植物生理学11.第十章 植物对生物和非生物胁迫的反应_PPT幻灯片
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《植物的抗性生理》PPT课件
叶绿体、线粒体和内膜系统。
• 目前已发现几十种热激蛋白，属于5个蛋白质家族。
近来发现其中很大一部分为监护蛋白(Chaperone， Cpn)，是一种辅助蛋白分子，主要参与生物体内 新生肽的运输、折叠、组装、定位以及变性蛋白 的复性和降解。
13
Heat Shock Cognate Protein
除热激外,正常生活的细胞中也有HSPs , 这类HSPs 是组成型表达的,称为HSC (heat shock cognate protein) 。HSC 和诱导型HSP 在结构和功能上都很难区分, 统称HSP。
36
抗冻蛋白的分离和特性鉴定
自1992 年加拿大Griffith第一次从冬黑麦中获得植物AFP 以 来, 已先后从冬大麦、小麦、燕麦、沙冬青和胡萝卜等质 外体中获得AFP (antifreeze proteins,AFPs) 。
• AFP 在体外水溶液中均表现出典型的热滞效应(降低冰点) 和重结晶抑制活性。AFP 主要通过重结晶抑制作用来避免 冰晶体对细胞组织的伤害。
33
• BiP 在所有植物中含量丰富,受热激诱导不明 显,主要受营养(葡萄糖饥饿) 调节,和内质网 上的束缚核糖体合成蛋白质有密切关系,可 能参与种子贮藏蛋白的合成。
34
4）在植物减数中的作用
• 玉米受精时对热敏感,高温时导致减产,部分 原因可能是成熟花粉不能合成HSPs。
• 玉米花粉的热敏感性可能是从单核到双核 花粉粒的转变开始,合成HSPs 的能力逐渐下 降,花粉成熟时完全丧失。从单核到双核花 粉粒的转变是花粉发育的一个重要阶段,其 特征是“早期”花粉基因表达关闭,“晚期” 花粉基因开始表达。
39
植物抗冻蛋白的 基因工程
1998 年10 月英国York 大学的Dawn Worrall 等发表了胡萝卜AFP 及其基因的
• 目前已发现几十种热激蛋白，属于5个蛋白质家族。
近来发现其中很大一部分为监护蛋白(Chaperone， Cpn)，是一种辅助蛋白分子，主要参与生物体内 新生肽的运输、折叠、组装、定位以及变性蛋白 的复性和降解。
13
Heat Shock Cognate Protein
除热激外,正常生活的细胞中也有HSPs , 这类HSPs 是组成型表达的,称为HSC (heat shock cognate protein) 。HSC 和诱导型HSP 在结构和功能上都很难区分, 统称HSP。
36
抗冻蛋白的分离和特性鉴定
自1992 年加拿大Griffith第一次从冬黑麦中获得植物AFP 以 来, 已先后从冬大麦、小麦、燕麦、沙冬青和胡萝卜等质 外体中获得AFP (antifreeze proteins,AFPs) 。
• AFP 在体外水溶液中均表现出典型的热滞效应(降低冰点) 和重结晶抑制活性。AFP 主要通过重结晶抑制作用来避免 冰晶体对细胞组织的伤害。
33
• BiP 在所有植物中含量丰富,受热激诱导不明 显,主要受营养(葡萄糖饥饿) 调节,和内质网 上的束缚核糖体合成蛋白质有密切关系,可 能参与种子贮藏蛋白的合成。
34
4）在植物减数中的作用
• 玉米受精时对热敏感,高温时导致减产,部分 原因可能是成熟花粉不能合成HSPs。
• 玉米花粉的热敏感性可能是从单核到双核 花粉粒的转变开始,合成HSPs 的能力逐渐下 降,花粉成熟时完全丧失。从单核到双核花 粉粒的转变是花粉发育的一个重要阶段,其 特征是“早期”花粉基因表达关闭,“晚期” 花粉基因开始表达。
39
植物抗冻蛋白的 基因工程
1998 年10 月英国York 大学的Dawn Worrall 等发表了胡萝卜AFP 及其基因的
植物生理学-第十一章-植物抗逆生理
第一节抗逆的生理基础一、逆境和植物的抗逆性（一）逆境的概念和种类逆境(stress)是指对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。
逆境种类：1.物理逆境：热害、冷害、干旱、淹水、光辐射、机械损伤、电伤害、磁伤害、风2.化学逆境：养分缺乏、养分过剩、低pH、高pH、盐害、空气污染、农药污染、毒素3.生物逆境：竞争、病害、虫害、动物危害、人类危害、共生微生物缺乏、有害微生物、生化互作（二）抗逆性及方式抗性是植物在对环境的逐步适应过程中形成的。
由于植物没有动物那样的运动机能和神经系统，基本上是生长在固定的位置上，因此常常遭受不良环境的侵袭。
但植物可用多种方式来适应逆境，以求生存与发展。
抗逆性(stress resistance)植物对逆境抵抗和忍耐能力。
