植物生理学ppt课件第十二章-抗性生理.ppt
本书主要内容,第十二章 植物抗性生理,逆境/胁迫：对植物产生伤害的环境。胁迫分为2类：,抗性：植物对不良环境的适应性和抵抗力。,非生物胁迫,臭氧,极端温度,涝害,干旱,盐渍,胁迫识别,胁迫信号转导,改变细胞代谢,生理和发育事件,生物胁迫,细菌,真菌,病毒,线虫,（非生物）,逆境种类,忍耐干旱:肉质汁光合茎的仙人掌；逃避干旱:湿季沙漠之星。,抗性的2种形式：,植物逆境响应中的信号转导过程,植物抗性生理：逆境对植物生命活动的影响，以及植物对逆境的抵御抗性能力。,一、逆境对植物的伤害,第一节 抗性生理通论,不同程度逆境对植物的影响过程,二、植物对逆境的适应,（一）胁迫蛋白胁迫蛋白：在逆境条件下，植物关闭一些正常表达的基因，启动一些与逆境相适应的基因，形成新的蛋白，抵御逆境胁迫，称为胁迫蛋白。,逆境下的代谢适应物,抗冻蛋白（AFP）,病原相关蛋白（PR）,热激蛋白（HSP）,胁迫蛋白的特点,（二）渗透调节渗透调节：通过加入或去除细胞内的溶质，从而使细胞内外的水分相互平衡的现象。当逆境导致植物失水时，会诱导参与渗透调节的基因表达形成渗透调物质，提高细胞渗透压，降低水势，使植物重新吸水。包括糖、氨基酸、有机酸和无机离子（如K+）,甜菜碱,脯氨酸,山梨醇,甘露醇,海藻糖,四氢嘧啶,肌醇,硫代甜菜碱,缺水,渗透压调节,无渗透压调节,胁迫条件下，ABA含量增加，是一种应激激素。,（三）脱落酸,ABA提高抗性的原因,交叉适应：植物处于零上低温、高温、干旱或盐渍条件时，能提高植物对另外一些逆境的抵抗能力，这种与不良环境反应之间的相互适应作用，称为植物的交叉适应。ABA被认为是交叉适应的作用物质。植物在某种逆境条件下，会提高ABA含量以适应该环境，而ABA含量的升高又增强了植物对另一种逆境的抗性。根据ABA抗逆的原理，可应用生长延缓剂CCC、PP333等和生长抑制剂JA、三碘苯甲酸等使植物生长健壮，提高ABA含量，加强抗性。,3.ABA在交叉适应中的作用,活性氧：基态氧分子具有较低的反应活性，而植物组织中通过各种途径产生超氧化阴离子、羟基自由基、过氧化氢、单线态氧等，它们具有很强的氧化能力，性质活泼，称为活性氧（ROS）。自由基：游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子。高浓度的ROS具有很强的氧化能力，对许多生物功能分子有破坏作用。,（四）活性氧,自由基的伤害,逆境氧代谢失调产生多余ROS来不及清除体内ROS积累,O2-+O2-+2H+H2O2+O2H2O2 H2O+O2,抗氧化酶系统,活性氧清除系统,SOD,CAT,Halliwell-Asada途径：抗坏血酸过氧化物酶POD、脱氢抗坏血酸还原酶APX和谷胱甘肽还原酶GR共同作用，将H2O2分解成为水。,叶绿体专用的抗氧化酶系统,POD,APX,GR,VE、谷胱甘肽GSH、抗坏血酸AsA、类胡萝卜素Cyt f、铁氧还蛋白Fd等。,非酶抗氧化系统,GSH,Fd,参与细胞增殖、分化、凋亡等以及对逆境的响应。,ROS作为信号分子作用,植物逆境响应中的信号转导过程,BRs通过H2O2介导的提高抗逆性的信号转导模式,低温胁迫分两类：冷害（零上低温）和冻害（零下低温）,第二节 植物的抗冷性,一、冷害过程的生理生化变化,1.膜的相变,二、冷害的机制,（1）膜脂的不饱和脂肪酸比例越高和不饱和程度越高，能有效降低膜脂相变温度。不饱和脂肪酸使低温时膜仍保持流动的液态。,（2）低温胁迫反应信号通常与ROS信号互作。（3）某些抗性蛋白在抗冷中有重要作用。,（1）质膜上的H+-ATPase活性下降（2）类囊体的ATP合酶F0和F1亚基解偶联，导致ATP合成不正常，功能受阻。,2.膜蛋白活性降低,1.内部因素,三、影响冷害的内外因素,2.外界因素,冻害：当温度下降到零度以下，植物体内发生冰冻因而受伤直至死亡的现象。,第三节 植物的抗冻性,细胞壁,质膜,冻害,胞壁结冰,（1）一年生植物主要以干燥种子形式越冬,一、植物对冻害的生理适应,（2）多数多年生草本植物越冬时地上部死亡，以埋藏于土壤中的延存器官（鳞茎、球茎等）越冬。,（3）多数木本植物则加强保护组织（鳞芽、木栓层等）和落叶以过冬。,抗寒锻炼：植物在冬季来临之前，随着气温的逐渐降低，体内发生一系列适应低温的生理生化变化，抗寒能力逐渐加强的过程。尽管植物抗寒性强弱是植物长期对不良环境适应的结果，但即使是抗寒性很强的植物，在未进行抗寒锻炼之前，抗寒性是很弱的（冬季能抵御-30度低温的针叶树种，夏季在-8度环境中仍然受害。）