寒害与植物的抗寒性.ppt

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,11.2寒害与植物的抗寒性,寒害：温度低于最低温度产生的伤害，包括冷害和冻害。,零上低温对植物的伤害称为冷害,chilling injury，,植物对零上低温的适应能力叫做抗冷性（,chilling resistance）,。,零下低温对植物的伤害称为冻害,freezing injury，,植物对0以下低温的适应能力叫抗冻性（,freezing resistance,）。,一、冷害引起的生理生化变化,1、细胞膜系统受损,2、根系吸收能力下降,3、光合作用减弱,4、呼吸代谢失调,5、物质代谢失调,11.2.1冷害与植物抗冷性,二、冷害的机理膜相变,液态液晶态,相变温度,凝胶态,由于膜损坏而引起代谢紊乱，严重时导致死亡（,图11.3,）。,还有巯基假说,三、植物对冷害的适应,增加膜脂脂肪酸的不饱和度，降低相变温度。,合成脂类、可溶性糖类等保护性物质。,含水量降低，而,bound water/free water,增加。,低温,高温,图11.3 冷害的机制图解,(引自,J.,Levitt,1980),冷害,各酶之间活性差异 膜脂变相 蛋白质变性或解离,（,液晶相,凝胶相,）,骤冷（冷袭）渐冷,膜破裂（非均一的固化）膜均一的 固化与紧缩,质膜透性增加 对水透性降低 叶绿体、线粒体膜,(根)上酶活性降低,细胞内含物渗漏 失水超过了吸水 抑制光合与呼吸,代谢破坏,直接损害 派生干旱冷害 间接损害,11.2.2冻害与植物抗冻性,一、冻害机理,结冰伤害,细胞外结冰（,图11.3,）脱水-机械-融冰伤害,细胞内结冰,蛋白质伤害的,SH,基学说,膜伤害学说,二、植物对冻害的抗性,避冻性：降低含水量；合成大量可溶性物质降低冰点；通过过冷避免结冰。,耐冻性：呼吸变慢，代谢减弱，进入休眠；合成保护性物质,零下低温时细胞中水分进入细胞壁并结冰。如温度下降很慢只在细胞壁中结冰，就可以避免细胞质结冰导致的细胞死亡(引自,Buchanan et al,2000),11.3 热害与植物抗热性,由高温引起植物伤害的现象称为热害（,heat injury）。,而植物对高温胁迫（,high temperature stress）,的适应则称为抗热性(,heat resistance)。,一、高温对植物的危害,伤害症状：树干干燥、裂开；叶片出现死斑。,1、直接伤害,高温直接影响组成细胞质的结构，在短期（几秒到几十秒）内出现症状，可能原因如下：,1）、蛋白质变性,2）、膜脂液化,在高温作用下，构成生物膜的蛋白质与脂类之间的键断裂，使脂类脱离膜而形成一些液化的小囊泡，从而破坏了膜的结构，导致膜丧失选择透性与主动吸收的特性。,2、间接伤害,由于高温引起细胞大量失水，进而引起代谢异常，使植物逐渐受害。,1）、代谢性饥饿,2）、有毒物质积累,3）、蛋白质破坏,3、植物抗热性的生理基础,1）、抗热性与植物种类及原产地有关：,C,4,植物起源于热带或亚热带地区，故其抗热性高于,C,3,植物。,2）、不同的生育时期，不同器官，其抗热性也有差异：成熟叶片大于嫩叶；休眠种子抗热性最强，萌发后降低。,3）、植物的抗热性还与自身的代谢有关：高温下诱导合成的热激蛋白（,HSPs,，,见,11.1.3.4,），使植物表现出较好的抗热性。,11.4 旱害与植物的抗旱性,我国约有48%的土地面积处于干旱、半干旱地带，其中没有灌溉条件的旱地约占总耕地面积的51.9%。因此，干旱是限制我国农业生产的重要因素之一。,一、旱害及其类型,1、干旱 当植物耗水大于吸水时，植物体内即出现水分亏缺，水分过度亏缺的现象称为干旱（,drought）。,旱害（,drought injury）,指土壤水分缺乏或大气相对湿度过低对植物的危害。,2、干旱类型,（1）大气干旱 高温、强光、,RH,过低（11%,20%），植物失水量大于吸水量而造成植物体内严重水分亏缺。,（2）土壤干旱 是指土壤中可利用水的缺乏，使植物根系吸水困难，体内水分亏缺严重，正常的生命活动受到干扰，生长缓慢或完全停止。