高級(jí)植物生理學(xué)植物水分和抗旱生理

1、關(guān)于高級(jí)植物生理學(xué)植物水分與抗旱生理第一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、逆境的概念及種類(lèi)逆境（stress）是指對(duì)植物生存及正常生長(zhǎng)發(fā)育不利的各種環(huán)境因素的總稱(chēng)。生物因素病害、蟲(chóng)害、雜草理化因素物理的機(jī)械損傷輻射性的紫外化學(xué)的污染、氧脅迫溫度的低溫、高溫水分的干旱、澇害逆境種類(lèi)1 干旱的一般概念及植物抗性第二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、脅迫和脅變 1脅迫(stress)原意是施加于物體并引起變化的脅強(qiáng)，在植物逆境生理學(xué)(stress physiology)中，這種脅強(qiáng)是指對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生傷害的逆境。 第三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2脅變（strai

2、n）脅迫所引起的植物本身的變化。是植物對(duì)逆境的反應(yīng)，包括植物抵抗脅迫的力量和本領(lǐng)、產(chǎn)量變化以及恢復(fù)的程度。脅變一般隨脅迫程度的增加而相應(yīng)增加。輕度脅迫只引起有限和可逆的應(yīng)變，脅迫一旦消除，能完全恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 第四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月植物對(duì)水分脅迫的彈性脅變區(qū)域很窄。水脅迫引起植物脅變大多是不可逆的。在脅變破裂點(diǎn)之前，不可逆的脅變區(qū)間越大，植物適應(yīng)逆境的范圍就越大。 第五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3植物的抗性(hardiness) 有些植物不能適應(yīng)這些不良環(huán)境，無(wú)法生存。有些植物卻能適應(yīng)這些環(huán)境，生存下去，這種對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力稱(chēng)為植物的抗性。

3、 植物的抗性生理(hardiness physiology)就是研究不良環(huán)境對(duì)植物生命活動(dòng)的影響以及植物對(duì)不良環(huán)境的抗御能力。 第六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月避逆性（stress avoidance）指由于植物通過(guò)各種方式避開(kāi)或部分避開(kāi)逆境的影響，不利因素并未進(jìn)入組織，故組織本身通常不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。植物的整個(gè)生育過(guò)程不與逆境相遇，通過(guò)縮短生育期等方式逃避干旱缺水季節(jié)。如沙漠中的植物在雨季就完成了自己的整個(gè)生命周期等。也叫干旱逃避（drought escape），這些植物稱(chēng)為干旱逃避植物。第七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月耐逆性（stress tolerance）

4、 指植物組織雖經(jīng)受逆境對(duì)它的影響，但植物通過(guò)生理代謝變化來(lái)適應(yīng)或抵抗逆境。植物承受了全部或部分的不良環(huán)境的作用而沒(méi)有引起傷害或只引起相對(duì)較小的傷害。使其仍保持正常的生理活動(dòng)。任何植物的抗逆性都不是驟然形成的，而是通過(guò)相應(yīng)的適應(yīng)性變化過(guò)程才能形成。植物在遭遇不良環(huán)境時(shí)作出相應(yīng)反應(yīng)，逐步適應(yīng)逆境的過(guò)程稱(chēng)為鍛煉（hardenging）。第八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如果植物預(yù)先經(jīng)過(guò)脅迫鍛煉，其耐逆性可大大提高，說(shuō)明植物已進(jìn)行了馴化（acclimated）或已獲得抗性。馴化和適應(yīng)（adaptation）不同，馴化是指經(jīng)過(guò)數(shù)代篩選在遺傳上獲得的耐逆性，它遠(yuǎn)比適應(yīng)復(fù)雜的多。第九張，PPT共

5、七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 干旱是一種氣候狀況，其基本特征是土壤缺水，大氣干燥，導(dǎo)致植物耗水大于吸水，體內(nèi)水分虧缺，這種導(dǎo)植物體內(nèi)水分嚴(yán)重虧缺的氣候狀況稱(chēng)為干旱（drought）。 無(wú)雨或雨水稀少造成土壤含水量下降，植物因得不到所需水分而受害，稱(chēng)為旱害。三、干旱的概念1.干旱概念及類(lèi)型第十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月農(nóng)業(yè)上的干旱是指造成植物水分虧缺的環(huán)境條件。根據(jù)引起水分虧缺的原因，可將干旱分為三種類(lèi)型： 大氣干旱、土壤干旱、生理干旱第十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大氣干旱指氣溫高、光照強(qiáng)、大氣相對(duì)濕度過(guò)低(10一20%)，盡管土壤中有可利用水分，根系活動(dòng)也正

