植物生理学植物的逆境生理学习教案.pptx
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1、会计学1植物植物(zhw)生理学植物生理学植物(zhw)的逆境的逆境生理生理第一页,共53页。第1页/共53页第二页,共53页。二、抗逆性及方式 抗逆性(hardiness):植物对逆境抵抗和忍耐能力。简称抗性 抗性的方式:逆境逃避(stress avoidance):指由于(yuy)植物通过各种方式摒拒逆境的影响,不利因素并未进入组织,故组织本身通常不会产生相应的反应。逆境忍耐(stress tolerance):指植物组织虽经受逆境对它的影响,但它可通过代谢反应阻止、降低或者修复由逆境造成的伤害,使其仍保持正常的生理活动。第2页/共53页第三页,共53页。三、植物在逆境下的形态变化与代谢特
2、点 (一)形态结构变化 逆境条件下植物形态有明显的变化。如干旱会导致叶片和嫩茎萎蔫,气孔开度减小甚至关;淹水使叶片黄化,枯干,根系褐变甚至腐烂;高温下叶片变褐,出现死斑,树皮开裂;病原菌侵染叶片出现病斑。逆境往往使细胞膜变性(binxng)、龟裂,细胞的区域化被打破,原生质的性质改变,叶绿体、线粒体等细胞器结构遭到破坏。植物形态结构的变化与代谢和功能的变化是相一致的。第3页/共53页第四页,共53页。(二二).逆境协迫下植物逆境协迫下植物(zhw)的一般生理的一般生理变化变化 1.1.逆境与植物逆境与植物逆境与植物逆境与植物(zhw)(zhw)的水分代谢的水分代谢的水分代谢的水分代谢2.2.光
3、合速率光合速率光合速率光合速率(sl)(sl)下降下降下降下降 3.3.呼吸作用的变化呼吸作用的变化呼吸作用的变化呼吸作用的变化 Levitt(1980)Levitt(1980)降低(冻害、热害)降低(冻害、热害)降低(冻害、热害)降低(冻害、热害)PPPPPP途径增强途径增强途径增强途径增强 先升后降(冷害、旱害)先升后降(冷害、旱害)先升后降(冷害、旱害)先升后降(冷害、旱害)增高(病害)增高(病害)增高(病害)增高(病害)4.4.物质代谢的变化物质代谢的变化物质代谢的变化物质代谢的变化 合成分解合成分解合成分解合成分解 5.5.原生质膜原生质膜原生质膜原生质膜的变化的变化的变化的变化 膜
4、脂双分子层膜脂双分子层膜脂双分子层膜脂双分子层星状排列,星状排列,星状排列,星状排列,膜蛋白变构,膜透性增加,物质外渗。膜蛋白变构,膜透性增加,物质外渗。膜蛋白变构,膜透性增加,物质外渗。膜蛋白变构,膜透性增加,物质外渗。6.6.蛋白质的变化蛋白质的变化蛋白质的变化蛋白质的变化 新蛋白质新蛋白质新蛋白质新蛋白质 逆境逆境逆境逆境蛋白:热击蛋白蛋白:热击蛋白蛋白:热击蛋白蛋白:热击蛋白(HSP)(HSP)第4页/共53页第五页,共53页。干旱干旱干旱干旱(gnh(gnhn)n)水分水分水分水分(shufn)(shufn)胁迫胁迫胁迫胁迫冰冻冰冻冰冻冰冻(bngdng)(bngdng)胞间结冰胞间
5、结冰胞间结冰胞间结冰盐渍盐渍盐渍盐渍土壤水势下降土壤水势下降土壤水势下降土壤水势下降高温高温高温高温蒸腾强烈蒸腾强烈蒸腾强烈蒸腾强烈膜损伤膜损伤膜损伤膜损伤第5页/共53页第六页,共53页。四、渗透调节与抗逆性四、渗透调节与抗逆性(一一)渗透调节的概念渗透调节的概念 多多种种逆逆境境都都会会对对植植物物产产生生水水分分(shufn)(shufn)胁胁迫迫。水水分分(shufn)(shufn)胁胁迫迫时时植植物物体体内内积积累累各各种种有有机机和和无无机机物物质质,提提高高细细胞胞液液浓浓度度,降降低低其其渗渗透透势势,保保持持一一定定 的的 压压 力力 势势,这这 样样 植植 物物 就就 可可
