植物的理化逆境生理专家讲座

第十三章

植物理化逆境生理第一节干旱胁迫与植物抗旱性第二节涝胁迫与植物抗涝性第三节高温胁迫与植物抗热性第四节冷胁迫与植物抗冷性第五节冻胁迫与植物抗冻性第六节盐胁迫与植物抗盐性第七节环境污染与植物污染抗性植物的理化逆境生理专家讲座第1页第一节干旱胁迫与植物抗旱性

一、干旱胁迫类型二、干旱胁迫下植物生理生化改变三、植物抗旱生理和发育机制四、提升植物抗旱性路径植物的理化逆境生理专家讲座第2页在中国，干旱和半干旱地域约占国土面积50%左右，大部分分布在北方，西北地域，所以，干旱是制约这一地域农业生产主要限制原因。假如再加上其它非干旱地域地域季节性干旱影响，干旱对农业生产影响就愈加严重。植物的理化逆境生理专家讲座第3页概念旱害：指土壤水分缺乏或者大气相对湿度过低对植物造成危害。抗旱性：植物对干旱适应和忍耐能力。植物的理化逆境生理专家讲座第4页干旱土壤干旱大气干旱久旱无雨，土壤缺乏有效水大气干旱，大气RH<20%，蒸腾>>吸水，时间长了也会造成土壤干旱。一、干旱胁迫类型生理干旱土壤不缺水，根系不能正常吸水（温度过低、浓度过高）植物的理化逆境生理专家讲座第5页二、干旱胁迫下植物生理生化改变1.细胞膜结构受到破坏

膜双分子层不连续，物质渗漏↑，电导↑，膜酶失活，代谢紊乱，严重时细胞死亡。植物的理化逆境生理专家讲座第6页2.呼吸作用急剧改变与植物种类、器官、年纪相关黄豆、玉米等——一直下降；小麦叶片——先升后降；小麦根——指数下降植物的理化逆境生理专家讲座第7页3.光合作用减弱水分轻度亏缺——气孔减小或关闭，影响CO2浓度；水分中度或重度亏缺——叶绿体结构遭到破坏4.内源激素代谢失调细胞分裂素↓；乙烯、脱落酸↑植物的理化逆境生理专家讲座第8页5.核酸代谢受到破坏

干旱可使植株体内DNA、RNA含量下降6.积累渗透调整物质

经过渗透调整降低水势：①无机离子；②有机物质植物的理化逆境生理专家讲座第9页7.保护酶活性改变SOD、POD、CAT↑8.干旱诱导蛋白植物在受到干旱胁迫时新合成一类蛋白9.营养失调

根量降低，影响离子吸收；合成降低，分解增加，营养亏缺。植物的理化逆境生理专家讲座第10页抗旱性：植物适应和抵抗干旱能力包含系统抗旱性和细胞抗旱性系统抗旱性：植物在干旱条件下，经过形态结构改变和生理反应来维持植物正常生长发育能力细胞抗旱性：干旱条件下植物经过细胞生理生化改变来抵抗环境干旱胁迫能力三、植物抗旱生理和发育机制植物的理化逆境生理专家讲座第11页1.形态结构特征：凡是促进吸水，降低蒸腾，体内水分运转流畅结构都有利于抗旱。a.根系、更高根冠比--"开源"b.叶片更厚、叶面积变小、角质层更厚-“节流”。c.输导系统更为发达，气孔多且小--"流畅"（一）抗旱植物普通特征植物的理化逆境生理专家讲座第12页2.生理生化特征细胞有很高亲水能力，预防细胞严重脱水。水解酶类保持稳定，降低生物大分子分解，保持原生质体，尤其是质膜不受破坏。使细胞代谢不至发生紊乱异常。脯氨酸、甜菜碱和脱落酸等物质积累降低渗透势，保护膜系统。（一）抗旱植物普通特征植物的理化逆境生理专家讲座第13页（二）植物抗旱生理和发育机制

避旱性御旱性耐旱性抗旱性植物的理化逆境生理专家讲座第14页沙漠中生长一个叫短命菊植物，这种植物种子在稍有雨水湿润情况下，就快速萌芽生长，开花坚固。整个生命周期，只有短短三四个星期。1、避旱性：指植物在土壤和本身发生严重水分亏缺之前，完成其生活史。

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2.御旱性：指植物在干旱胁迫下保持植株内部组织高水势或高含水量，维持其一定程度地生长发育能力。

如仙人掌，其首先在组织内贮藏大量水分；另首先，在白天关闭气孔，降低蒸腾，这么就防止干旱对它影响。植物的理化逆境生理专家讲座第16页3.耐旱性：指植物在受到干旱胁迫时能够在较低细胞水势或含水量下生存能力。

