干旱胁迫下植物形态结构变化研究的综述

韦姗姗 范青苹 李利梅 刘晓萍 王言景

摘 要：干旱条件下，植物生长受到抑制。在形态方面，植物高度增长受到抑制，叶片叶色降低。随着干旱程度的增加，植物根系的长度、分布等逐渐降低，并逐渐枯萎至死亡。在生理方面，干旱胁迫早期，植物的渗透调节能力和脱落酸等激素上升，其他干旱诱导蛋白与活性氧清除能力等也呈现上升趋势，与植物抗旱能力相关的基因也迅速表达，从而提高植物的抗逆能力。

关键词：干旱；形态变化；生理变化；基因表达

中图分类号：S423 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180333050

水分是植物生长发育不可或缺的，影响植物水分利用效率（WUE）的因素可分为内部因素（包括植物种类和品种、叶片解剖结构及生理生化特征等）和外部因素（包括气象、土壤、生物因素等）。其中在水分亏缺条件下，对气孔、碳固定、冠层和叶边界层等变化的研究，将逐步成为今后如何提高植物水分利用效率等方面的研究重点之一。

1 现阶段研究重点

在植物抗旱研究中，可根据研究内容的不同，将其分为形态与生理生化研究2方面。其中，形态研究主要以对植物的株型与解剖结构作为重点，而生理生化研究，则包括水分代谢（如水势）、光合特性、酶活性（功能酶类与调节酶类，如LEA蛋白、渗透调节蛋白、水通道蛋白、代谢酶类、蛋白激酶、磷脂酶、转录因子、钙调素等）、原生质特性（如过氧化物、丙二醛的积累等）、渗透调节（如可溶性糖、无机离子与游离脯氨酸等）、内源激素（如ABA等）等内容。现阶段，植物抗旱机制的研究正在从形态与生理研究向以分子与基因工程技术相结合的层面发展，此类研究必将成为未来研究的重点发展方向。

2 根系构型研究

植物根系是植物水分摄入的主要器官，其形态的改变与植物所处环境水分含量的高低直接相关。植物根系存在2种水分摄入机制：在蒸腾作用较弱的情况下，由离子主动吸收和根内外水势差作用下的主动吸水（渗透流）；在蒸腾作用较强情况下，因蒸腾作用产生的水势差而使根系吸水的被动吸水（压力流）。一般情况下，2种机制共同存在。而影响根部吸收水分的因素主要有根系长度、分布、生理代谢、渗透势、土壤水分分布、通气状况、溶液浓度、大气温度等。研究表明，适量的植物根系才是保证植物抗干旱能力的最适形态，过大的根系反而会大量消耗物质，从而降低小麦群体的水分利用效率。适度的干旱条件，有利于改善根部形态，增加根毛数量，还能改变自身的生理活性，从而提高植物体对水分的利用效率等，而在严重干旱条件下，植物次生根数量减少，根毛数量减少，根系活力降低，呼吸速率增加，反而导致了水分利用率的降低。

3 冠层形态研究

植物体散失水分主要发生在植株地上部分的冠层结构中，其中又以叶片为主。干旱胁迫会导致植物叶片细胞脱水，气孔关闭，株高与干物质的积累受抑制，并导致叶面积减小，進而枯萎脱落，根冠比升高等。在形态调查中，经常采用叶色，叶姿，叶片大小，蜡质多寡等表示植物抗旱能力的高低。研究表明，叶片窄长、淡绿、厚、叶脉密、平伸或下披、表层蜡质多的品种抗旱能力强。植物叶片在不同水分条件下，形态结构如厚度、面积、气孔频率等会发生变化。干旱条件下，植物幼叶对水分的竞争力高于老叶，生理代谢高的区域高于生理代谢低的区域。此外，脱落酸、乙烯、多胺和细胞分裂素与植物抗旱性密切相关。脱落酸是一种抑制生长的植物激素，因能促使叶子脱落而得名。乙烯在日常生活中可用作催熟，在农业生产中则是植物生长后期快速衰老的原因之一，且多胺与细胞分裂素在植物生长发育过程中对细胞分裂，以及营养与生殖生长有着重要的作用。

参考文献

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作者简介：王言景（1984-），男，讲师，主要从事植物生理学与逆境胁迫研究。