6、 保保 持持 其其 体体 内内 水水 分分(shufn)(shufn),适适应应水水分分(shufn)(shufn)胁胁迫迫环环境境,这这种种现现象称为渗透调节象称为渗透调节(osmoregulation)(osmoregulation)。(二二)渗透调节物质渗透调节物质 1.1.无机离子无机离子 2.2.脯氨酸脯氨酸 3.3.甜菜碱甜菜碱 4.4.可溶性糖可溶性糖 第6页/共53页第七页,共53页。第7页/共53页第八页,共53页。五五.植物激素植物激素(j s)在抗在抗逆性中的作用逆性中的作用减少膜的伤害减少膜的伤害减少膜的伤害减少膜的伤害 增加增加增加增加ProPro含量含量含量含量减少
7、水分减少水分减少水分减少水分(shufn)(shufn)丧失丧失丧失丧失 1.ABA 1.ABA 2.ETH与其他与其他(qt)激素激素 ETH:ETH:增加几倍或几十倍增加几倍或几十倍增加几倍或几十倍增加几倍或几十倍,直接或间接地参与直接或间接地参与直接或间接地参与直接或间接地参与 植物对伤害的修复或对逆境的抵抗过程植物对伤害的修复或对逆境的抵抗过程植物对伤害的修复或对逆境的抵抗过程植物对伤害的修复或对逆境的抵抗过程 内源内源内源内源GAGA活性迅速下降活性迅速下降活性迅速下降活性迅速下降 CTKCTK含量的减少含量的减少含量的减少含量的减少 第8页/共53页第九页,共53页。六六六六.逆境
8、逆境逆境逆境(njng)(njng)(njng)(njng)胁迫下活性胁迫下活性胁迫下活性胁迫下活性氧伤害氧伤害氧伤害氧伤害 第9页/共53页第十页,共53页。第一节高温胁迫第一节高温胁迫(xip)(xip)生理生理 (一)热害与抗热性(一)热害与抗热性:、概念、概念(ginin):由高温引起植物伤害的现象称为:由高温引起植物伤害的现象称为热害。而植物对高温胁迫的适应则称为抗热性。热害。而植物对高温胁迫的适应则称为抗热性。、根据不同植物对温度、根据不同植物对温度(wnd)的反应,可将植的反应,可将植物分三类:物分三类:喜冷植物喜冷植物 中生植物中生植物喜温植物喜温植物 第10页/共53页第十一
9、页,共53页。二、高温胁迫二、高温胁迫(xip)(xip)生理生理2、植物热害的症状:、植物热害的症状:叶片死斑明显,叶绿素破坏严重,器官叶片死斑明显,叶绿素破坏严重,器官脱落,亚细胞脱落,亚细胞(xbo)结构破坏变形。结构破坏变形。(二)、高温(二)、高温(gown)对植物对植物的危害的危害1、直接伤害:、直接伤害:2、间接伤害:、间接伤害:蛋白质变性:蛋白质变性:脂类液化:脂类液化:引起植物过度的蒸腾失水引起植物过度的蒸腾失水呼吸作用大于光合作用呼吸作用大于光合作用 积累产生的有毒物质积累产生的有毒物质 第11页/共53页第十二页,共53页。热锻炼(dunlin)能提高植物的耐热性、在、在
10、生长生长(shngzhng)的苗、现在的苗、现在处理处理两小时,再在两小时,再在处理小时,后在处理小时,后在生长生长(shngzhng)的苗、在的苗、在处理小时,后在处理小时,后在生长生长(shngzhng)的苗的苗第12页/共53页第十三页,共53页。第二节第二节 植物植物(zhw)(zhw)的抗寒性的抗寒性低温低温(dwn)对植物危对植物危害害冻害冻害(freezing injury):冰点以下的低温使植物冰点以下的低温使植物(zhw)体内结冰;体内结冰;冷害冷害(chilling injury):冰点:冰点以上以上低温对植物造成的伤害。低温对植物造成的伤害。抗寒性抗寒性:植物对低温的适应
