植物对逆境土壤的适应性课件

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1、第十四章第十四章植物对逆境植物对逆境土壤的适应性土壤的适应性植物对逆境土壤的适应性课件主要内容：主要内容：1.概述概述2.酸性土壤中的毒害因子和植物的适应机理酸性土壤中的毒害因子和植物的适应机理 3.石灰性土壤的障碍因子和植物的适应性机理石灰性土壤的障碍因子和植物的适应性机理 4.盐土中的毒害因子及植物的适应机理盐土中的毒害因子及植物的适应机理 5.淹水植物的营养特性及其适应机理淹水植物的营养特性及其适应机理 6.重金属污染土壤与植物的生长重金属污染土壤与植物的生长植物对逆境土壤的适应性课件第一节第一节 概概 述述一、逆境土壤的定义一、逆境土壤的定义在自然环境中，很多地方的土壤条件较在自然环境

2、中，很多地方的土壤条件较差，存在着一些限制因素使植物生长不良，差，存在着一些限制因素使植物生长不良，这类土壤称之为这类土壤称之为“逆境土壤逆境土壤”。二、二、常见逆境土壤的类型常见逆境土壤的类型酸性土壤、盐酸性土壤、盐(碱碱)土壤、旱土壤、旱(涝涝)土壤和土壤和重金属污染土壤等。重金属污染土壤等。植物对逆境土壤的适应性课件三、研究逆境土壤中植物营养的意义三、研究逆境土壤中植物营养的意义了了解解植植物物对对这这些些不不良良环环境境的的生生理理反反应应和和忍忍耐耐机机理理，可可以以为为进进一一步步改改造造植植物物对对问问题题土壤的适应能力提供理论基础。土壤的适应能力提供理论基础。植物对逆境土壤的适

3、应性课件仙人掌仙人掌豆科灌木豆科灌木菠菜菠菜沙漠之星沙漠之星黑云杉黑云杉植物对逆境土壤的适应性课件第第二二节节 酸酸性性土土壤壤中中的的毒毒害害因因子子 和植物的适应机理和植物的适应机理一、酸性土壤的定义及概况一、酸性土壤的定义及概况植物正常生长土壤的植物正常生长土壤的pH值为值为6左右左右酸性土壤是低酸性土壤是低pH土壤的总称，土壤的总称，包括红壤、黄壤、包括红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤和部分灰壤等。砖红壤、赤红壤和部分灰壤等。全世界约全世界约27土壤为酸性土壤土壤为酸性土壤(pH5.5)，约有，约有46亿公顷酸性土壤亿公顷酸性土壤在我国酸性土壤的分布遍及在我国酸性土壤的分布遍及 1 4个省区

4、，总面积个省区，总面积达达 2 0 3万平方公里，约占全国耕地面积的万平方公里，约占全国耕地面积的21%植物对逆境土壤的适应性课件酸性土壤酸性土壤Causes of Soil AcidityNatural acidityAcidification caused by breakdown of organic matter(common in tropical areas)Overuse of NH4-based fertilizerIndustrial emissions(SO2 H2SO4)植物对逆境土壤的适应性课件因因氢离子氢离子浓度过高造成的氢离子毒害；浓度过高造成的氢离子毒害；因因铝锰

5、离子铝锰离子浓度过高引起铝锰毒害；浓度过高引起铝锰毒害；因因pH过过低低降降低低大大多多数数阳阳离离子子的的有有效效性性，造造成成钾、镁和钙等的缺乏；钾、镁和钙等的缺乏；因因pH过低过低降低磷、钼的可溶性，造成其缺乏；降低磷、钼的可溶性，造成其缺乏；因因pH过过低低限限制制根根系系生生长长和和养养分分的的吸吸收收，造造成成养分淋失和干旱养分淋失和干旱 二、酸性土壤的主要障碍因子二、酸性土壤的主要障碍因子植物对逆境土壤的适应性课件1.氢离子的毒害氢离子的毒害直接的毒害作用直接的毒害作用对对植植物物根根的的毒毒害害尤尤重重。当当土土壤壤pH值值小小于于4时时，植植物物根系变短、变少，严重时根尖死亡

