第十二章植物的逆境生理--精品PPT课件.ppt
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1、,第十二章 植物的逆境生理,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 、采取适当措施提高植物抗逆能力,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 ()生物逆境(biotic stress) ()非生物逆境(iotic stress) 3、抗逆性(Resistance) 植物对逆境的抵抗与忍耐能力称为植物的.,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(、射线),可见光照射(过干旱及水
2、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,A flooded maize field. Flooding in the US Midwest in 1993 resulted in an estimated 33% reduction in yield compared with 1992.,二、植物抗逆性的形式 1、逆境防御/避逆性(Stress avoidance) 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(Stress tolerance) 植物通
3、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 (Stress escape) 植物通过各种方式避开逆境的影响。 沙漠短命植物,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。,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,五、环境胁迫对植物的影响,1. 生长速
4、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:,膜透性增加,内含物向外渗漏。 细胞区域化破坏,造成代谢紊乱。 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
5、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。,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。,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
6、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,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,PSI 铁氧还蛋白 O2 还原型铁氧还蛋白 O2 NADP+ O2 NADPH O2 叶绿体产生活性氧途径,- .,- .,NADH FMN Fe-S UQ Cytb O2 O2 O2 线粒体呼吸链上的电子泄漏
7、产生活性氧,- .,质膜NADPH氧化酶 NADPH2 + O2 NADP+ O-2(质膜) H2O2和1O2的产生: CHL hr 1O2(叶绿体) 乙醇酸 + O2 乙醛酸+H2O2( 过氧化物酶体),(二)活性氧相互转化 2O-2+2H+ SOD H2O2+1O2 H2O2+O-2 OH + OH- + 1O2+Fe2+ H2O2+ Fe2+ OH + OH- + Fe3+,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,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
8、化氢酶(CAT) 2O2+2H+ H2O2+O2 2 H2O2 H2O+O2 叶绿体内清除H2O2的机制 AH2 + 2 H2O2 A + 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,- .,SOD,POD,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-shock protein) 抗冻蛋白(Antifreeze protein) 盐胁迫蛋白或称渗压素(Osmotin) 厌氧多肽(Anaerobic polypeptide) 病程相关蛋白(Pathogenesis-r
9、elated protein),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,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
10、为是ABA,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 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。,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,3、破坏正常代谢过程 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) 光合作用减弱下降呼吸作用增强 呼吸作用初期增强,随后减弱 促进活性氧产生和积累 4、激素平衡改变
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