蔬菜抗寒生理課件

1、蔬菜抗寒生理 （高級蔬菜栽培生理、碩士生課程）沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 何莉莉第1頁，共112頁?？购裕购芰Γ┲参飳Φ蜏睾洵h(huán)境的長期適應(yīng)中，通過本身的遺傳變異和自然選擇獲得的一種抗寒能力。從栽培的角度來講是能夠在低溫下正常生長、結(jié)實(shí)，不僅僅是活著。 第2頁，共112頁。一、蔬菜的抗寒類型與低溫危害類型從植物的抗寒性來講分為高度抗寒植物：抗寒的樹木、果樹等中度抗寒植物：有蔬菜中耐寒的多年生蔬菜和耐寒類蔬菜。低度抗寒植物：有半耐寒蔬菜。不耐寒植物：有不耐寒蔬菜。第3頁，共112頁。1.蔬菜的抗寒類型(1)耐寒的多年生蔬菜 如韭菜、金針菜、石刁柏、茭白、辣根等。它們的地上部分能耐高溫，但到了冬季，地上部

2、分枯死，而以地下的根系以宿根形式越冬，能耐零下1015的低溫，韭菜可耐零下30的低溫。第4頁，共112頁。(2)耐寒類蔬菜如菠菜、大蔥、大蒜以及白菜類中某些耐寒品種。能耐零下12的低溫。短期內(nèi)可耐零下510。同化作用適宜溫度為1520，某些極抗寒菠菜品種可耐零下30低溫。 第5頁，共112頁。(3)半耐寒蔬菜如蘿卜、胡蘿卜、芹菜、白菜類、甘藍(lán)類、萵苣、豌豆、蠶豆等?？煽顾荒烷L期的零下12低溫。在長江以南均能露地越冬。同化作用在1720最佳，超過20，同化機(jī)能減弱，超過30時，同化作用所積累的物質(zhì)幾乎全為呼吸所消耗。 第6頁，共112頁。(4)不耐寒蔬菜喜溫性蔬菜如黃瓜、番茄、茄子、辣椒、菜

3、豆等,最佳同化溫度為2030。當(dāng)溫度超過40時，生長幾乎停止。當(dāng)溫度在1015以下時,授粉不良,引起落花。因此，在長江以南，可以春播或秋播，北方則以春播為主，使結(jié)果期安排在適宜的季節(jié)里。這類蔬菜不耐短期的零下12的低溫,因此北方地區(qū)在定植時應(yīng)安排在霜凍結(jié)束之后。第7頁，共112頁。耐熱性蔬菜如冬瓜、南瓜、絲瓜、苦瓜、西瓜、甜瓜、豇豆、刀豆等，同化作用以30為最宜。其中西瓜、甜瓜及豇豆等在40的高溫下仍能生長良好。耐熱性蔬菜一般都不耐短時的輕霜凍。第8頁，共112頁。2.低溫危害類型 根據(jù)低溫的程度，可分為兩種類型：冷害 0以上低溫所造成的傷害，并沒達(dá)到組織內(nèi)結(jié)冰程度凍害 0以下低溫所造成的傷害

4、，由于組織內(nèi)出現(xiàn)冰晶而受害第9頁，共112頁。(1)冷害喜溫性蔬菜和耐熱性蔬菜易發(fā)生冷害。發(fā)生的季節(jié)主要是春季，育苗階段和定植以后，不管是露地還是設(shè)施內(nèi)比較常見，冷害的臨界溫度 因蔬菜種類、品種不同，約在513之間。在冷害臨界溫度以下，環(huán)境溫度越低，延續(xù)時間越長，蔬菜受害越重，若溫度不很低，時間又較短，轉(zhuǎn)入常溫后可恢復(fù)正常的生理機(jī)能而不表現(xiàn)冷癥狀，如果溫度雖不很低，但時間延長，或時間雖短而溫度很低，植株將受到不可逆轉(zhuǎn)的生理傷害。 第10頁，共112頁。根據(jù)低溫對作物的危害特點(diǎn)，可分為：延遲型冷害： 多出現(xiàn)在營養(yǎng)生長階段，如苗期使蔬菜生長發(fā)育推遲、延后，生長速度變慢，物候期出現(xiàn)的晚。障礙型冷害：

5、 多出現(xiàn)在生殖生長階段，使生殖器官的生理機(jī)能受到破壞。如露地春番茄定植后遇到低溫，會造成花粉發(fā)育不良、花粉管萌發(fā)不良，導(dǎo)致授粉受精不良，最后落花、落果。第11頁，共112頁。混合型冷害延遲型冷害與障礙型冷害混合發(fā)生，危害嚴(yán)重。冷害的癥狀因蔬菜不同，冷害的結(jié)果會使幼苗衰弱，植株生長遲緩，萎焉、黃化、局部壞死、坐果率低、產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降等。最常見的是出現(xiàn)水浸狀或凹陷斑點(diǎn)，長大的綠色果實(shí)不能成熟，組織壞死，機(jī)能衰退，易感染病害。冷害俗稱倒春寒，素有啞吧災(zāi)之稱。第12頁，共112頁。(2)凍害耐寒性蔬菜和半耐寒性蔬菜易發(fā)生凍害。初冬溫度驟降型指初冬受強(qiáng)冷空氣的影響，造成氣溫驟然下降，達(dá)到或超過植物所

6、能承受的能力。如秋白菜采收期掌握不好的話，很容易遭霜凍，對其影響很大，一般不要超過霜降。第13頁，共112頁。冬季長寒型冬季持續(xù)低溫，對露地越冬菜影響大(特別在南方)，設(shè)施越冬蔬菜最寒冷的時期。 融凍型指冬末春初之際，天氣回暖，植株提前萌動，而后天氣又轉(zhuǎn)冷，這樣凍融交替，驟暖驟冷所造成的危害。如越冬菠菜，這種凍害是造成越冬菠菜死亡的主要原因，特別是在積雪的年份，化凍后水量大、缺氧窒息，造成凍害與缺氧窒息同時發(fā)生，危害更大。第14頁，共112頁。二、抗寒的生理基礎(chǔ)(抗寒生理) 1.抗寒植物的形態(tài)特征株型較矮、接近原始類型的品種一般都比較抗寒，如大白菜，散葉不結(jié)球的較包心結(jié)球的抗寒性強(qiáng)；莖粗、色澤

7、深的植株抗寒性強(qiáng)，說明鍛煉的好；根系發(fā)達(dá)、粗壯也是抗寒品種的特征。第15頁，共112頁。葉面積小、葉片厚多為抗寒的品種，如菠菜，尖葉類型較圓葉類型抗寒；葉片顏色深的較顏色淺的抗寒，小白菜的抗寒性依次為:黑綠色深綠色淺綠色；在解剖學(xué)特征上，抗寒品種葉片的柵欄組織層數(shù)多，柵欄層厚；葉片上表面氣孔指數(shù)大。這些特征為選擇抗寒性強(qiáng)的栽培品種提供了依據(jù)。第16頁，共112頁。2.抗寒植物的生理特性（1）細(xì)胞的某些特性與抗凍性的關(guān)系細(xì)胞越小抗凍性越強(qiáng)；細(xì)胞的水化程度（自由水含量的多少）越低抗性越強(qiáng)；原生質(zhì)膜的透性大抗性越強(qiáng)；細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)粘滯性低有利于抗凍；原生質(zhì)親水性強(qiáng)（即束縛水量多）和抗凝固性強(qiáng)，抗凍性強(qiáng)。