6、。根系变短、变少，严重时根尖死亡。原原因因是是过过多多的的氢氢离离子子影影响响质质膜膜的的稳稳定定性性，细细胞胞膜膜透透性性增增加加，溢溢泌泌作作用用加加强强；且且由由于于氢氢离离子子的的竞竞争争作作用用，根根吸吸收收的的钙钙、镁镁离离子子减减少少，不不利利于于膜膜的的稳稳定定，影影响响根根系系的生长。的生长。间接的影响间接的影响例如，低例如，低pH会影响一些微生物的活性，特别是有会影响一些微生物的活性，特别是有益细菌如氨化细菌、硝化细菌和自生固氮菌的活性，从益细菌如氨化细菌、硝化细菌和自生固氮菌的活性，从而影响养分元素的转化而影响养分元素的转化 植物对逆境土壤的适应性课件低低pH影影响土壤中

7、养分响土壤中养分元素的有效性元素的有效性及一些毒害离及一些毒害离子的活度等子的活度等 pH值值土壤反应和植物有土壤反应和植物有效养分含量的关系效养分含量的关系植物对逆境土壤的适应性课件(1)铝毒症状铝毒症状植物的铝植物的铝毒症状首先体毒症状首先体现在现在根系根系：根：根主轴伸长受抑，主轴伸长受抑，根粗短而脆，根粗短而脆，褐色，畸形弯褐色，畸形弯曲，抑制植物曲，抑制植物根系生长根系生长 2.铝锰离子的毒害铝锰离子的毒害植物对逆境土壤的适应性课件土壤铝饱和度对大豆和结瘤的影响土壤铝饱和度对大豆和结瘤的影响结结 瘤瘤土壤土壤pH铝饱和度铝饱和度（%）地上部地上部根根个个/株株含氮量含氮量（mg/株）

8、株）干重干重（g/株）株）干干 重重（mg/瘤）瘤）5.9043.61.087799935.20283.21.086595864.55812.41.07217965植物对逆境土壤的适应性课件不加铝不加铝氯化铝氯化铝苹果酸铝苹果酸铝草酸铝草酸铝柠檬酸铝柠檬酸铝不同铝浓度对绣不同铝浓度对绣球花颜色的影响球花颜色的影响不同铝化合物对不同铝化合物对水稻根系的影响水稻根系的影响植物对逆境土壤的适应性课件 干扰干扰DNA的复制功能的复制功能 破坏细胞膜和壁的结构和功能破坏细胞膜和壁的结构和功能 对养分的拮抗作用对养分的拮抗作用 破坏植物体内激素平衡破坏植物体内激素平衡(2)铝毒害的可能机理铝毒害的可能机理

9、植物对逆境土壤的适应性课件植物对逆境土壤的适应性课件(3)锰离子的毒害锰离子的毒害毒害的机理主要为毒害的机理主要为:u 提高生长素氧化酶的活性，使生长素遭到破坏；提高生长素氧化酶的活性，使生长素遭到破坏；u 破坏氨基酸的代谢；破坏氨基酸的代谢；u 增加过氧化物酶和多酚氧化酶的活性；增加过氧化物酶和多酚氧化酶的活性；u 降低降低ATP浓度及呼吸强度；浓度及呼吸强度；u 减少植物的钙镁铁的吸收减少植物的钙镁铁的吸收防止和矫正锰毒害方法：防止和矫正锰毒害方法：施用石灰或改善土壤排水状况施用石灰或改善土壤排水状况选育高抗锰毒品种也是有效的途径选育高抗锰毒品种也是有效的途径植物对逆境土壤的适应性课件三、

