關(guān)于藥用植物與水分因子的生態(tài)關(guān)系

生命起源于水環(huán)境，生物進化90%的時間都是在海洋中進行的。生物登陸后，在進化中形成了減少水分蒸發(fā)、保持體內(nèi)水分平衡的各種適應(yīng)機制。至今，生物廣泛的分布在不同的環(huán)境，適應(yīng)不同水因子特性的各種環(huán)境。

第2頁,共96頁，2024年2月25日，星期天水-生命之源生命-符號哺育生命第3頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

水及其變化規(guī)律水的特性與存在形式1）水分具有極性2）水具有高熱容量3）水具有特殊的密度變化4）水具有相變（水的三態(tài)）第15頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1、降雨量：降雨量隨緯度發(fā)生很大變化。2、大氣濕度大氣濕度反映了大氣中氣態(tài)水含量。相對濕度表示空氣中的水汽含量。

陸地上水的分布第16頁,共96頁，2024年2月25日，星期天水的生態(tài)學(xué)意義是原生質(zhì)的主要成分。是某些代謝作用過程的反應(yīng)物質(zhì)。水對穩(wěn)定環(huán)境溫度有重要意義。是植物進行代謝作用的介質(zhì)。能使植物體保持固有的姿態(tài)。第17頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2.水分的變化規(guī)律

（1）水的形態(tài)

A.氣態(tài)水（空氣濕度）：來自水體的蒸發(fā)和植物的蒸騰作用。用相對濕度（R）表示：R=100*e/E（e：實際含水量，E：飽和含量）。R越小，空氣越干燥，蒸發(fā)與蒸騰越大。溫度↑，R↓。

我國為季風(fēng)氣候，冬季干燥，夏季濕潤第18頁,共96頁，2024年2月25日，星期天B.液態(tài)水露：夜晚地面因輻射冷卻，空氣濕度增加，當溫度降到露點溫度以下時，就形成了露。霧：空氣中的水分達到飽和時，形成了霧。雨：是降水中最主要的一種。年雨量是指一個地區(qū)每年的降雨總量。第19頁,共96頁，2024年2月25日，星期天雨地形雨：暖濕氣流在前進途中遇到地形阻礙，氣流被迫沿山體上升，絕熱膨脹冷卻，水氣凝結(jié)成雨。對流雨（雷陣雨）

：日照強烈，地面空氣層受熱增溫，造成不穩(wěn)定的對流運動而形成陣雨。第20頁,共96頁，2024年2月25日，星期天氣旋雨（鋒面雨）：北方南下的冷氣團和南方來的暖氣團相交形成鋒面，暖氣團沿鋒面上升，絕熱膨脹冷卻，凝結(jié)致雨。也稱“黃梅雨”。臺風(fēng)雨：由臺風(fēng)帶來的降雨。第21頁,共96頁，2024年2月25日，星期天C.固態(tài)水霜：夜晚由于地面輻射冷卻，溫度下降，空氣中的水分達到飽和，如果露點溫度在0℃以下時，就形成霜。雪：當高空中空氣的露點溫度在0℃以下，水氣就直接凝結(jié)成固體小冰晶，降落到地面就是雪或冰雹。冰雹：是一種特殊的降水，對植物有嚴重的機械摧殘作用。第22頁,共96頁，2024年2月25日，星期天水份的分布

地球表面的總水量大約為15億km3,其中大約有97%包含在海洋庫中。淡水中：兩極冰蓋29,000km3、地下水8000km3

、湖泊河流100km3、土壤水分100km3、大氣中水13km3、生物體中水1km3第23頁,共96頁，2024年2月25日，星期天降水量、蒸發(fā)量和徑流量作為水循環(huán)的三個重要環(huán)節(jié)。水分在地球上的流動和再分配主要通過三種方式，即水氣的大氣環(huán)流、洋流和河流。影響藥用植物生態(tài)的水有降水、大氣濕度和土壤水分

第24頁,共96頁，2024年2月25日，星期天水分的大循環(huán)與小循環(huán)：第25頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1水分的空間變化規(guī)律