8、第17頁，共112頁。(2)生物膜維持正常的液晶相 不會發(fā)生相變在溫度降低時，必須維持植物體內(nèi)生物膜（由類脂和蛋白質(zhì)組成的流動鑲嵌模型）正常的液晶相，不會發(fā)生相變。在抗寒鍛煉中，能增加膜脂中不飽和脂肪酸的含量，是防止膜相變的重要因素。第18頁，共112頁。(3)細(xì)胞骨架對膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要作用細(xì)胞骨架是真核細(xì)胞普遍存在的蛋白纖維網(wǎng)架體系，植物中主要指微管和微絲。由于微管通過微管連接蛋白與脂膜緊密相連形成脂膜-微管復(fù)合體，這種復(fù)合體的形成對穩(wěn)定脂膜液晶結(jié)構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定具有重要作用。低溫鍛煉和ABA、GA處理可以提高微管、微絲對低溫的抗性，這種抗性的提高與微管、微絲自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及微管-微絲的連

9、接有關(guān)。第19頁，共112頁。細(xì)胞骨架的這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與微管蛋白和60kD磷酸化蛋白/肌動蛋白的比率相關(guān)。植物激素可以促進(jìn)微管蛋白翻譯后修飾，并提高微管對低溫的抗性。微管蛋白翻譯后修飾主要包括微管蛋白酪氨酸化和去酪氨酸化、乙?；约拔⒐艿鞍锥嗑酃劝彼峄投嗑鄹拾彼峄?。第20頁，共112頁。（4）必須避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰 以防止冰晶對膜的破壞辦法是在抗寒鍛煉的過程中，增加細(xì)胞液中的溶質(zhì)含量，可以降低冰點(diǎn)，甚至形成過冷卻狀態(tài)，即水在降溫到略低于冰點(diǎn)時往往不立即凍結(jié)。如果植物組織內(nèi)的水處于過冷狀態(tài)而不結(jié)冰晶，它就能忍受更低的溫度而不死。但是過冷狀態(tài)并不穩(wěn)定，他很少能保持幾小時以上。另一方面是增加膜對水的

10、透性，以便在溫度降低時，使細(xì)胞內(nèi)的水分能夠迅速地流到細(xì)胞外去結(jié)冰。第21頁，共112頁。(5)必須具備抗冰凍脫水的性能細(xì)胞內(nèi)的水分流到細(xì)胞外結(jié)冰，雖然能夠避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰的嚴(yán)重凍害，在細(xì)胞外，結(jié)冰也會造成傷害。這一方面是因?yàn)楸鶅雒撍?，會引起?xì)胞干旱使蛋白質(zhì)變性。另一方面，會使細(xì)胞發(fā)生收縮凹陷，使細(xì)胞膜遭到破壞。抗寒植物的適應(yīng)辦法是，在抗寒鍛煉中，大量積累親水性物質(zhì)，如糖和糖醇等。另外還可增加質(zhì)膜的含量，使質(zhì)膜成為彎曲的波浪狀，以避免冰凍脫水引起細(xì)胞收縮中的損傷破壞。第22頁，共112頁。 3.生物膜系統(tǒng)與抗寒性 (1)膜脂組分與抗寒性高等植物膜脂中含有磷脂酰膽堿(PC)、磷脂酰醇胺(PE)、磷脂

11、酰甘油(PG)、磷酯酰肌醇(PI)、磷脂酸(PA)等磷脂和單半乳糖二甘油脂(MGDG)、雙半乳糖二甘油脂(DGDG)、硫脂(SL)等糖脂。抗寒性品種膜脂中MGDG、DGDG、PC和PE的含量，都比不抗寒品種含量高，而PG、PI 、SL的含量，都比不抗寒品種的含量低。第23頁，共112頁。(2)膜脂中脂肪酸成分膜脂不飽和脂肪酸含量高，膜脂相變溫度會降低，植物的抗寒力對應(yīng)提高。植物體內(nèi)的膜脂中通常含有特定組成的脂肪酸，多聚不飽和脂肪酸約占脂肪酸的60%。其中三烯脂肪酸的多少與植物的抗冷性關(guān)系密切，它還是信號分子茉莉酸（JA）的合成前體。第24頁，共112頁?？购贩N或經(jīng)過低溫鍛煉品種葉片膜脂中含不

12、飽合脂肪酸多。品種間不飽合脂肪酸含量的差異，在任何生長溫度下都能表現(xiàn)出來，可作為一些作物鑒定抗寒性指標(biāo)，例如MGDG的不飽合脂肪酸指數(shù)，抗寒品種較不抗寒品種高出35%以上，亞麻酸/亞油酸比值高一倍。由此可見，不飽合脂肪酸指數(shù)或不飽合脂肪酸間的比值，都與品種的抗寒性有關(guān)。但也有例外的，如在蘋果、西蕃蓮屬植物中，細(xì)胞膜系統(tǒng)中不飽合脂肪酸與抗寒性并沒有表現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。因此，不能當(dāng)做抗寒之高低的唯一指標(biāo)。第25頁，共112頁。(3)膜結(jié)合酶的變化Lyons等(1970)研究指出，不抗冷的番茄、黃瓜果實(shí)的線粒體，琥珀酸氧化酶在912間，發(fā)生明顯的活化能(Ea)變化，氧化酶活化能的轉(zhuǎn)折溫度，與它們的受

13、害低溫相似?？估涞奶鸩烁ⅠR鈴薯塊莖的線粒體琥珀酸氧化酶在912間，沒有發(fā)生活化能的變化，也沒有發(fā)生冷害。他們推測912是不抗冷植物線粒體膜的相變溫度，因?yàn)椴煌参锏木€粒體膜脂成分不同，膜脂的相變溫度也就不同，因而膜結(jié)合酶的活力，受膜脂相變的影響而改變。第26頁，共112頁。（4）膜脂脂肪酸去飽和酶增加植物抗寒性脂肪酸去飽和是指以與載體結(jié)合的飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸為底物，由脂肪酸去飽和酶催化在脂肪鏈上形成雙鍵的反應(yīng)。根據(jù)作用底物結(jié)合的載體不同可以分為三類： 脂酰CoA去飽和酶 脂酰ACP去飽和酶 脂酰-脂去飽和酶，-3脂肪酸去飽和酶是其中重要的一種膜脂脂肪酸去飽和酶第27頁，共112頁。4.

