植物抗寒性

寒害包括冷害和凍害。

冷害機理

細胞結冰傷害模式圖

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(引自Buchanan et al, 2000)

緒論

冬天天氣寒冷，各種植物仍能渡過嚴寒的冬季，來年繼續生長、開花、結果。奧秘在哪裡呢？

原來植物在寒冷到來之前，在生理上相應地做出各種適應性反應：如可溶性糖渡度的提高，就可以提高細胞溶液濃渡，使水點降低。還可以緩衝原生質過度脫水，保護原生質膠體不致遇冷凝固。另外糖分子還有巨大的表面活動能力，可以吸附在細胞器的表面之上，減弱它們的生命能力；細胞內糖多，滲透壓加大，保留水分多，減少外出結冰。還有的植物通過降低自身含水量，以適應低溫條件，安全渡過寒冷的冬季。當初冬溫度降到5度左右，冬小麥的地上生長基本停止，但光合作用仍繼續緩慢進行，這時所合成的產物並不轉化成澱粉或其他非溶性物質，而是以可溶性糖類（主要是葡萄糖）積存於細胞中。由於冬季麥苗葉綠素形成少，細胞呈中性或微酸性，此時，麥苗顏色開始變 紅，這才是麥苗抗寒能力強，生長正常的一種標誌。果樹花芽也能安全越冬，才能使來年花開滿樹，結出豐收的果實。這主要靠得是花芽內部含水量的變化。當氣溫下降時，花芽迅速排出內部的水，使芽內的汁液達到高度渡縮的程度。這種高渡度汁液具有極強的抗凍能力，它在嚴寒時也不會結冰因此，防止了細胞膜由於冰凍而引起破裂，即使氣溫下降到零下30度時，花芽內細胞仍能安然無恙。

低溫下植物的生理變化

在冬季嚴寒來臨之前，隨著日照的縮短和氣溫的降低，植物體內會發生一系列適應低溫的生理生化變化，從而提 高了植物的抗寒性. 這種逐步提高抗寒能力的適應過程稱為抗寒鍛煉(cold hardening)或低溫訓化(cold acclimation)。 ·晚秋或早春寒潮突然襲擊植物就易受害 經適當的抗寒鍛煉過程，植物逐漸完成適應低溫的一系列代謝變化，獲得較強的抗寒性。我國北方晚秋時，植物內部的抗寒鍛煉還未完成，抗寒力差；在早春，溫度已回升，植物的抗寒力逐漸下降。

植物抗寒鍛煉過程中體內發生的適應性生理變化

(1)組織的含水量降低，而束縛水的相對含量增高。

(2)呼吸減弱消耗減少。有利於糖分等的積累，植物的整個代謝強度減弱，抗逆性增強。

(3) ABA含量增多，生長停止，進入休眠 ·l·植物進入深度休眠后，其抗寒性能力顯著增強。冬小麥的核膜口逐漸關閉，細胞核與細胞質之間物質交流停止，細胞分裂和生長活動受到抑制，植物進入休眠。

(4) 保護物質積累 可溶性糖含量增加，對細胞的生命物質和生物膜起保護作用。可增加細胞液濃度，降低冰點，提高原生質保水能力，保護蛋白質膠體不致遇冷變性凝聚；可進一步轉化為其它 保護物質(如磷脂、氨基酸等)和能源. 在抗寒鍛煉中，氨基酸的含量也增多. 脯氨酸的含量增加更為明顯，是防凍劑或膜的穩定劑，對植物適應多種逆境具有重要作用。

(Cold acclimation protein) 植物經低溫誘導能使某些特定的基因活化，並得以表達合成一組新蛋白。? 近年來，已有近百種植物低溫誘導蛋白被發現和研究，但還不清楚它們在提高植物抗寒性過程中的機理。? 抗凍蛋白(antifreeze protein AFP) 是生活在兩極冰水中的魚類血液中含有的糖蛋白。能降低細胞間隙體液冰點。植物本身也可能具有與動物中類似的抗凍蛋白和基於相似原理的抗凍能力。擬南芥冷調節蛋白(coldyreguated protein.COR) COR 6.6蛋白 油菜的BN28蛋白 擬南芥葉綠體的COR15蛋白 胚胎髮育晚期豐富蛋白(late embryogenesis abunndant protein,LEA) 植物在胚胎髮育晚期，種子脫水時大量產生的蛋白質。多數是高度親水、沸水中穩定的可溶性蛋白. 植物在低溫誘導下也能表達多種LEA蛋白。有助於提高植物在冰凍時忍受脫水脅迫的能力，減少細胞冰凍失水。多數LEA蛋白也能為乾旱或外源ABA誘導。

提高植物抗寒性的措施

從兩個方面著手：提高植物自身抗寒性 改變植物生長小氣候

(1) 抗寒鍛煉 用人工或自然的方法，對萌動的種子或幼苗進行適度的低溫處理，提高其抗寒性。經過抗寒鍛煉后，抗性增強。細胞內的糖含量增加，束縛水/自由水比值增大，原生質的粘度、彈性增大，代謝活動減弱。

(2) 化學控制 生長延緩劑AMO-1618、多效唑 廣泛用於果樹，使其矮化，促進花芽分化。能抑制GAs的合成，提高樹木的抗寒性。外源ABA處理 能在常溫下使植物抗寒性提高，同時誘導多種低溫誘導基因表達，產生低溫誘導蛋白。

(3) 其它農業措施 選育抗寒品種 提高越冬和早春作物的土壤溫度，保護植物抵禦寒害 適時播種、培土、增施磷鉀肥，特別是廄肥和綠肥壓青。在寒流霜凍來臨之前，熏煙、冬灌、蓋草等保護植物. 採用塑料薄膜苗床、地膜覆蓋 保護春播作物抵禦早春寒流。