緯度、海陸位置、地形、氣流運動、天氣系統(tǒng)等。我國降水呈現(xiàn)東南多西北少的趨勢

第26頁,共96頁，2024年2月25日，星期天降雨量：地球上的降雨量隨著緯度發(fā)生很大變化。在赤道南北兩側(cè)緯度0-20°降雨量最大，年達100-200cm。緯度20°-40°地帶，由于空氣下降吸收水分，降雨量減少；在南北半球40°-60°地帶，由于南北暖冷氣團相交形成氣旋雨，致使年降雨量超過25cm，成為中緯度濕潤帶。極地地區(qū)降水很少，成為干燥地帶。第27頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共96頁，2024年2月25日，星期天降水受地形的影響，典型的例子就是地形雨。地形雨都集中在山地迎風(fēng)面

在背風(fēng)面降雨量少

表5－2山地與附近低地平均年降水量的比較（）地方降水量地方降水量地方降水量地方降水量泰山1040.7華山876.5廬山2528.7峨眉山1976.1泰安859.1西安566.3九江1406.7樂山1367.5差數(shù)181.6差數(shù)310.2差數(shù)1122.0差數(shù)607.6第29頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2水分的時間變化規(guī)律

我國的降水強度隨季節(jié)不同差別也很大，一般是夏季降水量最多，約占全年降水量的一半，其次是春季或秋季，冬季降水量最少。第30頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第2節(jié)

水分對藥用植物的生態(tài)作用

第32頁,共96頁，2024年2月25日，星期天一、水分對藥用植物分布的影響水分是限制藥用植物分布的一個重要氣象因子，包括降水和大氣濕度。雨水是藥用植物生長發(fā)育期間的主要水分來源。雨量的不同季節(jié)分配與藥用植物分布也有一定關(guān)系。第33頁,共96頁，2024年2月25日，星期天霧、露、雪等降水形式也對藥用植物分布產(chǎn)生不同的影響。石槲第34頁,共96頁，2024年2月25日，星期天Distributionofrainfallatdifferentelevationsandslopes.水分因子對藥用植物分布的影響還取決于地形的變化第35頁,共96頁，2024年2月25日，星期天二、水分對藥用植物產(chǎn)量的影響

土壤含水量：影響種子萌發(fā)、植物生長。植物的生長有一定的土壤含水量范圍，即存在著最高、最適、最低含水量。藥用植物的需水臨界期對藥用植物的產(chǎn)量形成起著非常重要的作用。

一般在多在開花前后階段，有的在幼苗期。第36頁,共96頁，2024年2月25日，星期天藥用植物的最大需水期一般是抽穗揚花期。藥用植物在不同的生長發(fā)育時期、不同的生長發(fā)育階段對水分的需求不同。

第37頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1.干旱對藥用植物產(chǎn)量的影響

干旱對藥用植物的危害性很大，長期經(jīng)受干旱的藥用植物，植株生長緩慢，外形矮小，藥材產(chǎn)量低，藥材品質(zhì)差，嚴重干旱時植株還會停止生長甚至死亡.

第38頁,共96頁，2024年2月25日，星期天表5－3水分脅迫對菘藍地上器官和地下器官生長指標的影響田間最大持水量（%）根長/cm根粗/mm葉片數(shù)/片葉面積/cm2根重/g葉重/g3015.97c6.938d17.3c14.76d2.55c1.36d4519.33b8.373c25b23.30c3.30b1.68c7023.57a11.05a33.3a35.99a3.95a2.12a9020.37b9.673b35a31.16b3.43b1.91b注：P＜0.05，a，b，c，d表示處理之間在P<0．05水平上的多重對比，有相同標記字母表示兩處理之間差異不顯著，有不同標記字母表示兩處理之間差異顯著

第39頁,共96頁，2024年2月25日，星期天板藍根圖片第40頁,共96頁，2024年2月25日，星期天干旱對藥用植物的危害（1）干旱使原生質(zhì)結(jié)構(gòu)遭受破壞。（2）干旱使細胞缺水，膨壓消失，藥用植物呈現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。

（3）干旱使氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱，氣體交換和礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收與運輸緩慢。