14、蛋白質(zhì)變化與抗寒性 (1)可溶性蛋白的變化經(jīng)過低溫鍛煉的大白菜、小白菜、菠菜等，可溶性蛋白質(zhì)含量均表現(xiàn)增加，在喜溫性蔬菜中也表現(xiàn)增加的趨勢，這一變化說明在抗冷鍛煉中，抗冷性的增加需要的蛋白質(zhì)的重新合成。在多種其它植物上的實(shí)驗(yàn)也同樣顯示出有蛋白質(zhì)合成增加的現(xiàn)象。 第28頁，共112頁。(2)酶類的變化 主要是保護(hù)酶系統(tǒng)(超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶、過氧化物酶)的變化。植物細(xì)胞中存在著可以傷害膜的活性氧，這些保護(hù)酶的作用主要是清除這些活性氧，以保護(hù)細(xì)胞膜。葉綠體和線粒體中的SOD同工酶對低溫較敏感，而細(xì)胞質(zhì)部分的SOD同工酶，在不同低溫下無明顯的變化。第29頁，共112頁。將常溫下生長的

15、甜椒幼苗經(jīng)1低溫鍛煉，SOD活性有不同程度增強(qiáng)，耐寒品種酶活性較對照增加了57.5%，同一條件下不耐寒品種CAT活性也得到促進(jìn)。這些酶活性的提高，意味著幼苗清除活性氧能力得到提高，從而也增加了抵御低溫傷害能力。A.C.Kpymun和M.A.(1954)，采用白天1520，夜間05的鍛煉溫度，對辣椒、茄子的種子進(jìn)行鍛煉，結(jié)果培育出的植株對低溫有較好的適應(yīng)性，鍛煉植株葉片中過氧化物酶活性、抗壞血酸含量都較對照高， 第30頁，共112頁。Shoji(1986)以菠菜為試材研究了脂肪酸合成酶系統(tǒng)與抗凍性的關(guān)系。將菠菜品種Atlas生長在溫度為20，相對濕度為70%的控溫溫室內(nèi)，自然光照，6周后取其一部

16、分在5、光照1萬Lx下鍛煉5周。然后測定脂肪酸合成酶(FAS)、乙酰COA羧化酶(AC)、乙酰COA?；d體蛋白轉(zhuǎn)?；?AT)、丙二酰COA?；d體蛋白轉(zhuǎn)?；?MT)的活性，在鍛煉初期下降很快，隨后又明顯上升，可見鍛煉時這些關(guān)鍵酶與激活脂肪酸重新合成酶直接有關(guān)。 第31頁，共112頁。 Shmer(1975)冷鍛煉誘導(dǎo)白菜中1.52磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)發(fā)生變化，酶的兩個亞基形成兩個截然不同的峰。C4植物光合過程中一關(guān)鍵酶丙酮酸磷酸雙激酶，在低溫條件下由四聚體變成二聚體，在溫度回復(fù)時又可以變化功能狀態(tài)的四聚體。在有些植物中，還能觀察到乳酸脫氫酶、ATP酶、蔗糖合成酶、核酸酶類

17、、NAD+一蘋果酸脫氫酶等酶或同工酶的量變。 第32頁，共112頁。 (3)逆境蛋白(抗冷蛋白或冷訓(xùn)化蛋白)的產(chǎn)生 Heber(1970)研究小組在抗凍的菠菜和白菜葉中分離出兩套“冰凍保護(hù)性葉蛋白”，其分子量在1020KD，這些蛋白能十分有效地防止結(jié)冰時離體類囊體膜的光合磷酸化失活。Guy(1985)等以冷鍛煉和未鍛煉的菠菜葉為材料，標(biāo)記分析體內(nèi)蛋白質(zhì)合成類型，結(jié)果表明，在冷鍛煉組織內(nèi)出現(xiàn)82KD的蛋白質(zhì)，并與離體翻譯產(chǎn)物一致。 第33頁，共112頁。kurkela(1988)等對芥菜的研究首次提出了植物低溫鍛煉中特異性表達(dá)的基因Kinl及多肽6.5KDa的形成。誘導(dǎo)形成的6.5KDa多肽有不

18、同尋常的氨基酸組成：富含丙氨酸、甘氨酸、賴氨酸，這與北極魚類中發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白的組成十分類似；Northern Blot顯示Kinl基因mRNA的轉(zhuǎn)錄水平在低溫鍛煉條件能擴(kuò)增20倍以上，并且其擴(kuò)增能被水分脅迫和ABA有效誘導(dǎo)。 第34頁，共112頁。在植物抗低溫基因工程方面的工作已有明顯的進(jìn)展。如魚類抗凍蛋白基因已被導(dǎo)入番茄和煙草中，產(chǎn)生的融合蛋白具有抑制冰晶形成的作用(Hightower1991)，人工化學(xué)合成的比目魚抗凍蛋白基因成功導(dǎo)入玉米原生質(zhì)體，并得到表達(dá)(Georges,1990)；最近日本科學(xué)家Murata(1994)通過向煙草導(dǎo)入擬南芥菜葉綠體的甘油一3一磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶基因，以調(diào)節(jié)

19、葉綠體膜脂的不飽和度。 第35頁，共112頁。(4)氨基酸的變化植物處在逆境條件下體內(nèi)游離脯氨酸異常大量地積累。何若韞等(1986)測定了大白菜從秋至冬的生長和冷馴化期游離脯氨酸含量的變化，結(jié)果指出，球葉的耐凍性與游離脯氨酸(FPRO)含量呈一定的正相關(guān)。FPRO是一種胞質(zhì)氨基酸(Leigh等,1981)，大白菜葉中含量如此高的FPRO如果主要是局限在占細(xì)胞容積很小比例的胞質(zhì)中的話，可以設(shè)想，其在組織結(jié)冰時對原生質(zhì)的保護(hù)作用要遠(yuǎn)比主要分布在液泡中的糖重要得多。因此，對于只能忍耐霜凍的抗寒性較低的大白菜而言，含有大量游離脯氨酸，作為滲透調(diào)節(jié)劑和冰凍保護(hù)劑對低溫生長和貯藏期間的抗凍性是有一定作用的

20、。 第36頁，共112頁。三、低溫鍛煉與抗寒性的提高并不是所有的植物經(jīng)過低溫鍛煉抗寒能力提高很多，那些喜溫蔬菜抗寒能力只能提高的0左右，耐寒蔬菜的耐寒能力能提高到零下10、20甚至30。而且從植物本身來說，生長和抗寒性是矛盾的，活躍生長的植物不抗寒。 第37頁，共112頁。（一）提高抗寒能力的方法1.化學(xué)調(diào)控 脫落酸（ABA）、聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）丁酰肼（B9）、赤霉素（GA）、氯化鈣（CaCI2）、矮壯素（CCC）、甜菜堿（CB）、水楊酸（SA）、乙硫銨酸（ETH）、半胱氨酸、BR、黃腐酸、脯氨酸、蔗糖、VC第38頁，共112頁。2.日照長短因?yàn)樵诳购憻捴?，需要能源來自?/p>

