干旱胁迫对植物的影响和植物的生理生态响应.ppt

干旱胁迫下植物的生理生态响应高温胁迫下植物的生理生态响应 植物对干旱胁迫的生理生态响应 干旱胁迫生理响应生态响应 干旱胁迫 对膜透性的影响对生长的影响干旱胁迫对植物生理指标的影响 表观影响 干旱胁迫对植物光合作用的影响干旱胁迫对植物生长过程中氮代谢的影响干旱胁迫对植物生长过程中氧代谢的影响 对根系活力的影响 植物根系的活力是体现植物根系吸收功能 合成能力 氧化还原能力以及生长发育情况的综合指标 能够从本质上反应植物根系生长与土壤水分及其环境之间的动态变化关系 当植物根系受到干旱胁迫时 随着胁迫时间的增长 根系活力逐渐下降 直至发生不可逆的死亡 对叶片相对含水量的影响 水是植物的血液 其含量一般占组织鲜重的65 90 610叶片的相对含水量 RWC 表征植物在遭受干旱胁迫后的整体水分亏缺状况 反映了植株叶片细胞的水分生理状态 因此 RWC常常是被用来衡量植物抗旱性的生理指标 RWC比单纯的含水量更能较为敏感地反映植物水分状况的改变 在一定程度上反映了植物组织水分亏缺程度 干旱胁迫对植物光合作用的影响 1 影响光合速率2 影响叶绿素含量 影响光合速率 影响光合速率 1 光合速率的影响气孔限制气孔是叶片与外界进行气体交换的门户 其开度变化对植物水分状况及 同化有着重要影响 一般认为 随着叶片水分散失和叶片水势下降 气孔开度减小 气孔阻力增加 进入叶片受阻 导致植物光合速率下降 最初认为 干旱使气孔关闭而导致光合作用下降 在田间条件下 空气中 含量大多达不到植物光合作用最高水平的浓度 干旱胁迫造成气孔阻力增加 从而进一步限制 吸收 细胞间隙 浓度 下降 光合作用随之而下降 当解除胁迫后 气孔开放 光合作用很快就恢复到原来的水平 所以将干旱胁迫条件下光合作用下降的原因归结为气孔限制 影响光合速率 非气孔限制在干旱胁迫刚开始时 气孔处在关闭或半关闭状态 细胞间隙 浓度下降 随着胁迫的加重 细胞间隙 浓度保持不变 甚或有所增加 说明光合作用的下降不是由气孔关闭引起的 而主要是非气孔限制导致的 即叶肉细胞光合活性降低的缘故 干旱胁迫影响各种酶的活性 和电子传递链 光合磷酸化等 表现为光抑制 影响叶绿素含量 叶绿体是绿色植物叶片进行光合作用的场所 主要利用叶绿素进行光能吸收 传递与转换 叶绿素在植物体内是不断进行代谢的 与作物光合作用中及产量形成的关系密切 叶绿素是光合作用中最重要和最有效的色素 其含量在一定程度上能反映植物同化物质的能力 从而影响植物的生长m 植物缺少水分会抑制叶绿素的生物合成 而且与蛋白质合成受阻有关 严重缺水还会加速原有叶绿素的分解 因此植物在遭受干旱时 叶片呈黄褐色 干旱胁迫对植物生理指标的影响 1 对根系活力的影响根系活力的影响2 对叶片相对含水量的影响 干旱胁迫对植物氮代谢的影响 干旱胁迫对植物生长过程中氮代谢的影响 1 对硝酸还原酶 NR 的影响2 对蛋白质组分的影响 对硝酸还原酶 NR 的影响 硝酸还原酶 nitratereductase NR 可催化植物体内的硝酸盐还原成亚硝酸盐 是硝酸盐同化中的第一个酶 也是限速酶 作为植物氮代谢的关键酶 其活性大小反映了作物对氮素的利用速度 水分胁迫下NR活性和作物生长发育有密切关系口 291 对农作物产量和品质有重要影响 在正常情况下 植物物体内一般不会发生硝酸盐积累 但在干旱条件下 由于水分胁迫减弱了酶的合成速度导致植株中硝酸盐积累过多 从而发生毒害作用 对蛋白质组分的影响 在外界逆境 高温 干旱 盐碱 病虫害等 胁迫下 植物体内正常的蛋白质合成常常会受到影响 通常为抑制 在干旱条件下 植物体内代谢产生变化与调整 引起活性氧的积累 进而导致膜脂过氧化和蛋白质 酶 