（4）干旱使藥用植物生長發(fā)育受抑制，水分虧缺影響細胞分生、延伸和分化。

（5）干旱還能削弱藥用植物抗病蟲害的能力。

第41頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2.澇害對藥用植物產(chǎn)量的影響（1）澇害引起土壤缺氧，阻礙根系的呼吸和養(yǎng)分的釋放。（2）澇害引起土壤中二氧化碳積累增加

（3）澇害引起土壤板結(jié)。（4）澇害引起土壤肥力降低。第43頁,共96頁，2024年2月25日，星期天三.水分對藥用植物品質(zhì)的影響圖5-1不同水分狀況下板藍根靛玉紅含量圖5-2不同水分狀況下大青葉靛玉紅含量第44頁,共96頁，2024年2月25日，星期天藥用植物品質(zhì)的形成，有一個最適的土壤含水量板藍根中靛玉紅含量在土壤含水量為45％時含量最高，而在90％時最低金雞納在高溫干燥條件下，奎寧含量較高

東莨菪在干燥條件下，阿托品的含量可高達1％左右，而在濕潤環(huán)境中則只有0.4％左右；第45頁,共96頁，2024年2月25日，星期天雨季中的麻黃體內(nèi)生物堿含量急劇下降，而在干燥的秋季則上升到最高值。多光干燥環(huán)境下的當歸，揮發(fā)油含量高

第46頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)

藥用植物對水分

的生態(tài)適應(yīng)

第47頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共96頁，2024年2月25日，星期天藥用植物對水分的生態(tài)適應(yīng)

一、形態(tài)適應(yīng)二、生理適應(yīng)三、分子適應(yīng)第49頁,共96頁，2024年2月25日，星期天一、藥用植物對水分的形態(tài)適應(yīng)類型

1水生藥用植物挺水藥用植物浮水藥用植物沉水藥用植物2陸生藥用植物濕生藥用植物中生藥用植物旱生藥用植物第50頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1水生藥用植物輸導(dǎo)組織簡單，通氣組織發(fā)達；異形葉型。水下的葉片常分裂成帶狀、線狀或者很??；根、莖、葉內(nèi)形成一整套相互聯(lián)結(jié)的通氣組織系統(tǒng)。對水的深度適應(yīng)性不同，可分為挺水藥用植物、浮水藥用植物和沉水藥用植物。

第51頁,共96頁，2024年2月25日，星期天澤瀉第52頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1）挺水藥用植物：根和根狀莖在水下土壤中，莖、葉露出水上

如澤瀉、水菖蒲、蓮、蘆葦?shù)取５?3頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2）浮水藥用植物

葉片漂浮在水面，氣孔分布在葉的上表面，維管束和機械組織不發(fā)達。完全飄浮的：如浮萍屬(Lemna)、槐葉萍(Salvinia)、無根萍等扎根的：如睡蓮（NymphaeatetragonaGeorgi）、芡等第56頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第57頁,共96頁，2024年2月25日，星期天3）沉水藥用植物整個藥用植物體沉沒在水下，與大氣完全隔絕

。根退化，表皮細胞有直接吸收的作用，葉綠體大。如海帶（LaminariaJaponica）、紫菜（PorphyrabC.Ag.）、海蒿子（Sargassumpallidum(Turn.)C.Ag.）、羊棲菜（Sargassumfusiforme(Harv.)Setch.）、螺旋藻（Spirulinaplatensis）等第58頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2.陸生藥用植物類型1）濕生藥用植物：抗旱能力小，不能長時間忍受缺水，一般生長在光照弱、濕度大的林下，或日光充足、土壤水分飽和的環(huán)境中。根據(jù)環(huán)境的特點可以分為陰生濕生藥用植物(弱光，大氣潮濕)和陽性濕生藥用植物(強光、土壤潮濕)兩類。第61頁,共96頁，2024年2月25日，星期天陰性濕生藥用植物是典型的濕生藥用植物，主要分布在陰濕的森林下層。如天南星（Arisaemaerubescens（Wall.）

Schott.）、七葉一枝花（ParisPolyphylla）、風(fēng)尾草（Pterismultifi-daPoir）等第62頁,共96頁，2024年2月25日，星期天陽性濕生藥用植物主要生長在陽光充沛、土壤水分經(jīng)常飽和的環(huán)境中，如：毛茛、半邊蓮、三白草、薏苡等.第63頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2）中生植物：