,（3）生理干旱 指由于土壤温度过低、土壤溶液离子浓度过高（如盐碱土或施肥过多）或土壤缺氧（如土壤板结、积水过多等）或土壤存在有毒物质等因素的影响，使根系正常的生理活动受到阻碍，不能吸水而使植物受害的现象。,二、旱害的机理,1、机械损伤假说,2、,SH,基假说,3、膜伤害假说,4、自由基假说,三、植物的抗旱性,1、植物的抗旱类型,1）、御旱型植物,这类植物有一系列防止水分散失的结构和代谢功能，或具有发大的根系来维持正常的吸水。如,CAM,植物仙人掌夜间气孔开放，固定,CO,2,，,白天则气孔关闭，这样就防止了较大的蒸腾失水。一些沙漠植物根冠比在3050:1之间，一株小灌木的根系就可伸展到850,m,3,的土壤中。,2）、,耐旱型植物,这些植物具有细胞体积小、渗透势低和束缚水含量高等特点，可忍耐干旱逆境。如更苏植物及耐旱植物等。,2、抗旱植物的一般特征,1）、,形态特征 根系发达、根冠比大；叶片气孔多而小，茸毛多，角质化程度高或脂质层厚等。,2）、生理特征 细胞渗透势较低，吸水及保水能力强；原生质具较高的亲水性、黏性与弹性，既能抵抗过度脱水又能减轻脱水时的机械损伤；缺水时正常代谢活动受到的影响小，合成反应仍占优势，而水解酶类活性变化不大，减少生物大分子的破坏，使原生质稳定，生命活动正常。干旱时根系迅速合成,ABA,并运输到叶片使气孔关闭，复水后,ABA,迅速恢复到正常水平。,四、提高植物抗旱性的途径,选育抗旱品种是提高作物抗旱性最根本的途径，此外，也可以通过以下措施来提高植物的抗旱性。,1、抗旱锻炼,例如种子吸涨，风干反复三次后播种。“蹲苗”法。,2、合理施肥,合理施用磷、钾和钙，适当控制氮肥。,3、生长延缓剂及抗蒸腾剂的施用,例如施用外源,ABA、,高岭土和脂肪醇等可促进气孔关闭，减少蒸腾。,4、节水、集水发展旱作农业,收集保存雨水备用；采用不同根区交替灌水；以肥调水，提高水分利用效率；采用地膜覆盖保墒；掌握作物需水规律，合理用水。,11.5植物的抗涝性,一涝害机理,缺氧导致无氧吸收，产生乙醇等物质,缺氧引起乙烯的产生，叶片脱落，偏上生长(,下图,A,)。,二抗涝性,避涝性,形成通气组织(,下图,B),形成不定根,皮孔增多,耐涝性,降低有氧呼吸。,改变代谢途径,EMPHMP,以防止乙醇形成。,形成新的多肽,A:Leaf,epinasty,(curvature in tomato.B:ETH production in roots by way of the ACC pathway results in,aerenchyma,formation if oxygen is available.In the absence of of oxygen,the ACC is transported to aerial tissues,where ETH is formed,resulting in leaf,epinasty,.Cited from Buchanan,etal,.,2000.,11.6植物的抗盐性,一植物的盐害,离子胁迫,渗透胁迫,氧化胁迫,二植物的抗盐性,（图11.4：,halophyte,等）,避盐性,拒盐,泌盐（,图11.5）,稀盐,耐盐性,耐渗透胁迫：进行渗透调节,耐质膜胁变,图11.4,不同类型植物对盐浓度的生长响应,图11.5,泌盐植物二色补血草(,Limonium,bicolor,),盐腺结构,其中,1.,分泌孔 2.分泌细胞；3.毗邻细胞 4.杯状细胞；5.收集细胞；6.表皮细胞。,图11.5,b,:,滨藜(,Atriplex spongiosa,),盐囊泡(,b）,.,气球状囊泡细胞；,S.,柄细胞,11.7植物的抗病性（略）,一病害机理,水分平衡失调,呼吸作用加强,光合作用下降,生长异常,二植物的抗病性,加强氧化酶活性：分解毒素、促进伤口愈合、抑制病原菌水解酶活性,过敏反应，组织程序化死亡,系统防御,合成植保素等物质,11.8 虫害与植物抗虫性（略）,一、抗虫性的观念,二、,植物抗虫的机制,1、拒虫性的形态解剖结构和特性,2、抗虫性的生理生化特性,三、,提高植物抗虫性的途径,11.9 环境污染伤害与植物抗性,环境污染(,environmental pollution),可分为大气污染、水体污染和土壤污染三类。其中以大气污染和水体污染对植物的影响最大，不仅范围广，接触面积大，而且容易转化为土壤污染。