6、常但植物的蒸騰強(qiáng)烈，失水遠(yuǎn)大于根系吸水，使植物體內(nèi)嚴(yán)重水分虧缺。如我國(guó)西北等地就常有大氣干旱的發(fā)生大氣干旱持續(xù)太久，便會(huì)引起土壤干旱。第十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干熱風(fēng)是由于東移下沉大陸變性氣團(tuán)的控制，空氣濕度和溫度發(fā)生明顯突變，出現(xiàn)劇烈的增溫降濕，并伴有一定風(fēng)力的天氣過(guò)程。我國(guó)是受干熱風(fēng)危害嚴(yán)重的國(guó)家。干熱風(fēng)的數(shù)量指標(biāo)按日最高溫度、14時(shí)相對(duì)濕度和風(fēng)速確定。 日最高溫度14時(shí)相對(duì)濕度 14時(shí)風(fēng)速輕干熱風(fēng)3230% 2mS-1重干熱風(fēng)3525% 3mS-1第十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月土壤干旱是指土壤中可利用水的缺乏或不足，使植物根系吸水困難，體內(nèi)水分虧缺

7、嚴(yán)重。正常的生命活動(dòng)受到干擾，生長(zhǎng)緩慢或完全停止，甚至死亡。土壤干旱比大氣干旱嚴(yán)重，我國(guó)西北、華北、東北等地常有發(fā)生。 第十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月生理干旱由于土壤溫度過(guò)低、土壤溶液離子濃度過(guò)高（如鹽堿地或施肥過(guò)多）、或土壤缺氧(如土壤板結(jié)、積水過(guò)多等)等因素的影響，植物根系正常生理活動(dòng)受到阻礙，即使土壤中有可利用水，根系也不能吸收，致使植物體內(nèi)缺水受旱的現(xiàn)象。 第十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 干旱是植物經(jīng)常遭受的一種逆境，我國(guó)約有48%土地面積處于干旱、半干旱地區(qū)。 我國(guó)干濕氣候區(qū)域的劃分主要是根據(jù)降雨量這一決定干旱的主要?dú)夂蛞蜃樱Y(jié)合植被景觀特點(diǎn)而確定

8、的： 干旱區(qū)： 年降雨量在200毫米以下； 半干旱區(qū)：年降雨量在200 400毫米之間； 半濕潤(rùn)區(qū)：年降雨量在450 650毫米之間； 濕潤(rùn)區(qū)： 年降雨量在650毫米以上。 第十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 水分脅迫：指干旱、缺水所引起的對(duì)植物正常生理過(guò)程的干擾。水分脅迫的程度常用w 和RWC等水分狀況指標(biāo)來(lái)劃分。 與正常供水、蒸騰緩和條件下相比 輕度脅迫： 植物w 略低0.10.5 MPa； RWC 降低810% 中度脅迫: 植物w 降 低0.5 1.5MPa; RWC 降低1020% 重度脅迫： 植物w 降 略低1.5 MPa

9、以上； RWC 降低20%發(fā)上第十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2干旱對(duì)植物生長(zhǎng)及生理過(guò)程的影響一、對(duì)膜透性的影響： 膜系統(tǒng)受損，透性增大，內(nèi)容物外滲，細(xì)胞內(nèi)酶的空間間隔破壞，正常代謝受到影響。二、對(duì)生長(zhǎng)的影響：分生組織細(xì)胞膨壓降低，細(xì)胞分裂減慢或停止，細(xì)胞伸長(zhǎng)受到抑制，植物一般低矮，葉片較小。由于總光合面積減少，產(chǎn)量會(huì)大大降低。 第十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、對(duì)光合作用的影響干旱逆境時(shí)光合作用影響的途徑:干旱逆境直接影響光合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和活性。如，葉綠體類(lèi)囊體膜的組分、透性及流動(dòng)性等，葉綠體的顯微結(jié)構(gòu)，葉綠素含量及葉綠素ab比值的變化；光合作用中的光化學(xué)反應(yīng)

10、（主要影響電子傳遞和光合磷酸化等）：光合作用中的暗反應(yīng)（主要影響卡爾文循環(huán)過(guò)程中的酶活性）。干旱逆境影響植物體中的其他生理生化過(guò)程從而間接地影響光合作用。例如：氣孔對(duì)CO2導(dǎo)性降低，光合產(chǎn)物運(yùn)輸受阻，從而導(dǎo)致光合產(chǎn)物在葉片中的積累，內(nèi)源激素組分的改變。 第二十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）干旱對(duì)植物光合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及活性的影響 1.干旱對(duì)葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響水分虧缺會(huì)嚴(yán)重阻礙葉綠體的分化，導(dǎo)致葉綠體含水量的變化，結(jié)果引起葉綠體體積的縮小或葉綠體膨脹，并使葉綠體膜或類(lèi)囊膜股發(fā)生斷裂?；６獐B消失、基質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生小泡，葉綠體核糖體和淀粉粒消失并最終使類(lèi)囊體膜降解、整個(gè)葉綠體呈膨脹狀態(tài)。

