植物的抗旱性讲解

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1、 植物的抗旱性植物的抗旱性 植物的抗旱性 植物的抗旱性 oo 全世界全世界1414多亿公顷的耕地面积中，多亿公顷的耕地面积中，6 6亿公顷亿公顷 位于干旱、半干旱地区，约占位于干旱、半干旱地区，约占4343，由此造，由此造 成的产量减少超过其它自然灾害的总和。在成的产量减少超过其它自然灾害的总和。在 我国约有我国约有4848的土地面积处于干旱、半干旱的土地面积处于干旱、半干旱 地带。地带。 oo 即使在通常非干旱缺水的地区，植物也是常即使在通常非干旱缺水的地区，植物也是常 受到大气干旱的胁迫。生长在沙地、丘陵和受到大气干旱的胁迫。生长在沙地、丘陵和 山地等水利条件较差的地方，干旱情况更为山地等

2、水利条件较差的地方，干旱情况更为 常见。常见。 内容 一、干旱的相关概念一、干旱的相关概念 二、干旱胁迫对植物的伤害二、干旱胁迫对植物的伤害 三、园艺植物对干旱的适应性三、园艺植物对干旱的适应性 四、提高园艺植物抗旱性的途径四、提高园艺植物抗旱性的途径 五、树木抗旱基因与遗传的研究五、树木抗旱基因与遗传的研究 一、干旱的相关概念一、干旱的相关概念 oo干旱（干旱（droughtdrought）是一种使植物产生）是一种使植物产生 水分亏缺的环境状况，通常可分为水分亏缺的环境状况，通常可分为大大 气干旱和土壤干旱气干旱和土壤干旱两种类型，这两种两种类型，这两种 干旱常结合在一起。这种情况下干旱干旱

3、常结合在一起。这种情况下干旱 是一个气候概念。是一个气候概念。 大气干旱大气干旱 oo 当大气温度高、光照强，空气中相对湿度低当大气温度高、光照强，空气中相对湿度低 (10(102020) )，尽管土壤中有水，根系活，尽管土壤中有水，根系活 动也正常，但由于蒸腾强烈，失水量大于根动也正常，但由于蒸腾强烈，失水量大于根 系吸水量而使植物受害的现象，称为大气干系吸水量而使植物受害的现象，称为大气干 旱。如我国西北等地就常有大气干旱出现。旱。如我国西北等地就常有大气干旱出现。 大气干旱如果持续时间过久便会引起土壤干大气干旱如果持续时间过久便会引起土壤干 旱。旱。 土壤干旱土壤干旱 oo 当土壤中缺乏

4、可被植物吸收利用的水分，根当土壤中缺乏可被植物吸收利用的水分，根 系吸水困难，植物体内水分平衡遭到破坏、系吸水困难，植物体内水分平衡遭到破坏、 致使植物生长缓慢或完全停止生长的现象，致使植物生长缓慢或完全停止生长的现象， 称为土壤干旱。受害情况比大气干旱严重，称为土壤干旱。受害情况比大气干旱严重， 我国的西北、华北、东北等地区均常有土壤我国的西北、华北、东北等地区均常有土壤 干旱发生。干旱发生。 生理干旱生理干旱 oo 有时土壤水分并不缺乏，只是因为土温过有时土壤水分并不缺乏，只是因为土温过 低、土壤溶液离子浓度过高、土壤缺氧或低、土壤溶液离子浓度过高、土壤缺氧或 土壤积累有毒物质等原因，使根

5、系正常的土壤积累有毒物质等原因，使根系正常的 生理活动受到阻碍，不能吸水而使植物受生理活动受到阻碍，不能吸水而使植物受 旱，这种干旱称为旱，这种干旱称为生理干旱生理干旱。 水分胁迫 oo 水分胁迫（水分胁迫（water stresswater stress）包括干旱胁迫和）包括干旱胁迫和 淹水胁迫，但通常是指由于干旱缺水所引起淹水胁迫，但通常是指由于干旱缺水所引起 的对植物正常生理功能的干扰。实际应用中的对植物正常生理功能的干扰。实际应用中 常将水分胁迫与水分亏缺（常将水分胁迫与水分亏缺（water water deficitedeficite ）或干旱胁迫混同。）或干旱胁迫混同。 （水分胁迫

6、是环境对植物的作用，结果造成植（水分胁迫是环境对植物的作用，结果造成植 物水分亏缺）物水分亏缺） oo 植物水分亏缺的程度可用水势（植物水分亏缺的程度可用水势（water water potentialpotential）或相对含水量）或相对含水量(relative water (relative water contentcontent，RWC)RWC)来表示。来表示。Hsiao(1973)Hsiao(1973)将将 一般中生植物水分胁迫程度划分为如下三个一般中生植物水分胁迫程度划分为如下三个 等级：等级： 1. 1.轻度胁迫轻度胁迫 水势比处在缓和的蒸发条件下供水势比处在缓和的蒸发条件下供

