【正确答案】生物膜主要由脂类和蛋白质镶嵌而成,具有一定的流动性。不同逆境如干旱、冰冻、低温、高温、盐渍等都会使生物膜膨胀或破损,而使其透性加大。这主要是由于膜脂过氧化、膜蛋白变性及膜脂流动性改变,造成膜相变和膜结构破坏。因此,生物膜结构和功能的稳定性与植物的抗逆性密切相关。膜的脂类双分子层的物理状态与温度有关。在正常情况下,生物膜呈液晶相,温度高时膜脂液化变为液相,温度低到一定程度时固化为凝胶相(固相)。膜脂相变导致膜结构和功能受损。膜脂的成分与膜相变化有关。逆境也会使膜蛋白对磷脂的结合力明显减弱,使膜解体。逆境时自由基积累过多.使膜脂过氧化(积累有害过氧化产物丙二醛等)和脱脂化(磷脂游离),可能会使膜破坏。
①生物膜结构成分与抗冷性。生物膜对低温敏感,其结构成分与抗寒性密切相关。在缓慢降温时,由于膜脂的固化使得膜结构紧缩,降低了膜对水和溶质的透性;温度突然降低时,由于膜脂的不对称性,膜体紧缩不均而出现断裂,造成膜的破损渗漏,透性加大,胞内溶质外流。低温会使膜蛋白大分子解体为亚基.并在分子间形成二硫键,产生不可逆的凝聚变性,膜脂会发生相变(液晶相→凝胶相),结合在膜上的酶系统活性也会降低。抗冷性取决于膜脂相变温度,膜的相变温度越低,抗冷性越强。膜脂相变温度随脂肪酸链的加长而增加,随不饱和脂肪酸(如油酸、亚油酸、亚麻酸等)及其不饱和键所占比例的增加而降低。故植物抗冷性与生物膜的膜脂种类、碳链的长度和不饱和程度有关。碳链长度相同时,膜脂脂肪酸碳链越短,不饱和脂肪酸越多,不饱和程度越大,则膜的固化温度越低,越不易固化,膜的流动性就越大,植物就越耐低温,抗冷性就越强。
②生物膜结构成分与抗冻性。生物膜对结冰更为敏感,发生冻害时膜的结构被破坏,与膜结合的酶因游离而失去活性。膜脂中的磷脂和不饱和脂肪酸含量与抗冻性关系密切,膜脂中磷脂酰胆碱(PC)和不饱和脂肪酸含量与抗冻性呈正相关。杨树、苹果树等进入越冬期间,膜磷脂含量显著增高,抗冻性增强。经抗寒锻炼后,由于膜脂中不饱和脂肪酸增多,膜相变的温度降低,膜透性稳定,细胞内的NADPH/NADP的比值增高,ATP含量增加,保护物质增多,可以降低冰点,膜透性稳定,从而可以提高植物的抗冻性。
③生物膜结构成分与抗热性。正常情况下,生物膜的膜脂和蛋白质之间是靠静电或疏水键相互联系着的,高温时,生物膜的这些功能键断裂,导致膜蛋白变性,膜脂分子液化,膜结构破坏。膜脂液化程度与脂肪酸的饱和程度有关,饱和程度越高,膜脂流动性越不易受高温影响,越不易液化,其耐热性越强。
④生物膜结构成分与抗盐性。高浓度NaC1可置换细胞膜结合的Ca2+,膜结构被破坏,功能被改变,细胞内的K+、磷和有机溶质外渗。一般抗盐性强的植物其原生质膜对盐的透性低。实验表明,膜脂成分中MGDG(单葡萄糖甘油二酯)含量多的葡萄品种,对盐分透过多,不抗盐。另外菜豆和甜菜根的实验表明,当膜脂含不饱和脂肪酸(如亚麻酸)多时,膜对盐分吸收也增多,不抗盐。
⑤生物膜结构成分与抗旱性。膜脂正常的双分子层排列要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维持这种结构。缺水时,正常的膜双层结构被破坏,出现孔隙,丧失选择透性,会渗出大量溶质;膜蛋白游离,膜上酶活性也丧失。膜饱和脂肪酸含量与抗旱力有关,如抗旱性强的小麦品种叶表皮细胞的饱和脂肪酸较多。
另外膜蛋白与植物抗逆性也有关,如甘薯块根线粒体在0℃下存放,线粒体膜蛋白对磷脂的结合能力明显下降,继而磷脂从膜上游离出来,随后膜解体,组织坏死。
【答案解析】