適合生長在水濕條件適中的環(huán)境，種類最多。如芍藥（Paeonia1actifloraPall．

(P．a(chǎn)lbifloraPall．)）、菘藍（IsatisindigoticaFortune）、菊花（ChrysanthemummorifoliumRamat.）、地黃（RehmanniaglutinosaLibosch）、浙貝母（FritillariathunbergiiMiq.）等

第64頁,共96頁，2024年2月25日，星期天

能忍受較長時間的干旱，主要分布在干熱草原和荒漠地區(qū)。有些植物的葉片退化成刺狀或鱗片。如仙人掌（Opuntiadillenii）、沙棘（H.rhamnoidesL.)）、蘆薈（Aloevera(Linn.)N.L.Burmanvar.chinensis(Haw.)Berg.）、龍舌蘭（AgaveamericanaLinn.）、甘草、麻黃（EphedrasinicaStapf）等。

3）旱生植物第65頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共96頁，2024年2月25日，星期天A、真旱生藥用植物

葉面積小，葉表面常具有茸毛，蒸騰強度較低。如麻黃葉片退化成不明顯的小鱗片狀，綠色莖代行光合作用的任務(wù)

。原生質(zhì)滲透壓高。如麻黃第67頁,共96頁，2024年2月25日，星期天

沙拐棗蓼科第68頁,共96頁，2024年2月25日，星期天B.深根性藥用植物蒸騰強度一般較大，原生質(zhì)不耐高溫和脫水，但具有深根系，有的可深達地下水；有的多年生根外面，包有一層很厚的木栓層外殼，土壤高溫干旱時期能保護根系，防止失水變干。如駱駝刺、甘草等第69頁,共96頁，2024年2月25日，星期天駱駝刺第70頁,共96頁，2024年2月25日，星期天莖或葉呈肉質(zhì)，具有發(fā)達的薄壁組織，貯藏大量的水分，氣孔少，角質(zhì)層發(fā)達，蒸騰強度低，原生質(zhì)黏性大，含束縛水多，能耐較高的溫度

.

如北美的仙人掌樹高可達15-20米，可貯水2噸以上；西非的猴面包樹可貯水4噸之多。C.肉質(zhì)藥用植物

第71頁,共96頁，2024年2月25日，星期天假木賊藜科第72頁,共96頁，2024年2月25日，星期天二、藥用植物對水分的生理適應(yīng)

第73頁,共96頁，2024年2月25日，星期天1.陸生植物的水平衡植物生長需水量很大。一株玉米一天約需水2000g，一株樹木夏季一天需水量是整棵樹鮮葉重的5倍，小麥每生產(chǎn)１kg干物質(zhì)需耗水300～400kg。植物吸收的水有99%用于蒸騰作用，只有1%被組合到植物體內(nèi)。因此，植物在得水（根吸水）和失水（葉蒸騰）之間保持動態(tài)平衡是進行正常的生命活動所必需的。第74頁,共96頁，2024年2月25日，星期天陸生植物在維持水平衡的適應(yīng)，主要是增加根的吸水能力和減少葉片的蒸騰作用。對于陸生植物，根系生長的深度及其分支狀況，決定植物吸水的程度。植物蒸騰失水首先是氣孔蒸騰，當環(huán)境水分充足時，氣孔開放以保證氣體交換；當環(huán)境缺水干旱時，氣孔關(guān)閉以減少水分散失。有些植物體表覆蓋蠟質(zhì)層，可減少葉表面的蒸騰量。生活在干旱地區(qū)的植物為小葉型。第75頁,共96頁，2024年2月25日，星期天WaterPotentialandWaterMovementBetweenSoil&PlantsPlantwaterpotential(ψplant)

Ψplant=ψsolution+ψmatris+ψpressureWaterpotentialgradientfromsoiltoplant:Fig.5.5,Fig.5.6Metabolismofwatermovementfromsoilstoplants:(Fig.5.7)第76頁,共96頁，2024年2月25日，星期天Fig.5.5第77頁,共96頁，2024年2月25日，星期天Fig.5.6第78頁,共96頁，2024年2月25日，星期天2.藥用植物對干旱的生理適應(yīng)