21、合作用，光照影響碳水化合物的積累多少，短日照反而減少植物的抗寒能力。另方面，光照可以通過形態(tài)建成影響鍛煉過程，縮短日照和低溫處理，導(dǎo)致植物生長停頓，這與提高抗寒性是一致的。3.控制水分 缺水限制植物生長也能提高植物的抗寒性。 第39頁，共112頁。4.低溫鍛煉 (1)種子鍛煉 蔬菜種子的低溫處理(也叫冷凍處理)，把已經(jīng)浸脹的種子進(jìn)行一段時間催芽，胚芽將要萌發(fā)時，進(jìn)行冷凍處理。冷凍處理一般用0左右的低溫凍1-2天，有的放在零下25處進(jìn)行25小時的處理，沒有設(shè)備條件的可放入雪堆中，處理后放在涼水里緩凍，然后再進(jìn)行催芽 第40頁，共112頁。低溫處理可增強(qiáng)幼苗的抗低溫能力，也就是利用萌動種子對環(huán)境適

22、應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使之產(chǎn)生適應(yīng)低溫的特性。如黃瓜發(fā)芽最低溫度為12.7，低溫處理后10就能發(fā)芽。再如變溫處理番茄催芽的種子，每天在15的低溫下12-18小時，接著提高到1822的溫度下6-12小時，反復(fù)進(jìn)行幾天，糖和維生素C的含量都有增加，氧化酶的活性也有增加，因此提高了抗寒性。 第41頁，共112頁。(2)幼苗鍛煉前期鍛煉，在子葉展開真葉未出來之前是一個關(guān)鍵時期，特別是甘藍(lán)，在溫度管理上，一般較正常溫度下降3管理；中期鍛煉，在移植緩苗后需降溫；后期鍛煉，在定植前對秧苗進(jìn)行的鍛煉，使之適應(yīng)露地環(huán)境條件 第42頁，共112頁。(3)田間鍛煉指越冬菜在越冬前的鍛煉。例如越冬菠菜在越冬前的溫度逐漸降低過

23、程中，通過采取措施，使其體內(nèi)的含糖量增加，提高越冬期間的抗寒能力。主要措施是控制播種期、控制水分、控制生長速度，保證上凍時達(dá)到6片葉，不能少也不能超過。如達(dá)不到6片葉，根系扎的淺，生長點(diǎn)暴露在外面，易被凍死；超過6片葉，植株體過大，地上部分消耗過多的糖分，抗寒性降低。只有6片葉時，低溫鍛煉的效果最明顯，越冬的死苗率最低。第43頁，共112頁。2.低溫范圍、鍛煉時間與抗寒效果不同低溫、鍛煉時間的長短對植物抗寒性是有影響的。植物的抗寒鍛煉是分階段逐步進(jìn)行的番 茄沈征言等（1983年）在研究低溫鍛煉對番茄幼苗抗寒性的影響時指出，15的溫度即可開始影響番茄的耐寒性，在015范圍內(nèi)，耐寒力基本上隨著鍛煉

24、溫度的降低而呈階梯式地增強(qiáng)，大致可分為三段(幼苗3-4片真葉時鍛煉) 第44頁，共112頁。第一段：1215，作用很小，經(jīng)過1215溫度鍛煉的番茄幼苗其致死低溫比對照僅下降0.5。第二段：512，在此溫度范圍內(nèi)的低溫鍛煉能較好地增強(qiáng)番茄的耐凍力，致死低溫穩(wěn)定在-2.5，比對照下降了1.2。第三段：02，能顯著提高番茄的耐凍力，致死低溫下降到-3.5-4.0。同時看到在2.0下鍛煉的番茄葉片組織的細(xì)胞液外滲百分率還略低于0的，可以認(rèn)為2.0是提高番茄耐凍力的最適鍛煉溫度，這一結(jié)果與Chen等（1980）在馬鈴薯上所獲結(jié)果完全一致。 第45頁，共112頁。 使番茄獲得最大耐凍力所需的鍛煉天數(shù)隨鍛煉

25、溫度而變，鍛煉溫度低，所需時間短；反之，時間要長。鍛煉溫度為5.0時，最少需鍛煉6天才能表現(xiàn)其最大耐凍力；鍛煉溫度下降到2.0時，只需2天即能得到預(yù)期效果。延長鍛煉天數(shù)，也不能再繼續(xù)增強(qiáng)其耐凍性。 第46頁，共112頁。油 菜Kacpersks-Palacz（1978）對油菜低溫鍛煉提高抗寒性的研究表明，油菜抗寒鍛煉的溫度為5-2（0是油菜和甘藍(lán)的結(jié)冰溫度）分3階段進(jìn)行：第一階段：由降至5或2的低溫誘導(dǎo)，可使油菜的原有抗寒水平-5左右提高幾度。第二階段：由亞結(jié)冰溫度0至-2或-3誘導(dǎo)，可引起組織最大抗寒性的發(fā)展完成。第三階段：依賴于冰凍時間延長，引起細(xì)胞脫水而繼續(xù)提高抗寒性。第47頁，共112

26、頁。黃 瓜楊阿明等(1992)在研究低溫鍛煉提高黃瓜幼苗耐寒性效應(yīng)時指出，以較低的夜溫鍛煉黃瓜幼苗可有效地提高其耐冷性，11以下的低溫鍛煉效果比較明顯，以6鍛煉效果最佳。在6溫度條件下鍛煉6天，幼苗可獲得最大耐冷性，延長鍛煉時間，幼苗耐冷性不再提高。第48頁，共112頁。馬鈴薯低溫和短日照是誘導(dǎo)抗寒性的兩個主要條件，馬鈴薯在足夠的光照下，不論光周期長短如何，低溫能使其受到鍛煉。馬鈴薯結(jié)冰的溫度是12，如果遇到結(jié)冰的溫度就會降低其抗寒能力。馬鈴薯在白天/夜間溫度25/15，15/10，10/5，5/0，每天日照15小時，處理5天，10天，15天，20天，不抗寒品種抗寒能力沒有多大提高，抗寒品種溫

27、度越低抗寒性提高越多，最高為-8.7，低溫加短日照更加提高抗寒性，可達(dá)-11.7。第49頁，共112頁。3.低溫鍛煉過程中的生理生化變化 (1)生理變化 含水量降低，束縛水比例增高；隨鍛煉進(jìn)程葉片氣孔阻力增加(關(guān)系到葉片萎焉、失水和光合作用)；葉綠素含量增加；可溶性糖、氨基酸含量增加；滲透壓增加；ABA增加，ABA/GA值增大；第50頁，共112頁。原生質(zhì)的粘滯性增大，新陳代謝活動減弱；原生質(zhì)的彈性增加，抗寒性提高，受凍后容易恢復(fù)。膜脂成分中的磷脂，特別是磷脂酰膽堿與不飽和脂肪酸含量的增加，從而增加膜與束縛水結(jié)合能力，來提高對冰凍脫水的抗性；液泡膜的透水性能提高，當(dāng)溫度降低到冰點(diǎn)以下時，細(xì)胞內(nèi)