如植物碰到干旱时，细胞内渗透物质会增加，以提升细胞抗性。植物的理化逆境生理专家讲座第17页四、提升植物抗旱性路径1.抗旱育种

提取抗旱基因并加以利用，培育抗旱品种2.采取抗旱栽培办法加盖遮阳膜植物的理化逆境生理专家讲座第18页3.抗旱锻炼种子萌动露出胚根时，在阴凉处风干，再吸水，再风干，重复数次，增强原生质亲水性。“蹲苗”：在苗期适当控制水分，抑制生长，以锻炼其适应干旱能力。（玉米、棉花等）“搁苗”：蔬菜移栽前让其适当萎蔫一段时间后再栽。“饿苗”：红薯剪下藤苗极少马上扦插，普通在阴凉处放置1～3d甚至更长时间。植物的理化逆境生理专家讲座第19页4.合理施肥

多施P、K肥，促进生根。P素促进蛋白质合成，增大原生质水合度，K做为渗透物质和促进碳水化合物运输，降低渗透势。四、提升植物抗旱性路径植物的理化逆境生理专家讲座第20页5.化学调控技术a：浸种0.25%CaCl2浸种，0.05%ZnSO4b：喷施激素和生长延缓剂，ABA－促进气孔关闭。CCC－抑制生长，提升根冠比，增加叶片保水能力。C：喷施抗蒸腾剂。四、提升植物抗旱性路径植物的理化逆境生理专家讲座第21页第二节涝胁迫与植物抗涝性

一、水涝胁迫下植物生理生化改变二、植物抗涝生理和发育机制三、提升植物抗涝性路径植物的理化逆境生理专家讲座第22页涝胁迫：陆生植物生长环境水分过多涝害：由涝胁迫对植物产生伤害涝害本质：缺氧广义涝害包含涝害和湿害概念植物的理化逆境生理专家讲座第23页涝害：指地面积水，淹没了作物全部或一部分。

植物的理化逆境生理专家讲座第24页湿害：旱田作物在土壤水分过多（饱和）时所受影响。植物的理化逆境生理专家讲座第25页一、水涝胁迫下植物生理生化改变（1）水涝对植物形态与生长效应生长↓，叶发黄（营养缺乏），根变黑（土壤氢还电位低），叶柄偏上生长（ETH）；细胞器－线粒体脊少－缺O2不发育；

植物的理化逆境生理专家讲座第26页（2）水涝对植物代谢效应

光合下降，气孔堵塞或关闭，CO2进入受阻，无O2呼吸↑，产生乙醇，乙醛，NH3，乳酸等。（3）水涝引发CO2积累对植物效应抑制有氧呼吸，促进无氧呼吸（4）水涝引发乙烯增加对植物效应叶片卷曲、偏上生长、脱落、根系生长减慢等

植物的理化逆境生理专家讲座第27页5.水涝引发水分亏缺效应供养不足、能量降低、有毒物质积累、激素刺激等造成根系吸水不足，引发水分亏缺。6.水涝引发营养失调效应吸收能力下降，土壤N、P、K、Ca等流失，引发缺乏症，另外，淹水后O2氧化还原电位下降，H2S、Fe、Mn以及丁酸↑，引发微量元素中毒。7.水涝引发活性氧积累效应植物的理化逆境生理专家讲座第28页二、植物抗涝生理和发育机制水生植物>陆生植物；作物中水稻>油菜>麦子；籼>糯>粳不一样生育时期也不一致普通是苗期耐涝，幼穗分化、开花期最不耐涝。“寸麦不怕尺水,尺麦怕寸水”。植物的理化逆境生理专家讲座第29页1)植物抗涝形态和解剖特征

发达通气组织有利于把地上部吸收O2转送到根部或缺O2部位。2)植物抗涝生理特征线粒体正常，琥珀酸脱氢酶活力↑，抗乙醇和耐乙醇能力提升。甜茅属：PPP代替EMP二、植物抗涝生理和发育机制植物的理化逆境生理专家讲座第30页三、提升植物抗涝性路径1.水涝后逐步放水2.筛选抗涝品种植物的理化逆境生理专家讲座第31页第三节高温胁迫与植物抗热性

一、高温胁迫下植物生理生化改变二、植物抗热生理和发育机制三、提升植物抗热性路径植物的理化逆境生理专家讲座第32页概念温度胁迫：对植物产生有害效应过高或过低

环境温度。热胁迫：过高温度对植物产生有害效应，造

成伤害称为热害。南方：太阳暴晒；北方：干热风植物的理化逆境生理专家讲座第33页热害症状：叶片有显著死斑；器官脱落；木本植物向阳部分干裂等。植物的理化逆境生理专家讲座第34页1.直接伤害（1）膜脂液化在高温下膜脂从液晶态变为液化态，产生子油滴，脂和蛋白质分离。饱和脂肪酸含量高，液化温度高，相变温度也高。一、高温胁迫下植物生理生化改变植物的理化逆境生理专家讲座第35页（2）蛋白质变性

