植物抗寒性產品研究

1、 第一部分： 研究植物抗寒性產品的意義及理論基礎研究植物抗寒性的意義：研究植物抗寒性的意義： 溫度作為重要的環(huán)境因子之一,在植物遺傳背景限制的前提下,對植物某些生長發(fā)育過程起著決定性作用。低溫寒害是農業(yè)生產中一種嚴重的自然災害,受害面積廣,損失大。 雖然植物本身具有一定的抗寒性,可是不同植物種類和品種有不同的抗寒性,不同器官的抗寒性也不一樣。低溫脅迫是植物栽培中常常遇到的一種災害,它不僅會導致植物的生長受到嚴重損害,甚至引起植株死亡,給生產帶來嚴重的損失。 因此,探索植物抗寒性的生理機制及其遺傳因素,不僅在基礎理論上具有重要意義,在解決生產實際問題上也具有廣泛的應用價值。植物的抗性生理植物的抗

2、性生理植物的抗寒性植物的抗寒性冷害冷害( chilling injury ) ( chilling injury ) 指冰點以上低溫對植物的危害指冰點以上低溫對植物的危害. .凍害凍害( freezing injury ) ( freezing injury ) 指冰點以下低溫對植物的危害。指冰點以下低溫對植物的危害。主要研究主要研究l根據低溫的程度和植物受害情況，可分為根據低溫的程度和植物受害情況，可分為:自然環(huán)境的旱、澇、冷、凍、自然環(huán)境的旱、澇、冷、凍、鹽漬、蟲害、病害以及大氣、鹽漬、蟲害、病害以及大氣、水質、土壤污染等不良環(huán)境條水質、土壤污染等不良環(huán)境條件。件。植物生長對溫度的反應有三

3、基點，即最低溫度、最適溫度和最高溫度。植物生長對溫度的反應有三基點，即最低溫度、最適溫度和最高溫度。 在中國，冷害經常發(fā)生于早春和晚秋，對作物的危害主要表現在苗期與籽?；蚬麑嵆墒炱?。 種子萌發(fā)期的冷害，常延遲發(fā)芽，降低發(fā)芽率，誘發(fā)病害。如棉花、大豆種子在吸脹初期對低溫十分敏感，低溫浸種會完全喪失發(fā)芽率。低溫下子葉或胚乳營養(yǎng)物質發(fā)生泄漏，這為適應低溫的病菌提供了養(yǎng)分。苗期冷害主要表現為葉片失綠和萎蔫。水稻、棉花、玉米等春播后，常遭冷害，造成死苗或僵苗不發(fā)。作物在減數分裂期和開花期對低溫也十分敏感。如水稻減數分裂期遇低溫(16以下)，則花粉不育率增加，且隨低溫時間的延長而危害加劇；開花期溫度在20

4、以下，則延遲開花，或閉花不開，影響授粉受精。晚稻灌漿期遇到寒流會造成籽?？瞻T。10以下低溫會影響多種果樹的花芽分化，降低其結實率。果蔬貯藏期遇低溫，表皮變色，局部壞死，形成凹陷斑點。在很多地區(qū)冷害是限制農業(yè)生產的主要因素之一。 很多熱帶和亞熱帶植物不能經受冰點以上的低溫. 根據植物對根據植物對冷害冷害的反應速度，可將冷害分為的反應速度，可將冷害分為直接傷害直接傷害與與間接傷害間接傷害兩類。兩類。 直接傷害直接傷害: :指植物受低溫影響后幾小時，指植物受低溫影響后幾小時，至多在至多在1d1d之內即出現傷斑，說明這種影響已侵入之內即出現傷斑，說明這種影響已侵入胞內，直接破壞原生質活性。胞內，直接破

5、壞原生質活性。 間接傷害間接傷害: :主要是指由于引起代謝失調而主要是指由于引起代謝失調而造成的傷害。低溫后植株形態(tài)上表現正常，至少造成的傷害。低溫后植株形態(tài)上表現正常，至少要在五、六天后才出現組織柔軟、萎蔫，而這些要在五、六天后才出現組織柔軟、萎蔫，而這些變化是代謝失常后生理生化的緩慢變化而造成的，變化是代謝失常后生理生化的緩慢變化而造成的，并不是低溫直接造成的。并不是低溫直接造成的。 冷害對植物的影響不光表現在葉片變褐、干枯，果皮變色等外部形態(tài)上，更重要的是在細胞的生理生化上發(fā)生了劇烈變化。1.1.膜透性增加膜透性增加 在低溫冷害下，膜的選擇透性減弱，膜內大量溶質外滲。用電導儀測定可發(fā)現，