11、与抵抗能力。植物对低温的适应与抵抗能力。一、冻害与植物的抗冻性一、冻害与植物的抗冻性(一)冻害(一)冻害 植物发生结冰的温度并不一定在植物发生结冰的温度并不一定在0。有时温度降低到。有时温度降低到0以以下仍然不结冰,这种现象称为下仍然不结冰,这种现象称为过冷现象过冷现象。但温度降低到一定程度一定。但温度降低到一定程度一定结冰,这一点称为结冰,这一点称为过冷点过冷点。冰点高低与细胞液浓度有关,因此可以用测定冰点的方法来测定冰点高低与细胞液浓度有关,因此可以用测定冰点的方法来测定细胞液的渗透势。细胞液的渗透势。第13页/共53页第十四页,共53页。(1)细胞)细胞(xbo)间结冰及其间结冰及其伤害
12、伤害 冻害一般是由于结冰引起的。由于温度降低的程度与速度不同,结冰冻害一般是由于结冰引起的。由于温度降低的程度与速度不同,结冰的类型的类型(lixng)(lixng)不同,造成伤害的方式也不同。不同,造成伤害的方式也不同。(二)结冰(二)结冰(ji bn)伤害的类伤害的类型及其原因型及其原因1.结冰伤害结冰伤害结冰类型结冰类型细胞间结冰细胞间结冰白白菜,葱菜,葱细胞内结冰细胞内结冰温度缓慢下降时,细胞间温度缓慢下降时,细胞间隙中的水分结成冰,即所隙中的水分结成冰,即所谓胞间结冰。谓胞间结冰。第14页/共53页第十五页,共53页。细胞细胞间结间结冰伤冰伤害害(shnghi)的的主要主要原因原因原
13、生质发生原生质发生(fshng)过渡脱水,过渡脱水,造成蛋白质变性和原生质不可逆造成蛋白质变性和原生质不可逆的凝胶化;的凝胶化;冰晶体冰晶体(jngt)过大时对原生质过大时对原生质造成机械压力,细胞变形;造成机械压力,细胞变形;当温度回升时,冰晶体迅速融化,细当温度回升时,冰晶体迅速融化,细胞壁易恢复原状,而原生质却来不及胞壁易恢复原状,而原生质却来不及吸水膨胀,原生质有可能被撕破。吸水膨胀,原生质有可能被撕破。(2)细胞内结冰伤害)细胞内结冰伤害胞内结冰伤害的胞内结冰伤害的主要原因主要原因-机械损伤(往往是致命的)机械损伤(往往是致命的)当温度骤然下降时,除细胞间隙结冰以外,细胞当温度骤然下
14、降时,除细胞间隙结冰以外,细胞内水分也结冰,一般是原生质内先结冰,紧接着液内水分也结冰,一般是原生质内先结冰,紧接着液胞内结冰,这就是胞内结冰,这就是胞内结冰胞内结冰。第15页/共53页第十六页,共53页。1.1.硫氢基假说硫氢基假说(ji shu)(ji shu)(Levitt,1962Levitt,1962)要点:结冰对细胞伤害要点:结冰对细胞伤害(shnghi)主要是破坏蛋白质空间结构。主要是破坏蛋白质空间结构。冰冰冻冻时时,原原生生质质逐逐渐渐脱脱水水,蛋蛋白白质质分分子子相相互互靠靠近近,相相邻邻肽肽链链外外部部的的-SH-SH彼彼此此接接触触,两两个个(lin(lin)-SH)-S
15、H经经氧氧化化而而形形成成-S-S-S-S-键键;或或者者一一个个分分子子外外部部的的-SH-SH基基与与另另一一个个分分子子内内部部的的-SH-SH形形成成-S-S-S-S-键,于是蛋白质凝聚。键,于是蛋白质凝聚。当当解冻解冻吸水时,肽链松散,由吸水时,肽链松散,由于于-S-S-S-S-键属键属共价键共价键,比较,比较稳稳定定,蛋白质空间结构被破坏,蛋白质空间结构被破坏,导致蛋白质变性导致蛋白质变性失活失活。通过化学方法,如使用硫醇可通过化学方法,如使用硫醇可以保护以保护-SH-SH不被氧化,起到抗不被氧化,起到抗冻剂的作用。冻剂的作用。(二)结冰伤害机理(二)结冰伤害机理第16页/共53页