28、的水分就能迅速地轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，以避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰發(fā)生凍害第51頁，共112頁。在適宜低溫的誘導(dǎo)下，引起植物體內(nèi)與溫度有關(guān)的基因功能活性的改組，啟動(激活)某個基因位點(diǎn)，接受低溫信號，誘導(dǎo)合成新的mRNA,然后合成新的蛋白質(zhì)。（2）生物化學(xué)變化 (鍛煉機(jī)制) 第52頁，共112頁。 四、蔬菜的抗寒性鑒定 （一）蔬菜抗寒性的鑒定手段實(shí)驗(yàn)室鑒定在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用冰箱、冰水浴、人工氣候室模擬田間低溫條件，測定植物的抗寒性指標(biāo)，鑒定其抗寒性。特點(diǎn)是可以比較精確的控制不同低溫，可以短時間內(nèi)低溫處理較多的植物材料，但是冰箱、冰水浴、人工氣候室的容積較小，只能處理較小的植物，一次處理較少數(shù)量的植物，且處理時間較短，

29、不能觀察和測定植物整個生育期的耐低溫反應(yīng)。第53頁，共112頁。田間自然降溫鑒定對春提早、秋延晚的露地葉菜及設(shè)施果菜；對耐寒的越冬菜；對冬季栽培的設(shè)施內(nèi)各類蔬菜；成株階段的鑒定很重要。因?yàn)檫@個時期是對實(shí)際抗寒能力檢驗(yàn)的關(guān)鍵時期(對低溫的實(shí)際反映期)。第54頁，共112頁。（二）抗寒性鑒定指標(biāo)的篩選1.生態(tài)指標(biāo) (1) 半致死溫度（LT50） 過去的含義是指一半試材臨界死亡的溫度?，F(xiàn)在是指單個細(xì)胞或植物組織器官作試驗(yàn)材料， 50%以上沒有凍死的最低溫度。Sukumaran等（1972）基于電解質(zhì)滲出率的50%，正好與半致死溫度一致，提出以電解質(zhì)滲出率50%時的溫度作為組織的半致死溫度。第55頁，

30、共112頁。（2）致死溫度請參考植物生理實(shí)驗(yàn)或園藝學(xué)報1988,15(1):51-56(朱月林、曹壽椿)第56頁，共112頁。（3）過冷點(diǎn)過冷是指水溶液冷卻到冰點(diǎn)以下的溫度時，也不會結(jié)冰的一種狀態(tài)。過冷點(diǎn)是指過冷液，在形成冰凍前所達(dá)到最亞結(jié)冰溫度。據(jù)研究純水的過冷點(diǎn)最低為-41（-4.1），生物細(xì)胞的過冷點(diǎn)為-4.5。第57頁，共112頁。2.形態(tài)指標(biāo)（1）生長發(fā)育指標(biāo) 種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、種子活力。植株的葉片數(shù)、葉面積、株高、莖粗、根冠比（R/T）、根重、全株干重、花芽分化情況、花粉活力、坐果率、產(chǎn)量。 （冷害級數(shù)各級株數(shù)）（2）冷害指數(shù)= 最高級數(shù)總株數(shù)第58頁，共112頁。

31、（凍害級數(shù)各級株數(shù)）（3） 凍害指數(shù)= 最高級數(shù)總株數(shù) 未恢復(fù)時凍指恢復(fù)后凍指（4） 恢復(fù)能力 = 100 未恢復(fù)時凍指 冷害分級標(biāo)準(zhǔn)：（5）死株率第59頁，共112頁。3. 生理生化指標(biāo)（1）凈光合速率（2）呼吸速率（3）酶活性 超氧化物岐化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、ATP酶、吲哚乙酸氧化酶、-酮戊二酸氧化酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)化酶、二磷酸核酮糖羧化酶氧化酶等，及其同工酶。（4）葉綠素含量（5）可溶性糖含量（6）可溶性蛋白含量第60頁，共112頁。（7）核酸（8）磷脂（9）不飽和脂肪酸 單半乳糖二甘油脂（MGDG）、雙半乳糖二甘油脂（DGDG）、磷脂酰膽堿（PC）

32、、磷脂酰醇胺（PE）、亞麻酸/亞油酸比值等。（10）游離氨基酸（11）游離脯氨酸（12）抗壞血酸第61頁，共112頁。（13）外滲電導(dǎo)率 由于冰凍引起膜的傷害和細(xì)胞中電解質(zhì)外滲，因此可以測定組織浸泡液的電導(dǎo)率來確定細(xì)胞的凍害程度。受凍害嚴(yán)重的滲出離子多，濃度大，電導(dǎo)率高。還可以判斷細(xì)胞的死活，確定半致死溫度。（14）傷流液量及各種元素的含量第62頁，共112頁。4. 理化指標(biāo)（1）組織細(xì)胞的滲透壓 原生質(zhì)脫水和結(jié)冰是發(fā)生凍害的主要原因，所以抗凍性與細(xì)胞的滲透壓有關(guān)。如果細(xì)胞的滲透壓高，細(xì)胞不易脫水，冰點(diǎn)也會下降，不易結(jié)冰。植物細(xì)胞含糖量高，細(xì)胞液濃度大，滲透壓高。第63頁，共112頁。（2）T

33、TC還原法 植物生活組織具有還原能力，有電子放出來，能使無色的TTC（氯化三苯四氮唑）還原為紅色。TTC的還原態(tài)可將小圓葉片放在2ml 0.02%TTC溶液（0.5M，用PH=7.4磷酸緩沖液配制）中浸泡，黑暗中過夜，用光電比色法 485nm波長處測定。當(dāng)組織受凍害后，還原能力降低，與TTC的顏色反應(yīng)能力減弱，紅色較淺，因此可根據(jù)由紅色無色的變色程度，鑒別植物的抗寒性，或受凍害的輕重。此法對草本植物葉片組織測定效果較好。第64頁，共112頁。5.組織細(xì)胞解剖結(jié)構(gòu)觀察觀察上表皮細(xì)胞層內(nèi)柵欄組織厚度，下表皮組織層內(nèi)和海綿組織之間的下部緊密組織厚度。第65頁，共112頁。 五、低溫的防御對策及主要技

34、術(shù)措施 1.趨利避害、合理布局(1)充分利用氣候資源合理布局適地種植 區(qū)域化栽培（2）利用地形氣候利用背風(fēng)向陽地帶和坡地逆溫帶據(jù)觀測一般南坡030厘米日平均土溫比東、西坡高3，比北坡高56，地面最高溫度比東、西坡高10，比北坡高15；晴天1.5米高度的日平均氣溫南坡比東、西坡高0.60.7，比北坡高1.0。第66頁，共112頁。 水體由于其巨大的熱容量使得水體周圍的陸地溫度變得相對穩(wěn)定。白天由于陸面升溫快空氣上升，水面上方的空氣補(bǔ)充；夜間則水面上方空氣相對較暖抬升，陸面空氣相對較冷流向水面進(jìn)行補(bǔ)充，這樣就形成了水體與陸面之間的局部大氣環(huán)流，如海陸風(fēng)、湖岸風(fēng)等,也有助于減輕輻射降溫強(qiáng)度。海洋、湖

