高溫對植物有諸多負(fù)面影響,如抑制生長發(fā)育、影響光合作用和呼吸作用、導(dǎo)致水分代謝失調(diào)等;但植物也進(jìn)化出了一系列適應(yīng)高溫的策略,包括生理生化適應(yīng)、形態(tài)結(jié)構(gòu)適應(yīng)等。
高溫對植物的影響:
高溫環(huán)境下,植物的生長發(fā)育會受到抑制。當(dāng)溫度過高時,植物細(xì)胞內(nèi)的酶活性會降低或者失活,這些酶原本參與著細(xì)胞分裂、伸長以及分化等過程所必需的生化反應(yīng),一旦酶活性受到影響,植物的根、莖、葉等器官的生長速度就會減慢,例如一些農(nóng)作物在高溫季節(jié)會出現(xiàn)植株矮小、葉片數(shù)量減少等情況。
植物的光合作用也會因高溫而遭受打擊。一方面,高溫會使氣孔關(guān)閉,這是植物為了減少水分蒸發(fā)的一種自我保護(hù)機(jī)制,但是氣孔關(guān)閉的同時也阻礙了二氧化碳的進(jìn)入,沒有足夠的二氧化碳供應(yīng),光合作用中的卡爾文循環(huán)就無法正常進(jìn)行,從而降低了光合速率;另一方面,高溫還可能破壞葉綠體的結(jié)構(gòu),使得葉綠素含量下降,直接影響到光能的吸收和轉(zhuǎn)化效率。而且高溫下呼吸作用增強(qiáng),消耗過多的有機(jī)物,使植物積累的光合產(chǎn)物減少,不利于其生長發(fā)育。
高溫還會引起植物水分代謝失調(diào)。隨著溫度升高,植物蒸騰作用加劇,葉片表面的水分散失速度加快,如果此時土壤中可利用的水分不能及時補(bǔ)充,植物就會出現(xiàn)缺水現(xiàn)象,輕則導(dǎo)致葉片萎蔫,重則造成植株死亡。高溫還會影響植物體內(nèi)激素的平衡,如脫落酸含量增加,這會促使氣孔關(guān)閉,進(jìn)一步影響水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸。
植物對高溫的適應(yīng):
從生理生化方面來看,植物可以合成熱激蛋白(HSPs)。這是一種特殊的蛋白質(zhì),在高溫條件下大量表達(dá),它們能夠穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)的其他蛋白質(zhì)、膜結(jié)構(gòu)和核酸分子,防止其變性或降解,保證細(xì)胞的基本功能得以維持。植物還可以調(diào)節(jié)自身的抗氧化系統(tǒng),因為高溫容易誘導(dǎo)活性氧(ROS)的產(chǎn)生,過量的ROS會對細(xì)胞造成氧化損傷,而抗氧化系統(tǒng)中的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)等酶類可以清除多余的ROS,減輕氧化壓力。并且植物能夠改變自身滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量,像脯氨酸、甜菜堿等物質(zhì)可以在高溫時大量積累,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓來保持細(xì)胞的膨壓和正常的代謝活動,同時也有利于提高植物對干旱和鹽害等逆境的耐受能力。
在形態(tài)結(jié)構(gòu)上,植物也有適應(yīng)高溫的表現(xiàn)。有些植物的葉片比較小且厚,表面積相對較小可以減少水分的散失,厚度增加則有利于儲存更多的水分;葉片表面可能覆蓋有絨毛或者蠟質(zhì)層,絨毛能夠阻擋陽光直射,降低葉片表面溫度,蠟質(zhì)層則具有防水的作用,減少水分蒸發(fā);還有些植物的根系發(fā)達(dá),可以深入地下尋找水源,以滿足高溫環(huán)境下對水分的需求。
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牧草類
1.黑麥草
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3.甜高粱
4.三葉草
草花類
1.太陽花
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3.波斯菊