16、第十七页,共53页。2膜伤害膜伤害(shnghi)学说学说膜对结冰膜对结冰(ji bn)最敏感。最敏感。低温低温(dwn)对对膜的伤害膜的伤害膜脂相变,酶失活;膜脂相变,酶失活;透性加大,电解质外渗。透性加大,电解质外渗。主要破坏膜脂与膜蛋白。主要破坏膜脂与膜蛋白。(三)植物对冷冻的适应(三)植物对冷冻的适应1抗冻锻炼抗冻锻炼 在冬季来临之前,随着气温的降低与日照长在冬季来临之前,随着气温的降低与日照长度的变短,植物体内发生一系列适应冷冻的度的变短,植物体内发生一系列适应冷冻的生理生化变化,以提高抗冻能力,这一过程生理生化变化,以提高抗冻能力,这一过程称为称为抗冻锻炼抗冻锻炼。3.3.机械伤害
17、机械伤害 4.4.活性氧伤害活性氧伤害第17页/共53页第十八页,共53页。2 2植物在适应植物在适应(shyng)(shyng)冷冻过程中的生理生化变化冷冻过程中的生理生化变化 抗冻锻炼是植物提高抗冻性的主要途径。其中发生了许多适应抗冻锻炼是植物提高抗冻性的主要途径。其中发生了许多适应(shyng)低温的生理生化变化。低温的生理生化变化。(1 1)含水量下降:自由)含水量下降:自由(zyu)(zyu)水水 ,束缚水相对增多;,束缚水相对增多;(2 2)呼吸减弱:消耗糖分减少,有利于糖的积累;)呼吸减弱:消耗糖分减少,有利于糖的积累;(3 3)保护性物质增多:如糖、脯氨酸、甜菜碱积累。)保护性
18、物质增多:如糖、脯氨酸、甜菜碱积累。一方面降低冰点,另一方面保护大分子的结构与功能;一方面降低冰点,另一方面保护大分子的结构与功能;(4 4)内源激素变化:)内源激素变化:ABA ABA,GAGA、IAAIAA 在形态上也发生相应的变化,如形成种子、休眠芽、地下根茎在形态上也发生相应的变化,如形成种子、休眠芽、地下根茎等,进入休眠状态。等,进入休眠状态。第18页/共53页第十九页,共53页。3 3外界条件对植物适应外界条件对植物适应(shyng)(shyng)冷冻的影响冷冻的影响(1 1)温度)温度(wnd)(wnd)(2 2)日照)日照(rzho)(rzho)长度长度(3 3)水分)水分(4
19、 4)矿质营养)矿质营养进入秋季,温度降低进入秋季,温度降低-抗寒性增强;抗寒性增强;春季温度升高时,抗寒性降低春季温度升高时,抗寒性降低-影响休眠影响休眠-抗寒性抗寒性短日照短日照-促进休眠促进休眠-抗寒性增强;抗寒性增强;长日照长日照-阻止休眠阻止休眠-抗寒性降低抗寒性降低细胞吸水过多,不利于抗寒性增强细胞吸水过多,不利于抗寒性增强充足,生长健壮,利于越冬,抗寒性增充足,生长健壮,利于越冬,抗寒性增强;强;不宜偏施氮肥,造成徒长,抗寒性降低不宜偏施氮肥,造成徒长,抗寒性降低第19页/共53页第二十页,共53页。二、冷害二、冷害(lnghi)(lnghi)与冷害与冷害(lnghi)(lngh
20、i)的机理的机理冷害虽然没有结冰现象冷害虽然没有结冰现象(xinxing),但会引起喜温植物的生理障碍。,但会引起喜温植物的生理障碍。三三种种(s(sn n zhzhnn)类类型型直接伤害直接伤害间接伤害间接伤害次生伤害次生伤害短时间短时间内发生的伤害。内发生的伤害。主要特征:主要特征:质膜透性增大质膜透性增大,导致细胞内含,导致细胞内含物向外渗漏物向外渗漏-出现伤斑。出现伤斑。缓慢降温引起的,低温胁迫可持续几天乃至几缓慢降温引起的,低温胁迫可持续几天乃至几周。周。主要特征:主要特征:代谢失调代谢失调组组织柔软,萎蔫织柔软,萎蔫。某器官因低温胁迫而导致其生理功能减某器官因低温胁迫而导致其生理功