11、 抗旱品種（小麥）葉綠體結(jié)構(gòu)在干旱脅迫下，形態(tài)變化較小，復(fù)水后幾乎恢復(fù)到了對(duì)照水平，其維持原因可能是葉綠體及其膜磷酰脂膽堿含量的增加作為抗性的基礎(chǔ)，（史蘭波等，1990）。第二十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱逆境對(duì)C3植物和C4植物葉綠體結(jié)構(gòu)的損傷模式相同。 如果植物受到緩慢干旱后，干旱不一定會(huì)影響葉綠體的膜系統(tǒng)，而只表現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)可溶性物質(zhì)的大量累積（Turner & Jones，1980），大量積累蔗糖、淀粉粒影響葉綠體結(jié)構(gòu)排列及與光合有關(guān)的酶活性，而蔗糖的累積可能通過(guò)滲透勢(shì)對(duì)葉綠體的光合機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響（許大全和沈允鋼 1982;Ackerson 1981）。 第二十二張，P

12、PT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2干旱對(duì)葉綠體光合色素的影響植物受到干旱逆境后,葉片早衰、變黃甚至死亡，這就意味著葉片的色素組分發(fā)生了變化。 葉綠素含量隨著葉片水分狀況的惡化而降低。干旱阻止了原葉綠素酸脂形成和葉綠素累積干旱下葉綠素總量下降的同時(shí)， 葉綠素a/b比值也發(fā)生變化，有的升有的降。干旱阻止了葉綠素b的累積，致使葉綠素a/b的比值升高（Makhmudoy和Gasanov，1985）葉綠素a/b的比值隨干旱而降低,主要是葉綠素a因含量降低，而葉綠素b含量保持恒定所致 (Loonnie & Irwinp,1987)。第二十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3膜傷害因?yàn)槿~綠素及

13、其膜蛋白質(zhì)復(fù)合物以、電子傳遞鏈上的各組分、光合磷酸化所必須的偶聯(lián)因子（CF1）都是有次序地排列在類(lèi)囊體上。所以人們從膜系統(tǒng)的變化去尋找干旱傷害的機(jī)制。干旱對(duì)植物光合器官的膜損傷和超氧化物歧化酶（SOD）活性的降低和膜脂過(guò)氧化作用有關(guān)葉綠體中由SO D、抗壞血酸過(guò)氧化酶等抗氧化酶和Vc、還原型谷胱甘肽等抗氧化物質(zhì)清除O2及H2O2；;由類(lèi)胡蘿卜素及Vc、Ve猝滅O2-；至于OH的清除機(jī)制尚不清楚 第二十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）干旱對(duì)植物光合代謝途徑的影響1干旱對(duì)光合光反應(yīng)的影響干旱對(duì)PS的抑制要大于對(duì)PSI的抑制，從而導(dǎo)致了整個(gè)電子傳遞活性的降低 干旱阻斷了放氧復(fù)合物到

14、PS的第二個(gè)電子供體（即質(zhì)醌和P700）之間的電子傳遞 PS量子產(chǎn)額的降低 干旱逆境對(duì)植物光系統(tǒng)活性的抑制程度與植物的遺傳特性、干旱逆境的方式和程度以及當(dāng)時(shí)的光強(qiáng)、溫度等因素有關(guān)。干旱預(yù)處理增強(qiáng)了向日葵葉片的滲透調(diào)節(jié)能力，使之PS的活性得以維持第二十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2干旱對(duì)光合暗反應(yīng)的影響干旱逆境引起了RuBPCase活性的降低 水分虧缺下光合作用除受RuBPCase活性的影響以外,也受其含量變化的影響。 水分虧缺其他酶影響。例如PEP羥化酶、NADP蘋(píng)果酸酶（NADPME）、NADPH蘋(píng)果酸脫氨酶（NADPHMDH）、碳酸肝酶和5磷酸核酮糖激酶等酶的活性隨干旱程度

15、的增加而降低。第二十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3干旱碳代謝途徑的影響干旱逆境可使植物的碳代謝途徑改變 植物受到干旱逆境后光合作用受抑制程度與C3、C4代謝有直接關(guān)系，不同植物的光合作用對(duì)干旱逆境的反應(yīng)不同，這與光合作用對(duì)干旱逆境的適應(yīng)性有關(guān)。 仙人掌、松葉菊、景天科植物和露花等從純C3光合途徑轉(zhuǎn)變?yōu)镃AM途徑或兩者兼有之。有些植物從C4轉(zhuǎn)變?yōu)镃3代謝途徑 第二十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）、干旱對(duì)光合產(chǎn)物積累與運(yùn)輸?shù)挠绊?光合產(chǎn)物運(yùn)輸受阻導(dǎo)致光合產(chǎn)物在葉片中累積也是光合速率降低的一個(gè)重要內(nèi)部因素。 三種不同的結(jié)果 水分虧缺使光合產(chǎn)物運(yùn)輸受阻導(dǎo)致產(chǎn)物累積，

