耐旱植物的抗旱机制是什么?
耐旱植物为什么能够抗旱
干旱对植物有那些危害,植物怎样抵抗干旱
干旱对植物最直接影响是引起原生质脱水,原生质脱水是旱害的核心,由此可引起一系列的伤害,主要表现如下:
(1) 改变膜的结构与透性 细胞膜在干旱伤害下,失去半透性,引起胞内氨基酸、糖类物质的外渗。
(2) 破坏正常代谢过程 如,①光合作用显著下降,甚至停止;②呼吸作用因缺水而增强,使氧化磷酸化解偶联,能量多以热的形式消耗掉,但也有缺水使呼吸减弱的,这些都影响了正常的生物合成过程;③蛋白质分解加强,蛋白质的合成过程削弱,脯氨酸大量积累;④核酸代谢受到破坏,干旱可使植株体内的DNA、RNA含量下降;⑤干旱可引起植物激素变化,最明显的是ABA含量增加。
(3) 水分的分配异常 干旱时一般幼叶向老叶吸水,促使老叶枯萎死亡。蒸腾强烈的功能叶向分生组织和其它幼嫩组织夺水,使一些幼嫩组织严重失水,发育不良。
(4) 原生质体的机械损伤 干旱时细胞脱水,向内收缩,损伤原生质体的结构,如骤然复水,引起细胞质与壁的不协调膨胀,把原生质膜撕破,导致细胞、组织、器官甚至植株的死亡。
1. 植物抗旱性的概念
抗旱性指能耐受干旱而维持生命的性质。除被膜的形成,分泌水分难于通过的表皮之外,还与各种生理学机制或行为等有关。就植物的抗旱性而言,避旱并不是植物真正意义上的抗旱能力,所谓抗旱性指的是御旱和耐旱的统一,二者都是一种综合的性状,由许多机制构成。
(1)植物避旱
所谓避旱,就是土壤和植物本身发生严重的水分亏缺之前,植物就已完成其生活史。较典型的如沙漠日夏养花网短命植物,它们在营养结构很小的情况下仍具有开花结实的能力,在发育上具有较大的可塑性。避旱对于一些栽培作物适应干旱环境也有一定意义。对于许多栽培作物来说,较短的生长期是一种重要的避旱方式。
(2)植物御旱
御旱是指植物在干旱逆境下保持植株体内部组织高水势的能力,也有人把御旱称为组织具有高水势的耐旱性。但事实上,能保持体内高水势植物的细胞耐旱性不一定很强。植物御旱的方式各不相同,分为节水型和耗水型2类,节水型植物主要是通过减少蒸腾来避免植株体的失水;而耗水型则通过减少其他失水的方式避免失水,但它的蒸腾量并不减少。在极端水分条件下生长的旱生植物,为了生存,必须尽可能地节约蒸腾耗水,它们在长期进化过程中,通过自然选择,形成了有效的节水机制,包括形态特征、解剖构造、气孔反应、生长速率、生活习性和代谢过程等。
(3)植物耐旱
耐旱性是指植物在受旱时能在低的组织水势和代谢活性下(如Pn的低阈值水势,低的基础代谢水平,低的蛋白质水解合成比率,结构蛋白和功能蛋白的较易修复等)维持其一定程度的生长发育和忍耐脱水的能力,如果植物组织的御旱机制不足以保护自己而出现脱水,则细胞将失去膨压。
什么是耐旱植物的耐旱指标?
“耐旱植物”为什么能在干旱的环境下生存下来?
伟大的自然界中总有坚强的斗士。虽然干旱会对植物造成巨大的伤害,虽然植物无法像人和动物一样逃离危险,但即使在墨西哥北部的荒漠高原也遍布着“荒漠之泉”——仙人掌,甚至在那坚硬的石头上都可以看见倔强的“九死还魂草”——卷柏。我们不得不赞叹自然进化的神奇和生命的顽强!
这些不幸生长在缺水干旱环境下的植物又是怎样活下来的呢?如果要用一句话概括,应该是八仙过海、各显其能。
在非洲的撒哈拉大沙漠里生长着一种叫“短命菊”的菊科植物,只要有一点点雨滴的湿润,它的种子就会马上发芽生长,在短暂的几个星期里完成发芽、生根、生长、开花、结果、死亡的全过程。
沙漠中还有一种木贼,它的种子在降雨后10分钟就会开始萌动发芽,10个小时以后就破土而出,迅速地生长,仅仅两三个月就走完了自己的生命历程。它们懂得适应气候特点,避开旱季,利用短暂的雨季或仅一次降雨来完成生长和繁殖。
更多的植物是通过一些特殊的结构上的适应,来保持在干旱环境中生长发育所需的水分,这些植物通常被冠以“耐旱植物”的美称。
例如,一些生长在我国西北沙漠和戈壁中的植物常具有十分发达的根系,能充分利用土壤深层的水分,并及时供应地上器官,就像沙漠中的胡杨树,可以将根扎进地下10多米,顽强地支撑起一片生命的绿洲。
有些植物为了抗旱,退化叶片或将叶片变成鳞片、膜、鞘、革http://www.rixia.cc质,以减少蒸腾失水,就像梭梭和柽柳,最大限度地保持和利用那来之不易的有限水分。另外,有些植物具有特殊的控制蒸腾作用的结构,如马蔺叶片表面上具有的厚角质层,沙冬青的叶表面有一层蜡质或灰白色毛,夹竹桃的叶片气孔凹陷等。这些耐旱植物对付旱情的有力措施,都是通过有效地保水或吸水以达到保持水分平衡的目的。
仙人掌科和景http://www.rixia.cc天科植物更为特殊,具有肉质结构,贮水组织非常发达。如北美洲沙漠中的仙人掌,一棵植株可以高达15~20米,贮水2000千克以上。
另外,JmpgVM这类植物有特殊的光合固定二氧化碳途径,气孔白天关闭,利用体内固定的二氧化碳进行光合作用。夜晚张开,吸收二氧化碳并固定。
这样一来,既可以减少蒸腾量,维持水分平衡,又能同化二氧化碳,这也是保水耐旱的策略。
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