抗性的方式： 1.逆境逃避（stress escape）是指植物整个发育过程不与逆境相遇，或指植物在逆境胁迫到来之前，植物已完成其生育周期。
2.逆境忍耐（stress tolerance）是指植物通过自身的生理生化变化来适应环境的能力。
抗环境胁迫涉及到植物体的忍耐胁迫和逃避胁迫二、植物在逆境下的形态变化与代谢特点(一)形态结构变化(二)生理生化变化植物以细胞和整个生物有机体抵抗环境胁迫：植物体可以受到和识别的环境信号组成了应激性反应。
进行环境胁迫识别后信号被传输到细胞内和植物体全部。
典型的环境信号传导导致细胞水平的可变基因的表达，反过来有可以影响植物体的发育和代谢。
三、渗透调节与抗逆性 (一)渗透调节的概念 多种逆境都会对植物产生水分胁迫。
水分胁迫时植物体内积累各种有机和无机物质，提高细胞液浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植物就可保持其体内水分，适应水分胁迫环境，这种现象称为渗透调节(osmotic adjustment)。
(二)渗透调节物质:参与渗透调节的可溶性物质称为渗透调节物质。
包括：1.无机离子；2.脯氨酸；3.甜菜碱；4.可溶性糖常见有机渗透调节物氨基酸甜菜碱物（三）渗透调节物质的共性及作用分子量小、易溶于水；生理中性、两性离子；稳定酶结构；合成迅速。
植物生理学ppt-1-2. Temp
第二节 高温胁迫和植物抗热性
高温引起的生理反应： 细胞结构的损伤（细胞器和细胞骨架）； 膜功能受损 基因表达改变 蛋白质的合成改变（正常蛋白合成受阻，诱导HSPs合成）
主要的热激蛋白(Heat shocked proteins, HSP) 及其功能（数字：MW) HSP family Probable function
热锻炼能提高植物的耐热性
Induced thermo-tolerance in soybean seedlings. Left: Grown at 28°C; Center: 2h at 40 °C before 2h at 45 °C, then 28°C; Right: 2h at 45 °C, then 28°C.
第一节 低温胁迫和植物抗寒性
一、冷害(Chilling stress)： 主要零上低温所引起。
冷害引胞内内容物外渗 光合作用受抑制 呼吸紊乱 改变基因表达和蛋白质的合成方式 Exposure of chillingsensitive plants such as cucumber to 2°C for 1d cause severe injury. The plant on the right was kept at 25 °C
HSP110 HSP90 HSP70 Unknown Protecting receptor proteins ATP-dependent protein assembly or disassembly reactions; preventing proteins from denaturation HSP60 Molecular chaperone, directing the proper assembly of multi-subunit proteins LMW HSPs Function largely unknown (17-28kDa) Ubiquitin An 8 kDa protein involved in targeting other proteins for proteolytic degration
植物生理学11.第十章-植物对生物和非生物胁迫的反应
1.1 渗透保护物质在抗旱耐盐中作用
渗透调节（osmotic adjustment)
指耐旱植物可以调节 它们的溶质势以抵消暂时 或长期的水分胁迫，是植 物细胞中溶质颗粒数目净 增加的结果。渗透调节在 帮助植物顺应干旱或盐性 环境中起到关键作用。
渗透保护物质 (Osmoprotectant)为可 混溶溶质，许多植物在 水分胁迫条件下会积累 小分子相溶性溶质或渗 压剂，有效地提高植物 的渗透调节能力、增强 植物的抗逆性。
Introduction
植物抗胁迫的机制 ➢ 避逆性(stress
avoidance):防止接 触胁迫。 ➢ 抗逆性 (stress tolerance)：植物可 以抵抗胁迫。
Introduction
非生物胁迫通常引起植物基因表达模式发生改变
胁迫是可以接受和识别的环境信号；植物识别逆境信号后，该信号 就在细胞之间和整株植物中传递；逆境信号的传递通常会导致细胞水平 上的基因表达发生变化；它又接着影响到整株植物的代谢和发育。
植物水通道蛋白 主要膜内蛋白(MIP) 液泡膜内蛋白（TIP） 质膜内蛋白（PIP）
松叶菊根中MIP基因表达
1.3 水分胁迫诱导的LEA基因