16、它對(duì)光合速率產(chǎn)生一個(gè)反饋抑制。水分虧缺下光合產(chǎn)物累積對(duì)光合速率不產(chǎn)生反饋抑制光合產(chǎn)物水平與光合速率之間存在正相關(guān)，植物葉片光合產(chǎn)物的輸出在一定范圍內(nèi)受到光合能力之強(qiáng)弱及葉片中存貯的產(chǎn)物之多寡所決定。 第二十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月關(guān)于產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，一般認(rèn)為由于淀粉的累積，使蔗糖合成受到抑制，從而抑制了三糖載體運(yùn)輸無(wú)機(jī)磷（Pi）的能力，使得葉綠體Pi含量下降，致使光合速率降低。另外，也可能是葉綠體中的淀粉明顯增多、變大，可能會(huì)造成類(lèi)囊體的機(jī)體的機(jī)械損傷。 碳同化光合產(chǎn)物過(guò)多或缺乏時(shí)磷酸化作用首先降低希爾反應(yīng)第二十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（四）干旱對(duì)光

17、合作用的氣孔限制與非氣孔限制1光合作用的非氣孔限制在干早逆境條件下，光合作用的主要限制因素可能是在葉綠體內(nèi)進(jìn)行光合作用的生化過(guò)程，即非氣孔性限制。光反應(yīng)暗反應(yīng)葉綠體微結(jié)構(gòu)光合色素光合產(chǎn)物的累積與運(yùn)輸葉片光合放氧能力葉綠體Hill反應(yīng)PSll活力、葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度、表觀量子產(chǎn)額明顯降低電子傳遞受阻、光合磷酸化解偶聯(lián)PEP羧化酶、RuBP羧化酶、丙酮酸激酶活性下降第三十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2光合作用的氣孔限制隨葉片水分散失和葉片水勢(shì)下降，氣孔開(kāi)度減小，氣孔阻力增加，CO2 進(jìn)人葉片受阻，光合下降；同時(shí)氣孔阻力的增加也減少葉片水分散失，阻礙水分虧缺進(jìn)一步地發(fā)生和發(fā)展，減輕脅迫對(duì)光

18、合器官的傷害，從而有利于復(fù)水后光合的恢復(fù)。但有研究表明，氣孔先于葉片水分狀況對(duì)土壤水分狀況發(fā)生反應(yīng)與ABA的合成有關(guān) 。第三十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.干旱條件下植物的呼吸作用和能量代謝 輕度干旱使作物葉、莖及整株呼吸速率升高，而后隨著干旱程度的增大而逐漸降低。受旱葉子呼吸降低主要起因于非氣孔因素變化。低w影響呼吸底物的分配 呼吸作用對(duì)干旱的敏感性要小于光合作用 根系呼吸對(duì)干旱的敏感性大于地上部分 干旱脅迫使小麥根系磷酸戊糖途徑和抗氰呼吸活性提高，而使糖酵解和三羧酶循環(huán)活性顯著降低 干旱下隨著葉水勢(shì)的降低，光呼吸也降低?？偣夂?、凈光合降低的同時(shí)，光呼吸也降低，然而光呼吸在

19、凈光合中所占的比例卻增大了 。四、干旱條件下植物的物質(zhì)代謝 第三十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱時(shí)光呼吸比例增大由于Rubisco的羧化/加氧活性的改變，由于CO2供應(yīng)受阻，Ci降低，Rubisco 的加氧活性相對(duì)升高，從而增加了乙醇酸、Gly 和Ser的含量（Kriedeman and Downton, 1981 ）。干旱下光呼吸比例的相對(duì)增大，有其重要的適應(yīng)性意義。Osmond和Bjorkman(1972)認(rèn)為，干旱下光呼吸維持了CO2在葉片內(nèi)的再循環(huán)過(guò)程，從而保護(hù)光合器官免遭光抑制的損害。 第三十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.干旱條件下植物的氮代謝 作

20、物根系吸收的NO3在葉中經(jīng)過(guò)一系列步驟，最終還原成NH3而被利用，這個(gè)過(guò)程即為NO3的同化過(guò)程。參與N03同化的酶主要包括硝酸還原酶（NR）、亞硝酸還原酸（NiR）、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸含成酶。很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明， NR對(duì)水分脅迫很敏感。輕度水分脅迫下NR受抑制的程度明顯大于其他酶。NiR和谷氨酰胺合成酶存在于葉綠體中。干旱脅迫對(duì)NiR和谷氨酸胺合成酶的影響較小?？赡芘c葉綠體中NO2和NH3的積累較少有關(guān)。 （1）硝酸鹽的同化 第三十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱脅迫下NR降低原因：多聚核糖體水平降低，蛋白質(zhì)合成受抑制木質(zhì)部液流中N O3含量減少干旱抑制光合和呼吸，導(dǎo)致NA

