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Plant Stress Physiology

Plant Stress Physiology. 了解逆境等概念、植物抗性机理，从而为提高抗性增加产量服务。. 影响植物生长发育的各种环境因子示意图. 11.1 抗性生理通论. 11.1.1 逆境与植物的抗逆性 1、 逆境（ environmental stress） 指对植物生长和发育不利的各种环境因素的总称，又简称胁迫( stress)。 逆境的种类是多种多样的，根据环境的种类，逆境可分为生物逆境( biotic stress) 和理化因素逆境又称非生物逆境( abiotic stress)（ 图11.1 ）。

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Plant Stress Physiology

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Presentation Transcript

  1. Plant Stress Physiology 了解逆境等概念、植物抗性机理，从而为提高抗性增加产量服务。

  2. 影响植物生长发育的各种环境因子示意图

  3. 11.1 抗性生理通论 11.1.1 逆境与植物的抗逆性 1、逆境（environmental stress）指对植物生长和发育不利的各种环境因素的总称，又简称胁迫(stress)。逆境的种类是多种多样的，根据环境的种类，逆境可分为生物逆境(biotic stress)和理化因素逆境又称非生物逆境(abiotic stress)（图11.1）。 2、逆境生理(stress physiology)研究植物在逆境下的生理反应称为逆境生理。

  4. 图1—1 逆境的种类

  5. 3、适应性（adaptability）植物自身对逆境的适应能力叫做植物的适应性，植物对逆境的适应方式是多种多样的（图11.2）。3、适应性（adaptability）植物自身对逆境的适应能力叫做植物的适应性，植物对逆境的适应方式是多种多样的（图11.2）。 4、避逆性（stress escape）是指植物整个生长发育过程不与逆境相遇，而是在逆境到来之前已完成其生活史，如沙漠中短命植物只在雨季生长。 5、抗逆性（stress resistance）是指植物对逆境的抵抗能力或耐受能力，简称抗性，包括御逆性和耐逆性。 6、御逆性(stress avoidance)是指植物具有一定的防御环境胁迫的能力，且在逆境条件下仍保持正常状态，如泌盐植物二色补血草通过盐腺把大量盐分排出除体外盐害。

  6. 8、耐逆性（stress tolerance）是指植物通过生理生化变化来阻止、降低甚至修复由逆境造成的损伤，从而保证正常的生理活动，包括御胁变性和耐胁变性。 9、御胁变性（strain avoidance）是指植物在逆境作用下能减低单位胁迫所引起的胁变，起着分散胁迫的作用，植物细胞膜稳定性强、蛋白质间的键合能力强及保护物质多等可以提高植物的抗性。 10、耐胁变性（strain tolerance）又可分为胁变可逆性和胁变修复两种。胁变可逆性（strain reversibility）是指植物在逆境作用下产生一系列生理生化变化，当逆境解除后，各种生理生化功能迅速恢复正常。胁变修复（strain repair）是指植物在逆境作用下通过代谢过程修复被破坏的结构和功能。

  7. 图 1-2 植物的各种适应性

  8. 11、适应（adaptation）适应是指植物在形态结构和功能方面获得了可遗传的改变，从而增加了对逆境的抗性，如冰叶日中花经过一定时间盐碱处理后，由C3途径变成CAM途径，并产生囊泡等结构。11、适应（adaptation）适应是指植物在形态结构和功能方面获得了可遗传的改变，从而增加了对逆境的抗性，如冰叶日中花经过一定时间盐碱处理后，由C3途径变成CAM途径，并产生囊泡等结构。 12、驯化（acclimation）是指植物个体在生理生化方面获得不可遗传的改变。如把烟草的愈伤组织逐步转接到NaCl浓度增加的培养基上，经过几十代继代培养后，可以在1%以上的NaCl培养基上生长，而由此愈伤组织获得植株的种子发育成的植株还是不抗盐。 13、抗性锻炼（hardening）植物对某一逆境的驯化过程。 应该指出，植物对逆境的适应性的强弱取决于胁迫强度、胁迫时间、胁迫方式和植物自身的遗传特性。

  9. 11.1.2　逆境对植物的伤害 • 水分代谢 • 生物膜的破坏：膜相的变化；透性的变化 • 光合作用的变化 • 呼吸作用的变化 • 激素水平的变化 • 物质代谢 • 产生活性氧：O2•- •OH 1O2 H2O2 • 生长及形态

  10. 11.1.3 植物对逆境的生理适应 • 植物的渗透调节　 • 产生逆境胁迫蛋白 • 植物的活性氧清除系统 • ABA的产生与交叉抗性

  11. 1 植物的渗透调节(osmotic adjustment) 植物处于干旱和盐渍等逆境下，细胞内积累渗透调节物质，以降低细胞的渗透势和水势，从而使植物继续吸水的过程叫渗透调节。 常见的渗透调节物质osmolyte / osmoticum /　osmotic regulator/compatible solute 有： 无机离子：如K+、Na+ 有机物质：可溶性糖、AA、多醇、季胺化合物等(表1-2）

  12. 表1-2 植物中主要的有机渗透调节分子

  13. 2　逆境蛋白(stress proteins) 逆境条件下诱导产生的蛋白质叫逆境蛋白。 高温：热激蛋白HSPs(Heat shock proteins) 低温：冷调节蛋白CRP(Cold regulated proteins) 盐渍：盐胁迫蛋白: 渗压素osmotin: MW 26kD的盐胁迫蛋白。 水淹：厌氧多肽(anaerobic peptides) 胚胎发育晚期丰富蛋白：LEAs(late embryogenensis abundant proteins) 产生在多种胁迫下。

  14. 3　活性氧清除系统 活性氧（reactive oxygen species, ROS）是指性质极为活泼、氧化能力很强的含氧物的总称，如超氧化物阴离子自由基（O2·-），羟基自由基（OH·）, 过氧化氢（H2O2），脂质过氧化物（ROO-）和单线态氧（1O2）。 活性氧清除系统包括enzymatic and non-enzymatic Antioxidants: I　酶类： • SOD（superocide dismutase) • CAT (Catalase) • POD (Ascorbic acid Peroxidase) or APX

  15. 图1-3 植物细胞活性氧的形成 电子自旋配对激活了基态氧，随后的电子吸收是放能过程。左下角示基态氧(O2)、单线态氧(1O2)和超氧阴离子自由基(O2·-)的分子轨道和电子构象。羟自由基(OH·)和水(H2O)由进一步吸收电子和质子而形成。

  16. ROS production under stress

  17. II 非酶类： • 胡萝卜素 • Vit E • 二甲基亚砜 • Vit C GSH • Mannitol et al.,

  18. Antioxidant defense system pathways in plant cells

  19. 4 ABA的产生与植物的交叉适应 • 植物在遭受低温、干旱、盐渍、高温等各种胁迫时，植物体内的ABA含量都会升高，对植物具有保护作用，故ABA称为逆境激素(stress hormone)或应激素。 • 外施ABA可： • 维持膜的稳定性 • 减少自由基对膜的伤害 • 促进渗透调节物质的形成 • 减少水分损失，促进对水的吸收 • ABA-dependent gene regulations

  20. 植物的交叉抗性或交叉适应是指当植物遭受了零上低温、高温、干旱、盐渍、病虫害等逆境的胁迫后，对另一种逆境的抗性会得到增强，这称为cross adaptation。 • 交叉适应的主要作用物质是ABA等。

  21. Possible transduction route for ABA

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