高温使分子内能提升，原维持蛋白质4级、3级甚至2级结构氢键，疏水键断裂，蛋白质失去空间结构，有还会引发新－S－S－桥，从面使蛋白质变性凝固。植物的理化逆境生理专家讲座第36页2.间接伤害（1）水分代谢失调蒸腾失水过分（2）代谢性饥饿

植物光合最高温度比热害温度要低3－12℃，而呼吸作用最高温度比光合要高，所以在热害时呼吸超出光合。植物的理化逆境生理专家讲座第37页（3）有毒物质积累

乙醇，乙醛――诱发无氧呼吸。NH3、胺――线粒体膜受损P/O下降蛋白质合成受阻分解加速。自由基－尤其是超氧物自由基。植物的理化逆境生理专家讲座第38页（4）蛋白质合成受阻下蛋白酶，核酸酶↑。水解加剧，超氧物自由基对它们直接破坏及ATP等能量缺乏，核糖体水解，使蛋白质分解加紧，合成下降。最终膜系统破坏，造成溶酶体破裂，细胞自溶。（5）生理活性物质缺乏生物素，核苷酸等生物大分子被破坏。植物的理化逆境生理专家讲座第39页二、植物抗热生理和发育机制1)蛋白质在高温下保持高度稳定高温下光合能力强，蛋白质中－S－S－多，蛋白质不易变性和水解。2)含水量降低干种子，休眠芽，束缚水含量高，自由水含量低。植物的理化逆境生理专家讲座第40页3)饱和脂肪酸含量高4)有机酸含量

CAM--非常耐热原因，含有大量有机酸。

能够减轻或预防NH3中毒。植物的理化逆境生理专家讲座第41页三、提升植物抗热性路径1.高温锻炼2.培育和选取耐热作物和品种3.改进栽培办法4.化学药剂处理植物的理化逆境生理专家讲座第42页一、冷害表现类型二、冷胁迫下植物生理生化改变三、植物抗冷生理生化机制四、提升植物抗冷性路径第四节冷胁迫与植物抗冷性植物的理化逆境生理专家讲座第43页概念低温胁迫：对植物产生不利效应低温寒害：植物受低温胁迫造成伤害

冷害寒害冻害植物的理化逆境生理专家讲座第44页冷胁迫：冰点以上低温对植物产生不利效应冷害：0℃以上低温对植物产生伤害冷害症状：生长变慢，叶片变色，有时出现伤斑植物的理化逆境生理专家讲座第45页植物在不一样生育期遭遇冷胁迫：延迟型冷害营养期障碍性冷害生殖期混合型冷害

一、冷害表现类型

植物的理化逆境生理专家讲座第46页一、冷害表现类型

(1)直接伤害

植物受低温影响几小时，最多在一天之内即出现伤斑及坏死。由膜结构被破坏而引发。

(2)次生伤害

冷胁迫引发其它胁迫对植物产生伤害

植物的理化逆境生理专家讲座第47页（3）间接伤害植物在受到低温危害后，最少在几天之后才出现组织柔软、萎蔫。由代谢失调引发。即低温引发代谢失常、生物化学迟缓变

化而造成细胞伤害。植物的理化逆境生理专家讲座第48页二、冷胁迫下植物生理生化改变1.生化反应失调植株受冷害后，酶促反应失调，水解大于合成，不但蛋白质分解加剧，而且各种生物大分子都降低。2．呼吸代谢失调植物在刚受到冷害时，呼吸速率会比正常时还高，这是一个保护作用。因为呼吸上升，放出热量多，对抵抗严寒有利。时间较长以后，呼吸速率便大大降低，这是因为原生质停顿流动，氧供给不足，无氧呼吸比重增大。植物的理化逆境生理专家讲座第49页二、冷胁迫下植物生理生化改变3.光合作用受阻

低温使叶绿素合成受阻、光合酶活性低，光合速率下降;4.原生质流动受阻

冷害使细胞膜透性增加，细胞内可溶性物质大量外渗，植物代谢失调;植物的理化逆境生理专家讲座第50页5．吸收机能减弱

低温下根生长减慢，吸收面积降低，细胞原生质粘性增加，流动性减慢，呼吸减弱，供能不足，造成植物体内矿质元素吸收与分配受到限制，同时失水大于吸水，水分平衡遭到破坏，造成植株萎蔫、干枯。植物的理化逆境生理专家讲座第51页三、植物抗冷生理生化机制1.膜脂改变与抗冷性：即在低温作用下，膜由液晶态变为凝胶态。植物的理化逆境生理专家讲座第52页膜脂不饱和脂肪酸越多，不饱和程度越大膜流动性大，固化温度越低，抗寒性越强。