,一、大气污染及其对植物的伤害,大气中污染物种类很多，主要包括硫化物、氧化物、氯化物、氮氧化物、粉尘和带有金属元素的气体。,1、,SO,2,SO,2,是我国目前最主要的大气污染物，排放量大，危害严重。一般0.0511,mg/L,的,SO,2,就可能危害植物。如果空气中,SO,2,浓度大并遇上雾等天气就形成酸雨,后者对植物和土壤的危害更大。,关于,SO,2,伤害的机理，一般认为：,SO,2,是一种还原性很强的酸性气体，进入植物组织后与,H,2,O,形成,H,2,SO,3，,后者导致叶绿素、生物膜和蛋白等破坏。,2、氟化物 大气污染的氟化物中，排放最大、毒性最强的是,HF，,当其浓度为,15,g/L,时，较长时间的接触即可使植物受害。氟化物主要通过抑制酶活性对植物产生伤害。,3、光化学烟雾 石油化工企业和汽车尾气主要成分是,NO,和烯烃类。这些物质升到高空后，在紫外线作用下发生各种化学反应，产生臭氧（,O,3,）、NO,2,、,醛类和硝酸过氧化乙酰(,peroyacetyl,nitrate,PAN),等有害物质，再与大气中的硫酸液滴和硝酸液滴接触形成浅蓝色的烟雾。由于这种烟雾是通过光化学作用形成的，所以叫光化学烟雾(,photochemical smog)。,1）、O,3,（ozone）,是光化学烟雾中的主要成分，所占比例最大，氧化能力极强。,2）、,NO,2,伤害分直接和间接两种方式：对细胞的直接伤害。,NO,2,抑制酶活力，影响膜的结构，导致膜透性增大，降低还原能力。产生活性氧的间接伤害。,3）、,PAN,毒性很强，当空气中,PAN,浓度达到20,g/L,时，植物就受伤害。,PAN,主要伤害叶肉海绵组织，抑制光合磷酸化、,CO,2,固定等。,二、植物对环境污染的抗性及其在环境保护中的作用,1、,植物对环境污染的抗性,不同植物对各种污染物的敏感性有差异；同一植物对不同污染物的敏感性也不一样。利用抗性强的植物，可以减轻污染，保护环境如,表11.1,。,2、监测环境污染,低浓度的污染物用仪器测定时有困难，但可利用某些植物对某一污染物特别敏感的特性来监控当地的污染程度。植物监测简便易行，便于推广。对某污染物质高度敏感的植物称为指示植物。当环境污染物质稍有积累时，植物就呈现出明显的症状。常用指示植物如下,表,11.2,。,抗性强,夹竹桃、丁香、刺槐、玉米、高粱、马铃薯、侧柏、文竹、仙人掌,抗性中等,桃、水杉、白蜡树、梧桐、女贞、花生、茄子、菜豆、黄瓜、鸢尾,敏感,油松、马尾松、合欢、杜仲、梅花、棉花、大豆、小麦、玫瑰、月季,表11.1,不同植物对,SO,2,的敏感性,污染物,指,示,植,物,SO,2,紫花苜蓿,、向日葵、胡萝卜、莴苣、南瓜、芝麻、蓼、土荆芥、艾紫苏、灰,菜、落叶松、雪松、美洲五针松、马尾松、枫柏、加柏、檫树、杜仲,HF,郁金香,、葡萄、黄杉、落叶松、杏、李、金荞麦、唐菖蒲、美洲五针松、欧,洲赤松、雪松、玉簪、兰叶云杉、樱桃、萱草,Cl,2,HCl,萝卜、复叶槭、落叶松、油松、桃荞麦,表11.2,几种常用的污染物的指示植物,接下张,NO,2,悬铃木、向日葵、番茄、秋海棠、烟草,O,3,烟草、矮牵牛、马唐、雀麦、花生、马铃薯、燕麦、洋葱、萝卜、女贞、银,槭、丁香、葡萄、木笔、牡丹、梓树、桤木,Hg,女贞、柳树,续表11.2,三、水体及土壤污染及其对植物的伤害及抗性,随着工业生产的发展和城镇人口的集中，含有各种污染物质的工业废水和生活污水大量排入水系，再加上大气污染物质、矿山残渣、残留化肥农药等被雨水淋浴，以致各种水体受到不同程度的污染，超过了水的自净能力，水质显著变劣，即为水体污染。用污水灌溉或大气污染物通过降雨渗入土壤都会导致土壤污染。,我国目前水体和江河流域的土壤污染十分严重，据调查，全国27条河流，其中有15条被严重污染。污染水体的物质主要包括：重金属、洗涤剂、氰化物。一般讲，环境污染中的五毒是指酚、氰、汞（,Hg）、,铬（,Cr）、,砷（,As），,这些污染物浓度很低也会使植物受害。,不同植物对等重金属敏感性差别很大。某些植物能够富集重金属离子而不受危害，如蜈蚣草对,As,具有超富集作用，其体内的,As,含量可能达到环境中的上百倍。利用这些植物可以改良重金属离子污染。,