21、能减弱或丧失而引起的伤害。弱或丧失而引起的伤害。如根系吸水变慢。如根系吸水变慢。第20页/共53页第二十一页,共53页。(一)冷害(一)冷害(lnghi)(lnghi)引起的生理生化变化引起的生理生化变化2 2水分平衡失调水分平衡失调(shtio)(shtio)3 3原生质流动原生质流动(lidng)(lidng)受阻受阻4 4光合速率减弱光合速率减弱5 5呼吸代谢失调呼吸代谢失调6.6.有机物质分解占优势有机物质分解占优势蒸腾大于吸水蒸腾大于吸水能量供应减少,原生质粘性增加能量供应减少,原生质粘性增加叶绿素分解大于合成;暗反应受影响叶绿素分解大于合成;暗反应受影响大起大落。先期升高保护,然后
22、降低大起大落。先期升高保护,然后降低(升高放热保护,时间长后,原生质停止(升高放热保护,时间长后,原生质停止流动,无氧呼吸)流动,无氧呼吸)1 1膜透性加大膜透性加大第21页/共53页第二十二页,共53页。(二)冷害(二)冷害(lnghi)(lnghi)机理机理1 1膜透性增加膜透性增加(zngji)(zngji)引起代谢紊乱引起代谢紊乱2 2膜相变引起膜相变引起(ynq)(ynq)膜结合酶失活膜结合酶失活在低温下,质膜收缩出现裂缝,造在低温下,质膜收缩出现裂缝,造成膜破坏,成膜破坏,透性增加透性增加,细胞内溶质,细胞内溶质渗漏。如时间过长还可引起酶促反渗漏。如时间过长还可引起酶促反应平衡失调
23、,代谢紊乱。应平衡失调,代谢紊乱。构成膜的类脂由构成膜的类脂由液相转变为固液相转变为固相相,流动镶嵌模型破坏,类脂固,流动镶嵌模型破坏,类脂固化而引起膜结合酶解离或者使酶化而引起膜结合酶解离或者使酶亚基分解,因而失活。亚基分解,因而失活。膜相变温度随膜相变温度随不饱和脂肪酸含量不饱和脂肪酸含量增加而降低增加而降低抗冷性指标抗冷性指标第22页/共53页第二十三页,共53页。(三)提高植物(三)提高植物(zhw)(zhw)抗冷性的途径抗冷性的途径1 1抗冷锻炼抗冷锻炼(dunlin)(dunlin)将植物在低温条件下经过一定时间的适应将植物在低温条件下经过一定时间的适应(shyng)(shyng)
24、,提,提高其抗冷能力的过程。高其抗冷能力的过程。经过锻炼的植物,其膜脂的不饱和脂肪酸含量增加;经过锻炼的植物,其膜脂的不饱和脂肪酸含量增加;相变温度降低;膜透性稳定。相变温度降低;膜透性稳定。2 2化学诱导化学诱导化学药物可诱导植物抗冷性提高化学药物可诱导植物抗冷性提高CTK,ABACTK,ABA等。等。3 3合理的肥料配比合理的肥料配比4.栽培技术栽培技术-如塑料薄膜覆盖如塑料薄膜覆盖使植物生长健壮。使植物生长健壮。第23页/共53页第二十四页,共53页。第三节第三节 植物植物(zhw)(zhw)的抗旱性的抗旱性旱害及其类型旱害及其类型(lixng)旱害旱害(drought injury)干
25、旱干旱(gnhn)类型类型大气干旱:空气相对湿度过低;大气干旱:空气相对湿度过低;土壤干旱:土壤中缺少可利用水。土壤干旱:土壤中缺少可利用水。植物对干旱的适应与抵抗能力称为植物对干旱的适应与抵抗能力称为抗旱性抗旱性。土壤水分缺乏或者大气相对湿度过低,植物的土壤水分缺乏或者大气相对湿度过低,植物的耗水大于吸水,造成植物组织脱水,对植物造耗水大于吸水,造成植物组织脱水,对植物造成的伤害。成的伤害。生理干旱:土壤水分不缺少,因土壤低温,土壤溶生理干旱:土壤水分不缺少,因土壤低温,土壤溶液浓度过高或积累有毒物质,而难以吸收。液浓度过高或积累有毒物质,而难以吸收。伤害:伤害:脱水和高温伤害脱水和高温伤害
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