35、泊、大江、水庫周圍的陸地都要比其他陸地的溫度穩(wěn)定有利于防寒避凍。利用水體保溫效應(yīng)第67頁，共112頁。利用城市熱島效應(yīng) 蔬菜生產(chǎn)在大城市郊區(qū)最為集中。城市由于建筑物白天吸熱較多，夜間則由于城市上方的煙塵和CO2氣體較多，有抑制地面輻射降溫的作用，加上城市消耗能源放熱多，使得城市溫度明顯高于郊外，形成城市熱島效應(yīng)。 第68頁，共112頁。2.改善菜田生態(tài)環(huán)境(1)營造防護(hù)林(2)合理間套作(3)培肥和改良土壤 砂性土和板結(jié)土壤在冷空氣入侵時保溫性能都較差，再加上保水性能差，易形成旱凍交加而加重凍害。增施有機(jī)肥或客土法將菜田的砂土和粘土摻合，可形成具有良好結(jié)構(gòu)的土壤，改善土壤的熱性質(zhì)和保水性能，從

36、而減輕凍害或霜凍。 (4)設(shè)施栽培 第69頁，共112頁。3.提高蔬菜作物抗寒性(1)確定安排安全播種期、定植期及收獲期 耐寒性蔬菜土溫達(dá)5既可播種，喜溫性蔬菜需達(dá)12以上。從抗寒的角度，與播種期關(guān)系密切的，主要是越冬菜；與定植期關(guān)系密切的主要是喜溫的果菜類；與收獲期關(guān)系密切的主要是大白菜、蘿卡、胡蘿卜等。再就是冬季生產(chǎn)的保護(hù)地蔬菜，播種期、定植期、收獲期均與溫度關(guān)系密切。第70頁，共112頁。(2)選用抗寒品種在低溫的季節(jié)應(yīng)選擇抗寒的蔬菜種類。例如，早春種一些菠菜、小白菜、小油菜、豌豆、甘藍(lán)：晚秋也可以種菠菜、油菜；越冬菜主要有菠菜、韭菜、大蔥和一些多年生蔬菜。在保護(hù)地冬季種一些油菜、萵苣,

37、既可以提高土地利用率，又可以增加產(chǎn)值。在喜溫性蔬菜中，抗寒的品種比較少，一般一代雜種比品種較抗寒。 第71頁，共112頁。(3)進(jìn)行抗寒鍛煉(4)合理施肥澆水(5)促進(jìn)根系發(fā)育(6)運(yùn)用植物生長調(diào)節(jié)劑第72頁，共112頁。脫落酸(ABA)是一種內(nèi)源激素，對植物的生長起抑制作用，使植物進(jìn)入抗寒鍛煉，在作物低溫鍛煉過程中，用適當(dāng)濃度(噴施100200ppm、灌施1020ppm)的ABA可增加鍛煉效果。一般對抗寒性強(qiáng)的品種的效應(yīng)比抗寒性弱的品種顯著。第73頁，共112頁。矮壯素(CCC)在十多種作物上應(yīng)用效果是肯定的，特別是白菜、油菜上（1000ppm），可提高耐寒力。在春季果菜上噴用，可防止“倒春

38、寒”的危害。 B-9(SADH) 在白菜上使用，可減輕凍害，B-9能改善細(xì)胞內(nèi)的葉綠素及無機(jī)鹽(Fe、Ca及Mn等)的含量，增加物質(zhì)的同化和積累，提高細(xì)胞液濃度，從而提高抗寒力。一般使用濃度為2000ppm左右。第74頁，共112頁。2,4-D對防寒、防落花落果均有明顯效果，春番茄早期落花落果的主要原因是定植后的低溫，低溫可以造成花粉發(fā)育不良、花粉管萌發(fā)不良，導(dǎo)致落花落果，而用2,4-D處理后,可明顯提高座果率。 PCPA 作用同2,4-D，但使用方便，可噴施。2,4D只能蘸花，濃度大(重復(fù)蘸花)可產(chǎn)生藥害。 MH(馬來酰肼) 對提高耐寒性有一定效應(yīng)第75頁，共112頁。氯化鈣（CaCl2）是

39、一種生物膜穩(wěn)定劑。一般用0.10.3%濃度噴施，在凍害前噴可減輕凍害，在凍害后噴可加快恢復(fù)健康。 多效唑（MET） 具有延緩植物生長、抑制莖的伸長、提高植物抗逆性作用。主要是通過降低GA類物質(zhì)和IAA的含量，來調(diào)節(jié)植物功能的。第76頁，共112頁。(7)進(jìn)行植株調(diào)整(8)嫁 接 選用抗寒性強(qiáng)的野生品種作為砧木與栽培品種嫁接，不但可以提高抗寒性，還可提高抗病性。第77頁，共112頁。4.應(yīng)急措施(1)煙霧法(2)加熱法 成本高，國外試驗(yàn)田(3)鼓風(fēng)法 成本高，國外試驗(yàn)田(4)抑制冰核活性細(xì)菌 第78頁，共112頁。冰核活性細(xì)菌自從80年代初國外發(fā)現(xiàn)冰核活性細(xì)菌(INA)的存在以來，我國到1989

40、年已分離出大量的冰核細(xì)菌，實(shí)驗(yàn)證明，在日平均氣溫10左右，INA的數(shù)量最多，如玉米幼苗帶INA的，溫度降到-3時開始結(jié)冰，-5受到嚴(yán)重傷害，而不帶這種細(xì)菌的直到溫度下降到-8才開始結(jié)冰。INA細(xì)菌的密度越大，作物發(fā)生凍害的溫度越高。因此，如果能減少這些冰核活性細(xì)菌，就可以使植物體內(nèi)的水在0以下保持過冷卻狀態(tài)不結(jié)冰，從而大大減輕凍害。 第79頁，共112頁。美國用竣化樹脂聚合物噴灑葉面形成保護(hù)膜，將葉片上的INA包圍起來，抑制其繁殖。日本研制辛基苯渴酰二甲基銨，能有效破壞這類細(xì)菌的成冰活性；國外還有人施放噬菌體或?qū)Ρ嘶钚约?xì)菌有拮抗作用的細(xì)菌。還有人在研究應(yīng)用基因工程技術(shù)，切除冰核活性細(xì)菌染色體