21、DH水平降低 第三十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱脅迫下，作物氯代謝的一個(gè)主要特征是游離氨基酸和其他小分子氯化物，尤其是脯氨酸和甜菜堿的積累 干旱下脯氨酸積累主要有三個(gè)來(lái)源：一是合成受激，即干旱剌激了谷氨酸向脯氨酸的轉(zhuǎn)變；二是氧化受抑制；三是蛋白質(zhì)合成受阻，滲入蛋白質(zhì)中的脯氨酸量減少 （2）. 脯氨酸（Proline）和甜菜堿（Betaine）的積累 第三十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月脯氨酸積累的可能作用包括以下幾個(gè)方面：（1）作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；（2）抗脫水劑；（3）復(fù)水后作為直接利用的氮源，（4）受旱期間還原氮的轉(zhuǎn)移形式；（5）受旱期間產(chǎn)生的氨的解毒作用；（

22、6）復(fù)水后可利用的還原力和碳骨架源；（7）受旱期間過(guò)剩 的還原力庫(kù) 第三十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月將脯氨酸積累和其他抗旱生理指標(biāo)相結(jié)合用于禾谷類(lèi)作物抗旱品種的篩選谷氨酸合成脯氨酸涉及三個(gè)酶谷氨酸激酶，谷氨酰磷酸醛脯酶和吡咯啉-5-羥酸還原酶，編碼這三個(gè)酶的相應(yīng)基因?yàn)閜roB, proA和proC。有人已將pro B、A成功地導(dǎo)入微生物中，并獲得高產(chǎn)脯氨酸菌株，且能抗?jié)B透脅迫。這便推動(dòng)了高等植物中類(lèi)似研究的開(kāi)展，形成了未來(lái)抗旱生理生化研究的另一大趨勢(shì)。 第三十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月某些藜科和禾本科作物在干旱下體內(nèi)常積累大量的甜菜堿。甜菜堿的合成是通過(guò)以下

23、途徑進(jìn)行的：絲氨酸一乙醇胺一膽堿一甜菜醛一甜菜堿。甜菜堿的作用大致和脯氨酸相似，即作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和可通過(guò)篩管運(yùn)轉(zhuǎn)以供再利用的氮化物。不同之處甜菜堿的積累所需時(shí)間要長(zhǎng)一些，且在水分脅迫解除之后，其降解速度慢。在一定時(shí)期內(nèi)會(huì)一直保持較高的水平。第三十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱脅迫使作物蛋白質(zhì)含量減少，這時(shí)作物生長(zhǎng)和代謝是一個(gè)極為不利的因素。干旱導(dǎo)致水解酶類(lèi)活性增強(qiáng)，從而使蛋白質(zhì)降解，可溶性氮含量增大水分脅迫直接影響蛋白質(zhì)的合成能力水分脅迫下多聚核糖體的增減是判斷作物蛋白質(zhì)合成能力較好的指標(biāo)，如果蛋白質(zhì)合成活躍,多聚核糖體占總核糖體的比率就高，否則就相反。 （3）.蛋白質(zhì)代謝

24、 第四十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱條件下作物總的蛋白質(zhì)合成能力降低的同時(shí)；蛋白質(zhì)合成類(lèi)型發(fā)生明顯改變。 逆境條件下作物基因表達(dá)的研究表明，環(huán)境脅迫都可改變作物的基因表達(dá)。最終合成新的蛋白質(zhì)，與作物忍耐相應(yīng)的環(huán)境脅迫之間存在明顯的相關(guān)性。在高溫下可產(chǎn)生熱休克蛋白（heat shock protein,hsp）與種子成熟及脫水相關(guān)的lea蛋白 滲調(diào)蛋白或滲調(diào)素（Osmotin） 第四十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 五、對(duì)內(nèi)源激素的影響： 主要表現(xiàn)為ABA大量增多，CTK減少，刺激乙烯產(chǎn)生，并通過(guò)這些變化來(lái)影響其他生理過(guò)程。 第四十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2

25、022年6月 六、對(duì)保護(hù)酶系統(tǒng)的影響：干旱對(duì)植物的傷害與植物體內(nèi)活性氧積累導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化引起的膜傷害有關(guān)。活性氧積累與植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性直接相關(guān)。第四十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 耐旱植物在適度的干旱條件下SOD、CAT和POD活性通常增高，表明清除活性氧的能力增強(qiáng)，這也意味著植物具有一定的抗旱能力。 干旱敏感型植物受早時(shí)，這三種酶的活性通常降低，因而會(huì)導(dǎo)致活性氧的積累，引起相應(yīng)的傷害。第四十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.植物的抗旱策略（植物的抗旱性）一、整體植物適應(yīng)干旱的機(jī)制整體植物適應(yīng)干旱的機(jī)制可歸納為三類(lèi):避旱（drought escape）御旱