LEA蛋白（late embryogenesis abundant protein)在种子发育 后期和受到水分胁迫的植物营 养组织中积累。
LEA蛋白是一种脱水保护剂,能 够在水分胁迫下保护生物大分 子。
1 缺水胁迫
水资源短缺以及土壤盐渍化是目前制约农业生 产的一个全球性问题,全球20%的耕地受到盐害威 胁, 43%的耕地为干旱、半干旱地区。
引起植物缺水的环境条件 ➢干旱 ➢盐渍 ➢低温
Drought Stress
Drought stress treated
植物对干旱胁迫的响应PPT课件
1.改变膜的结构及透性
当植物细胞失水时，原生质膜的透性增加，大 量的无机离子和氨基酸、可溶性糖等小分子被 动向组织外渗漏。 正常状态下的膜内脂类分子靠磷脂极性同水分 子相互连接，所以膜内必须有一定的束缚水时 才能保持这种膜脂分子的双层排列。 干旱使得细胞严重脱水，破坏了原生质膜脂类 双分子层的排列。使膜脂分子结构即发生紊乱， 膜因而收缩出现空隙和龟裂，旱对呼吸作用的影响较复杂：
一般呼吸速率随水势的下降而缓慢降低。 有时水分亏缺会使呼吸短时间上升，而 后下降。
这是因为开始时呼吸基质增多的缘故。若 缺水时淀粉酶活性增加，使淀粉水解为糖， 可暂时增加呼吸基质。
但到水分亏缺严重时，呼吸又会大大降 低。
如马铃薯叶的水势下降至-1.4MPa时，呼吸 速率可下降30%左右。
大豆对水分亏缺的反应
暂时萎蔫(temporary wilting)： 降低蒸腾即能消除水分亏缺以恢 复原状的萎蔫。
永久萎蔫(permanent wilting)： 土壤中无可利用的水，降低蒸腾 不能消除水分亏缺以恢复原状的 萎蔫。
（二）干旱对植物的伤害：
1.改变膜的结构及透性 2.破坏了正常代谢过程 3.机械性损伤
近年来，各国学者对植物的抗旱性进行了广 泛深入的研究，植物的抗旱机理十分复杂， 抗旱性是受许多形态解剖和生理生化特性控 制的复合遗传性状，不同形态解剖和生理特 性之间既相互联系又相互制约。单一的抗旱 性鉴定指标难以充分反映出植物对于旱适应 的综合能力，只有采用多项指标的综合评价 ，才能较准确的反映植物的抗旱水平。
（二）植物的抗旱机制
整体植物适应干旱的机制：
▪ 避旱性（Drought escape） ▪ 御旱性（Drought avoidance） ▪ 耐旱性（Drought tolerance）
高等植物生理学-植物信号转导PPT课件
脱落酸的合成
脱落酸在植物体内的运输方式与生长素、赤霉素和细胞分裂素类似，也是通过质流和扩散两种方式。
脱落酸的运输
脱落酸的主要生理作用是抑制细胞分裂、促进叶和果实的衰老和脱落、促进休眠等。
脱落酸的生理作用
脱落酸的信号转导
乙烯的运输
乙烯在植物体内的运输方式与生长素、赤霉素、细胞分裂素和脱落酸类似，也是通过质流和扩散两种方式。
盆栽与园艺疗法
03
通过研究植物与人类之间的生理和心理互动，开发具有舒缓压力、放松心情的盆栽和园艺疗法产品。
在园艺上的应用
生态恢复与重建
利用植物信号转导机制，促进受损生态系统的恢复和重建，提高生态系统的稳定性和可持续性。
生物多样性保护
通过研究植物与环境之间的相互作用和信号转导过程，保护和利用生物多样性资源，维护生态平衡。
植物信号转导的重要性
外在刺激信号转导
指植物通过感受外界物理、化学和生物刺激，将信号传递到效应部位的过程。
内分泌信号转导
指植物通过分泌化学物质来传递信号的过程。
细胞间信号转导
指植物细胞之间通过胞间连丝或细胞壁接触传递信号的过程。
植物信号转导的分类
02
CHAPTER
植物激素信号转导
生长素主要在幼嫩的芽、叶和发育中的种子中合成。色氨酸经过一系列的生化反应成为生长素。
高温胁迫反应
详细描述
总结词
总结词
光信号转导是指植物对光环境作出的反应。
详细描述
植物通过光感受器感知光信号，如光照强度、光质和光周期等，进而调节生长发育和生理代谢。这种反应有助于植物适应不同的光照环境，如光合作用、开花等。
光信号转导
总结词
氧化胁迫反应是指植物对氧化损伤作出的反应。
脱落酸在植物体内的运输方式与生长素、赤霉素和细胞分裂素类似，也是通过质流和扩散两种方式。
脱落酸的运输
脱落酸的主要生理作用是抑制细胞分裂、促进叶和果实的衰老和脱落、促进休眠等。
脱落酸的生理作用
脱落酸的信号转导
乙烯的运输
乙烯在植物体内的运输方式与生长素、赤霉素、细胞分裂素和脱落酸类似，也是通过质流和扩散两种方式。
盆栽与园艺疗法
03
通过研究植物与人类之间的生理和心理互动，开发具有舒缓压力、放松心情的盆栽和园艺疗法产品。
在园艺上的应用
生态恢复与重建
利用植物信号转导机制，促进受损生态系统的恢复和重建，提高生态系统的稳定性和可持续性。
生物多样性保护
通过研究植物与环境之间的相互作用和信号转导过程，保护和利用生物多样性资源，维护生态平衡。
植物信号转导的重要性
外在刺激信号转导