7、 水良好时略降低零点几个水良好时略降低零点几个MPaMPa；或相对含；或相对含 水量降低约水量降低约8 81010。 2. 2.中度胁迫中度胁迫 水势下降稍多一些，但一般不水势下降稍多一些，但一般不 超过超过1.21.21.5Mpa1.5Mpa；或相对含水量降低大；或相对含水量降低大 于于1010小于小于2020。 3.3.严重胁迫严重胁迫 水势下降超过水势下降超过1.5MPa1.5MPa或相对含或相对含 水量降低水量降低2020以上。以上。 这种划分为衡量水分胁迫程度提供了一般性这种划分为衡量水分胁迫程度提供了一般性 的概念，在抗旱研究进行胁迫处理时可以参的概念，在抗旱研究进行胁迫处理时可以

8、参 考。考。 二、干旱胁迫对植物的伤害二、干旱胁迫对植物的伤害 （一）（一） 旱害的症状旱害的症状 旱害是指土壤水分缺乏或大气相对湿度过旱害是指土壤水分缺乏或大气相对湿度过 低对植物的危害。植物受到旱害后，细胞因低对植物的危害。植物受到旱害后，细胞因 膨压下降而失去紧张度，叶片和幼茎下垂，膨压下降而失去紧张度，叶片和幼茎下垂， 这种现象称为萎蔫这种现象称为萎蔫 ，分为暂时萎蔫和永久，分为暂时萎蔫和永久 萎蔫两种类型萎蔫两种类型 。 oo 暂时萎蔫只是叶肉细胞临时水分失调，而永暂时萎蔫只是叶肉细胞临时水分失调，而永 久萎蔫会造成原生质严重脱水，引起一系列久萎蔫会造成原生质严重脱水，引起一系列 生

9、理生化进程的紊乱，时间持续过久，就会生理生化进程的紊乱，时间持续过久，就会 导致植物死亡。导致植物死亡。 oo 除了萎蔫，有些园艺植物的旱害还有其它外除了萎蔫，有些园艺植物的旱害还有其它外 观症状，例如果树在不同阶段发生干旱时的观症状，例如果树在不同阶段发生干旱时的 主要表现是：早春萌芽前发生干旱时，萌芽主要表现是：早春萌芽前发生干旱时，萌芽 不整齐或延迟萌发；落花落果，坐果率降低不整齐或延迟萌发；落花落果，坐果率降低 、花期缩短；枝梢生长受到削弱；果实发育、花期缩短；枝梢生长受到削弱；果实发育 受到抑制或落果严重等。受到抑制或落果严重等。 （二）（二）对细胞膜结构的破坏对细胞膜结构的破坏 o

10、o 植物细胞脱水后，破坏了细胞膜的有序结构植物细胞脱水后，破坏了细胞膜的有序结构 。正常状况下膜脂分子呈双分子排列，这种。正常状况下膜脂分子呈双分子排列，这种 排列靠磷脂极性头部与水分子相互连接，所排列靠磷脂极性头部与水分子相互连接，所 以膜内必须有一定的束缚水，才能保持这种以膜内必须有一定的束缚水，才能保持这种 膜脂分子的双层排列。而干旱使细胞严重失膜脂分子的双层排列。而干旱使细胞严重失 水，膜脂分子结构即呈无序的放射状排列，水，膜脂分子结构即呈无序的放射状排列， 膜上出现空隙和龟裂，透性增大，无机离子膜上出现空隙和龟裂，透性增大，无机离子 、氨基酸和可溶性糖等向外渗漏。、氨基酸和可溶性糖等

11、向外渗漏。 （三）对基本生理过程的影响（三）对基本生理过程的影响 . .对光合作用的影响对光合作用的影响 干旱使植物的光合作干旱使植物的光合作 用受到抑制，其原因既有对用受到抑制，其原因既有对C0C0 2 2 同化的气孔同化的气孔 性限制，又有非气孔性限制。性限制，又有非气孔性限制。 oo 前者指水分亏缺使气孔开度减小，气孔阻力前者指水分亏缺使气孔开度减小，气孔阻力 增大，甚至气孔完全关闭，明显抑制了对增大，甚至气孔完全关闭，明显抑制了对 COCO 2 2 的吸收，因而光合作用减弱。的吸收，因而光合作用减弱。 oo 非气孔性限制指水分亏缺使叶绿体的片层结非气孔性限制指水分亏缺使叶绿体的片层结

