结构推理 当植物在短时间内遇到洪涝、干旱、冷害、冻害和病虫害等逆境时,它们都具有一定的忍受能力及抵抗能力,试分析其原因。
【正确答案】植物在长期的进化过程中形成了一系列对各种不良环境的抵抗力和适应性,这可以表现在形态和生理两方面。形态结构上的适应:如以根系发达、叶小以适应干旱条件;以扩大根部通气组织来适应淹水条件;生长停止,进入休眠,以迎接冬季低温来临等。这里主要阐述生理上的适应。植物在各种逆境中都有一些共同的适应特性,如形成逆境蛋白、增加渗透调节物质和脱落酸含量等方式,减少对膜系统的破坏,提高细胞对各种逆境的抵抗能力。
   ①生物膜的应变。生物膜的透性对逆境的反应非常敏感,生物膜结构和功能的稳定性与植物的抗逆性密切相关。如膜脂中碳链相对短,不饱和脂肪酸含量多,膜脂相变温度低,植物的抗寒性就强。
   ②逆境蛋白的表达。逆境诱导形成逆境蛋白,如热激蛋白、病程相关蛋白、厌氧蛋白等。
   ③抗氧化防御系统。植物对氧化胁迫具有相应的适应和抵抗能力。在正常情况下,植物体内产生的活性氧不足使植物受到伤害,因为植物在长期进化过程中形成了一个完善的清除活性氧的防卫系统,使活性氧的产生与清除处于动态平衡状态,自由基水平很低,不会伤害细胞。植物体内的抗氧化防御系统,包括酶促系统(如SOD、POD、CAT)和非酶促系统(如抗坏血酸、还原型谷胱甘肽、维生素E)。抗逆性强的植物在逆境胁迫下可以诱导产生更多的抗氧化酶及其他非酶类抗氧化剂,提高抗逆性,以抵御活性氧氧化损伤与致死效应,而且低水平活性氧还可以作为胁迫信号分子诱导合成其他相关因子以防造成更严重的氧化损伤。
   ④渗透调节。多种逆境都会对植物产生直接或间接的水分胁迫。水分胁迫时,植物细胞会被动地丢失一些水分,还会诱导参与渗透调节的基因表达,主动积累各种有机物和无机物(如K+、蔗糖、甘露醇、脯氨酸、甜菜碱等)来提高细胞液浓度,降低渗透势,提高细胞保水力,进行渗透调节。在多种逆境下,植物体内都累积脯氨酸,尤其干旱胁迫时累积最多。甜菜碱是细胞质内另一类渗透物质,在抗逆中具有渗透调节和稳定生物大分子的作用。多种植物在逆境下(干旱、盐渍等)都有甜菜碱积累,抗性品种尤为显著。在正常植株中甜菜碱比脯氨酸高10倍左右,遇水分胁迫时,甜菜碱的积累比脯氨酸慢,解除胁迫时,甜菜碱的降解也比脯氨酸慢。可溶性糖也是一类渗透调节物质,主要有蔗糖、葡萄糖、果糖和半乳糖等,在低温逆境下植物体内常常积累大量的可溶性糖。
   ⑤增加ABA含量,起交叉适应作用。植物经历了某种逆境后,能提高对另一些逆境的抵抗能力。交叉适应现象表明植物对不同逆境的适应存在着某些共同的生理基础。交叉适应的作用物质就是ABA。逆境蛋白的产生也是交叉适应的表现。
【答案解析】