植物生理學(xué)教案-逆境生理-課件

第十三章逆境生理

第一節(jié)抗性生理通論※

第二節(jié)植物的抗寒性

第三節(jié)植物的抗旱性

第四節(jié)植物的抗病性1PPT課件

第一節(jié)抗性生理通論※

逆境（environmentalstress）：對(duì)植物生長(zhǎng)和生存不利的各種環(huán)境因素的總和。

植物的抗性（stressresistance）:植物對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力。

一、逆境對(duì)植物代謝的影響

1、逆境下細(xì)胞透性破壞2PPT課件

2、影響水分平衡

植物的吸水量降低，蒸騰量減少，但蒸騰仍大于吸水，植物組織的含水量降低—萎蔫。

3、光合速率下降，同化物形成減少

4、呼吸速率的變化趨勢(shì)

呼吸下降—凍、熱、鹽、澇害呼吸先上升再下降—冷、旱害呼吸明顯升高—病害3PPT課件

5、物質(zhì)代謝變化

合成E活性下降，水解E活性增強(qiáng)。淀粉、蛋白質(zhì)等大分子化合物降解為可溶性糖、肽及氨基酸等物質(zhì)。

二、植物對(duì)逆境的適應(yīng)※

植物對(duì)逆境的適應(yīng)主要包括：避逆性和耐逆性。

（一）生物膜4PPT課件膜脂相變：液相高溫液晶相低溫凝膠相

膜脂相變會(huì)導(dǎo)致原生質(zhì)停止流動(dòng)，膜結(jié)合酶活性降低，膜透性增大。試驗(yàn)證實(shí)，植物的抗冷性與膜脂的種類(lèi)、碳鏈的長(zhǎng)度和不飽和程度有關(guān)。膜脂碳鏈越短，不飽和脂肪酸越多，固化溫度越低，抗冷性越強(qiáng)。

5PPT課件

磷脂與抗凍性有關(guān)。楊樹(shù)、蘋(píng)果等進(jìn)入越冬期間，樹(shù)皮抗凍性增強(qiáng)時(shí)，膜脂中磷脂（磷脂酰膽堿等）含量顯著增高。

飽和脂肪酸和抗旱力有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，抗旱性強(qiáng)的品種在灌漿期干旱時(shí)，葉表皮細(xì)胞的飽和脂肪酸較多。6PPT課件

（二）逆境蛋白

在逆境條件下，植物的基因表達(dá)發(fā)生改變，關(guān)閉一些正常表達(dá)的基因，啟動(dòng)一些與逆境相適應(yīng)的基因。

1、熱激蛋白（heatshockprotein，HSP）

—

在高于植物正常生長(zhǎng)溫度刺激下誘導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)。

HSP家族中很大一部分屬于伴侶蛋白。7PPT課件

HSP在抗熱性中的作用：

（1）維持變性蛋白的可溶狀態(tài)或使其恢復(fù)原有的空間構(gòu)象和生物活性（2）與一些酶結(jié)合成復(fù)合體，使酶的熱失活溫度明顯提高植物對(duì)熱激反應(yīng)非常迅速，熱激處理3~5min就發(fā)現(xiàn)HSPmRNA含量增加，20min可檢測(cè)到新合成的HSP。8PPT課件

2、低溫誘導(dǎo)蛋白

植物經(jīng)一段時(shí)間的低溫處理后誘導(dǎo)合成的一些特異性的新蛋白質(zhì)。這類(lèi)蛋白多數(shù)是高度親水的，其大量表達(dá)具有減少細(xì)胞失水和防止細(xì)胞脫水的作用，有助于提高植物對(duì)冰凍逆境的抗性。9PPT課件

3、滲調(diào)蛋白

干旱或鹽漬下誘導(dǎo)的一些逆境蛋白，它的產(chǎn)生有利于降低細(xì)胞的滲透勢(shì)和防止細(xì)胞脫水，有助于提高植物對(duì)鹽和干旱脅迫的抗性。