26、（drought avoidance）和耐旱（drought tolerance）. 避旱，就是在土壤和植物本身發(fā)生嚴(yán)重的水分虧缺之前，植物就已完成其生活史，較典型的如沙漠短命植物，它們?cè)跔I(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)很小的情況下仍具有開(kāi)花結(jié)實(shí)的能力，在發(fā)育上具有較大的可塑性。 第四十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 短命植物又稱(chēng)短營(yíng)養(yǎng)期植物、短期生植物。包括當(dāng)年完成其生活周期、整個(gè)植株干枯死亡，來(lái)年春季再由種子形成新個(gè)體的一年生短命植物；也包括植株當(dāng)年生地上部分枯死，而地下器官則處于休眠狀態(tài)，到第二年春天即可由種子繁殖新個(gè)體，也能從地下芽生長(zhǎng)出新植物體的多年生短命植物(類(lèi)短命植物)。分布于中亞地區(qū)及我

27、國(guó)新疆北部山前平原及低山丘陵地帶，是新疆植物區(qū)系組成的一個(gè)獨(dú)特類(lèi)群。特點(diǎn)：生長(zhǎng)發(fā)育快，營(yíng)養(yǎng)周期短，多為草本，根系淺，中生性結(jié)構(gòu)明顯，旱性結(jié)構(gòu)微弱，夏休眠，逃避干旱。第四十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 避旱對(duì)于一些栽培作物適應(yīng)干旱環(huán)境也有一定意義，例如我國(guó)北方一些地區(qū)，在小麥開(kāi)花灌漿期間常出現(xiàn)干熱風(fēng)，造成小麥青干減產(chǎn)。干熱風(fēng)出現(xiàn)越早受害就越重，成熟期較早的品種遇到干熱風(fēng)的機(jī)率相對(duì)較小、受到的不利影響也往往較輕，因而成熟期在這些地區(qū)是小麥品種選育上的一個(gè)重要指標(biāo)。第四十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、滲透調(diào)節(jié) Osmotic adjustment:細(xì)胞通過(guò)增加或減少

28、胞液中溶質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì)以達(dá)到與外界環(huán)境滲透勢(shì)平衡。水分虧缺下滲透勢(shì)的降低由兩個(gè)方面的因素引起： 一個(gè)是細(xì)胞失水所導(dǎo)致的溶質(zhì)濃縮； 另一個(gè)是溶質(zhì)的主動(dòng)積累即滲透調(diào)節(jié)。 第四十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月目前常用下列三種方法來(lái)評(píng)價(jià)水分脅迫下作物組織的滲透調(diào)節(jié)能力。作圖法：以水勢(shì)對(duì)壓力勢(shì)作圖，用單位水勢(shì)下降時(shí)膨壓的變化（P/）來(lái)表示，直線的 斜率越?。≒/越?。?，滲透調(diào)節(jié)越強(qiáng)。很直觀，但滲透調(diào)節(jié)的絕對(duì)值無(wú)法知道。第四十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月abcd1.000.50.00.0-1.0-0.5水勢(shì)膨壓勢(shì)膨壓勢(shì)和水勢(shì)之間關(guān)系模式圖膨壓完全維持膨壓部分維持失去膨壓維

29、持植物組織內(nèi)恒定滲透勢(shì)植物的滲透調(diào)節(jié)作用主要表現(xiàn)在滲透脅迫情況下細(xì)胞 膨壓的全部或部分維持。P=w-s式中P為膨壓，w為細(xì)胞水勢(shì)，s為細(xì)胞滲透勢(shì)。當(dāng)細(xì)胞水勢(shì)下降時(shí)，只有s也作相應(yīng)地下降，P才會(huì)保持不變。因而，當(dāng)人們以植物水勢(shì)為橫坐標(biāo)，膨壓勢(shì)為縱坐標(biāo)作圖時(shí)，其相關(guān)直線斜率越小，即P/w值越小，滲透調(diào)節(jié)能力越大。 第五十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月用膨脹重/干重比來(lái)表示（Turner，1987）：直觀，但同時(shí)需細(xì)胞壁彈性性質(zhì)方面的研究，僅在某些作物上可以利用。用飽和滲透差來(lái)表示：即用未脅迫處理的飽和滲透勢(shì)減去脅迫處理的飽和滲透勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)膨脹重/干重比率的測(cè)定，也可以計(jì)算出溶質(zhì)被動(dòng)