指植物通过感受外界物理、化学和生物刺激，将信号传递到效应部位的过程。
内分泌信号转导
指植物通过分泌化学物质来传递信号的过程。
细胞间信号转导
指植物细胞之间通过胞间连丝或细胞壁接触传递信号的过程。
植物信号转导的分类
02
CHAPTER
植物激素信号转导
生长素主要在幼嫩的芽、叶和发育中的种子中合成。色氨酸经过一系列的生化反应成为生长素。
高温胁迫反应
详细描述
总结词
总结词
光信号转导是指植物对光环境作出的反应。
详细描述
植物通过光感受器感知光信号，如光照强度、光质和光周期等，进而调节生长发育和生理代谢。这种反应有助于植物适应不同的光照环境，如光合作用、开花等。
光信号转导
总结词
氧化胁迫反应是指植物对氧化损伤作出的反应。
植物生理学ppt课件
• 6.膨压：细胞吸水膨胀而对细胞壁产生的压力。 • 7.渗透势：又叫溶质势，由于溶质颗粒的存在而使水势
降低的部分（水的自由能降低），一般为负值。
（五）细胞间的水分移动
• 水势差异决定水流方向和速度
渗透势=-1.4Mpa 渗透势=-1.2Mpa 压力势=+0.8Mpa 压力势=+0.4Mpa
水势=-0.6Mpa 水势=-0.8Mpa
二、水分沿导管或管胞上升的动力
• 1.水分沿导管、管胞上升的动力： • （1）根压 • （2）蒸腾拉力：主要动力 • 2.如何保证导管内的水柱不断？ • 内聚力学说（cohesion theory）: • 3.有关内聚力学说的争论的焦点： • （1）水分上升是否需要活细胞参与； • （2）木质部有气泡，水柱不可能连续，为什么水柱还
三、影响蒸腾作用的内外条件
• 气孔蒸腾水蒸气扩散过程
• 蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力=（气孔下腔蒸腾压-叶外蒸腾压）/（气孔阻力+扩散层阻力
（一）外界条件对蒸腾作用的影响
• 1.光照：最主要条件 • 2.大气的相对湿度 • 3.温度 • 4.外界空气流动速率 • 5.昼夜变化
（二）内部因素对蒸腾作用的影响 1.气孔频度 2.气孔大小 3.气孔开度 4.气孔下腔大小 5.气孔的特殊构造 6.叶片内部面积
（四）近年来植物生理学发展的特点 1.研究层次越来越广 2.学科之间相互渗透 3.理论联系实际 4.研究手段现代化
三、植物生理学发展展望
• 研究重点：能量转变 • 研究焦点：膜的结构和功能 • 我国植生研究的主要任务： • 1.深入基础理论研究（有所为，有所不为） • 2.大力开展应用基础研究和应用研究
植物生理学ppt课件
绪
降低的部分（水的自由能降低），一般为负值。
（五）细胞间的水分移动
• 水势差异决定水流方向和速度
渗透势=-1.4Mpa 渗透势=-1.2Mpa 压力势=+0.8Mpa 压力势=+0.4Mpa
水势=-0.6Mpa 水势=-0.8Mpa
二、水分沿导管或管胞上升的动力
• 1.水分沿导管、管胞上升的动力： • （1）根压 • （2）蒸腾拉力：主要动力 • 2.如何保证导管内的水柱不断？ • 内聚力学说（cohesion theory）: • 3.有关内聚力学说的争论的焦点： • （1）水分上升是否需要活细胞参与； • （2）木质部有气泡，水柱不可能连续，为什么水柱还
三、影响蒸腾作用的内外条件
• 气孔蒸腾水蒸气扩散过程
• 蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力=（气孔下腔蒸腾压-叶外蒸腾压）/（气孔阻力+扩散层阻力
（一）外界条件对蒸腾作用的影响
• 1.光照：最主要条件 • 2.大气的相对湿度 • 3.温度 • 4.外界空气流动速率 • 5.昼夜变化
（二）内部因素对蒸腾作用的影响 1.气孔频度 2.气孔大小 3.气孔开度 4.气孔下腔大小 5.气孔的特殊构造 6.叶片内部面积
（四）近年来植物生理学发展的特点 1.研究层次越来越广 2.学科之间相互渗透 3.理论联系实际 4.研究手段现代化
三、植物生理学发展展望
• 研究重点：能量转变 • 研究焦点：膜的结构和功能 • 我国植生研究的主要任务： • 1.深入基础理论研究（有所为，有所不为） • 2.大力开展应用基础研究和应用研究
植物生理学ppt课件
绪
植物盐胁迫----非生物胁迫PPT课件
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9
6、对抗氧化酶的影响
植物体内 SOD 等酶的活性与植物的抗氧化胁迫能力呈 正相关，而且在盐分胁迫下， 盐生植物与非盐生植物相比， 其 SOD、POD 、CAT 活性更高， 因而更能有效地清除活性 氧， 防止膜脂过氧化。
7、对个体发育的影响
总的特征是抑制植物组织和器官的生长和分化，提早植 物的发育过程。
国等，2012）。
.