12、构受损，希尔反应减弱，光系统构受损，希尔反应减弱，光系统活力下降活力下降 ，电子传递和光合磷酸化受抑，电子传递和光合磷酸化受抑，RuBPRuBP羧化羧化 酶和酶和PEPPEP羧化酶活力下降，叶绿素含量减少羧化酶活力下降，叶绿素含量减少 等，总体表现为叶绿体的光合活性下降。等，总体表现为叶绿体的光合活性下降。 oo 如番茄叶片水势低于如番茄叶片水势低于 0.7MPa0.7MPa时，光合作时，光合作 用开始下降，当水势达到用开始下降，当水势达到 1.4MPa1.4MPa时，光时，光 合作用几乎为零。合作用几乎为零。 2 2、对呼吸作用的影响、对呼吸作用的影响 oo 缺水条件下，呼吸作用在一段时间内

13、加强，缺水条件下，呼吸作用在一段时间内加强， 这是因为细胞中酶的作用方向趋于水解，即这是因为细胞中酶的作用方向趋于水解，即 水解酶的活性加强，合成酶的活性降低，甚水解酶的活性加强，合成酶的活性降低，甚 至完全停止，从而增加了呼吸基质。在严重至完全停止，从而增加了呼吸基质。在严重 干旱条件下会导致氧化磷酸化解偶联，干旱条件下会导致氧化磷酸化解偶联，P POO 比下降，因此呼吸产生的能量多半以热的形比下降，因此呼吸产生的能量多半以热的形 式散失掉，式散失掉，ATPATP合成减少，从而影响多种代谢合成减少，从而影响多种代谢 过程和生物合成的进行。随着水分亏缺程度过程和生物合成的进行。随着水分亏缺程度

14、 加剧，呼吸作用逐渐降低到正常水平以下。加剧，呼吸作用逐渐降低到正常水平以下。 3.3.氮代谢氮代谢 oo 干旱时植物体内的蛋白质分解加速，合成减干旱时植物体内的蛋白质分解加速，合成减 少，这与蛋白质合成酶的钝化和能源少，这与蛋白质合成酶的钝化和能源(ATP)(ATP) 的减少有关的减少有关 。植物体内游离氨基酸特别是。植物体内游离氨基酸特别是 脯氨酸含量增高，可增加达数十倍甚至上百脯氨酸含量增高，可增加达数十倍甚至上百 倍之多。因此脯氨酸含量常被用作衡量抗旱倍之多。因此脯氨酸含量常被用作衡量抗旱 性的生理指标，也有人提出可用于鉴定植物性的生理指标，也有人提出可用于鉴定植物 遭受干旱的程度。遭

15、受干旱的程度。 核酸代谢核酸代谢 oo 干旱使干旱使RNARNA酶活性增加，酶活性增加，RNARNA分解加快分解加快 ，而，而DNADNA和和RNARNA的合成代谢则减弱，因的合成代谢则减弱，因 此此DNADNA和和RNARNA含量减少。有人认为，干含量减少。有人认为，干 旱之所以引起植物衰老甚至死亡，是同核旱之所以引起植物衰老甚至死亡，是同核 酸代谢受到破坏有直接关系的。酸代谢受到破坏有直接关系的。 内源激素的变化内源激素的变化 oo 干旱可改变植物内源激素平衡，一般是促干旱可改变植物内源激素平衡，一般是促 进生长的激素减少，而延缓或抑制生长的进生长的激素减少，而延缓或抑制生长的 激素增多，

16、主要表现为细胞分裂素合成受激素增多，主要表现为细胞分裂素合成受 抑，脱落酸含量大幅增加，乙烯合成加强抑，脱落酸含量大幅增加，乙烯合成加强 。 水分重新分配水分重新分配 oo 植物在水分亏缺时，不同器官或不同组织间植物在水分亏缺时，不同器官或不同组织间 的水分按其水势大小重新分配。例如，干旱的水分按其水势大小重新分配。例如，干旱 时，幼叶从老叶夺取水分，促使老叶的枯萎时，幼叶从老叶夺取水分，促使老叶的枯萎 死亡，使光合面积下降；地上部分从根系夺死亡，使光合面积下降；地上部分从根系夺 水，造成根毛死亡；叶片从花蕾或果实中吸水，造成根毛死亡；叶片从花蕾或果实中吸 水，造成落花落果或果实发育不良等现象。 水，造成落花落果或果实发育不良等现象。 （四）对细胞原生质的机械损伤（四）对细胞原生质的机械损伤 oo 干旱对细胞的机械损伤是造成植株死亡的干旱对细胞的机械损伤是造成植株死亡的 重要原因。当细胞失水或再吸水时，