核酸等分子的破坏等 对氧自由基的影响 植物在正常代谢过程中通过多种途径和多个部位产生氧自由基 直接或间接的启动膜质的超氧化作用 从而导致膜质的损伤 在长期的适应过程中植物产生了多种保护酶系统 超氧化物歧化酶 SOD 过氧化氢酶 CAT 过氧化物酶 POD 等各种酶类 以维持植物体内活性氧离子代谢的动态平衡 但是干旱等逆境会打乱这种平衡 对膜透性的影响 水分胁迫导致原生质脱水 首先破坏膜的完整性 是膜透性增加 内溶物外渗 同时使细胞内酶的空间间隔破坏 多种代谢过程受到影响 对生长的影响 生长对水分胁迫高度敏感 水分亏缺时分生组织细胞膨压降低 细胞分裂减慢或停止 细胞伸长受到抑制 因此受到干旱危害的植物一般低矮 叶片较小 同时 水分亏缺时不同器官或组织的水分会按水势大小重新分配 往往是幼叶向老叶夺取水分 使老叶过早的脱落 植物对干旱胁迫的生理响应 内源激素的变化干旱条件下 植物内源激素变化的总趋势是促进生长的激素减少 而延缓或抑制生长的激素增加 主要表现为ABA大量增加 CTK减少 刺激乙烯产生 并通过这些变化来影响其他生理过程 ABA积累的主要生理效应是促进气孔关闭 防止水分进一步丢失 CTK减少 因为其能维持和促进气孔开放 减少根细胞对对水的透性 乙烯大量产生 引起落花落果 减少负担 植物对干旱胁迫的生理响应 产生新的蛋白质水分胁迫蛋白种类很多 具有适应功能 可能包括离子的隔离 对膜的保护 恢复一些蛋白质的活性和形成特定的水 离子或溶质通道 以及改变或调节液泡和细胞质中的渗透势 植物对干旱胁迫的生理响应 产生大量脯氨酸脯氨酸对于干旱的响应有以下的效应 1 作为渗透调节物质参与渗透调节 2 在水分胁迫期间产生的氨转入脯氨酸 起解毒作用 同时也可以作为复水后直接利用的氮源 3 通过其疏水端与一些大分子疏水端结合 亲水端与水分子结合 使大分子增加了对水的亲和力 防止脱水引起的变性作用 植物对干旱胁迫的生理响应 保护酶系统活性的改变水分胁迫条件下 植物体内超氧化物歧化酶 SOD 过氧化氢酶 CAT 过氧化物酶 POD 活性表现出上升和下降两种趋势 耐旱植物在适度的干旱条件下SOD活性通常增加 表明清除活性氧的能力增强 意味着具有一定的抗旱能力 CAT POD表现出同样的趋势 植物对干旱胁迫的生理响应 光合作用途径的差异为了适应不同光强和气温 二氧化碳浓度 植物形成了不同的光合作用途径 C3 C4 CAM 其中CAM是对沙漠干旱环境的一种适应 通过时间的间隔来应对高温时水分散失与二氧化碳的吸收的矛盾 植物对干旱胁迫的生态响应 减少水分蒸发储存水分寻找水源避过干旱 减少水分蒸发 减少水分蒸发 减少水分蒸发 储存水分 寻找水源 寻找水源 寻找水源 典型的旱生植物 鳞茎外围包着一层很厚的枯死鳞茎皮 于地表形成保护层 防旱和防热 减少鳞茎根系暴晒和蒸发水分 碱韭对降雨反应十分敏感 到了生长季节保持休眠状态 其萌发期可推迟到8月小旬 以避过干旱 碱韭适应盐碱能力强 降水量多于碱斑地上 集中在封闭低地和碱湖外围 成为一种耐碱的植物 故而得名 碱韭 避过干旱 高温胁迫下植物的生理和生态响应 1 避热性有些植物在其进化过程中形成在时间上避开热害的特性 如夏熟植物 在高温炎热的夏天到来之前完成生活周期 以干燥的种子越过夏季 到秋季开始新的生活周期 有些在夏季到来时停止生长 进入休眠 避开高温 高温胁迫下植物的生理和生态响应 2 御热性许多植物具有特殊的御热保护结构 如叶片或果实表面有蜡质和绒毛 可反射阳光 减少辐射 叶片卷缩或直立 减少吸收阳光的面积 有些植物在高温下气孔开度增大 通过增强蒸腾来降低温度 C4 CAM植物在高温下光合作用通常仍大于呼吸作用 保持正常的碳素代谢 有些植物饱和脂肪酸含量