4
盐渍化土壤的形成
盐渍土（soilsalinization） 是指土壤底层或地下水的盐
分随毛管水上升到地表，水 分蒸发后，使盐分积累在表 层土壤中的过程。
.
5
中国土壤酸碱度分布图
.
6
部分植物适宜的pH范围
.
7
二、盐胁迫对植物的影响
植物生长在高盐环境下，受到高渗透势的影响称为盐胁 迫，危害植物的正常生长，也称为盐害。
性，包括对渗透胁迫的忍耐和对离子胁迫的忍耐。
渗透调节的方式：可以通过合成无毒的有机物质脯氨酸、 甜菜碱、 可溶性糖、有机酸等。
离子区域化：盐生植物一般将无机离子通过跨膜运输转入 液泡中而与细胞质隔离开，不但降低了整个细胞的渗透势， 而且使细胞质免受毒害。非盐生植物尽量减少对有害盐离 子的吸收，同时将吸收的盐离子输送到老的组织，以牺牲 这些组织为代价，保护幼嫩组织。
.
8
3、光合作用
盐胁迫对盐生植物和非盐生植物的光合作用都是抑制 的，并且降低程度与盐浓度呈正相关。
4、蛋白质合成
盐分过多抑制蛋白质合成促进其分解，抑制合成的直 接原因可能是时由于破坏了氨基酸的合成。
5、有毒物质
盐胁迫使植物体内积累有毒的代谢产物，如蛋白质分 解的产物游离的氨基酸、胺、氨的积累，致使植物叶片生 长不良，抑制根系生长，组织变黑坏死等。
植物生理学课件第十一章 植物的成熟和衰老生理
衰老是受植物遗传控制的、主动和有序的发育过程，环境因 素可诱导衰老（如秋季的短日和低温）。
根据植物生长习性，开花植物有两类不同的衰老方式：
多稔植物
• 一生中能多次开花的植物，营养生长和生殖生 长交替的生活周期，地上部分虽然死亡，但地
下部分仍存活。
一稔植物
• 一生中只开一次花的植物，开花结实后衰老和 死亡。
ABA ETH
• ABA在果实成熟过程中不断增多。 • ABA含量与山梨醇吸收量呈正相关，可通过调节山梨
醇含量来调节同化物运输和分配。 • ABA对跃变型果实的成熟有“原始启动信使”作用。
• ETH是公认促进果实成熟的激素。刺激跃变型果实后 熟过程中的呼吸增强。
种子休眠：成熟种子或器官在合适的萌发条件下仍不萌发的现象。
2.温度（影响油料种子的含油量和油分性质） • 种子成熟期间，适当的低温有利于油脂的累积。在油脂品
质上，种子成熟时温度较低而昼夜温差大时，利于不饱和 脂肪酸的形成；在相反的情形下，利于饱和脂肪酸的形成。
3.营养条件
氮肥、钾肥、磷肥
由于肉质果实在食用上具有重要意义，对这类果实成熟时的 生理生化变化研究最多。
衰老下调基因 （SAG）
• 衰老过程中表达上调的基因。 • 包括降解酶、与物质再循环相关
的基因以及与乙烯合成相关基因。
• 衰老过程中表达下调的基因。
RNA含量
衰老时RNA含量下降，与RNA合 成能力降低或者降解加快相关。
外施CTK可提高RNA含量，延缓 衰老。
（三）光合速率下降
1.叶绿体被破坏
2.叶绿素含量迅 速下降
2.酸味减少
• 液泡中有机酸含量下降，有些有 机酸转变为糖而含量下降，有些 由呼吸作用氧化成CO2和H2O， 有些则被K+，Ca2+等中和。
根据植物生长习性，开花植物有两类不同的衰老方式：
多稔植物
• 一生中能多次开花的植物，营养生长和生殖生 长交替的生活周期，地上部分虽然死亡，但地
下部分仍存活。
一稔植物
• 一生中只开一次花的植物，开花结实后衰老和 死亡。
ABA ETH
• ABA在果实成熟过程中不断增多。 • ABA含量与山梨醇吸收量呈正相关，可通过调节山梨
醇含量来调节同化物运输和分配。 • ABA对跃变型果实的成熟有“原始启动信使”作用。
• ETH是公认促进果实成熟的激素。刺激跃变型果实后 熟过程中的呼吸增强。
种子休眠：成熟种子或器官在合适的萌发条件下仍不萌发的现象。
2.温度（影响油料种子的含油量和油分性质） • 种子成熟期间，适当的低温有利于油脂的累积。在油脂品
质上，种子成熟时温度较低而昼夜温差大时，利于不饱和 脂肪酸的形成；在相反的情形下，利于饱和脂肪酸的形成。
3.营养条件
氮肥、钾肥、磷肥
由于肉质果实在食用上具有重要意义，对这类果实成熟时的 生理生化变化研究最多。
衰老下调基因 （SAG）
• 衰老过程中表达上调的基因。 • 包括降解酶、与物质再循环相关
的基因以及与乙烯合成相关基因。
• 衰老过程中表达下调的基因。
RNA含量
衰老时RNA含量下降，与RNA合 成能力降低或者降解加快相关。