4、病程相關(guān)蛋白（PR）植物受到病原菌侵染后合成的一種或多種蛋白質(zhì)，PRS在植物體內(nèi)的積累與植物局部誘導(dǎo)抗性和系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性有關(guān)。10PPT課件

5、其它逆境蛋白

缺氧環(huán)境下產(chǎn)生厭氧蛋白；紫外線照射會(huì)產(chǎn)生紫外線誘導(dǎo)蛋白；施用化學(xué)試劑會(huì)產(chǎn)生化學(xué)試劑誘導(dǎo)蛋白。

（三）活性氧

1、活性氧與氧傷害學(xué)說(shuō)

活性氧：指性質(zhì)極為活潑、氧化能力很強(qiáng)的含氧物的總稱(chēng)。11PPT課件

如超氧陰離子自由基（O2·－）、羥基自由基（·OH）、過(guò)氧化氫（H2O2）、脂質(zhì)過(guò)氧化物（ROO-）和單線態(tài)氧（1O2）。

活性氧自由基傷害學(xué)說(shuō)：在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，自由基水平很低，不會(huì)傷害細(xì)胞。當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，平衡被打破，自由基積累過(guò)多，傷害細(xì)胞。12PPT課件

2、活性氧對(duì)植物的傷害

（1）細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損（2）生長(zhǎng)受抑（3）誘發(fā)膜脂過(guò)氧化作用膜脂過(guò)氧化：生物膜中不飽和脂肪酸在自由基誘發(fā)下發(fā)生的過(guò)氧化反應(yīng)。13PPT課件

膜脂活性氧脂質(zhì)自由基（R·）O2脂質(zhì)過(guò)氧化物（ROO·）

脂質(zhì)氫過(guò)氧化物（ROOH）

+R·膜脂內(nèi)過(guò)氧化物

丙二醛（MDA）

膜脂過(guò)氧化自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：14PPT課件

膜脂過(guò)氧化對(duì)植物的影響：

膜脂過(guò)氧化后，膜中不飽和脂肪酸含量降低，液晶態(tài)—凝膠態(tài)，膜流動(dòng)性下降，質(zhì)膜透性增加。且MDA等直接對(duì)細(xì)胞起毒害作用。

D、損傷生物大分子15PPT課件

3、植物體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)（1）保護(hù)E體系

A、超氧化物歧化酶（SOD）2O2－·+2H+

SODH2O2+O2

線粒體內(nèi)膜呼吸鏈?zhǔn)侵参矬w內(nèi)產(chǎn)生超氧陰離子自由基的重要來(lái)源。

抗逆性強(qiáng)的植物在逆境下SOD活性降低幅度小或保持相對(duì)穩(wěn)定，避免或減輕了活性氧引起的傷害。16PPT課件

B、過(guò)氧化物E（POD）H2O2使卡爾文循環(huán)中的酶失活。高等植物葉綠體內(nèi)H2O2的清除是由具有較高活性的抗壞血酸過(guò)氧化物E（Asb-POD）經(jīng)抗壞血酸循環(huán)分解來(lái)完成的。

C、過(guò)氧化氫E（CAT）主要存在于過(guò)氧化體中，負(fù)責(zé)過(guò)氧化體中H2O2的清除。17PPT課件

（2）抗氧化物質(zhì)（非酶促體系）

抗壞血酸（Asb）、還原型谷胱甘肽（GSH）、維生素E（VE）、類(lèi)胡蘿卜素（Car）、巰基乙醇（MSH）、甘露醇等。（四）滲透調(diào)節(jié)

滲透調(diào)節(jié)：脅迫條件下，細(xì)胞主動(dòng)形成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高溶質(zhì)濃度，從外界吸水，適應(yīng)逆境脅迫的現(xiàn)象。18PPT課件

1、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的種類(lèi)

（1）無(wú)機(jī)離子

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-

無(wú)機(jī)離子進(jìn)入細(xì)胞后，主要累積在液泡中，因此無(wú)機(jī)離子主要作為液泡的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。19PPT課件

