逆境生理课件

关于逆境生理第1页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三学习和研究逆境生理的重要性

1、探讨逆境下植物存活或死亡的原因２、采取适当措施提高植物抗逆能力第2页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第一节植物逆境生理概述一、逆境概念和种类1、逆境／胁迫(Stress)√

对植物生存和生长不利的各种环境因素的总称.2、逆境种类（１）生物逆境（Ａbioticstress)（２）非生物逆境（Ｂioticstress)3、抗逆性(Resistance)√

植物对逆境的抵抗与忍耐能力称为植物的~.第3页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三逆境种类生物因素(感染与竞争)病害虫害杂草理化因素物理的辐射性的化学的温度的水分的雪、雹、冰等风、雷、电、磁等离子辐射(α、β、γ、χ射线)

可见光照射(过干旱及水分胁迫或过弱)

红外、紫外光作用除草剂、化肥的副作用过量副作用盐碱土危害气体污染等低温冷害冻害高温热害淹涝灾害土壤、大气及生理干旱第4页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

自然的人为的干旱、高温、低温、盐碱、水涝、辐射等。污染、次生盐碱化产生原因第5页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三Afloodedmaizefield.FloodingintheUSMidwestin1993resultedinanestimated33%reductioninyieldcomparedwith1992.第6页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、植物抗逆性的形式√1、逆境防御/避逆性（Stressavoidance）

植物通过各种方式防止逆境在体内发生。把逆境挡在体外。2、逆境忍耐/耐逆性(Stresstolerance)

植物通过调节体内的代谢活动，能经受住一定程度的不利因素的影响，使植物得以存活，这种方式叫逆境忍耐。

逆境逃避(Stressescape)

植物通过各种方式避开逆境的影响。沙漠短命植物第7页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三三、植物抗逆性与锻炼

锻炼（Acclimation）√

植物对不利于生存和生长发育的环境的逐步适应过程。锻炼可以在自然条件或人为条件下进行。第8页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三四、植物对环境胁迫的反应胁迫特性植物特性植物反应反应结果胁迫强度器官/组织整体水平持续时间发育阶段细胞水平生存/生长胁迫次数基因型分子水平生长缓慢/死亡胁迫组合受胁迫经历（信号传导/基因表达）环境胁迫第9页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三五、环境胁迫对植物的影响

1.生长速度下降2．水分亏缺与渗透调节3．光合作用的气孔和非气孔限制4．呼吸作用变化5．合成代谢减弱6．活性氧的积累和清除7．激素平衡改变8．基因表达变化与逆境蛋白的合成9．细胞膜结构改变与选择透性丧失:第10页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三①膜透性增加，内含物向外渗漏。②细胞区域化破坏，造成代谢紊乱。③凡与膜有关的过程都会受到影响。

9.液相温度过高液晶相温度过低凝胶相第11页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

第二节环境胁迫与渗透调节一、渗透调节作用（一）渗透调节（Osmoregulation）√

胁迫条件下，细胞主动形成渗透调节物质，提高溶质浓度，从外界吸水，适应逆境胁迫这种现象称为渗透调节。（二）渗透调节作用的功能√

植物渗透调节作用可以在一定范围内维持细胞的膨压和一定的含水量，这对蒸腾作用、光合作用、呼吸作用、细胞生长、细胞膜运输、酶活性都是十分重要的。第12页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、渗透调节物质√（一）无机离子（二）小分子有机物渗透调节物质主要有脯氨酸、可溶性糖、甜菜碱、多元醇、有机酸等。第13页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

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。

第14页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

第三节环境胁迫与活性氧

一、活性氧种类及特点（一）活性氧及种类：√活性氧指化学性质活泼，氧化能力极强的氧代谢产物及含氧衍生物的总称。活性氧有两类：一类是氧自由基（含有不配对电子）：包括O2·¯（超氧阴离子自由基）、HO·（羟自由基）、RO·（脂氧自由基）、ROO·（脂过氧自由基）另一类活性氧是化学性质活泼的氧代谢产物：

1O2（单线态氧）、H2O2。（二）活性氧特点第15页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、活性氧产生及相互转化

（一）产生途径和部位：√叶绿体，线粒体，质膜NADPH氧化酶第16页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

PSI

铁氧还蛋白

O2

还原型铁氧还蛋白

O2

NADP+

O2NADPHO2

叶绿体产生活性氧途径-.-.第17页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三NADH→FMN→Fe-S→UQ→Cytb→→O2

O2O2

线粒体呼吸链上的电子泄漏产生活性氧-.第18页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三质膜NADPH氧化酶NADPH2+O2NADP++O-2（质膜）H2O2和1O2的产生：CHLhr

1O2（叶绿体）乙醇酸+O2乙醛酸+H2O2（过氧化物酶体）第19页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）活性氧相互转化