6、植物浸出液的電導率增加，這就是細胞膜遭受破壞的表現。2.2.原生質流動減慢或停止原生質流動減慢或停止 把對冷害敏感植物(番茄、煙草、西瓜、甜瓜、玉米等)的葉柄表皮毛在10下放置12分鐘，原生質流動就變得緩慢或完全停止；而將對冷害不敏感的植物(甘藍、胡蘿卜、甜菜、馬鈴薯)置于0時原生質仍有流動。原生質流動過程需ATP提供能量，而原生質流動減慢或停止則說明了冷害使ATP代謝受到抑制。冷害時植物體內的生理生化變化冷害時植物體內的生理生化變化 3.3.水分代謝失調水分代謝失調 植株經冰點以上低溫危害后，吸水能力和蒸騰速率都明顯下降，其中根系吸水能力下降幅度更顯著。在寒潮過后，作物的葉尖、葉片、枝條往往

7、干枯，甚至發(fā)生器官脫落。這些都是水分代謝失調引起的。 4.4.光合速率減弱光合速率減弱 低溫危害后蛋白質合成小于降解，葉綠體分解加速，葉綠素含量下降，加之酶活性又受到影響，因而光合速率明顯降低。5.5.呼吸速率大起大落呼吸速率大起大落 植物在剛受到冷害時，呼吸速率會比正常時還高，這是一種保護作用。因為呼吸上升，放出的熱量多，對抵抗寒冷有利。但時間較長以后，呼吸速率便大大降低，這是因為原生質停止流動，氧供應不足，無氧呼吸比重增大。特別是不耐寒的植物(或品種)，呼吸速度大起大落的現象特別明顯。6.6.有機物分解占優(yōu)勢有機物分解占優(yōu)勢 植株受冷害后，水解大于合成，不僅蛋白質分解加劇，游離氨基酸的數量

8、和種類增多，而且多種生物大分子都減少。冷害后植株還積累許多對細胞有毒害的中間產物乙醛、乙醇、酚、-酮酸等。 造成冷害形態(tài)結構和生理生化劇烈變化的主要原因，通常認為有以下幾點。 1.1.膜脂發(fā)生相變膜脂發(fā)生相變 低溫下，生物膜的脂類會出現相分離(圖11-5)和相變，使液晶態(tài)變?yōu)槟z態(tài)。由于脂類固化，從而引起與膜相結合的酶解離或使酶亞基分解而失去活性。因為酶蛋白質是通過疏水鍵與膜脂相結合的，而低溫使二者結合脆弱，故易于分離。隨著溫度的下降，高熔點的脂質分子從流動性高的液晶態(tài)移動到凝膠態(tài)，液晶相和凝膠相間出現了裂縫。冷害的機理冷害的機理圖圖11-5 由低溫引起的相分離由低溫引起的相分離 膜脂相變溫度

9、隨脂肪酸鏈的加長而增加，隨不飽和脂肪酸如油酸(oleic acid)、亞油酸(linoleic acid)、亞麻酸(linolenic acid)等所占比例的增加而降低。也即，不飽和脂肪酸愈多，愈耐低溫。溫帶植物比熱帶植物耐低溫的原因之一，就是構成膜脂不飽和脂肪酸的含量較高。同一種植物，抗寒性強的品種其不飽和脂肪酸的含量也高于抗寒性弱的品種。經過抗冷鍛煉后，植物不飽和脂肪酸的含量能明顯提高，隨之膜相變溫度降低，抗冷性加強。因此膜不飽和脂肪酸指數(unsaturated fatty acid index，UFAI)，即不飽和脂肪酸在總脂肪酸中的相對比值，可作為衡量植物抗冷性的重要生理指標。2.2

10、.膜的結構改變膜的結構改變 在緩慢降溫條件下，由于膜脂的固化使得膜結構緊縮，降低了膜對水和溶質的透性；在寒流突然來臨的情況下，由于膜脂的不對稱性，膜體緊縮不勻而出現斷裂，因而會造成膜的破損滲漏，胞內溶質外流。膜滲漏增加，使得胞內溶質外滲，打破了離子平衡，引起代謝失調。據報道，受害甘薯的根組織在低溫下，離子的外滲比正常組織高五倍。低溫下，植物細胞內電解質外滲與否已成為鑒定植物耐冷性的一項重要指標。3.3.代謝紊亂代謝紊亂 生物膜結構的破壞會引起植物體內新陳代謝的紊亂。如低溫下光合與呼吸速率改變不但使植物處于饑餓狀態(tài)，而且還使有毒物質(如乙醇)在細胞內積累，導致細胞和組織受傷或死亡。冷害的機理是多

