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小麦霜冻害致灾机理与成因:霜冻害的生理机制

发布时间:2014-07-03

小麦霜冻害是由于幼嫩组织的细胞结冰对植株生理功能造成的综合损害。 植物细胞在0℃以下结冰有两种情况。一种是细胞内原生质结冰,可导致细胞的直接死亡,通常发牛在喜温植物,对于耐寒植物则需要很强烈的低温外会出现这种情况。另一种是原生质和细胞液受冷脱水在细胞外结冰。这其实是耐寒植物的一种自我保护功能。原生质和细胞液脱水浓缩后有助于保持过冷却状态,免受低温的危害。当环境温度稳定回升时,细胞间隙的水分能够为原生质和细胞液所吸收而恢复细胞的膨压和原有的形状。小麦在受到零下低温影响时,一般不会发生细胞内结冰。在未经抗寒锻炼或锻炼巳经完全解除的情况下再遇强烈低温,也有可能发生细胞内结冰,但这种情况在生产上一般不会出现。

  细胞外结冰虽然对原生质具有一定的保护作用,但如迅速降温结冰膨胀,也有可能对原中质膜产生一定的机械损伤。细胞液过分浓缩也有可能使原生质中毒。低温与干旱相结合,使细胞间结冰的水分迅速升华丧失,也冇可能使细胞在复温时不能恢复原有的膨压与形状。

  细胞液与原生质的水分能够保持过冷却状态,甚至到零下十几摄氏度、 二十几摄氏度仍不结冰的原因现在还不很清楚,但细胞液与馭生质中含有氨基酸、甘油和有机酸等保护物质是一个重要原因。

  水从液态向固态转变除需要一定的温度与压力条件外,述需要冰核物质来催化。水从液态向固态转变的过渡状态为亚稳态,在0℃以下仍小结冰的水称为过冷却水。亚稳态水中会自发形成极细小的冰品簇,达到临界尺寸后就形成一个冰核,可以实现水从亚稳态向稳态冰的转变。但纯水要在-40℃的温度下才能向发形成同质冰核而结冰。一般的水由于存在异源物质的成核作用,过冷却的程度要轻得多。有些生物可以产生成核温度在-5℃以上的冰核,称为冰核生物,包括冰核细菌与冰核真菌两类。已有研究证明冰核细菌的存在导致了霜冻冻敏感作物的过冷却能力下降和不抗寒。以玉米、大豆、番茄、黄瓜和菜豆等植物做试验,结果表明喷施冰核活性细菌剂的,叶温达-2.5℃〜-3℃就已发生严重霜冻,而无菌尚在-6℃〜-7℃才发生霜冻。