2O-2+2H+SODH2O2+1O2H2O2+O-2·OH+OH-+1O2+Fe2+H2O2+

Fe2+

·OH+OH-+Fe3+第20页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

三、活性氧的危害√

（一）抑制生长（二）叶绿体，线粒体膨胀（三）启动膜脂过氧化，破坏膜结构

产生丙二醛（四）破坏生物大分子第21页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第22页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三四、活性氧清除系统√

（一）保护酶系统：超氧物歧化酶(SOD)

过氧化物酶(POD)

过氧化氢酶(CAT)2O2+2H+H2O2+O2

2

H2O2H2O+O2

叶绿体内清除H2O2的机制

AH2+2

H2O2A+

H2O（抗坏血酸过氧化物酶）（二）非酶系统：Vc;VE;胡萝卜素;

谷胱甘肽-.SODPOD第23页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

第四节环境胁迫与基因表达根据蛋白在植物的逆境反应中的作用分类

功能基因调节基因根据诱导环境因子进行分类

热激蛋白(Heat-shockprotein)抗冻蛋白(Antifreezeprotein)盐胁迫蛋白或称渗压素(Osmotin)厌氧多肽(Anaerobicpolypeptide)病程相关蛋白(Pathogenesis-relatedprotein)第24页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

第五节环境胁迫与ABA一、环境胁迫促进了ABA合成（一）已克隆的ABA合成酶基因玉米黄质还氧酶；硫酸化酶；ABA醛氧化酶（二）环境胁迫增强了ABA合成相关基因的表达（三）ABA合成过程二、ABA在植物适应逆境中的作用

（一）抑制生长（二）促进休眠（三）促进脱落（四）促进气孔关闭三、ABA诱导抗逆相关基因表达（一）ABA依赖基因（二）ABA响应基因（三）ABA不响应基因第25页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

四、植物对逆境的交叉适应：√植物经过一种逆境条件锻炼后，能提高植物对另外一些逆境的抵抗能力，这种作用叫植物对逆境的交叉适应。

植物对逆境交叉适应的物质基础被认为是ABA第26页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第十三章植物理化逆境生理第27页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第一节干旱胁迫与植物抗旱性一、干旱胁迫类型√（一）土壤干旱（二）大气干旱（干热风）（三）生理干旱√生理干旱：由于土温过低、土壤溶液浓度过高或积累有毒物质等原因，妨碍根系吸水，造成植物体内水分亏却的现象。第28页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

二、干旱胁迫对植物的影响

（一）植物萎蔫类型

1、暂时萎蔫√

2、永久萎蔫√

（二）干旱胁迫对植物的影响√

1、植物体内水分重新分配

2、膜结构和细胞区域化被破坏

第29页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三3、破坏正常代谢过程①合成代谢减弱分解代谢增强（蛋白质分解加强,合成过程减弱,脯氨酸积累）②光合作用减弱下降呼吸作用增强③呼吸作用初期增强，随后减弱④促进活性氧产生和积累4、激素平衡改变（ABA，乙烯含量增加；IAA，GA，CTK含量减少）5、营养失调6、基因表达改变第30页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三三、植物对干旱的适应抗旱性（Droughtresistance）√（一）植物适应干旱的方式√

1、避旱性（Droughtescape）

2、御旱性（Droughtavoidance）

增加吸水，减少蒸腾

3、耐旱性（Droughtavoidance）

维持低水平代谢能力；细胞膜，原生质耐脱水和抗机械损伤能力；渗透调节能力第31页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）植物适应干旱的机制√

1、形态、结构改变⑴根系发达，深根量大，根/冠比大⑵叶脉变的致密，疏导组织更为发达；⑶叶片表面角质化、蜡质化程度增加，⑷叶片卷曲成筒状，减少水分丢失；⑸新生叶片小而厚，叶肉细胞排列紧密

第32页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三2、生理生化方面⑴原生质黏度较大，保水力和抗机械损伤能力强⑵渗透调节能力强⑶基础代谢相对稳定

⑷水解酶活性无明显增强⑸膜结构和功能相对稳定⑹抗旱相关基因表达迅速⑺

ABA含量增加（三）干旱胁迫下植物的信号传导第33页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三四、提高植物抗旱性的途径

1、抗旱育种

2、抗旱锻炼√蹲苗、搁苗、饿苗、双芽法

3、合理施肥，培育壮苗控制土壤水分，少施氮肥，多施磷、钾肥

4、化学调控技术生长延缓剂：矮壮素，ABA，PP333，三碘苯甲酸等。抗蒸腾剂：薄膜物质，反光物质；高龄土气孔抑制剂（ABA）第34页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第四节寒害与植物抗寒性寒害：（冷害、冻害）√冷害(Chillinginjury)√

冰点以上低温对植物的危害。主要由低温引起生物膜的膜相变与膜透性改变，造成新陈代谢紊乱引起的。冻害(Freezinginjury)√

冰点以下低温对植物的危害。主要由细胞间或细胞内发生结冰、生物膜和蛋白质结构被破坏引起的。第35页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三一、冷害(Chillinginjury)（一）冷害类型√