41、中產(chǎn)生冰核活性的基因，使之在成核活性上與普通細(xì)菌一樣。第80頁，共112頁。六、植物抗寒基因工程研究進(jìn)展1.植物低溫誘導(dǎo)蛋白研究進(jìn)展植物對低溫的適應(yīng)可能需要兩個條件：特異基因的轉(zhuǎn)錄激活及在最大抗寒過程中新蛋白質(zhì)的低溫誘導(dǎo)合成。說明植物抗寒鍛煉實(shí)質(zhì)上是感受低溫信號、調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和代謝的環(huán)境適應(yīng)過程，即低溫馴化的過程，通常譯為冷馴化。植物低溫誘導(dǎo)蛋白是指那些受低溫誘導(dǎo)而產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，有些還受ABA、干旱、鹽脅迫、熱激等因素的誘導(dǎo)。第81頁，共112頁。低溫誘導(dǎo)蛋白（cold induced protein)又稱冷誘導(dǎo)蛋白，是伴隨著植物的低溫馴化而出現(xiàn)的新蛋白質(zhì)。其生理生化功能十分廣泛，包括降低冰

42、點(diǎn)、脂類轉(zhuǎn)移、激酶調(diào)節(jié)、阻止脫水、抗光氧化等等冷調(diào)節(jié)蛋白（cold regulate protein,COR）是另一類低溫誘導(dǎo)蛋白，不由低溫專一性誘導(dǎo)，還可以被外源ABA和水脅迫誘導(dǎo)。第82頁，共112頁?？箖龅鞍祝╝ntifreeze protrin，AFP）最初是在極區(qū)魚的血清中發(fā)現(xiàn)的一種能降低細(xì)胞間隙體液冰點(diǎn)的糖蛋白，可使魚以避凍的方式抗凍在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的冷調(diào)蛋白COR6.6蛋白、油菜中的BN28蛋白以及冬小麥、冬黑麥、燕麥、沙冬青和胡蘿卜中發(fā)現(xiàn)的一些低溫誘導(dǎo)蛋白與極區(qū)魚的AFP在氨基酸序列上有很大的同源性。第83頁，共112頁。而且植物的AFP與某些抗病蛋白具有化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似性。已經(jīng)

43、證實(shí)冬黑麥冷馴化過程中積累的抗凍基因與三種抗真菌蛋白（幾丁質(zhì)酶、-葡聚糖酶和甜味蛋白）的編碼基因具有同源性，從而提示了植物抗凍與抗真菌之間可能存在共同的反應(yīng)機(jī)制。在其轉(zhuǎn)化植物基因表達(dá)產(chǎn)物對冰的形成產(chǎn)生影響。第84頁，共112頁。Hincha等（2000）在大白菜的葉片中純化的抗凍蛋白可以保護(hù)從沒冷馴化的菠菜葉片中分離到的類囊體免受冰融化傷害。序列分析表明與脂運(yùn)輸?shù)鞍譝ax29有同源性，屬非特化脂運(yùn)輸?shù)鞍最?，但只有抗凍活性沒有脂運(yùn)輸活性。第85頁，共112頁。熱激蛋白（heat shock protein，Hsp）在沸點(diǎn)下穩(wěn)定可溶。通常在機(jī)體受到高溫刺激時增加，與保持酶在高溫下的活性和維持機(jī)體的

44、穩(wěn)定有關(guān)。是一個很大的家族，根據(jù)其分子量而區(qū)分為HSP110、HSP90、HSP70等類群。如ER-HSP70就是在菠菜冷馴化過程中發(fā)現(xiàn)的一種熱激蛋白，在蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)、折疊、裝配和拆卸過程中起作用。第86頁，共112頁。胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(late embryogenesis abundant protein，LEA）是一類在植物種子胚胎發(fā)育晚期富集合成的一系列蛋白，富含甘氨酸和其它親水氨基酸，疏水氨基酸含量較少，具有高度的親水性和熱穩(wěn)定性，在干旱、低溫和鹽漬脅迫下因失水而誘導(dǎo)產(chǎn)生，屬冷調(diào)節(jié)蛋白。研究發(fā)現(xiàn)植物的許多低溫誘導(dǎo)蛋白是LEA。如小麥的Wesl20、COR39、Wcor410，大麥的

45、HAV1，菠菜的CAP85，苜蓿的CASl7，擬南芥的COR47、LTl30、RABl8等。第87頁，共112頁。植物脫水素（dehydrin）是一類可被外源ABA、干旱、低溫和鹽脅迫所誘導(dǎo)的蛋白。是LEA蛋白家族的成員，具有高度的親水性、在沸水中保持可溶的穩(wěn)定性和可被ABA誘導(dǎo)表達(dá)等特性。主要功能是保護(hù)植物細(xì)胞中的大分子在脫水過程中不受傷害，可能的作用機(jī)理是維持細(xì)胞膜在脫水狀態(tài)下的穩(wěn)定性，另外在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中其重要作用。第88頁，共112頁。2.植物-3脂肪酸去飽和酶的研究進(jìn)展脂肪酸去飽和是指以載體結(jié)合的飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸為底物，由脂肪酸去飽和酶催化在脂肪鏈上形成雙鍵的反應(yīng)，分為三類

46、。-3脂肪酸去飽和酶是脂酰-脂去飽和酶的一種。位于植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、質(zhì)體膜和蘭藻類囊體膜上，其空間位置在sn-1或sn-2,作用位置在-3，以與載體結(jié)合的不飽和脂肪酸為底物，催化與甘油脂結(jié)合的二烯脂肪酸形成第三個雙鍵。第89頁，共112頁。根據(jù)電子供體不同可分為兩類一類定位于植物細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，以細(xì)胞色素b5為電子供體，作用于磷脂酰甘油（PG）或其它磷脂。另一類定位于植物細(xì)胞質(zhì)體，以鐵氧還蛋白為電子供體，作用于磷脂酰甘油，硫脂和半乳糖脂。質(zhì)體定位的與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的去飽和酶氨基酸序列有很高的同源性。第90頁，共112頁。在模式植物擬南芥中存在的-3脂肪酸去飽和酶FAD3基因編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型-3脂肪酸去飽和酶

47、FAD7、FAD8基因編碼的質(zhì)體型同工酶。其中FAD3、FAD7在常溫下表達(dá)，F(xiàn)AD8在低于20下表達(dá)。自1992年Arondel等克隆了擬南芥內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-3脂肪酸去飽和酶基因以來，陸續(xù)克隆了擬南芥（質(zhì)體）、油菜、大豆、豇豆、蓖麻、小白花、小麥等的微體和質(zhì)體-3脂肪酸去飽和酶基因。第91頁，共112頁。-3脂肪酸去飽和酶的生理功能脂肪酸是細(xì)胞膜脂的主要成份，多聚不飽和脂肪酸約占總脂肪酸的60%。高含量的多聚不飽和脂肪酸，主要是三烯脂肪酸在高等植物抗寒中其重要作用。三烯脂肪酸還是信號分子茉莉酸（JA）的合成前體。第92頁，共112頁。眾多的-3脂肪酸去飽和酶是由來源于同一祖先基因的多基因家族成員編碼