。因此寒潮突袭，植物容易受害。,冬季低温来临前，植物的生理生化变化：,二、冻害的机制,三、抗冻植物的抗冻表现,1.内部因素植物原产地生长期长短同一作物不同品种同一植株的不同生长期：冬性作物春化以前的幼年期抗寒性最强春化以后抗寒性急剧下降转入休眠后抗寒性增强完全休眠时抗寒性最强休眠打破开始生长后抗寒性减弱,三、内外因素对植物抗冻性的影响,2.外界因素,热害：由高温引起植物伤害的现象。我国西北和南方常有太阳暴晒或者吹干热风，因此常发生热害。,第四节 植物的抗热性,日灼病,1.间接伤害：指高温导致代谢异常，使植物受害，其过程缓慢。高温持续越久或温度越高，伤害程度越严重。,一、高温对植物的危害,2.直接伤害：指高温直接影响胞质的结构，在短期高温后，当时或时候就迅速呈现热害症状。,液化,液晶状态,凝胶状态,高温,低温,定义：生物受高温刺激后大量表达的一类蛋白。普遍存在于动植物和微生物中。热胁迫使许多细胞蛋白质的酶性质或结构组成变成非折叠或者错折叠失活。但HSP有分子伴侣作用，阻止错折叠，有利于转运过膜，提高细胞抗热性。HSP在其他如缺水、ABA处理、伤害、低温和盐害等胁迫中也有抵抗作用。（交叉适应）,二、热激蛋白（HSP）,高温下外源H2O2诱导了HSP70转录及蛋白水平的增加,1.内部因素,三、内外因素对耐热性的影响,50,40,休眠种子萌发种子,未开花植株开花植株,幼果成熟果子,油料种子淀粉种子,细胞汁液浓度与耐热性正相关。肉质植物例外。这与细胞质粘性和束缚水含量有关。细胞质粘性大，束缚水含量高，则耐热性强。,2.外部因素,干旱：当植物耗水大于吸水时，就使组织内水分亏缺，最后导致过度水分亏缺的现象。,第五节 植物抗旱性,萎蔫：植物在水分亏缺严重时，细胞失去紧张，叶片和茎的幼嫩部分下垂的现象。,一、干旱对植物的伤害,干旱对植物的伤害表现,适应干旱的形态特征：,二、作物抗旱性的形态、生理特征,适应干旱的生理特征：,三、提高作物抗旱性的途径,水分过多对植物的伤害分为湿害和涝害。,第六节 植物抗涝性,一、涝害对植物的伤害,植物是否适应淹水胁迫，很大程度上决定于植物体内有无通气组织。,二、植物对涝害的适应,一种沉水植物的通气组织,浮水植物的结构,土壤通气不良时，玉米和小麦可以形成通气组织以适应环境。,小麦根低氧胁迫下的通气组织。,淹水缺氧诱导根部通气组织形成的原因：缺氧刺激乙烯的生物合成，乙烯的增加刺激纤维素酶活性加强，于是把皮层细胞的胞壁溶解，最后形成通气组织。,淹水缺氧与其他逆境一样，抑制原来的蛋白质的合成，产生新的蛋白质或多肽。,第七节 植物的抗盐性,通常这些盐同时存在，所以称为盐碱土。,一、盐胁迫对植物的伤害,二、植物对盐胁迫的适应,碱蓬,海蓬子,甜土植物中甜菜、高粱抗盐能力较强，棉花、向日葵、水稻、小麦等相对弱，荞麦、亚麻、大麻、豆类等最弱。,不同生育期，对盐分的敏感性也不同。幼苗很敏感，长大后能逐渐忍受，开花期忍受力又下降。,不同植物对盐胁迫的适应方式不同。,长冰草：根细胞对Na+和Cl-透性较小，不吸收，因此不积累。,柽chng柳属：吸收盐分后，把盐分从茎叶表面盐腺配出，不积存在体内，称为排盐。,盐生植物减少细胞质盐（Na+）浓度的方式：,Na+,Na+,H+,H+,H+,H+,抗病性：植物对病原微生物侵染的抗御力。是否发病取决于作物与病原微生物之间的互作情况，作物取胜则不发病，作物失败则发病。,第八节 植物的抗病性,一、病原微生物对作物伤害,病毒处理使番茄植株交替呼吸增强,Amb Mock Ele Mock Amb B.Cinerea Ele B.cinerea,作物对病原微生物抵抗的生理基础主要表现为3点：,二、作物对病原微生物的抵抗,黄萎病产生多酚类物质,枯萎病产生镰刀菌酸,银杏对各种病害都具有高度免疫力,植物对病原微生物有防御反应的物质很多。,激发子,植物品种对某些病原体菌株易感染，对其他另一些菌株则抵抗，这种识别的特异性决定于寄主R基因产物和病原体avr基因的互作。病原体avr基因产生激发子，快速被寄主识别，并导致R基因产生，并最终诱导复杂的信号转导开始。,激发子效应,病毒、细菌、真菌侵染,线虫侵染,韧皮部分子信号,病程相关蛋白（PR）,SAR,SA含量增加,系统获得抗性,水杨酸甲酯和甲基水杨酸是挥发性SAR，可诱导邻近植株。,掌握逆境对植物的伤害掌握植物对逆境的生理适应机制掌握植物的抗寒性与抗旱性了解其他逆境对植物的伤害及机制,第十二章 植物的抗性生理 要点,