10、植物适应酸性土壤的机理三、植物适应酸性土壤的机理 在在酸酸性性土土壤壤中中，植植物物生生长长既既要要克克服服高高氢氢离离子子、铝铝离离子子和和锰锰离离子子的的不不利利影影响响，又又要要忍忍受钙、镁、磷、铁等养分的缺乏。受钙、镁、磷、铁等养分的缺乏。植物对逆境土壤的适应性课件（一）植物对酸害的逃避机制（一）植物对酸害的逃避机制1.排排斥斥作作用用 植植物物控控制制有有毒毒离离子子进进入入体体内内的的控控制制过程过程 2.根根际际效效应应 一一些些植植物物在在酸酸性性环环境境中中有有提提高高根根际际pH和和Eh的趋势，有利于降低离子的毒害作用的趋势，有利于降低离子的毒害作用 3.养养分分吸吸收收和

11、和利利用用效效率率 以以解解决决养养分分的的缺缺乏乏问问题题，作作物物适适应应酸酸性性土土壤壤磷磷胁胁迫迫的的形形态态和和生生理理生生化化机机理的研究很多理的研究很多 4.根根际际的的微微生生物物 通通过过改改变变营营养养元元素素的的有有效效性性来来影影响响植植物物对对酸酸性性土土壤壤的的适适应应性性。其其中中菌菌根根提提高高磷的有效性磷的有效性 植物对逆境土壤的适应性课件（二）（二）植物对酸害的忍耐植物对酸害的忍耐机理机理1.细细胞胞内内部部对对毒毒害害离离子子进进行行分分隔隔，使使之之处处于一些生理生化非敏感部位；于一些生理生化非敏感部位；2.可可能能细细胞胞内内的的酶酶有有较较好好的的保

12、保护护系系统统，使使生生理理生生化化敏敏感感部部位位或或其其他他活活性性物物质质免免受受其害。其害。植物对逆境土壤的适应性课件图图 植物对酸性土壤的适应机制植物对酸性土壤的适应机制植物对逆境土壤的适应性课件第三节第三节 石灰性土壤的障碍因子石灰性土壤的障碍因子和植物的适应性机理和植物的适应性机理 一、石灰性土壤的定义及情况一、石灰性土壤的定义及情况指含有大量游离碳酸钙，指含有大量游离碳酸钙，pH大于大于7的土壤，的土壤，占全球土壤总面积的占全球土壤总面积的30以上，主要分布在干旱以上，主要分布在干旱和半干旱地区和半干旱地区 二、主要的阻碍因子二、主要的阻碍因子u缺铁缺铁 或或“石灰性诱导缺绿症

13、石灰性诱导缺绿症 u由于由于pH较高，锌、锰的有效性较低较高，锌、锰的有效性较低植物对逆境土壤的适应性课件1.喜钙作物和嫌钙作物喜钙作物和嫌钙作物 喜钙作物对高浓度的钙离子同时具有逃避和忍耐喜钙作物对高浓度的钙离子同时具有逃避和忍耐机制：机制：降低细胞膜对钙离子的亲和性来限制植物对钙的吸收；降低细胞膜对钙离子的亲和性来限制植物对钙的吸收；大量吸收了将其贮存在液泡中，有利于渗透调节；大量吸收了将其贮存在液泡中，有利于渗透调节；含有大量的钙束蛋白，具有良好的分隔效应；含有大量的钙束蛋白，具有良好的分隔效应；形成钙化根，增强对难溶养分的移动形成钙化根，增强对难溶养分的移动嫌钙植物嫌钙植物：可能在细胞