氣孔關(guān)閉，減少水分的蒸騰量；光合作用減弱，呼吸作用增強，減少水分的消耗；蛋白質(zhì)水解，脯氨酸含量大大增加；半纖維素增加，淀粉轉(zhuǎn)化為糖，保水。第79頁,共96頁，2024年2月25日，星期天3.藥用植物對澇害的生理適應(yīng)

根系木質(zhì)化，限制了還原物質(zhì)的侵入。體內(nèi)通氣組織的形成；代謝途徑改變，避免乙醇毒害。第80頁,共96頁，2024年2月25日，星期天三.藥用植物對水分的分子適應(yīng)

藥用植物的抗旱節(jié)水機制是復(fù)雜的，受多種基因控制。第81頁,共96頁，2024年2月25日，星期天分子生態(tài)學(xué)與分子適應(yīng)分子遺傳標記蛋白質(zhì)和核酸變異種群中個體個體組成的種群物種進化生態(tài)學(xué)基因型-環(huán)境互作現(xiàn)存和歷史過程分子變異動力學(xué)進化變異第82頁,共96頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)和核酸分子的整合作用蛋白質(zhì)和核酸的整合作用是分子生態(tài)學(xué)的關(guān)鍵部分.第83頁,共96頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)適應(yīng)研究的分子基礎(chǔ)-蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)組是一個生命有機體所有蛋白質(zhì)序列和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的總合，可分為結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白兩大類。具有修飾適應(yīng)脅迫應(yīng)答的酶，稱為“生態(tài)酶”。新的環(huán)境條件下也能夠誘導(dǎo)出大量不同的“調(diào)節(jié)性酶”。“適應(yīng)酶”具有更多的多態(tài)型，這與外表形態(tài)性狀和生理特性密切相關(guān)。第84頁,共96頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)做為啟動因子可以在環(huán)境改變時激活某些基因的表達，從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)即環(huán)境誘導(dǎo)蛋白來調(diào)節(jié)生命系統(tǒng)的生理代謝活動，從而進行生態(tài)適應(yīng)。蛋白質(zhì)冗余的多拷貝性使得有機體在極端脅迫下仍能進行正常的活動。外界環(huán)境條件超常優(yōu)越，利于有機體發(fā)育時，信息冗余的量增大?；虻娜萘繑U增導(dǎo)致蛋白質(zhì)量的擴增。同時單拷貝基因在條件適宜時也可大量產(chǎn)生蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)合成可以級聯(lián)放大的方式來表達。信息冗余的容量可調(diào)節(jié)性的結(jié)果可使得蛋白質(zhì)組的集團效應(yīng)在一定條件下予以強化，在生命有機體遭受外界不良環(huán)境因子作用時保持穩(wěn)定而不受影響。第85頁,共96頁，2024年2月25日，星期天核酸、蛋白質(zhì)的整合作用與生態(tài)適應(yīng)、生態(tài)進化的整體綜合基因與蛋白質(zhì)合成中的整合作用環(huán)境條件DNA表達RNA轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)控調(diào)響影充分產(chǎn)生過量其使錄轉(zhuǎn)逆cDNA合整入插DNA重復(fù)序列環(huán)境條件進化環(huán)境飾變利，長利，短不利退化第86頁,共96頁，2024年2月25日，星期天信號轉(zhuǎn)導(dǎo)不僅與基因表達調(diào)控有關(guān)，也與蛋白質(zhì)功能表現(xiàn)與調(diào)節(jié)有關(guān)。外源活性物質(zhì)如生長因子、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、免疫因子、載脂蛋白等，作為細胞外信號，通常先經(jīng)過跨膜傳遞機制將信號傳遞至細胞內(nèi)，再通過第二信使系統(tǒng)、第三信使系統(tǒng)或別的系統(tǒng)傳遞到細胞核外，啟動或關(guān)閉特定基因的表達。也有些細胞外信號（如NO)可直接進入細胞起作用?；蚺c蛋白質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)整合作用第87頁,共96頁，2024年2月25日，星期天