30、濃縮和滲透調(diào)節(jié)對(duì)滲透勢(shì)降低的相對(duì)貢獻(xiàn)（Ludlow,1983）。 第五十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月其中u100為未受脅迫植物材料充分膨脹時(shí)的滲透勢(shì)， s100為受脅迫植物材料充分膨脹時(shí)的滲透勢(shì)。 滲透調(diào)節(jié)的主要作用在于低水勢(shì)的膨脹維持。第五十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)：無(wú)機(jī)離子（K+，Cl-）、有機(jī)酸（蘋(píng)果酸、游離氨基酸）和碳水化合物。不同作物、不同器官滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的組成不同。一般認(rèn)為，植物缺水時(shí)，有機(jī)溶質(zhì)是主要的滲透物質(zhì)，其來(lái)源主要是同化產(chǎn)物供給超過(guò)生長(zhǎng)需求所造成的有機(jī)物質(zhì)的積累。 第五十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月五、植

31、物干旱誘導(dǎo)蛋白 干旱誘導(dǎo)蛋白的種類(lèi)很多，根據(jù)誘導(dǎo)干旱誘導(dǎo)基因表達(dá)的信號(hào)途徑來(lái)分，可分為3類(lèi)：一是只能被干旱所誘導(dǎo)；二是既能被干旱誘導(dǎo)，又能被ABA誘導(dǎo)；三是只能被ABA誘導(dǎo)。 干旱誘導(dǎo)蛋白的產(chǎn)生不僅與植物的種類(lèi)有關(guān)，還與脅迫強(qiáng)度、時(shí)間及發(fā)育階段有關(guān)。 1干旱誘導(dǎo)蛋白的類(lèi)型與產(chǎn)生 第五十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不同品種對(duì)干旱反應(yīng)和抗旱的途徑不同，誘導(dǎo)的蛋白也不同。不同品種也可誘導(dǎo)同樣或性質(zhì)相似的蛋白，如PEG誘導(dǎo)水稻品種Hansa芽產(chǎn)生的Mr為15 000、22 000和46 000蛋白，在所試驗(yàn)的品種中均可被誘導(dǎo)。這說(shuō)明植物對(duì)水分脅迫的反應(yīng)既有特殊性又有共性。 第五十五張，

32、PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月干旱誘導(dǎo)蛋白的產(chǎn)生與脅迫的時(shí)間也有關(guān)。水分脅迫12h后，抗旱小麥品種太原633的幼苗葉片中產(chǎn)生一種Mr為18 500，而敏感品種C609中則末觀察到此蛋白；24h后，二者產(chǎn)生一種相同的蛋白（Mr為18 500，）；48h后，C609才產(chǎn)生Mr，為18 500的蛋白。此外，水分脅迫強(qiáng)度及發(fā)育階段對(duì)干旱誘導(dǎo)蛋白的產(chǎn)生也有影響。如冬小麥離體葉綠體在中度水分脅迫(-085 MPa)下產(chǎn)生的蛋白種類(lèi)多于輕度(-05 MPa)的。 第五十六張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水分脅迫還可影響一些酶的表達(dá),使水解酶類(lèi)和某些氧化酶活性提高，某些參與生物合成或本身轉(zhuǎn)換

33、很快的酶類(lèi)活性減弱。水分脅迫時(shí)，蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基可通過(guò)脫氨、同分異構(gòu)或氧化得到修飾，一些具有此作用的酶可被脅迫上調(diào)(upregulation)。而其它一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成酶，如吡啉5羧酸合成酶和甜菜醛脫氫酶，在干旱條件下，其轉(zhuǎn)錄水平也被上調(diào)。第五十七張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水分脅迫還可誘導(dǎo)PEP羧化酶活性、酶蛋白和mRNA水平的提高，并導(dǎo)致景天酸代謝(CAM)途徑形成。這種代謝是生長(zhǎng)在干旱條件下的一些植物所特有的。還有一些植物的蛋白激酶基因,如編碼擬南芥類(lèi)受體蛋白酶基因、兩種鈣依賴(lài)蛋白激酶基因及小麥蛋白激酶PKABA1基因也可被脫水誘導(dǎo)。一些酶在水分脅迫下活性降低，如較

34、長(zhǎng)時(shí)間或重度水分脅迫，可使硝酸還原酶活性降低50，甚至更低。 第五十八張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月lea族蛋白不僅廣泛存在于高等植物的種子中，而且在多種植物的根、莖和葉中也可被誘導(dǎo)。但有些蛋白在不同組織器官中存在的水平有所不同。萊豆中受水分脅迫誘導(dǎo)的細(xì)胞壁糖蛋白p33和p36，主要累積于幼苗下胚軸的延伸生長(zhǎng)區(qū)；滲壓素首先是在煙草鹽適應(yīng)懸浮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，在煙草植株中也有分布，其中根及莖的表皮中含量較多，花冠中較少，成熟種子中則很少。 各器官組織中干旱誘導(dǎo)蛋白分布的特異性，可能是由于不同器官對(duì)水分脅迫的敏感性和耐旱性不同，也可能是各組織器官水勢(shì)的差異所致。 2.干旱誘導(dǎo)蛋白的存在及定

