植物逆境生理学

干旱、盐碱、洪涝、高温和低温都威胁着植物的生存。植物逆境生理学研究植物如何感知这些非生物挑战，并启动保护性反应以耐受它们。

Definition

植物逆境生理学是研究植物如何响应和适应干扰其正常功能的有害非生物条件，以及赋予耐受性的机制的学科。

Scope

本主题涵盖主要的非生物逆境——水分亏缺、盐碱、极端温度、洪涝和氧化胁迫——植物感知这些逆境的机制，以及生理和分子响应，包括渗透调节、脱落酸信号传导和抗氧化防御。

Core questions

• 植物如何感知水分亏缺、盐碱和温度胁迫？
• 哪些生理和分子机制赋予植物对这些胁迫的耐受性？
• 植物如何抵御伴随许多逆境的氧化损伤？

Key theories

脱落酸介导的逆境响应

与水分相关的逆境会提高脱落酸水平，脱落酸会关闭气孔并激活胁迫响应基因，从而协调植物抵御脱水的防御机制。

渗透调节与保护

植物积累相容性溶质和保护性蛋白以维持细胞膨压并稳定大分子，同时抗氧化系统限制在逆境下产生的活性氧。

Mechanisms

在水分亏缺或高盐条件下，植物合成脱落酸，脱落酸被PYR/PYL受体感知，从而抑制蛋白磷酸酶并触发气孔关闭和胁迫基因表达。细胞积累脯氨酸和甘氨酸甜菜碱等相容性渗透剂，以在不干扰代谢的情况下降低水势，并产生LEA蛋白和伴侣蛋白等保护性蛋白。由于许多逆境会升高活性氧，酶促和非酶促抗氧化系统会清除它们；低温和高温还会触发膜和蛋白质保护性反应，例如热休克蛋白。

Clinical relevance

非生物逆境是全球作物产量损失的主要原因，因此，了解逆境生理学对于在气候变化下培育和工程化耐旱、耐盐和耐温作物至关重要，这对于粮食安全至关重要。

History

植物逆境生理学曾主要停留在描述层面，但通过鉴定脱落酸信号组分、胁迫响应转录因子和离子转运蛋白，其研究变得更具机制性，其中大部分是通过模式植物的分子遗传学研究实现的。

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

什么是非生物逆境？

非生物逆境是由非生物环境因素（如干旱、盐碱、极端温度和洪涝）对植物造成的伤害，与由病原体和食草动物引起的生物逆境相对。

脱落酸如何帮助植物在干旱中生存？

当水分稀缺时，脱落酸积累并向保卫细胞发出信号，使其关闭气孔，减少水分流失，同时开启保护细胞免受脱水影响的基因。