外施CTK可提高RNA含量，延缓 衰老。
（三）光合速率下降
1.叶绿体被破坏
2.叶绿素含量迅 速下降
2.酸味减少
• 液泡中有机酸含量下降，有些有 机酸转变为糖而含量下降，有些 由呼吸作用氧化成CO2和H2O， 有些则被K+，Ca2+等中和。
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Self-regulation and osmotic stress regulation of ABA biosynthesis
2 低温胁迫
低温胁迫包括冷胁迫(chilling/cold stress)和冰冻胁 迫(freezing stress) 。
冰点以上低温对植物的危害叫做冷害。冷害使植 物膜透性增加，膜相由液晶态变为凝胶态，原生 质流动减慢，代谢紊乱。
植物水通道蛋白 主要膜内蛋白(MIP) 液泡膜内蛋白（TIP） 质膜内蛋白（PIP）
松叶菊根中MIP基因表达
1.3 水分胁迫诱导的LEA基因
LEA蛋白（late embryogenesis abundant protein)在种子发育 后期和受到水分胁迫的植物营 养组织中积累。
LEA蛋白是一种脱水保护剂,能 够在水分胁迫下保护生物大分 子。
Yield Losses From Biotic and abiotic Stresses
Introduction
非生物胁迫（abiotic
stress) ：由过度或不 足的物理或化学条 件引发的对植物生 长、发育或繁殖产 生不利影响。
胁迫可以引发植物从调 节基因表达和细胞代谢 到生长速率和产量变化 等一系列反应。
可混溶溶质 （compatible solute) 是一小类化学性质各异 的有机化合物，它们都 具有高度可溶，而且在 高浓度下也不影响细胞 代谢。
重要的渗透保护物质：
脯氨酸、甘氨酸甜菜碱、 甘露醇、 松 醇
脯氨酸
二甲基磺基丙酸
甜菜碱
胆碱-磺酸
松醇
甘露醇
➢ 渗透保护物质的生物合成
脯氨酸合成关 键酶
➢ 1-磷酸甘露醇脱氢酶（E.coli)使6-磷酸果糖转
化为1-磷酸甘露醇，表达该酶基因的转基因植 物可以积累甘露醇，提高耐盐性。
松醇是一种环状的糖 醇，是松科、豆科和 竹科植物中的主要溶 质，对盐胁迫做出反 应。
1.2 缺水和盐分对跨膜运转的影响
干旱和盐分胁迫都要求植物顺应低水势，对细胞内离 子浓度、组分、及其分布的调控是渗透胁迫抗性的基 本特征。
➢拟南芥Na+/H+反向运 转蛋白基因:
AtNHX1 SOS1 (salt overly
sensitive)
Salt Stress and the SOS Pathway
Regulation of Na+ homeostasis by the SOS pathway in Arabidopsis
AFP的本质
冬黑麦、小麦和大麦AFP有些是病程 相关蛋白（PR): 包括-1.3葡聚糖酶、 几丁质酶和甜蛋白；所以认为具有抗冻 和抗病双重功能。
植物抗冻机制 1）促进细胞外冰的形成，从而阻止细胞质中形成有破坏作 用的冰晶； 2）通过使膜脂不饱和度等增加膜稳定性； 3）抗冻蛋白在质外体中积累，以减缓结冰，延缓细胞脱水。
植物抗冻蛋白（Antifreeze proteins ，AFP)
Diagram of the published cDNAs of plant antifreeze proteins
LEA蛋白分为5组，其中第3组 LEA基因转化水稻可以提高抗旱 耐盐能力。
1.4 ABA调控水分胁迫诱导基因的表达
某些水分胁迫诱导基因受ABA调控，这些基因的 启动子中存在ABA应答元件(ABRE) 和偶联元件 （CE),一起控制ABA应答基因的表达。
Drought and Abscisic Acid Signaling
A variety of sorghum, sensitive to salinity, growing in sand culture and watered with a nutrient solution containing increasing concentrations of sodium chloride. All the plants have grown for the same length of time.