35、位 第五十九張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在細(xì)胞及亞細(xì)胞水平上，干旱誘導(dǎo)蛋白的存在也有特異性。lea蛋白可能主要存在于細(xì)胞質(zhì)區(qū)域滲壓素則主要存在于液泡的內(nèi)含體里干旱誘導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)生的Mr，為34 000的蛋白位于類(lèi)囊體中，而Mr為32 000的蛋白則位于基質(zhì)中水分虧缺誘導(dǎo)小麥幼芽產(chǎn)生的Mr為41 500的蛋白主要位于細(xì)胞器膜上，僅少量分布在微粒體膜上，細(xì)胞質(zhì)中幾乎不存在。脫水蛋白(dehydrin)主要存在于中。干旱誘導(dǎo)蛋白在細(xì)胞中定位的差異，可能與其在脅迫中所表現(xiàn)的功能有關(guān)。 第六十張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月增強(qiáng)耐脫水能力 參與滲透調(diào)節(jié)和水分運(yùn)輸 影響生長(zhǎng) 延緩衰老

36、 保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)分子伴侶的作用 制約離子吸收 4.干旱誘導(dǎo)蛋白的功能 第六十一張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月增強(qiáng)耐脫水能力 許多l(xiāng)ea蛋白氨基酸序列中的保守區(qū)域，可形成雙親性螺旋結(jié)構(gòu)，提供一個(gè)疏水區(qū)的親水表面，既能結(jié)合離子，又能重新定向細(xì)胞中的水分子以改善脫水造成的影響。有人將來(lái)源于大麥的lea基因HVAl導(dǎo)入水稻懸浮細(xì)胞，HVAl基因在轉(zhuǎn)基因植株的根和葉中大量表達(dá)，第二代轉(zhuǎn)基因植物明顯表現(xiàn)出抗干旱和抗鹽漬的功能，而且抵抗脅迫的能力與lea的積累呈正相關(guān)，這直接證明了lea蛋白在滲透脅迫下具有保護(hù)功能。 第六十二張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月參與滲透調(diào)節(jié)和水分運(yùn)輸 植物的

37、滲透調(diào)節(jié)機(jī)制大多以小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成和運(yùn)輸進(jìn)行，小分子的水平又受其合成酶控制，而這些酶又可被水分脅迫誘導(dǎo)。Pruvot等認(rèn)為，干旱誘導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)生的cdsp32蛋白可能參與基質(zhì)的滲透調(diào)節(jié)，在高滲脅迫的耐性中起作用。有人認(rèn)為lea蛋白可能像動(dòng)物眼晶體中的一種結(jié)構(gòu)蛋白，在植物的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制中起滲調(diào)物質(zhì)的作用。近來(lái)在植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的水孔蛋白也可為水分脅迫所誘導(dǎo)。水分脅迫可誘導(dǎo)擬南芥細(xì)胞質(zhì)膜上的水孔蛋白PIP2(RD28)的表達(dá)，有效地促進(jìn)水分吸收，增加整體植株水分的導(dǎo)度。 第六十三張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月影響生長(zhǎng) 水分脅迫時(shí)，有些細(xì)胞壁蛋白和酶的表達(dá)受到影響，從而使細(xì)胞壁延伸生

38、長(zhǎng)受抑。如水分脅迫下大豆下胚軸細(xì)胞壁富含脯氨酸蛋白mRNA的表達(dá)在下胚軸生長(zhǎng)區(qū)被誘導(dǎo)，根尖被抑制，使得下胚軸生長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞壁的伸展性降低，生長(zhǎng)受抑，根尖的則提高。水分脅迫可影響一些與延伸生長(zhǎng)有關(guān)的酶。如玉米根尖端的內(nèi)切木葡聚糖轉(zhuǎn)糖基酶(XET)活性在低水勢(shì)下顯著高于高水勢(shì)下的活性。另外豌豆莖和綠豆下胚軸的延伸生長(zhǎng)也與XET活性呈正相關(guān)。這說(shuō)明水分脅迫下，高的XET活性在增加細(xì)胞壁的伸展性和維持根延伸生長(zhǎng)中具有重要作用。 第六十四張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月延緩衰老 干旱能誘導(dǎo)一些植物產(chǎn)生類(lèi)似蛋白酶抑制劑的蛋白，如從大麥得到的BLT4、蘿卜中的P22及油菜中的BnD22?？赡芤种频鞍酌傅幕钚?，從而有利于延緩葉片衰老。 第六十五張，PPT共七十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月保護(hù)細(xì)