 高温胁迫下，植物组织内氧分压降低，使无氧呼吸增强，从而积累乙醛、乙醇等有毒物 质。植株在正常条件下，s o d 等活性氧清除剂能有效地清除体内破坏力极强的活性氧。 但许多逆境能破坏植物体内活性氧代谢系统的平衡。使s o d 活性降低。如孟焕文等 ( 2 0 0 0 ) 研究黄瓜幼苗对热胁迫的反应后认为，3 8 胁迫3 6h ，弱耐热品种的s o d 单位 活力及中、弱耐热品种的s o d 比活力均较正常生长条件有所减少，这是植物体内有毒物 质累积的原因之一。 一些非生物胁迫还会产生渗透胁迫及离子失调等现象( m u n n s 和t e m a a t1 9 8 6 ) 。 最终影响植物的正常生长和发育，导致农作物的产量和品质的下降。 1 2 植物对病原菌侵染的防御响应 植物的生物胁迫包括：竞争、抑制、生化互作、共生微生物缺乏、人类活动、病虫 草害、动物危害等。病原菌侵染是植物生物胁迫的最主要形式之一。每年农作物因病害 造成的损失十分严重。在病原菌侵染的早期，会启动或引发植物体一系列的防御响应。 就目前的认识来看，主要有以下几个方面： 过敏反应( h r ) 。过敏反应是植物受病原菌侵染后，细胞组织快速死亡的现象，是 植物抗病性的重要标志( w e i 等1 9 9 2 ) 。当用诱导菌预接种或激发子处理植物时，植物 可产生h r ，从而启动一系列防卫反应，抵抗挑战菌的侵染。 p r 蛋白形成。当植物受到病原菌侵染时，抗性反应的激活总伴有一系列特殊蛋白 的积累，此类蛋白称为病程相关蛋白( p a t h o g e n e s i s _ r e i a t e dp r o t e i n s ，p r ) ( 王勇刚等 2 0 0 2 ) 。目前认为p r 蛋白，特别是几丁质酶和b 一1 ，3 一葡聚糖酶是植物潜在的抗病物 质，且具有广谱抗性。 植物保卫素的合成和积累。植物受到病原菌侵染或激发子刺激后所产生或积累的一 类低分子量抗菌性次生代谢产物，称为植物保卫素( p h y t o a l e x i n ) ( e b e l 等1 9 8 8 ) 。目前 发现的植物保卫素都不是蛋白质，多属于类异黄酮、类萜、呋喃香豆素、聚乙炔、葡糖 苷类化合物。 抑制病原物降解酶的蛋白质抑制物的合成。病原物中含有能分解植物细胞壁物质的 酶，如角质酶、果胶酶、半纤维素酶、木质素酶等及分解细胞内物质的蛋白酶、淀粉酶、 脂质酶等。正是依靠这些酶开路，病原物才能穿透植物细胞壁，杀伤寄主原生质，消解 寄主组织从而使植物生病，而经激发子激发后，可诱导植物产生酶抑制物质，如酚类、 丹宁、蛋白质等，来抑制病原菌分泌的一系列水解酶，从而延缓或阻止病程发展。如葡 萄幼果果皮中的一种丹宁含量较高，可抑制灰霉菌的多聚半乳糖醛酸酶( 病原菌降解寄 主细胞壁的一种关键酶) ，使侵染中断。在甘薯组织中发现一种水溶性蛋白质，也可抑 制多聚半乳糖醛酸酶( 王金生l9 9 9 ) 。 细胞壁修饰作用。病原物侵染或激发子诱发可导致植物细胞壁木质化、木栓化、产 生酚类物质和钙离子沉积等多种防卫反应( 李振歧i9 9 5 ) 。如木质化作用是在细胞壁、 胞间层和细胞质等不同部位产生和积累木质素类似物，从而抵抗病菌的侵入或使侵入的 菌丝只局限在少数的表皮细胞内，阻止侵入菌丝的扩展。现己发现真菌细胞壁成份如几 丁质、脱乙酰几丁质等均能诱导木质化作用。 l - 3 逆境胁迫与r 0 s 越来越多的证据显