植物的逆境生理专业知识.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,植物生理学 博学而近思 敦行而诚朴,生命科学与技术学院,植物生理学,plant physiology,主讲教师：向邓云,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第1页,第四篇 环境生理,第十章 植物逆境生理,第一节 植物逆境生理概述,第二节 植物寒害与抗寒性,第三节 植物热害与抗热性,第四节 植物旱害与抗旱性,第五节 植物涝害与抗涝性,第六节 植物盐害与抗盐性,第七节 植物病害生理与抗寒性,第八节 虫害与植物抗虫性,第九节 环境污染与植物抗性,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第2页,第一节 植物逆境生理概述,一、,逆境概念及种类,逆境,(stress environment)是指对植物生长发育和生存不利各种环境原因总称，又称,胁迫(stress),。,逆境种类,生物原因,病害，,虫害，,杂草等,化学原因,物理原因,盐碱土，污染物，,化肥、除草剂、杀虫剂、农药等副作用,高、低温度，干旱水涝，红外、紫外光与强弱可见光伤害，离子辐射，风、雨、雪、声、磁、电等,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第3页,第一节 植物逆境生理概述,二、植物受逆境伤害,胁,变,(strain)是指,植物受到胁迫后产生对应改变。,逆境伤害,(stress injury)是指不良环境原因对植物产生危害作用。,抗逆性,（,stress,resistance）是指植物对不良环境适应性和抵抗力。,抗性锻炼（hardening）是指植物对环境逐步形成适应性过程。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第4页,第一节 植物逆境生理概述,植物,胁迫因子,原初胁迫,次生胁迫,原初直接伤害,（质膜伤害）,生物膜受害,细胞脱水,物质渗漏,原初间接伤害,（代谢失调）,透性加大,失水大于吸水植物脱水，对膜结构和功效产生影响,光合作用下降，同化物供给降低,呼吸作用大起大落，代谢路径改变,水解酶活性高于合成酶活性，物质分解大于合成,活性氧伤害,次生伤害,如热害、盐害中水分胁迫,逆境胁迫对植物产生伤害效应,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第5页,第一节 植物逆境生理概述,植 物,环境胁迫,活性氧生成量增加,活性氧去除量降低,活性氧积累且超出伤害阈值,膜脂过氧化加剧,膜脂脱酯化增加,膜完整性破坏，选择性丧失，电解质及一些小分子有机物大量渗漏，细胞物质交换平衡破坏,一系列生理生化代谢紊乱,长时间胁迫,短时间胁迫,植株死亡,植株继续生长,叶绿素和核酸等生物功效分子破坏,活性氧自由基伤害机制,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第6页,第一节 植物逆境生理概述,三、植物对逆境适应,逆境逃避(stress avoidance),是指植物经过各种方式摒拒逆境影响，不利原因并未进入组织，故组织本身通常不会产生对应反应，包含,避逆性,和,御逆性,。,避逆性是指在时间（调整生育期）或空间（阴生植物）上避开逆境影响。,御逆性是指植物体经过营造适宜生活内环境来免去外部不利原因对其危害。,逆境忍耐(stress tolerance),指植物虽经受逆境对它影响，但它可经过代谢反应阻止、降低或修复由逆境造成伤害，使其仍保持正常生理活动，又称,耐逆性,。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第7页,第一节 植物逆境生理概述,（一）形态结构适应,根系发达，叶小适应干旱；扩大根部通气组织适应淹水；生长停顿进入休眠，对冬季低温降临适应等。,（二）生理适应,1、生物膜应变,膜脂过氧化、膜脂流动性改变及膜蛋白变性，造成膜相变和膜结构破坏，造成质膜透性增大。,膜脂相变,液相,液晶相,凝胶相,高温,低温,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第8页,第一节 植物逆境生理概述,膜脂相变会造成原生质流动停顿或加剧，膜结合酶活性降低，膜透性增大，物质交换平衡破坏，代谢紊乱，有毒物质积累，细胞受损。,膜脂碳链越短，不饱和脂肪酸越多，磷脂酰胆碱等磷脂含量高，凝固化温度越低，抗寒性越强；反之，抗热性越强。,单半乳糖二甘油脂等糖脂含量低，抗盐性增强。,2、逆境蛋白表示,在逆境条件下，植物基因表示发生改变，关闭一些正常表示基因，开启一些与逆境相适应基因。