非生物胁迫对植物的抵抗体系

1水分胁迫对植物的影响

干旱胁迫,顾名思义是由水分缺失所造成的胁迫。植物体在干旱的环境条件下,常常会表现出生长的减缓,尤其是叶片形态发生一定的变化,比如叶片面积和叶片数量都会显著减小。另外,植物体的生物量也会随干旱胁迫程度的加剧而发生改变。有报道称干旱胁迫下植物体根部的生物量会有所增加[1]。水涝胁迫是水分胁迫的另一种表现形式,是由于水分过多而引起的胁迫。和盐胁迫相类似,水涝胁迫会损坏细胞的膜结构,打破内在的平衡状态,积累大量活性氧自由基而最终加速细胞的衰老过程。光合作用也会受到影响:光合速率降低而光呼吸作用加强。水涝胁迫同时造成植物根部缺氧胁迫,导致周围环境积累过多的有害物质而影响植物的健康生长。缺氧状态也抑制了根部吸收矿质元素的能力。无论在干旱胁迫还是水涝胁迫的条件下,植物体内的激素水平会受到影响,如乙烯和ABA含量的上升。

2温度胁迫对植物的影响

温度是影响植物体生长发育的重要限制因子。温度胁迫包括高温胁迫和低温胁迫。低温胁迫又可分为零度以上的冷胁迫和零度以下的冰冻胁迫。过高或过低的温度破坏植物细胞膜的完整性,一些细胞器如线粒体,高尔基体等也受其影响。细胞膜的选择吸收能力丧失,相对电导率增大,其数值可反映受胁迫影响程度[2]。冰冻胁迫在一定条件下导致细胞内结冰,生物大分子的结构和功能遭到损伤,积累毒害物质。光合作用感知温度的变化较为灵敏,温度胁迫使植物光合作用中的相关酶类活力减弱或丧失,从而减小净光合速率。此外,温度也会影响呼吸代谢过程中酶的钝化,对植物产生不良作用。

3植物体应对非生物胁迫的抵抗机制

尽管这些胁迫会对植物体造成负面效应,然而在长期的进化过程中,植物体本身也演化出一套抵抗机制来在一定范围内将这种破坏程度降到最低点。首先,植物体可通过自身结构或功能的特异性来抵御非生物胁迫。比如在盐胁迫条件下,某些植物将体内积累的多余盐分通过盐腺排出体外,从而避免盐分的伤害。植物的叶片表面较厚的角质层和蜡质层可以保护植物体免受或降低由低温胁迫带来的损伤。沙漠中的一些植物因长期处于干旱胁迫的环境中从而演化形成缩小的叶片,以减小蒸腾作用引发的水分流失。正常条件下,植物体内的活性氧自由基稳定在一定范围内,不会对植物造成伤害,但是,当植物遭受非生物胁迫时,体内自由基的含量发生紊乱,这时植物自身募集相应的抗氧化物酶类来抵抗胁迫损伤。这些抗氧化物酶类主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)。胁迫能提高这些酶类的活性,有效清除活性氧自由基,减小细胞的损伤程度。除抗氧化物酶类之外,抗坏血酸也是重要的细胞膜保护剂。另外,植物体还可产生渗透调节物质,从而应对外界环境胁迫。渗透调节物质包括无机离子和氨基酸等,其中以脯氨酸最为常见。脯氨酸是一种易溶于水的氨基酸,它能降低细胞内的渗透势,防止细胞失水。甜菜碱也是较好的渗透调节物质,可维持蛋白质分子的结构和功能保持稳定。小麦的甜菜碱含量可以作为判断其抗盐性的依据[3]。

4结语

目前,植物响应非生物胁迫的研究已经有了一定的进展,人类利用基因工程手段改造出耐盐抗旱的农作物新品种,但是我们需要更进一步的认识有关非生物胁迫对植物的影响及植物自身内在的防御机制等相关知识,从而为培育具有优良遗传性状的作物品种提供理论基础。

作者：杨映雪 单位：兰州大学