浅议植物抗性生理

浅议植物抗性生理 植物生理学课程论文 题 目:浅议植物抗性生理 课 程:植物生理学 姓 名:XXXXX 学 院:XXXXX 学 号:XXXXX 专 业:XXXXX 指导老师:XXXXX 完成时间:XXXXX XXXXX 摘要:植物体是一个开放体系，生存于自然环境。对植物产生伤害的环境称为逆境，又称为胁迫。胁迫包括生物胁迫和非生物胁迫。生物胁迫有病害、虫害和杂草;非生物胁迫包括寒冷、高温、干旱、盐渍等。有些植物不能适应这些不 良环境，无法生存。有些植物却能适应这些环境，生存下去。这种环境的适应性 和抵抗力，称为植物的抗逆性，简称抗性。抗性是植物长期进化过程中对逆境的 适应形成的。我国幅员辽阔，地形复杂，气候多变，各地都有其特殊的环境，抗 性生理与农林生产关系极为密切。我们研究植物的抗性生理，对农作物产量的提 高，保护森林等具有重要的意义。 一、植物的抗冷性 低温冷害是指零度以上低温对植物造成的伤害或死亡的现象。当植物受到冷胁迫后, 会发生一系列形态及生理生化方面的变化。植物的这种对低温冷害的忍受和适应的特性, 就是植物的抗冷性。低温胁迫是影响植物正常生长的主要障碍因子之一, 植物尤其是经济作物的抗冷性强弱直接影响作物产量。 1、冷害过程的生理生化变化 a、水分平衡失调 b、呼吸速率大起大落 c、光合速率减弱 d、酶活性变化 2、冷害的机制 a、膜的变相 b、活性氧被破坏 细胞膜的流动性和稳定性是细胞乃至整个植物体赖以生存的基础。在低温下植物细胞膜由液晶态转变成凝胶状态, 膜收缩; 温度逆境不可逆伤害的原初反应发生在生物膜系统类脂分子的相变上。大量 研究证实, 膜系中脂肪酸的不饱和度或膜流动性与植物抗寒性密切相关。膜脂上的不饱和脂肪酸成分比例越大, 膜流动性越强, 植物的相变温度越低, 抗寒性越强。 二、植物的抗冻性 植物为抵抗低温环境,在生长习性、生理生化、遗传表达等方面有各种特殊的适应特性即为植物的抗冻性。 1、植物对冻害生理适应 a、植株含水量下降 b、呼吸减弱 c、脱落酸含量增多 d、生长停止，进入休眠 e、保护物质的增多 2、冻害的机制 a、膜结构损伤 b、结冰伤害 冷冻伤害及低温驯化植物生理生化变化: 研究表明, 植物冷害首先发生在细胞膜系统。已经证明: 膜系统损伤首先是冷冻引发的严重脱水所致。低温引起植物胞外或胞内结冰, 由于胞外空间冰点较高且有一些灰尘或冰核细菌作冰核, 所以胞外先于胞内形成冰晶。冰晶溶液比液态溶液的水势低得多, 并且温度越低水势差值越大, 因而胞内的水分通过质膜流出, 导致细胞严重脱 水。脱水会对细胞产生多种伤害, 包括膜的结构和功能低温还会使蛋白质变性 , 冷敏感水稻细胞液泡膜ATP 酶等酶活性降低, 而质膜A TP 酶活性变化小。 植物抗冻性举例: 番茄幼苗经12 ?锻炼7 d ,甜玉米种苗经11 ?锻炼8 d 或15 d 后,番茄幼苗和甜玉米种苗对2 ?低温胁迫的抗性明显提高。经过低温锻炼的番茄幼苗和甜玉米种苗脯氨酸含量较常温下(26 ?P21 ?) 生长的显著增加。电镜细胞化学观察结果表明,甜玉米种苗经11 ?8 d 锻炼后,其质膜Ca2 + 2ATPase 在2 ?冷胁迫后仍保持高活性,甚至有某些提高。而未经锻炼的种苗在同样低温处理后,质膜Ca2 + 2ATPase 活性丧失,遭受冷害。 植物的抗冻蛋白:植物抗冻蛋白(A FP)是植物体经低温诱导后产生的一类具有热滞活性和重结晶抑制活性的抗逆蛋白, 普遍存在于越冬植物体内, 通过抑制细胞外重结晶和控制冰晶生长, 从而避免了大冰晶对机体的损伤。 三、植物的抗热性 温度是影响植物生理过程的重要因子，全球变化使得高温热害变得非常突出，成为限制植物分布，生长和生产力的一个主要环境因子。干旱对植物生长和繁殖、农业生产和社会生活有着极其重要的影响，其对世界作物产量的影响，在诸多自然逆境中占首位，其危害程度相当于其他自然灾害之和。因此，干旱是制约植物生长发育的主要逆境因素，研究植物的抗旱性对农业生产实践及稳定荒漠生态具有极其重 要的作用。 1、干旱对植物的伤害 a、各部位间水分重新分配 b、膜受损伤 c、光合作用减弱 d、渗透调节 (1)高温对细胞膜的伤害: 细胞膜作为联系植物细胞与外界环境的介质，它的组成，性质与外界环境息息相关，外界环境对植物的胁迫危害首先在膜系统中表现出来。高温是改变细胞膜结构的一个重要胁迫因子，所以细胞膜被认为受热害最主要的部位。 (2)与高温有关的生理生化效应: 高温下，与呼吸作用有关的酶钝化，发生不可逆失活，提高了生物合成，运输蛋白质周转速率而导致能量需求增加。温度升高到对植物造成胁迫时，气孔开度减小，蒸腾作用随之减小，影响植物对矿质离子的运输和水分需求。 (3)干旱对植物的影响 干旱对植物的生长发育及生理生化代谢的影响主要集中在以下几个方面:?破坏膜透性，使细胞内容物外渗， 影响细胞器的结构和膜脂———蛋白质组分。?膨压降低，细胞分裂减慢甚至停止，因而细胞生长受抑制，同时造成水分按水势大小重新分配，以致使老叶过 早枯萎、脱落。?设法关闭气孔，减少CO2的供应，以影响叶绿体的结构而造成光合作用减弱。?减少内源激素中促进生长的激素，延缓或抑制生长，使ABA 大量增加，而CTK减少，刺激乙烯的产生。根系合成的ABA 又作为一种根源信号物质，通过木质部蒸腾流到达地上部分，调节地上部分的生理过程，而实现植物对干旱胁迫的适应。?减少蛋白质合成，使游离氨基酸和甜菜碱增多。?促进活性氧积累，导致脂质过氧化。 2、提高作物抗旱性的途径 a、抗旱锻炼 b、合理施肥 c、施用抗蒸腾剂 四、植物的抗涝性 1、涝渍胁迫对植物的危害 水涝胁迫主要限制光合作用与有氧呼吸, 而促进无氧呼吸, 也有一些植物在水涝胁迫下光合本身并不改变, 但光合产物输出受阻, 因产物抑制而降低了光合速率。淹水除了造成土壤缺O 2 外, 对植物还有“水套作用”, 引起植物体无氧呼吸, 产生乙醇等有毒中间产物, 从而使植物发生某些适应性变化, 如促进叶片衰老、脱落, 茎直径增加, 通气组织形成, 产生不定根等, 其本质是淹水引起生长素和乙烯相互作用, 引起植物体各部分生长变化。 2、不同林木基因型对涝渍的反应 不同木本植物耐涝性有较大差异, 种源、家系和无性系间耐涝 性也有显著差异。涝渍胁迫下, 抗性不同的植物根系生长情况和生物量差异很大, 抗涝性强的植物仅部分初生根死亡, 茎基部形成不定根。 五、植物的抗盐性 1、盐胁迫对植物的伤害 a、吸水困难 b、生物膜破坏 c、生理紊乱 通常土壤含盐量在0.2%~0.5%即不利于植物的生长,而盐碱土的含量却高达0.6%~10%,严重地伤害植物。盐害对植物的伤害主要表现在以下几个方面: (1)水分胁迫: 由于土壤含盐量增加, 土壤溶液水势不断降低, 植物吸水能力减少, 由此而导致植物生理干旱。 (2)离子胁迫: 植物细胞内许多酶只能在很窄的离子浓度范围内才具有活性, 而生长在盐碱土中的植物由于土壤中过量的Cl- 和Ca2+渗入植物细胞内, 使细胞原生质凝集、叶绿素破坏、蛋白质合成受到破坏、蛋白质水解作用加强, 造成植物体内氨基酸积累, 这些累积的氨基酸在细胞中转化为丁二胺、戊二胺以及游离胺, 当积累到一定程度时, 细胞就会中毒死亡。 (3)光合作用下降: 盐胁迫一方面使叶绿体中类囊体成分与超微结构发生变化, 另一方面影响光能吸收和转换以及影响电子传递与碳同化。总体上导致植物光合作用下降。 (4)呼吸作用不稳: 土壤盐分浓度将直接影响植物的呼吸作用, 低盐促进呼吸, 高盐抑制呼吸。 (5)蛋白质合成受阻: 盐分过多使许多植物蛋白质合成受阻, 而降解过程加快。其原因一方面是盐胁迫迫使核酸分解大于合成, 从而抑制蛋白质合成, 同时高盐下氨基酸生物合成受阻。 (6)有毒物质积累: 盐胁迫使植物体内积累有毒物质, 如大量氮代谢中间产物, 包括氨和某些游离氨基酸转化成具有毒性的腐氨和尸氨, 从而对植物细胞造成一定的伤害。 随着时代的进步，人类对农林方面的保护意识逐步加强，绿色植物与人们的生活息息相关。但是近来森林遭遇虫害、冻害、干旱而被破坏的消息日益增多，所以植物的抗性生理的研究对保护森林植被具有重要意义，具有广阔发展前景。衣食住行是人们最切身，也是最关心的问题，农作物与“食”密不可分。在进行农作物生产的时候，我们不仅追求“有”，我们还得追求“高”，就是农作物的产量要提高。在这过程中，植物的抗性生理与之有着密切的关系，它是农作物产量提高的有力保障。所以植物的抗性生理与我们的生活息息相关，具有极高的科研价值和广阔的发展前景。 参考文献: + +1、任仲海，等.NaH逆向运转蛋白和植物耐盐性.生物工程学报，2002,18(1)16-19. 2、刘忠等，植物抗冷性研究进展[A]，广西农业科学 2006，37 (6):667-670 3、翁森红 ,李维炯，关于植物的耐盐性和抗盐性的研究[A]，内蒙古科技与经济,20 4、卓仁英, 陈益泰，木本植物抗涝性研究进展[A]，林业科学研究 2001, 14 (2) : 215, 222