14、对钙离子的分隔作用较小，因而可能在细胞对钙离子的分隔作用较小，因而使作物因较高的钙浓度而收到伤害使作物因较高的钙浓度而收到伤害 三、植物适应石灰性土壤的机理三、植物适应石灰性土壤的机理植物对逆境土壤的适应性课件2.铁效率的失绿忍耐能力铁效率的失绿忍耐能力 长长期期生生长长在在石石灰灰性性土土壤壤的的植植物物形形成成各各种种不不同同的的适适应应性机制，包括性机制，包括非特异性机制非特异性机制和和特异性机制特异性机制非特异性机制非特异性机制：是指植物对石灰性土壤的普遍适应是指植物对石灰性土壤的普遍适应 性性机制，与体内铁的营养状况关系机制，与体内铁的营养状况关系 不密切不密切 特异性机制：特异性机

15、制：是高等植物适应石灰性土壤的特别机是高等植物适应石灰性土壤的特别机 制，包括机理一和机理二制，包括机理一和机理二 植物对逆境土壤的适应性课件第四节第四节 盐土中的毒害因子及盐土中的毒害因子及植物的适应机理植物的适应机理 一、盐土的定义及类型一、盐土的定义及类型定义：定义：指土壤饱和提取液中电导率高于指土壤饱和提取液中电导率高于 4分分西西门门子子/米米，并并且且可可交交换换钠钠百百分分数数的的含含量量低低 于于15的土壤的土壤类型：类型：内陆盐渍土和滨海盐渍土内陆盐渍土和滨海盐渍土全全世世界界约约有有9.6亿亿公公顷顷盐盐渍渍土土，我我国国的的盐盐渍渍土土也也有有约约2700万万公公顷顷，其

16、其中中约约有有700万万公公顷顷是是农农田田。对对盐盐渍渍土土开开发发利利用用的的途途径径之之一一，就就是是充充分分挖挖掘掘和和利利用用植植物物的的耐盐遗传特性耐盐遗传特性。植物对逆境土壤的适应性课件内内 陆陆 盐盐 渍渍 土土植物对逆境土壤的适应性课件二、盐害的离子种类二、盐害的离子种类钠钠离离子子、氯氯离离子子、钙钙离离子子和和硫硫酸酸根根离离子等。子等。三、盐害影响三、盐害影响u盐分本身的毒害作用盐分本身的毒害作用 u生理干旱生理干旱(渗透压效应渗透压效应)u养分失调养分失调 植物对逆境土壤的适应性课件渗透调节渗透调节无渗透调节无渗透调节植物对逆境土壤的适应性课件NaCl对植物根对植物根

17、K+外渗的影响外渗的影响K+外渗量外渗量（mol/g鲜重鲜重/30min）处处 理理小麦小麦鹰嘴豆鹰嘴豆菜豆菜豆对照对照7.93.85.3160mmol/NaCl13.08.340.8植物对逆境土壤的适应性课件（四）抗盐机理（四）抗盐机理机理：斥盐和聚盐机理：斥盐和聚盐1 1、斥盐植物：、斥盐植物：降低蒸腾耗水；降低蒸腾耗水；增强根细胞膜排钠吸钾的功能；增强根细胞膜排钠吸钾的功能；产生特殊的结构特性如肉质性或多汁性、盐腺盐毛等产生特殊的结构特性如肉质性或多汁性、盐腺盐毛等2 2、聚盐植物：、聚盐植物：通过分化作用合成渗调物质，加强吸水能力通过分化作用合成渗调物质，加强吸水能力增强钾钠替换作用、

18、快速转移、分泌和落叶，排盐增强钾钠替换作用、快速转移、分泌和落叶，排盐抗盐机制是以较低的吸收速率和不向地上部运输盐分为特征的抗盐机制是以较低的吸收速率和不向地上部运输盐分为特征的植物对逆境土壤的适应性课件图图 大米草的盐腺大米草的盐腺1.帽细胞，帽细胞，2.基细胞，基细胞，3.基细胞与周围细胞的基细胞与周围细胞的沟通孔道沟通孔道图图 藜科植物的盐毛藜科植物的盐毛1.气细胞，气细胞，2.轴细胞，轴细胞，3.叶肉细胞叶肉细胞植物对逆境土壤的适应性课件盐害的毒害机理及植物的可能适应机制盐害的毒害机理及植物的可能适应机制植物对逆境土壤的适应性课件一、淹水土壤的定义一、淹水土壤的定义指指表表层层或或不不