48、的，定位于質(zhì)體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。它們催化十八碳三烯酸（18:3）和十六碳三烯酸（16:3）的生物合成，使脂肪酸形成第三個雙鍵。是這一合成途徑的關(guān)鍵酶。它們在改變植物膜脂脂肪酸的組成、提高其不飽和度、葉綠體的發(fā)育及葉片成熟過程中三烯脂肪酸含量的增加、抗冷性的增強(qiáng)、低溫光抑制后光合能力的恢復(fù)等方面具有重要作用。第93頁，共112頁。3.植物抗寒分子機(jī)理植物細(xì)胞膜在感受外界低溫信號時，細(xì)胞膜的流動性發(fā)生改變，同時伴隨著細(xì)胞骨架的重排。他們通過流向胞質(zhì)的鈣流將體外的低溫物理信號轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的生化信號。將鈣流與下游信號分子偶聯(lián)起來的物質(zhì)是鈣調(diào)蛋白（CaM）和鈣依賴性蛋白激酶（CDPK）、促分裂原活化蛋白激酶（

49、MAPK）等蛋白激酶，它們可能通過將蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化的方式傳遞信號。第94頁，共112頁。轉(zhuǎn)錄因子CBF調(diào)控信號路徑低溫信號下游路徑非常復(fù)雜，但此路徑是被廣泛認(rèn)可的。受這條路徑調(diào)控的冷誘導(dǎo)基因其啟動子區(qū)域都含有CRT/DRE順式作用元件。與這些順式元件作用的蛋白質(zhì)為轉(zhuǎn)錄因子CBF1、CBF2、CBF3（亦稱反式作用因子DREB1a、 DREB1b、 DREB1c）。CBFs作為轉(zhuǎn)錄因子通過與CRT/DRE結(jié)合對冷誘導(dǎo)基因表達(dá)起順式調(diào)節(jié)作用，誘導(dǎo)基因表達(dá)。CBFs基因也有一個啟動子假設(shè)的轉(zhuǎn)錄激活因子ICE ，在受到低溫刺后被激活，激活的ICE與CBFs轉(zhuǎn)錄因子上的ICE盒子結(jié)合誘導(dǎo)CBFs

50、 表達(dá)。第95頁，共112頁。負(fù)調(diào)節(jié)因子調(diào)控方式SFR是從擬南芥中鑒定出的一組7個基因，它們有降低冷馴化植株抗凍性的作用。其中SFR6對CBF調(diào)控因子的調(diào)節(jié)表達(dá)有作用，表現(xiàn)在CBF轉(zhuǎn)錄和調(diào)控子的誘導(dǎo)。ESKIM01是用化學(xué)突變法分離的冷馴化突變體基因。 ESKIM01（eskl）的突變，導(dǎo)致了未冷馴化植株P(guān)ro、總糖含量升高，而且Rab18（擬南芥的LEA）的轉(zhuǎn)錄水平高出3倍。估計在植物體內(nèi)有eskl信號途徑和CBF調(diào)控子冷馴化途徑，且平行獨(dú)立存在。因?yàn)閑skl的突變對CBF調(diào)控子的表達(dá)沒有影響。其作用機(jī)理不清楚。第96頁，共112頁。HOS1和HOS2也是一個負(fù)調(diào)節(jié)因子基因。通過位移克隆技術(shù)

51、鑒定的HOS1基因編碼一個帶有指環(huán)序列單元的蛋白質(zhì)。HOS1的精確功能尚不清楚，但是HOS1植物體內(nèi)的CBF/DREB1基因的轉(zhuǎn)錄被發(fā)現(xiàn)是被超誘導(dǎo)的，因此有理由相信HOS1是一個負(fù)調(diào)節(jié)因子，作用于CBF/DREB1的上游。第97頁，共112頁。4.植物抗寒基因工程至今已經(jīng)克隆了約百余種冷誘導(dǎo)基因，如膜脂脂肪酸去飽和酶基因、與滲透調(diào)節(jié)有關(guān)的基因及抗凍蛋白基因。根據(jù)其被誘導(dǎo)的專一性可分為兩類：低溫專一誘導(dǎo)基因 專一受低溫誘導(dǎo)表達(dá)冷調(diào)節(jié)基因 不僅受低溫誘導(dǎo)，還能被ABA、短日照、水分脅迫等誘導(dǎo)第98頁，共112頁。根據(jù)基因產(chǎn)物功能還可分為兩類保護(hù)基因 其產(chǎn)物直接起到抗寒保護(hù)作用。如膜穩(wěn)定性相關(guān)的基因

52、；抗?jié)B透脅迫相關(guān)基因；抗凍蛋白基因；細(xì)胞活性相關(guān)基因。調(diào)控基因 其產(chǎn)物對信號的傳遞及保護(hù)基因的表達(dá)起到調(diào)控作用?？梢允寝D(zhuǎn)錄前的信號傳遞調(diào)控，轉(zhuǎn)錄調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物后修飾調(diào)控。第99頁，共112頁。(1) 轉(zhuǎn)入與膜穩(wěn)定性相關(guān)的基因?qū)胫舅崛ワ柡痛x關(guān)鍵酶基因膜是低溫傷害的原初位點(diǎn)，導(dǎo)入脂肪酸去飽和代謝關(guān)鍵酶基因，通過降低膜脂脂肪酸的飽和度，可以降低膜的相變溫度，提高植物抗寒性。Kodama將擬南芥葉綠體中-3脂肪酸脫氫酶基因fad7導(dǎo)入煙草中，所獲得的轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性增強(qiáng)。Ishizaki-Nishizawa等將從蘭細(xì)菌（Anacystis nidukans）中克隆的9-去氫酶的基因Des9轉(zhuǎn)入

53、到煙草后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草中受到修飾的9-單飽和脂肪酸的含量與野生型相比增加16倍，半致死溫度明顯降低。第100頁，共112頁。Yokio等通過根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)并以玉米Ubiquitin作為啟動子把擬南芥的3-磷酸甘油脂?；D(zhuǎn)移酶基因（GPAT）導(dǎo)入水稻中，提高了葉片葉綠體不飽和脂肪酸（PG）的含量和葉片的耐低溫性。第101頁，共112頁。導(dǎo)入防御酶系基因通過基因工程方法導(dǎo)入防御酶系基因，調(diào)控其過表達(dá)，可以清除過量的活性氧，產(chǎn)生良好的抗氧化能力。Mckersie等通過pEXSOD載體將擬南芥Fe-SOD基因轉(zhuǎn)入紫花苜蓿中，兩年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株越冬存活率大大提高。Samis等將Mn-SOD基因?qū)胱匣ㄜ俎?，不僅提高了轉(zhuǎn)基因植物的膜穩(wěn)定性，同時使植株生物量得到增加。第102頁，共112頁。（2）轉(zhuǎn)入與抗?jié)B透脅迫相關(guān)的基因低溫引起次生干旱造成的滲透