A、脯氨酸脯氨酸在抗逆中的作用：

a、作為滲透物質(zhì)，保持原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡，防止失水

b、增強(qiáng)蛋白質(zhì)的水合作用、可溶性和減少可溶性蛋白質(zhì)的沉淀，保護(hù)生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定（2）有機(jī)溶質(zhì)20PPT課件

B、甜菜堿

甜菜堿在抗逆中具有滲透調(diào)節(jié)和穩(wěn)定生物大分子的作用。

（3）可溶性糖和游離氨基酸大分子糖類(lèi)和蛋白質(zhì)的分解加強(qiáng)而合成受抑，蔗糖的合成加快；光合產(chǎn)物形成蔗糖；從植物體其它部分輸入糖和氨基酸。21PPT課件2、主要生理功能

（1）維持細(xì)胞膨壓（2）維持植株光合作用滲透調(diào)節(jié)在水分脅迫下維持氣孔開(kāi)放。（五）脫落酸在低溫、高溫、干旱和鹽害等脅迫下，體內(nèi)ABA含量大幅度升高。

原因：22PPT課件

（1）逆境脅迫增加了葉綠體膜對(duì)ABA的通透性

（2）加快根系合成的ABA向葉片的運(yùn)輸及積累

ABA調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)度，減少蒸騰失水，抑制生長(zhǎng)。

外施ABA提高抗逆性的原因：

（1）減少膜的傷害23PPT課件（2）減少自由基對(duì)膜的傷害

經(jīng)ABA處理后，會(huì)延緩SOD和過(guò)氧化氫酶等活性的下降，阻止體內(nèi)自由基的過(guò)氧化作用，降低丙二醛等有毒物質(zhì)的積累，使質(zhì)膜受到保護(hù)。

（3）改變體內(nèi)代謝外施ABA，可使植物體增加脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)等的含量，從而使植物產(chǎn)生抗逆能力。24PPT課件（4）減少水分喪失ABA處理后，可促進(jìn)氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱，減少水分喪失，還可提高根對(duì)水分的吸收和輸導(dǎo)，防止水分虧缺，提高抗旱、抗寒、抗冷和抗鹽的能力。25PPT課件

交叉適應(yīng)：植物經(jīng)歷了某種逆境后，能提高對(duì)另一些逆境的抵抗能力，這種對(duì)不良環(huán)境間的相互適應(yīng)作用稱(chēng)為~。交叉適應(yīng)的作用物質(zhì)：ABAABA在交叉適應(yīng)中的作用26PPT課件三、提高作物抗性的生理措施

選育高抗品種是提高作物抗性的基本措施。

1、種子鍛煉

2、巧施肥水

3、施用植物激素27PPT課件

第二節(jié)植物的抗寒性

低溫對(duì)植物的為害，按低溫程度和受害情況可分為凍害和冷害。

一、凍害的生理

凍害：零下低溫對(duì)植物造成的傷害。

28PPT課件

1、細(xì)胞間隙結(jié)冰傷害—溫度緩慢下降胞間結(jié)冰對(duì)植物造成的傷害：（1）原生質(zhì)過(guò)度脫水（2）機(jī)械損傷（3）融冰傷害（一）凍害的類(lèi)型29PPT課件2、細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰傷害—溫度迅速下降

細(xì)胞內(nèi)的冰晶的形成會(huì)對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞器和基質(zhì)結(jié)構(gòu)造成不可逆的機(jī)械傷害。

（二）凍害的機(jī)制

1、膜傷害假說(shuō)結(jié)冰傷害后，膜選擇透性喪失。（1）胞內(nèi)的電解質(zhì)和非電解質(zhì)大量外滲30PPT課件

2、巰基假說(shuō)：蛋白質(zhì)被損傷

（2）膜脂相變使得一部分與膜結(jié)合的E游離而失活，引起代謝紊亂

細(xì)胞質(zhì)脫水結(jié)冰時(shí)，蛋白質(zhì)分子相互靠近相鄰的巰基形成-S-S-

解凍時(shí)蛋白質(zhì)吸水膨脹，氫鍵斷裂，-S-S-保留蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)破壞引起細(xì)胞傷害和死亡31PPT課件