19、同同层层次次的的底底土土层层中中土土壤壤间间隙隙的的空空气气被被水水完完全全置置换换，地地下下水水位位较较高高的的土土壤的总称。壤的总称。第五节第五节 淹水植物的营养特性淹水植物的营养特性及其适应机理及其适应机理植物对逆境土壤的适应性课件（二）淹水对植物生长的不良影响（二）淹水对植物生长的不良影响1.淹水土壤的主要特点淹水土壤的主要特点氧气减少，氧化还原电位急剧下降氧气减少，氧化还原电位急剧下降 2.对植物的不良影响对植物的不良影响呼吸作用下降，光合强度也下降，养分吸收减呼吸作用下降，光合强度也下降，养分吸收减少少有毒物质的生成，如锰、铁离子、硫化氢、甲有毒物质的生成，如锰、铁离子、硫化氢、甲

20、烷、乙醇、乙烯及低分子酸烷、乙醇、乙烯及低分子酸影响微生物的活动和有机质的分解影响微生物的活动和有机质的分解影响矿质养料的活化，对于氮由于硝化作影响矿质养料的活化，对于氮由于硝化作 用用植物对逆境土壤的适应性课件（三）植物对淹水的可能机理（三）植物对淹水的可能机理 1.形态特征形态特征：皮层薄壁组织特别松散，皮层薄壁组织特别松散，形成较多的空隙或孔腔，植物的孔隙度形成较多的空隙或孔腔，植物的孔隙度增加，氧气的扩散阻力降低，根部在淹增加，氧气的扩散阻力降低，根部在淹水后变短加粗水后变短加粗2.生理特征生理特征：一方面控制乙醇、乙烯及一方面控制乙醇、乙烯及低分子有机酸等物质的形成，另一方面低分子有

21、机酸等物质的形成，另一方面能够保持一定的能量供应，植物根部具能够保持一定的能量供应，植物根部具有乙醇酸氧化途径有乙醇酸氧化途径 植物对逆境土壤的适应性课件不同环境中生长的植物根系的解剖结构不同环境中生长的植物根系的解剖结构淹淹 水水旱旱 地地植物对逆境土壤的适应性课件植物生长随水淹深度变化示意图植物生长随水淹深度变化示意图植物对逆境土壤的适应性课件第六节第六节 重金属污染土壤与植物的生长重金属污染土壤与植物的生长 一、重金属污染源一、重金属污染源工业工业“三废三废”的排放、城市垃圾、污的排放、城市垃圾、污泥和含重金属的农药、化肥等泥和含重金属的农药、化肥等重金属污染的土壤，涉及的元素主要重金属

22、污染的土壤，涉及的元素主要有汞、镉、铬、铅、铜、砷、氟等有汞、镉、铬、铅、铜、砷、氟等 植物对逆境土壤的适应性课件三、重金属的影响及特点三、重金属的影响及特点1.重金属的影响重金属的影响影响植物产量与品质、大气和水环境质影响植物产量与品质、大气和水环境质量，并通过食物链危害人类的生命和健康量，并通过食物链危害人类的生命和健康2.重金属的特点重金属的特点隐蔽性、长期性和不可逆性隐蔽性、长期性和不可逆性植物对逆境土壤的适应性课件四、重金属毒害的外观症状及危害四、重金属毒害的外观症状及危害症状：症状：根系发育异常，地上部青枯，叶片失绿等，根系发育异常，地上部青枯，叶片失绿等，严重时全株死亡严重时全株