11、方面的，但相互之間又有聯系，圖11-6對此作了概括。 圖圖 1 冷敏感植物發(fā)生冷害冷敏感植物發(fā)生冷害的途徑的途徑圖解圖解( (一一) )凍害凍害 冰點以下低溫對植物的危害叫做凍害(freezing injury)。植物對冰點以下低溫的適應能力叫抗凍性(freezing resistance)。 在世界上許多地區(qū)都會遇到冰點以下的低溫，這對多種作物可造成程度不同的凍害，它是限制農業(yè)生產的一種自然災害。凍害發(fā)生的溫度限度，可因植物種類、生育時期、生理狀態(tài)、組織器官及其經受低溫的時間長短而有很大差異。大麥、小麥、燕麥、苜蓿等越冬作物一般可忍耐-7-12的嚴寒；有些樹木，如白樺、網脈柳可以經受-45的

12、嚴冬而不死；種子的抗凍性很強，在短時期內可經受-100以下冷凍而仍保持其發(fā)芽能力；某些植物的愈傷組織在液氮下，即在-196低溫下保存4個月之久仍有活性。 凍害主要是冰晶的傷害。 植物組織結冰可分為兩種方式 一般劇烈的降溫和升溫，以及連續(xù)的冷凍，對植物的危害較大；緩慢的降溫與升溫解凍，植物受害較輕。 植物受凍害時，葉片就像燙傷一樣，細胞失去膨壓，組織柔軟、葉色變褐，最終干枯死亡。 胞外結冰胞內結冰 胞外結冰又叫胞間結冰，是指在溫度下降時，細胞間隙和細胞壁附近的水分結成冰。隨之而來的是細胞間隙的蒸汽壓降低，周圍細胞的水分便向胞間隙方向移動，擴大了冰晶的體積。胞內結冰是指溫度迅速下降，除了胞間結冰外

13、，細胞內的水分也凍結。一般先在原生質內結冰，后來在液泡內結冰。細胞內的冰晶體數目眾多，體積一般比胞間結冰的小。凍害的機理凍害的機理1.1.結冰傷害結冰傷害 結冰會對植物體造成危害，但胞間結冰和胞內結冰的影響各有特點。胞間結冰引起植物受害的主要原因是：(1)原生質過度脫水，使蛋白質變性或原生質發(fā)生不可逆的凝膠化。由于胞外出現冰晶，于是隨冰核的形成，細胞間隙內水蒸汽壓降低，但胞內含水量較大，蒸汽壓仍然較高，這個壓力差的梯度使胞內水分外溢，而到胞間后水分又結冰，使冰晶愈結愈大，細胞內水分不斷被冰塊奪取，終于使原生質發(fā)生嚴重脫水。(2)冰晶體對細胞的機械損傷。由于冰晶體的逐漸膨大，它對細胞造成的機械壓

14、力會使細胞變形，甚至可能將細胞壁和質膜擠碎，使原生質暴露于胞外而受凍害，同時細胞亞微結構遭受破壞，區(qū)域化被打破，酶活動無秩序，影響代謝的正常進行。 在冰點溫度的植物體會由于水分隨著水勢梯度流動，穿過質體膜進入細胞壁和細胞間空隙，而造成細胞內水分匱乏。阻止細胞質結晶冰的形成，導致細胞死亡。相反，細胞會脫水，非原生質體發(fā)生結冰。（3）解凍過快對細胞的損傷。結冰的植物遇氣溫緩慢回升，對細胞的影響不會太大。若遇溫度驟然回升，冰晶迅速融化，細胞壁易于恢復原狀，而原生質尚來不及吸水膨脹，有可能被撕裂損傷。例如蔥和白菜葉等突然遇高熱化凍后，立即癱軟成泥，就是這種原因造成的。胞內結冰對細胞的危害更為直接。因為