抗寒鍛煉：植物在冬季來(lái)臨之前，隨著氣溫的降低，體內(nèi)發(fā)生了一系列的適應(yīng)低溫的生理生化變化，抗寒力逐漸加強(qiáng)，這種提高抗寒力的過(guò)程稱(chēng)為~。

1、含水量降低，束縛水的相對(duì)含量增高

2、呼吸減弱（三）低溫下植物的適應(yīng)性變化32PPT課件33PPT課件

3、ABA含量增加，生長(zhǎng)停止，進(jìn)入休眠

4、保護(hù)物質(zhì)積累淀粉—可溶性糖（G、蔗糖）含量增加—降低冰點(diǎn)

脂肪—水分不易透過(guò)細(xì)胞質(zhì)表層，代謝降低

5、低溫誘導(dǎo)蛋白形成34PPT課件二、冷害的生理

冷害：零上低溫對(duì)植物造成的傷害。

（一）冷害引起的生理生化變化

1、光合作用減弱

2、呼吸代謝失調(diào)—大起大落

3、細(xì)胞膜系統(tǒng)受損

4、根系吸水能力下降

5、物質(zhì)代謝失調(diào)35PPT課件（二）冷害的機(jī)制冷害

膜脂相變（液晶—固晶）膜破裂（非均一的固化）質(zhì)膜透性增加膜均一的固化與緊縮對(duì)水透性降低

（根）葉綠體、線粒體

膜上E活性降低

驟冷

漸冷間接損害失水超過(guò)了吸水派生干旱損害各個(gè)E之間活性差異

蛋白質(zhì)變性

或解離細(xì)胞內(nèi)含物滲漏直接損害抑制光合與呼吸代謝破壞36PPT課件

第三節(jié)植物的抗旱性

一、干旱的類(lèi)型

旱害：土壤缺水或大氣相對(duì)濕度過(guò)低對(duì)植物的危害。

1、大氣干旱

—高溫、強(qiáng)光、大氣相對(duì)濕度過(guò)低

2、土壤干旱

—土壤缺乏可利用水

3、生理干旱

—土壤溫度過(guò)低、溶液濃度過(guò)高、土壤缺氧、有毒物質(zhì)存在37PPT課件

暫時(shí)萎蔫(temporarywilting)：降低蒸騰即能消除水分虧缺以恢復(fù)原狀的萎蔫。

永久萎蔫(permanentwilting)：土壤中無(wú)可利用的水，降低蒸騰不能消除水分虧缺以恢復(fù)原狀的萎蔫。永久萎蔫造成原生質(zhì)嚴(yán)重脫水：二、干旱對(duì)植物的傷害38PPT課件1、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞

2、生長(zhǎng)受抑

3、光合作用減弱

4、呼吸作用先升后降

5、內(nèi)源激素代謝失調(diào)

—ABA、ETH含量增加，CTK合成受抑

6、氮代謝異常

—蛋白質(zhì)合成受阻，水分脅迫蛋白合成，脯氨酸增加39PPT課件7、核酸代謝受到破壞8、植物體內(nèi)水分重新分配

9、酶系統(tǒng)的變化—合成酶類(lèi)活性下降，水解酶類(lèi)及某些氧化還原酶類(lèi)活性增高

10、細(xì)胞原生質(zhì)損傷40PPT課件

三、植物抗旱類(lèi)型和特征

（一）植物的抗旱類(lèi)型植物對(duì)水分的需求不同：水生植物、中生植物、旱生植物

旱生植物對(duì)干旱的適應(yīng)和抵抗方式：

1、逃旱性

—通過(guò)縮短生育期以逃避干旱缺水的季節(jié)41PPT課件

2、御旱性

—利用形態(tài)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，保持良好的水分內(nèi)環(huán)境