23、死亡重金属可完全抑制土壤中的共生固氮过程重金属可完全抑制土壤中的共生固氮过程对土壤中酶活性产生影响对土壤中酶活性产生影响在土壤在土壤植物系统中的迁移直接影响到植物的生理植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生化和生长发育，从而影响作物的产量和质量生化和生长发育，从而影响作物的产量和质量 三、影响植物对重金属离子吸收和累积的因素三、影响植物对重金属离子吸收和累积的因素重金属离子的性质、土壤条件和植物的遗传特性重金属离子的性质、土壤条件和植物的遗传特性植物对逆境土壤的适应性课件五、重金属对植物毒害的一般机理五、重金属对植物毒害的一般机理影影响响酶酶活活性性和和功功能能，从从而而引引起起植植物物生生理

24、理代代谢功能的紊乱，生长发育受阻甚至死亡，谢功能的紊乱，生长发育受阻甚至死亡，影影响响养养分分膜膜运运输输，原原因因可可能能重重金金属属抑抑制制膜膜上上ATP酶酶的的活活性性，或或是是取取代代了了钙钙等等离离子子，使膜稳定性下降使膜稳定性下降影响其他营养元素的吸收影响其他营养元素的吸收 拮抗作用拮抗作用植物对逆境土壤的适应性课件六、植物对重金属的适应机制六、植物对重金属的适应机制 1、细胞的忍耐作用、细胞的忍耐作用 植植物物相相对对耐耐性性的的大大小小可可能能是是细细胞胞对对其其分分隔隔能能力力不不同同所所致致，耐耐性性强强的的细细胞胞具具较较强强的的分分隔隔能能力力，将将重重金金属属离离子子

25、排排放放到到液泡里与有机酸形成络合物，避免重金属的毒害作用。液泡里与有机酸形成络合物，避免重金属的毒害作用。2、植株的整体控制，根系的排斥作用、植株的整体控制，根系的排斥作用 根根系系通通过过分分泌泌有有机机酸酸与与重重金金属属离离子子在在根根外外形形成成络络合合物物，或分泌氧将根周围的重金属离子氧化而降低有效度；或分泌氧将根周围的重金属离子氧化而降低有效度；根根系系已已经经吸吸收收的的重重金金属属在在根根细细胞胞形形成成稳稳定定的的络络合合物物排排放到液泡中去，降低了其移动性；放到液泡中去，降低了其移动性；木木质质部部输输导导组组织织吸吸附附一一部部分分重重金金属属离离子子，因因而而减减少少

26、了了运输到地上部的数量。运输到地上部的数量。植物对逆境土壤的适应性课件七、重金属的生物修复途径七、重金属的生物修复途径u种植木本植物、经济作物，利用其对重金属种植木本植物、经济作物，利用其对重金属的吸收、积累和耐性除去重金属的吸收、积累和耐性除去重金属u利用生物化学、生物有效性和生物活性原则，利用生物化学、生物有效性和生物活性原则，把重金属转化为较低毒性产物把重金属转化为较低毒性产物(络合态、脱络合态、脱烷基、改变价态烷基、改变价态)u利用重金属与微生物的亲合性进行吸附及生利用重金属与微生物的亲合性进行吸附及生物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和迁移能力

27、迁移能力 植物对逆境土壤的适应性课件植物组织积累植物组织积累植物排斥植物排斥植物固定植物固定植物降解植物降解植物挥发植物挥发植物修复重金属污染土壤的机理示意图植物修复重金属污染土壤的机理示意图植物对逆境土壤的适应性课件1.酸性土壤中的毒害因子和植物的适应机理酸性土壤中的毒害因子和植物的适应机理*2.石灰性土壤的障碍因子和植物的适应性机理石灰性土壤的障碍因子和植物的适应性机理 3.盐土中的毒害因子及植物的适应机理盐土中的毒害因子及植物的适应机理 4.淹水植物的营养特性及其适应机理淹水植物的营养特性及其适应机理 5.重金属污染土壤与植物的生长重金属污染土壤与植物的生长*本章小结：本章小结：植物对逆境土壤的适应性课件植物对逆境土壤的适应性课件