15、原生質是有高度精細結構的組織，冰晶形成以及融化時對質膜與細胞器以及整個細胞質產生破壞作用。胞內結冰常給植物帶來致命的損傷。2.2.巰基假說巰基假說 這是萊維特(Levitt)1962年提出的植物細胞結冰引起蛋白質損傷的假說。當組織結冰脫水時，巰基(-SH)減少，而二硫鍵(-S-S-)增加。二硫鍵是由于蛋白質分子內部失水或相鄰蛋白質分子的巰基失水而形成的。當解凍再度失水時，肽鏈松散，氫鍵斷裂，但-S-S-鍵還保存，肽鏈的空間位置發(fā)生變化，蛋白質分子的空間構象改變，因而蛋白質結構被破壞(圖11-7)，進而引起細胞的傷害和死亡。所以組織抗凍性的基礎在于阻止細胞中蛋白質分子間二硫鍵的形成。當植株脫水后

16、，細胞內-SH多，-S-S-少的，則抗凍性強。一些實驗已發(fā)現植物受凍害的蛋白質中，-S-S-增多，而受凍但未傷害的細胞卻不發(fā)生這種變化。 圖圖11-7冰凍時由于分子間冰凍時由于分子間-S-S-的形成而蛋白質分子伸展假說示意圖的形成而蛋白質分子伸展假說示意圖 注：A.二硫鍵形成的兩種反應； B.蛋白質分子內與分子間二硫鍵形成示意圖；a.相鄰肽鍵外部的-SH基相互靠近，發(fā)生氧化形成-S-S-；b.一個蛋白分子的-SH與另一個蛋白質分子內部的-S-S-作用形成分子間的-S-S-。 (J.Levitt,1962)3.3.膜的傷害膜的傷害 膜對結冰最敏感，如柑橘的細胞在-4.4-6.7時所有的膜(質膜、

17、液泡膜、 體和線粒體)都被破壞，小麥根分生細胞結冰后線粒體膜也發(fā)生顯著的損傷。低溫造成細胞間結冰時，可產生脫水、機械和滲透三種脅迫，這三種脅迫同時作用，使蛋白質變性或改變膜中蛋白和膜脂的排列，膜受到傷害，透性增大，溶質大量外流。另一方面膜脂相變使得一部分與膜結合的酶游離而失去活性，光合磷酸化和氧化磷酸化解偶聯，ATP形成明顯下降，引起代謝失調，嚴重的則使植株死亡(圖11-8)。圖圖11-8 細胞結冰傷害的模式圖細胞結冰傷害的模式圖 第二部分： 植物抗寒產品開發(fā)產品研發(fā)流程：產品研發(fā)流程：產品配方的 選擇產品配方參數的選擇產品的實驗室試配產品的大田試驗產品的包裝，規(guī)格等產品上市產品研發(fā)參照標準：

18、一、大量元素水溶性肥料抗寒性資料2010肥料新標準水溶肥料大量元素水溶肥料.pdf二、含氨基酸水溶性肥料抗寒性資料2010肥料新標準水溶肥料含氨基酸水溶肥料.pdf三、含腐殖酸水溶性肥料抗寒性資料2010肥料新標準水溶肥料含腐殖酸水溶肥料.pdf四、農用微生物菌劑抗寒性資料2010肥料新標準微生物肥料產品標準農 用 微 生 物 菌 劑GB20287-2006.pdf五、微生物肥料標準抗寒性資料2010肥料新標準微生物肥料產品標準NY 22794 微生物肥料標準.pdf 1、大量元素水溶肥料 產品開方向：2、含腐殖酸類水溶性肥料3、農用微生物肥料農用微生物肥料開發(fā)存在的問題：1、激素對于菌的活性

19、，數量以及代謝產物的影響？2、激素對于其產品貯藏期的影響？3、化學元素對于菌的活性的影響？4、加入量的多少的確定？ 產品成分組成 大量元素水溶肥料： 1、 基本養(yǎng)分：N+P2O5+K2O50.0% 2、 活性成分: 生長調節(jié)劑BRABA 3、 助劑： 滲透劑JFC+穩(wěn)定劑 TWEEN+PPJ； 劑型：水劑劑型：水劑 活性成分選擇： 脫落酸（脫落酸（ABA）蕓苔素內蕓苔素內酯酯溶劑選用5%的乙醇。 植物生長調節(jié)劑在農作物生產上已得到廣泛的應用，它用量小、速度快、效益高、殘毒少，具有廣闊的開發(fā)應用前景是我國現代農業(yè)最具潛力的領域之一。 產品的可行性 探 究新型?；ㄐ滦捅；ū９?、膨果、美果保果、膨果、美果生長調節(jié)劑生長調節(jié)劑具有顯著的?；ㄐЧ哂酗@著的?；ㄐЧ龠M