1、延迟型冷害

2、障碍型冷害（二）冷害对植物的危害√

1、膜相变：液晶态变为固态、破坏膜结构和细胞区域化，代谢紊乱①光合作用减弱②呼吸作用初期增强，随后减弱③根系吸收能力下降

2、原生质环流减慢

3、ABA含量增加

4、生长速度下降第36页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（三）植物适应冷害的机理√

1、膜相变温度低，膜结构和功能相对稳定膜相变温度随脂肪酸链的加长而增加，随不饱和脂肪酸所占比例的增加而降低

2、基础代谢相对稳定

3、维持活性氧产生与清除间的平衡

4、渗透调节能力强

5、抗冷相关基因表达迅速

6、ABA含量增加

第37页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（四）提高抗冷性的途径

1、抗冷性

2、提高抗冷性的途径√

（1）适当的低温锻炼（2）化学物质处理

乙醇胺处理增加膜脂不饱和脂肪酸含量；

ABA，2，4-D等对代谢产生深刻影响（3）培育壮苗

增施P，K肥，少施N肥

第38页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、冻害（Freezinginjury）（一）冻害概述

1、冻害：（霜害/黑霜）

2、植物遭受冻害后的症状

叶片萎蔫，变白，呈水浸状生长畸形，矮化，发育迟缓（二）冻害对植物的影响

1、冻害发生形式√（1）突发性冻害：胞内/外同时结冰，机械损伤（2）渐进性冻害：胞外结冰，原生质脱水第39页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第40页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三2.冻害对细胞的伤害√

（1）机械损伤：冰晶体形成时对膜系统和原生质的伤害冰晶体快速融化时胞壁膨胀对膜系统造成拉伤（2）蛋白质变性：

Levitt(1960)提出：

原生质脱水时，蛋白质分子失去水化膜，蛋白质分子上的巯基（-SH）氧化脱氢形成分子内/分子间二硫键(-S-S-)，破坏了蛋白质分子结构，导致蛋白质凝聚变性。

（3）活性氧伤害：

活性氧代谢失调，导致活性氧大量产生和积累第41页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三3、植物抗冻的机制√（1）过冷作用√

产生过冷作用的原因：产生并积累渗透调节物质产生抗冻蛋白（2）不饱和脂肪酸含量增加，膜相变温度降低（3）活性氧清除能力增强第42页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（三）提高植物抗冻性的途径

1、抗冻锻炼√

抗冻锻炼期间植物体内发生的变化：①植株含水量下降，束缚水含量相对增多②细胞中可溶性糖，脯氨酸等保护物质增多③ABA增加，GA，IAA减少；生长速度下降，促进休眠④不饱和脂肪酸含量增加，膜相变温度降低⑤抗冻相关基因表达，产生并积累抗冻蛋白⑥呼吸作用减弱⑦积累光合产物

2、化学调控生长延缓剂（矮壮素，多效唑等），ABA等对代谢产生影响

3、培育壮苗

增施P，K肥，少施N肥第43页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第六节盐害与植物的抗盐性一、盐害概述（一）盐害：土壤中可溶性盐过多对植物造成的伤害叫盐害。含盐量0.2%-0.5%√（二）可溶性盐种类√碱土：Na2CO3、NaHCO3

盐土：NaCl、Na2SO4

（三）我国盐碱地分布二、盐害对植物的影响（危害）√

（一）生理干旱:

土壤中水势低，根系吸水困难。（二）抑制P，K，Ca吸收，造成P，K，Ca

元素缺乏（三）离子毒害：

第44页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三1、膜透性增加，细胞内含物外渗。

对Na+的过量吸收及Ca缺乏使细胞内离子平衡被破坏，膜透性增加，导致K+等细胞内含物外渗。2、代谢紊乱①生物膜破坏，光合、呼吸速率下降；

Na+抑制RuBP羧化酶、PEP羧化酶活性；过多Na+

影响蛋白质与叶绿素复合物形成。②抑制蛋白质，核酸合成，加速其分解，③积累有毒物质：腐胺，尸胺，活性氧，氨第45页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三三、植物对盐害的适应（抗盐机制）√抗盐性：（一）植物避盐机制

1、避盐：

2、避盐方式√⑴拒盐⑵泌盐⑶稀盐⑷聚盐

第46页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）植物耐盐机制（略）

1、耐盐

2、植物耐盐机制√

⑴产生并积累渗透调节物质，增强根系吸水能力⑵膜稳定性强

强的Ca，K吸收能力，强的活性氧清除能力⑶诱导抗盐相关基因表达功能基因：甜菜碱，脯氨酸合成酶基因等

活性氧清除系统相关酶的基因调节蛋白基因：（三）植物耐盐的细胞信号转导

第47页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三四、提高植物抗盐性的途径

1、选育抗盐品种

2、抗盐锻炼：一定浓度NaCl浸种

3、CaCI2

浸种

4、用植物激素处理植株生长素促进生长，脱落酸能诱导气孔关闭，减少蒸腾作用，提高细胞含水量，均起到一定程度稀盐作用；提高植物抗盐性。第48页，讲稿共56页，2023年5月2