3、耐旱性

—這類(lèi)植物具有忍受脫水而不受永久性傷害的能力

（二）抗旱植物的一般特征

1、形態(tài)特征根系發(fā)達(dá)、深扎、根冠比大

—有效地吸收利用土壤深層水分42PPT課件

葉脈致密，單位面積氣孔數(shù)目多，角質(zhì)化程度高

—有利于水分的貯存與供應(yīng)，減少水分散失

2、生理特征細(xì)胞滲透勢(shì)較低—吸水保水能力強(qiáng)原生質(zhì)具較高的親水性、黏性、彈性—抗過(guò)度脫水和減輕脫水時(shí)的機(jī)械損傷缺水時(shí)正常代謝活動(dòng)受到的影響小43PPT課件

第四節(jié)植物的抗病性

一、病原物對(duì)植物的侵染病原物分為：死體營(yíng)養(yǎng)型、活體營(yíng)養(yǎng)型

病原物的致病方式有：（1）產(chǎn)生破壞寄主的降解E

（2）產(chǎn)生破壞寄主細(xì)胞膜和正常代謝的毒素（3）產(chǎn)生阻塞寄主導(dǎo)管的物質(zhì)44PPT課件

（4）產(chǎn)生破壞寄主抗菌物質(zhì)的E

（5）利用寄主核酸和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)（6）產(chǎn)生植物激素，破壞寄主原有激素平衡，造成寄主生長(zhǎng)異常（7）將自己的一段DNA插入寄主基因組，迫使寄主為其提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)45PPT課件二、植物感病后的生理反應(yīng)1、水分平衡破壞2、呼吸速率明顯升高3、光合作用下降4、激素發(fā)生變化5、同化物正常運(yùn)輸受阻46PPT課件

三、植物抗病機(jī)制

1、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)屏障

—蠟被、葉毛、角質(zhì)層

2、氧化E活性增強(qiáng)

3、植物體內(nèi)原有的抗病物質(zhì)

（1）植物凝聚素

—能與多糖結(jié)合或使細(xì)胞凝聚的蛋白質(zhì)；它能識(shí)別病原菌并以細(xì)胞凝聚殺死病原菌47PPT課件

（2）酚類(lèi)化合物

健康植物體內(nèi)含有大量的酚類(lèi)化合物，對(duì)病原菌具一定的毒性；感病后氧化成毒性更強(qiáng)的醌類(lèi)物質(zhì)。

4、寄主細(xì)胞壁的強(qiáng)化植物感病后，細(xì)胞壁木質(zhì)化（PAL活性與抗病反應(yīng)直接相關(guān)）、富含羥脯氨酸糖蛋白的增加及胼胝質(zhì)的累積。48PPT課件5、侵染部位組織局部發(fā)生壞死6、植保素的產(chǎn)生植保素局限在受侵染細(xì)胞周?chē)鄯e，起屏障隔離作用，防止病菌進(jìn)一步侵染。

7、細(xì)胞壁水解E活性增強(qiáng)

—幾丁E、β-1,3葡聚糖E

8、產(chǎn)生病程相關(guān)蛋白

—

降解病原菌的細(xì)胞壁49PPT課件復(fù)習(xí)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子途徑：胞外刺激信號(hào)傳遞——膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換——胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（第二信使）細(xì)胞全能性50PPT課件呼吸作用呼吸作用有氧呼吸（CO2*、H2O*

）無(wú)氧呼吸（乳酸發(fā)酵）呼吸代謝的多樣性：呼吸途徑（EMP、TCA、PPP、GAC、乙醇酸氧化途徑）電子傳遞途徑（主路、3支路、交替）末端氧化E（細(xì)胞色素~、交替~、酚~、抗壞血酸~、乙醇酸~）51PPT課件呼吸作用的指標(biāo)：

呼吸速率呼吸商（糖類(lèi)、脂肪和蛋白質(zhì)、有機(jī)酸）呼吸作用與種子、果蔬的貯藏52PPT課件光合作用光合色素（種類(lèi)、吸收光譜、熒光與磷光）光合作用的機(jī)制：原初反應(yīng)（光能—電能、D·P·A）電子傳遞與光合磷酸化（電能—ATP和NADPH、紅降及雙光增益—兩個(gè)PS、水的光解和放氧、電子傳遞（3種）、光合磷酸化）53PPT課件碳同化（ATP和NADPH—糖）C3途徑（受體、產(chǎn)物