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第9页,第一节 植物逆境生理概述,逆境蛋白（stress protein）植物在逆境条件下诱导产生蛋白质,，如热激蛋白（热休克蛋白）、低温诱导蛋白、病原相关蛋白、盐逆境蛋白、渗透调整蛋白、干旱逆境蛋白、厌氧蛋白、紫外线诱导蛋白、化学试剂诱导蛋白等。,3、抗氧化保护系统(活性氧去除系统),抗氧化保护酶类（SOD、POD、CAT）,抗氧化保护物质：,V,C,、V,E,、GSH、甘露醇和一些次生代谢物（如多酚、单宁、黄酮类、没食子酸等）,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第10页,第一节 植物逆境生理概述,4、渗透调整,渗透调整(osmoregulation),：在逆境条件下，植物体细胞主动积累各种无机和有机物质，提升细胞液浓度，降低渗透势，保持一定压力势，增强保水能力，适应水分胁迫现象。,渗透调整物质,无机离子（外界进入细胞）,有机溶质（细胞内合成）,脯氨酸(Pro),多胺,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第11页,第一节 植物逆境生理概述,甜菜碱,可溶性糖和其它游离氨基酸,5、植物激素,在逆境下，ABA和乙烯含量增加，IAA、GA、CTK含量降低，其中以ABA改变最显著。,（三）交叉适应,交叉适应,（cross adaptation）：是指植物经历了某种逆境后，能提升对另一些逆境抵抗适应能力，又叫交叉忍耐。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第12页,第一节 植物逆境生理概述,四、提升作物抗性办法,选育高抗品种,抗性锻炼,巧施肥水,施用生长抑制物质,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第13页,第二节 植物寒害与抗寒性,寒害,（cold injury）指低温对植物伤害，包含冷害和冻害。,抗寒性,（cold resistance）指植物对低温抵抗适应能力。,一、植物冷害与抗冷性,（一）概念,冷害,（chilling injury）指冰点以上低温对植物伤害。原产于热带、亚热带植物易受冷害。,抗冷性,（chilling resistance）指植物对冰点以上低温抵抗适应能力。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第14页,第二节 植物寒害与抗寒性,（二）伤害类型与症状,植物冷害不但与低温程度和连续时间直接相关，还与植物组织生理年纪、生理情况以及对冷害相对敏感性相关。,依据植物对冷害反应速度可分为：,直接伤害,：最多在一天内，,出现伤斑、凹陷，死苗或僵苗不发，木本芽枯顶枯、破皮流胶等。,间接伤害,：最少在几天后，,组织柔软、萎蔫，花芽分化受破坏，坚固率降低等。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第15页,第二节 植物寒害与抗寒性,（三）冷害引发生理生化改变,细胞膜系统受损,透性增加，溶质外渗，代谢失调,根系吸水能力下降,根生长慢，呼吸弱，供能不足，失水大于吸水植株干枯,原生质流动减慢或停顿,光合作用减弱,叶绿素合成受阻，各种光合酶活性受抑,呼吸代谢失调,大起大落，先升后降,物质代谢失调,有机物分解占优势，乙烯和ABA含量增加,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第16页,第二节 植物寒害与抗寒性,(四)冷害机理,冷害,膜脂相变,液晶变固晶,蛋白质变性或解离、酶活性改变,膜破裂（非,均一固化）,聚冷（冷袭）,质膜透性增加,细胞内含物渗漏,直接损伤,渐冷,膜均一固化与紧缩,根对水透性降低,叶绿体、线粒体酶活性降低,失水超出吸水,派生干旱损伤,抑制光合与呼吸,代谢破坏,间接损伤,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第17页,第二节 植物寒害与抗寒性,(五)提升植物抗冷性路径,低温锻炼：膜不饱和脂肪酸含量增加，提升,不饱和脂肪酸指数（UFAI）,，降低膜相变温度，透性稳定；胞内NADPH/NADP,+,比值增高，ATP含量增加，有利于抗冷性形成和增强。,化学诱导,合理施肥,选育抗冷品种,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第18页,第二节 植物寒害与抗寒性,二、植物冻害与抗冻性,（一）概念,冻害,(freezing injury)：冰点(0)以下低温对植物伤害。,抗冻性,(freezing resistance)：植物对冰点以下低温适应抵抗能力。常与霜害伴随发生。