冷寒生理與植物的抗冷性

2023-02-12 15:24:06 字數 2309 閱讀 4327

性寒害生理與植物抗寒

溫度是植物生長的必要條件之一,也是植物自然地理分布的主要限制因素。低溫會引起植物的寒害。我國和全世界,每年由於寒害造成糧食作物、蔬菜、果樹及經濟作物的損失是十分巨大的。

因此,加強對植物寒害和抗寒性的研究,以及根據作物品種的抗寒力科學地確定其種植地區和播種期,培育抗寒力強的新品種,已成為農業生產中的重要問題之一。

寒害指由低溫引起植物傷害的現象,包括冷害和凍害,植物對低溫的適應性和抵抗能力稱為抗寒性。

一、 冷害生理與植物抗冷性

(一)冷害的概念與症狀

冷害是指零上低溫時,雖無結冰現象,但能引起喜溫植物的生理障礙,使植物受傷甚至死亡。而植物對零上低溫的適應能力稱為抗冷性。

冷害是很多地區限制農業生產的主要因素之一,處於熱帶的植物引種到北方不能忍受其零下的低溫,易發生冷害。在中國,冷害常發生於早春和晚秋季節,主要危害發生在作物的苗期和籽粒豁果實成熟期。處於開花期的果樹遇冷害時會引起大量落花,使結實率降低。

冷害對植物的傷害不僅與低溫的程度和持續的時間直接有關,還與植物組織的生理年齡、生理狀況及對冷害的相對敏感性有關。溫度低,持續時間長,植物受害嚴重,反之則輕。在同等冷害條件下,幼嫩組織和器官比老的組織和器官受害嚴重;同一植株生長期比營養生長期對冷害敏感,其中花粉母細胞減數**期前後最敏感。

根據植物對冷害的反應速度,冷害可以分為:一是直接傷害,即植物受低溫影響數小時,最多在一天之類即出現傷斑及壞死,禾本科植物還會出現芽枯、頂枯等現象,說明這種影響已侵入細胞內,直接破壞了原生質的活性;二是間接傷害,即植物受到低溫危害後,植株形態在短的時內並無異常表現,至少幾天之後才會出現組織柔軟、萎蔫,這是因為低溫引起代謝失常而造成的細胞傷害。

(二)冷害引起的生理生化變化

1、細胞膜受損傷冷害使細胞膜透性增加,細胞內可溶性物質大量外滲,引起植物代謝失調,對冷害敏感植物,胞質環流緩慢或完全停止。

2、根系吸收能力下降低溫使植物根系生長緩慢,吸收面積減少,細胞原生質粘性增加,流動性減慢,呼吸減弱,能量**不足,使植物體內礦質元素的吸收與分配受到限制,同時失水大於吸水,水分平衡遭到破壞,導致植物萎蔫、乾枯。

3、光合作用減弱低溫使葉綠素生物的呼吸代謝合成受阻,冷害葉片發生卻屢或黃化;各種光合酶活性受到抑制,如果伴有陰雨、光照不足,則光合速率下降很多。

4、呼吸速率忽高忽低冷害使植物的呼吸代謝失調,呼吸速率忽高忽低,即先公升高後降低。主要是由於溫度降低影響植物的有氧呼吸,無氧呼吸加強,這樣使物質消耗過快,另一方面還會積累大量的乙醛、乙醇等對植物生長有害的物質。

5、物質代謝失調植物受冷害後,水解酶的活性高於合成酶的活性,物質分解加速,表現為蛋白質含量減少,可溶性氮化物含量增加;澱粉含量降低,可溶性糖增加。此外,內源abc和eth含量明顯增加。

(三)冷害的機制冷害對植物傷害主要有膜脂相變、膜脂與低溫、膜結構的損壞、代謝紊亂。

1、膜脂相變在常溫下,生物膜呈液晶相,保持一定的流動性。當溫度下降到臨界溫度時,生物膜發生膜脂相變,從液晶相轉為凝結相,此時的溫度稱為相變溫度。膜脂相變使與膜結合的酶系統破壞,酶活性下降,蛋白質變性,影響氫離子atp酶的活性、離子和溶質運輸、能量轉化及其他代謝過程等。

膜不飽和脂肪酸指數,即不飽和脂肪酸在脂肪酸中的相對比值,可作為衡量植物抗寒性的重要生理指標,故增加膜脂的不飽和脂肪酸含量和不飽和度,能有效降低膜脂相變溫度,維持膜的流動性,使植物不受凍害。

2、膜脂與低溫在某些植物中,膜脂在植物對低溫的耐受性中發揮著重要的作用。磷脂醯甘油中脂肪酸的飽和度在葉綠體對低溫的耐受性中非常重要。

3、膜結構的損壞當溫度緩慢下降時,膜脂固化導致膜結構緊縮,降低了對水和溶質的透性,根系吸水困難,造成生理乾旱;突然降溫時,膜緊縮不勻出現斷裂,膜破損滲透,細胞內溶質外滲,離子平衡失調。低溫下,細胞內電解質外滲已成為鑑定植物耐冷性的一項重要指標。

4、代謝紊亂冷害導致的生物膜結構的破壞會引起植物細胞代謝紊亂,有機分解佔優勢。嚴重傷害時會發生細胞和組織死亡。

二、凍害生理與植物抗凍性

(一)凍害機理

1、結冰傷害 (1)細胞外結冰脫水---機械---融冰傷害

(2)細胞內結冰

2、蛋白質傷害的sh基學說

3、膜傷害學說

(二)植物對凍害的抗性

1、避凍性:降低含水量;合成大量可溶性物質降低冰點;通過過冷避免結冰。

2、耐凍性:呼吸變慢,代謝減弱,進入休眠;合成保護性物質

零下低溫時細胞中水分進入細胞壁並結冰。如溫度下降很慢只在細胞壁中結冰,就可以避免細胞質結冰導致的細胞死亡

三、植物對低溫的適應性及冷馴化

綜述植物在冷馴化過程中發生的一系列生理生化變化。環境對植物抗寒性的影響主要與光誘導、溫濕度以及氣候的變化有關。植物表面形成冰層會引起植物的無氧呼吸,導致植物受害;光抑制誘導活性氧的產生,從而導致植物光合系統的退化,抗寒能力下降,而短日照誘導植物休眠,有利於植物抗寒。

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