1.1 渗透保护物质在抗旱耐盐中作用
渗透调节（osmotic adjustment)
指耐旱植物可以调节 它们的溶质势以抵消暂时 或长期的水分胁迫，是植 物细胞中溶质颗粒数目净 增加的结果。渗透调节在 帮助植物顺应干旱或盐性 环境中起到关键作用。
渗透保护物质 (Osmoprotectant)为可 混溶溶质，许多植物在 水分胁迫条件下会积累 小分子相溶性溶质或渗 压剂，有效地提高植物 的渗透调节能力、增强 植物的抗逆性。
Na+/H+反向运转蛋白（ Na+/H+ antiporter) 位于质膜和液泡膜上的Na+/H+反向运转蛋白在植
物耐盐机制中起重要作用 水通道蛋白（aquaporin)
水通道蛋白可使质膜和液泡膜对水的通透性增加，通 过水通道蛋白可以迅速调控细胞的水分流动。植物可 以通过调控水通道蛋白等膜蛋白以加强细胞与环境的 信息交流和物质交换, 增强抗旱、耐盐能力。
P5CS 吡咯啉-5羧酸合成酶
P5CR 吡咯琳-5羧酸还原酶
L-谷氨酸
L-鸟氨酸
Hale Waihona Puke 甘氨酸甜菜碱合成关 键酶➢ 胆碱单加氧酶 (Choline
monooxygenase, CMO) ➢ 甜菜醛脱氢酶 (Betain aldehyde dehydragenase, BADH)
胆碱 甘氨酸甜菜碱
甘露醇（mannitol)生物合成途径
Introduction
植物抗胁迫的机制 ➢ 避逆性(stress
avoidance):防止接 触胁迫。 ➢ 抗逆性 (stress tolerance)：植物可 以抵抗胁迫。
Drought Stress
Drought stress treated
untreated
Salt stress
冰点以下低温对植物的危害叫做冻害。冻害主要 是冰晶的伤害，结冰会引起细胞质过度脱水，蛋 白质空间结构破坏而使植物受害。
通过低温训化（cold acclimation)措施可提高植物的抗寒性。
2.1 冰冻胁迫(freezing stress)
冰冻对细胞水分有显著的 影响。细胞壁结冰时，细 胞内的水分外流到胞外的 冰上，致使细胞内缺水。
2 低温胁迫
低温胁迫包括冷胁迫(chilling/cold stress)和冰冻胁 迫(freezing stress) 。
冰点以上低温对植物的危害叫做冷害。冷害使植 物膜透性增加，膜相由液晶态变为凝胶态，原生 质流动减慢，代谢紊乱。
植物水通道蛋白 主要膜内蛋白(MIP) 液泡膜内蛋白（TIP） 质膜内蛋白（PIP）
松叶菊根中MIP基因表达
1.3 水分胁迫诱导的LEA基因
LEA蛋白（late embryogenesis abundant protein)在种子发育 后期和受到水分胁迫的植物营 养组织中积累。
LEA蛋白是一种脱水保护剂,能 够在水分胁迫下保护生物大分 子。
Yield Losses From Biotic and abiotic Stresses
Introduction
非生物胁迫（abiotic
stress) ：由过度或不 足的物理或化学条 件引发的对植物生 长、发育或繁殖产 生不利影响。
胁迫可以引发植物从调 节基因表达和细胞代谢 到生长速率和产量变化 等一系列反应。
可混溶溶质 （compatible solute) 是一小类化学性质各异 的有机化合物，它们都 具有高度可溶，而且在 高浓度下也不影响细胞 代谢。
重要的渗透保护物质：
脯氨酸、甘氨酸甜菜碱、 甘露醇、 松 醇
脯氨酸
二甲基磺基丙酸
甜菜碱
胆碱-磺酸
松醇
甘露醇
➢ 渗透保护物质的生物合成
脯氨酸合成关 键酶
➢ 1-磷酸甘露醇脱氢酶（E.coli)使6-磷酸果糖转
化为1-磷酸甘露醇，表达该酶基因的转基因植 物可以积累甘露醇，提高耐盐性。
松醇是一种环状的糖 醇，是松科、豆科和 竹科植物中的主要溶 质，对盐胁迫做出反 应。
1.2 缺水和盐分对跨膜运转的影响
干旱和盐分胁迫都要求植物顺应低水势，对细胞内离 子浓度、组分、及其分布的调控是渗透胁迫抗性的基 本特征。