,（二）冻害类型与症状,类型：胞间结冰与胞内结冰。,症状：叶出现烫伤样，组织柔软，叶色变褐，最终造成枯死。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第19页,第二节 植物寒害与抗寒性,（三）冻害机理,结冰伤害,：胞间结冰使原生质严重脱水，蛋白质变性，原生质不可逆凝胶化；冰晶体对细胞机械损伤；融冰伤害。胞内结冰（冰晶形成及融化）对膜与细胞器和胞基质产生机械伤害，造成,代谢紊乱和细胞死亡,。,膜伤害,：膜机械损伤，透性增大，溶质大量外流；膜脂相变，膜结合酶游离而失去活性，引发代谢失调。,破坏蛋白质空间结构(-SH假说),植物的逆境生理专业知识专家讲座,第20页,第二节 植物寒害与抗寒性,胞内、胞间结冰与化冻,脱水胁迫,膜蛋白变性,膜脂与膜蛋白相互作用改变,K,+,泵和糖运输酶系统失活,K,+,泵和糖大量外渗,水渗透,组织,失去彭压,原生质彭润,膜上Ca,2+,被K,+,置换,叶绿体和线粒体功效受阻,细胞内缺氧,膜系统破坏,细胞死亡,冻害,磷酸化解偶联,机械胁迫,渗透胁迫,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第21页,第二节 植物寒害与抗寒性,（四）提升抗冻性办法,抗冻锻练：可溶性糖含量增加，束缚水/自由水比值增大，原生质粘性、弹性增大，代谢活动减弱，膜不饱和脂肪酸含量增加，膜脂相变温度降低，抗性增强。,化学调控,农业办法：选育抗冻品种；适时播种、调整NPK百分比、加强田间管理、薄膜等覆盖、培育壮苗等。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第22页,第二节 植物寒害与抗寒性,三、植物对低温适应,含水量降低，自由水含量降低，束缚水含量相对增加；,呼吸减弱；,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第23页,第二节 植物寒害与抗寒性,激素种类及百分比发生改变，生长停顿，进入休眠；,可溶性糖等保护性物质含量增加；,低温诱导蛋白形成。,思索题：1.行道树在冬天为何易受害？,2.倒春寒作物为何易受害？,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第24页,第三节 植物热害与抗热性,一、热害与抗热性概念,热害,（heat injury）：高温对植物伤害。,抗热性,（heat resistance）：植物对热害适应和抵抗能力。,二、高温对植物伤害,（一）症状,叶片死斑显著，叶绿素破坏严重，器官脱落等。,（二）伤害,1、直接伤害,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第25页,第三节 植物热害与抗热性,蛋白质变性，空间结构破坏；,膜脂液化，破坏膜结构。,2、间接伤害,饥饿,：因光合低于呼吸，消耗同化物过多。,毒害,：有氧呼吸被破坏，无氧呼吸产生乙醛、乙醇等有毒物质；蛋白分解产生NH,3,毒害细胞。,生化障碍,：必需生理活性物质缺乏。,蛋白质破坏,：水解酶作用；ATP降低，氧化与磷酸化解偶联，破坏核糖体与核酸生物活性，蛋白质合成受阻。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第26页,第三节 植物热害与抗热性,热害,代谢速度改变,呼吸大于光合,贮藏物消耗,细胞死亡,必需辅酶合成降低,与辅酶相关代谢活动中止,生化损伤,有毒中间产物消除速率降低,毒物使代谢中止,毒物损伤,蛋白质变性,蛋白合成酶变性,蛋白只分解不合成,蛋白质消耗,酶蛋白变性,凝 聚,膜伤害,间接伤害,脂类液化,化学分解,分解伤害,直接伤害,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第27页,第三节 植物热害与抗热性,三、植物抗热性与提升路径,机理：不一样环境生长植物以及同一植物在不一样生育期、不一样器官抗热性有差异；与蛋白质(酶)、核酸对热稳定性以及有机酸代谢强度相关。,路径：高温锻炼；改进栽培办法；用生长调整剂、盐类处理。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第28页,第四节 植物旱害与抗旱性,一、概念,旱害(drought injury)：指土壤缺水或大气相对湿度过低对植物造成伤害。,抗旱性(drought resistance)：指植物对干旱抵抗适应能力。