➢拟南芥Na+/H+反向运 转蛋白基因:
AtNHX1 SOS1 (salt overly
sensitive)
Salt Stress and the SOS Pathway
Regulation of Na+ homeostasis by the SOS pathway in Arabidopsis
AFP的本质
冬黑麦、小麦和大麦AFP有些是病程 相关蛋白（PR): 包括-1.3葡聚糖酶、 几丁质酶和甜蛋白；所以认为具有抗冻 和抗病双重功能。
植物抗冻机制 1）促进细胞外冰的形成，从而阻止细胞质中形成有破坏作 用的冰晶； 2）通过使膜脂不饱和度等增加膜稳定性； 3）抗冻蛋白在质外体中积累，以减缓结冰，延缓细胞脱水。
植物抗冻蛋白（Antifreeze proteins ，AFP)
Diagram of the published cDNAs of plant antifreeze proteins
LEA蛋白分为5组，其中第3组 LEA基因转化水稻可以提高抗旱 耐盐能力。
1.4 ABA调控水分胁迫诱导基因的表达
某些水分胁迫诱导基因受ABA调控，这些基因的 启动子中存在ABA应答元件(ABRE) 和偶联元件 （CE),一起控制ABA应答基因的表达。
Drought and Abscisic Acid Signaling
A variety of sorghum, sensitive to salinity, growing in sand culture and watered with a nutrient solution containing increasing concentrations of sodium chloride. All the plants have grown for the same length of time.
1.1 渗透保护物质在抗旱耐盐中作用
渗透调节（osmotic adjustment)
指耐旱植物可以调节 它们的溶质势以抵消暂时 或长期的水分胁迫，是植 物细胞中溶质颗粒数目净 增加的结果。渗透调节在 帮助植物顺应干旱或盐性 环境中起到关键作用。
渗透保护物质 (Osmoprotectant)为可 混溶溶质，许多植物在 水分胁迫条件下会积累 小分子相溶性溶质或渗 压剂，有效地提高植物 的渗透调节能力、增强 植物的抗逆性。
Na+/H+反向运转蛋白（ Na+/H+ antiporter) 位于质膜和液泡膜上的Na+/H+反向运转蛋白在植
物耐盐机制中起重要作用 水通道蛋白（aquaporin)
水通道蛋白可使质膜和液泡膜对水的通透性增加，通 过水通道蛋白可以迅速调控细胞的水分流动。植物可 以通过调控水通道蛋白等膜蛋白以加强细胞与环境的 信息交流和物质交换, 增强抗旱、耐盐能力。
P5CS 吡咯啉-5羧酸合成酶
P5CR 吡咯琳-5羧酸还原酶
L-谷氨酸
L-鸟氨酸
Hale Waihona Puke 甘氨酸甜菜碱合成关 键酶➢ 胆碱单加氧酶 (Choline
monooxygenase, CMO) ➢ 甜菜醛脱氢酶 (Betain aldehyde dehydragenase, BADH)
胆碱 甘氨酸甜菜碱
甘露醇（mannitol)生物合成途径
Introduction
植物抗胁迫的机制 ➢ 避逆性(stress
avoidance):防止接 触胁迫。 ➢ 抗逆性 (stress tolerance)：植物可 以抵抗胁迫。
Drought Stress
Drought stress treated
untreated
Salt stress
冰点以下低温对植物的危害叫做冻害。冻害主要 是冰晶的伤害，结冰会引起细胞质过度脱水，蛋 白质空间结构破坏而使植物受害。
通过低温训化（cold acclimation)措施可提高植物的抗寒性。
2.1 冰冻胁迫(freezing stress)
冰冻对细胞水分有显著的 影响。细胞壁结冰时，细 胞内的水分外流到胞外的 冰上，致使细胞内缺水。