,二、干旱种类,土壤干旱,大气干旱,生理干旱,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第29页,第四节 植物旱害与抗旱性,三、植物旱害外部表现,萎蔫,暂时萎蔫 永久萎蔫,生长减慢,四、旱害机理,原生质脱水是旱害关键,破坏原生质膜上脂双分子层排列，结构受损，改变了膜透性，使代谢紊乱,光合作用受抑制，呼吸作用,先升后降,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第30页,第四节 植物旱害与抗旱性,酶活性改变,水解酶活性增强，合成酶活性降低,SOD、POD、CAT活性降低,蛋白质分解加紧，脯氨酸积累,DNA、RNA合成减弱,激素发生改变ABA积累，CTK降低，CTK/ABA比值降低，乙烯增加,植株各器官水分重新分配,造成细胞机械损伤,生长受抑制,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第31页,第四节 植物旱害与抗旱性,干旱,细胞脱水,细胞彭压降低,代谢紊乱,膜透性改变,机械损伤,生长受抑,光合酶活性下降,呼吸酶活性增加,蛋白核酸降解,ABA乙烯含量增加,细胞区域化破坏,质膜液泡膜破裂,光合下降,贮藏物质消耗,饥饿,衰老,代谢失控,离子和酶外流,细胞自溶,失水保水能力丧失,死亡,小,大,受害程度,降低细胞间隙，气孔关闭，二氧化碳扩散阻力增加,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第32页,第四节 植物旱害与抗旱性,五、植物抗旱类型与特征,1、类型,水生植物,中生植物,旱生植物 有避旱型、御旱型和耐旱型。,2、特征,形态,：根系发达而深广，根冠比大；细胞小，维管束发达；单位面积气孔数多而小；输导组织发达；角质或蜡质层厚。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第33页,第四节 植物旱害与抗旱性,生理,：脯氨酸、甜菜碱、ABA等物质积累多，细胞渗透势低，吸水保水力强；水解酶活性保持稳定，合成酶活性不减弱，降低生物大分子分解，合成反应占优势，既可保持原生质稳定、质膜不受破坏，又使细胞含有较高亲水性、粘性和弹性，预防细胞脱水而产生机械损伤，还使其它代谢反应正常。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第34页,第四节 植物旱害与抗旱性,六、提升抗旱性路径,抗旱锻练：如蹲苗、搁苗、饿苗等；,合理施肥：P、K、B、Cu等；,化学诱导：CaCl,2,、ZuSO,4,等；,生长延缓剂及抗蒸腾剂使用；如ABA、CCC(矮壮素);,抗旱育种。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第35页,第五节 植物涝害与抗涝性,一、概念,涝害,（flood injury）：水分过多对植物伤害。,抗涝性,（flood resistance）：植物对水分过多适应和抵抗能力。,二、类型,湿害,（wet injury）：土壤过湿、水分饱和，土壤含水量超出田间最大持水量，根系生长在沼泽化泥浆中，对作物产生危害。,涝害,：地面积水，淹没了作物一部分或全部而对作物产生危害。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第36页,第五节 植物涝害与抗涝性,三、症状与危害,涝害关键是液相代替气相，植物缺氧,。生长量降低，根变黑，叶黄化，叶柄偏上生长，株植矮小。无氧呼吸代替有氧呼吸，产生有毒物质；代谢损害，光合受抑；营养失调，乙烯增加，土壤理化性质改变，吸收困难。,四、作物抗涝性与提升路径,机理：有发达通气系统，代谢上提升对缺氧忍耐力，改变呼吸路径，如以磷酸戊糖路径代替糖酵解过程；破坏或抑制有害物质合成。,防涝排涝办法,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第37页,第六节 植物盐害与抗盐性,一、盐土、碱土和盐碱土,盐土：指含,NaCl和Na,2,SO,4,为主土壤。,碱土：指含,Na,2,CO,3,和NaHC0,3,为主土壤。,盐碱土：盐土与碱土同时存在土壤。,二、盐害与抗盐性概念,盐害(salt injury)：土壤中可溶性盐类过多对植物伤害。,抗盐性：是植物对盐分过多抵抗适应能力。,三、症状与盐害机理,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第38页,第六节 植物盐害与抗盐性,盐害,原初盐害,次生盐害,直接盐害,（质膜改变）,间接盐害,（代谢改变）,离子外渗,透性或运输改变,增大蛋白质疏水性和降低蛋白质静电强度,酶活化或钝化,干扰全部代谢过程,渗透效应,降低膨压,抑制生长,其它脱水效应,营养缺乏,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第39页,第六节 植物盐害与抗盐性,四、植物抗盐性与提升路径,避盐机理：泌盐或排盐、稀盐和拒盐,耐盐机理：经过细胞渗透调整，降低水势；消除盐对酶或代谢产生毒害作用；与盐结合，降低游离离子对原生质破坏作用。,路径：锻练植株，逐步适应，如稀盐浸种、苗期处理；选育抗盐品种；改造盐碱土。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第40页,第七节 植物病害生理与抗病性,一、概念,病害：病原物对寄主植物侵袭和伤害。,抗病性：植物抵抗病原物侵袭能力。,二、植物对病原物反应类型,寄主对病原物反应可分为感病、耐病、抗病和免疫等类型。但植物从完全不发病到严重发病，是一个连续过程，其抗病受遗传、代谢及环境控制。,三、病理伤害原因,引发作物水分平衡失调,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第41页,第七节 植物病害生理与抗病性,呼吸作用加强,光合作用下降,激素发生改变,同化物运输受干扰等,四、植物抗病生理基础与提升路径,植物形态结构屏障，组织局部坏死,氧化酶活性增强,促进伤口愈合,分解毒素，抑制病原菌水解酶活性,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第42页,第七节 植物病害生理与抗病性,产生病原抑制物质,植物凝集素、酚类化合物,植保素,（phytoalexins）：植物受浸染后产生一类相对分子量较低抗病原微生物化合物。,病原相关蛋白,选育抗病品种、改进植物生存环境和营养情况是提升抗病能力主要路径。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第43页,第八节 虫害与植物抗虫性,一、概念,虫害：昆虫对植物伤害。,抗虫性：植物对昆虫危害抵抗和适应能力。,二、抗虫性,1、植物对虫害反应类型,免疫、高抗、低抗、易感和高感,2、植物抗虫机理,生态抗性：因为环境条件（尤其是非生物原因）改变影响，制约害虫侵害而表现抗性。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第44页,第八节 虫害与植物抗虫性,遗传抗性：植物经过遗传方式将抗虫性传给子代能力。,拒虫性：植物依靠形态解剖结构特点或生理生化作用，使害虫不降落、不能产卵和取食特征。,耐虫性：植物含有快速再生能力，能够经受害虫危害。,抗虫性：植物体内有毒代谢产物，能够抑制害虫生存、发育及繁殖，直至中毒死亡特征。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第45页,第九节 环境污染与植物抗性,一、大气污染,大气污染：指大气中废气体对植物危害。,污染物,氧化物质：O,3,、NO,2,、Cl,2,还原物质：SO,2,，H,2,S，甲醛、CO,酸性物质：HF、HCl、HCN、SO,3,、SiF,4,碱性物质：NH,3,有机物质：乙烯等。,症状与反应,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第46页,第九节 环境污染与植物抗性,急性伤害可在短时间内使植物组织坏死；叶呈灰绿色，逐步转为暗绿色油渍或水渍斑，叶片变软，坏死组织脱水变干，并展现象牙色到红色或暗褐色。,慢性伤害是长久接触亚致死浓度污染气体而受害；叶片失绿，变小畸形，加速衰老，症状据污染物不一样而各异。,受污染后光合降低，呼吸异常，干物累积减慢，酶活性改变。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第47页,第九节 环境污染与植物抗性,二、水体污染与土壤污染,水体污染与土壤污染：指水体和土壤中毒废物质对植物危害。,污染物,酚类化合物：一元酚、二元酚、多元酚,氰化物：有机氰、无机氰,洗涤剂、三氯乙醛、石油及其它有机物,重金属离子：汞、铬、砷、硒、铅、镉、铝,酸雨、酸雾,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第48页,第九节 环境污染与植物抗性,症状与反应,土壤性质可能改变；,植株生长受阻，矮小，叶色变黄；,根系展现褐色，逐步死亡腐烂；,有害物质往往有积累效应。,三、植物与环境保护,依据植物对污染物反应分为敏感性植物与抗性植物。,环境监测：敏感性植物可作指示植物，监测环境污染。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第49页,第九节 环境污染与植物抗性,净化环境,抗性植物可用来吸收和分解有毒物质，净化空气和水体，保护环境；,维持大气中CO,2,与O,2,平衡；,可吸尘和杀菌，美化环境维持生态平衡。,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第50页,谢谢大家,植物的逆境生理专业知识专家讲座,第51页,