1、第1页，共112页。抗寒性（抗寒能力）抗寒性（抗寒能力）l植物对低温寒冷环境的长期适应中，通过本身的遗植物对低温寒冷环境的长期适应中，通过本身的遗传变异和自然选择获得的一种抗寒能力。传变异和自然选择获得的一种抗寒能力。l从栽培的角度来讲是能够在低温下正常生长、结实，从栽培的角度来讲是能够在低温下正常生长、结实，不仅仅是活着。不仅仅是活着。第2页，共112页。一、蔬菜的抗寒类型与低温危害类型一、蔬菜的抗寒类型与低温危害类型从植物的抗寒性来讲分为从植物的抗寒性来讲分为l高度抗寒植物：抗寒的树木、果树等高度抗寒植物：抗寒的树木、果树等l中度抗寒植物：有蔬菜中耐寒的多年生蔬菜和耐寒类中度抗寒植物：有蔬
2、菜中耐寒的多年生蔬菜和耐寒类蔬菜。蔬菜。l低度抗寒植物：有半耐寒蔬菜。低度抗寒植物：有半耐寒蔬菜。l不耐寒植物：有不耐寒蔬菜。不耐寒植物：有不耐寒蔬菜。第3页，共112页。1.1.蔬菜的抗寒类型蔬菜的抗寒类型(1)(1)耐寒的多年生蔬菜耐寒的多年生蔬菜 l如韭菜、金针菜、石刁柏、茭白、辣根等。如韭菜、金针菜、石刁柏、茭白、辣根等。l它们的地上部分能耐高温，但到了冬季，地上部分枯它们的地上部分能耐高温，但到了冬季，地上部分枯死，而以地下的根系以宿根形式越冬，能耐零下死，而以地下的根系以宿根形式越冬，能耐零下10101515的低温，韭菜可耐零下的低温，韭菜可耐零下3030的低温。的低温。第4页，共
3、112页。(2)(2)耐寒类蔬菜耐寒类蔬菜l如菠菜、大葱、大蒜以及白菜类中某些耐寒品种。如菠菜、大葱、大蒜以及白菜类中某些耐寒品种。l能耐零下能耐零下1 122的低温。短期内可耐零下的低温。短期内可耐零下5 51010。同化作用适宜温度为。同化作用适宜温度为15152020，某些极抗，某些极抗寒菠菜品种可耐零下寒菠菜品种可耐零下3030低温。低温。第5页，共112页。(3)(3)半耐寒蔬菜半耐寒蔬菜l如萝卜、胡萝卜、芹菜、白菜类、甘蓝类、莴苣、豌豆、如萝卜、胡萝卜、芹菜、白菜类、甘蓝类、莴苣、豌豆、蚕豆等。蚕豆等。l可抗霜但不耐长期的零下可抗霜但不耐长期的零下1 122低温。在长江以南低温。在
4、长江以南均能露地越冬。同化作用在均能露地越冬。同化作用在17172020最佳，超过最佳，超过2020，同化机能减弱，超过，同化机能减弱，超过3030时，同化作用所积时，同化作用所积累的物质几乎全为呼吸所消耗。累的物质几乎全为呼吸所消耗。第6页，共112页。(4)(4)不耐寒蔬菜不耐寒蔬菜喜温性蔬菜喜温性蔬菜l如黄瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆等如黄瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆等,最佳同化温度为最佳同化温度为20203030。l当温度超过当温度超过4040时，生长几乎停止。当温度在时，生长几乎停止。当温度在10101515以下以下时时,授粉不良授粉不良,引起落花。引起落花。l因此，在长江以南，可以春播
5、或秋播，北方则以春播为主，使结因此，在长江以南，可以春播或秋播，北方则以春播为主，使结果期安排在适宜的季节里。这类蔬菜不耐短期的零下果期安排在适宜的季节里。这类蔬菜不耐短期的零下1 122的低的低温温,因此北方地区在定植时应安排在霜冻结束之后。因此北方地区在定植时应安排在霜冻结束之后。第7页，共112页。耐热性蔬菜耐热性蔬菜l如冬瓜、南瓜、丝瓜、苦瓜、西瓜、甜瓜、豇豆、刀豆如冬瓜、南瓜、丝瓜、苦瓜、西瓜、甜瓜、豇豆、刀豆等，同化作用以等，同化作用以3030为最宜。其中西瓜、甜瓜及豇豆等为最宜。其中西瓜、甜瓜及豇豆等在在4040的高温下仍能生长良好。耐热性蔬菜一般都不耐的高温下仍能生长良好。耐热
6、性蔬菜一般都不耐短时的轻霜冻。短时的轻霜冻。第8页，共112页。2.2.低温危害类型低温危害类型 根据低温的程度，可分为两种类型：根据低温的程度，可分为两种类型：l冷害冷害 00以上低温所造成的伤害，并没达到组织内结冰以上低温所造成的伤害，并没达到组织内结冰程度程度l冻害冻害 00以下低温所造成的伤害，由于组织内出现冰以下低温所造成的伤害，由于组织内出现冰晶而受害晶而受害第9页，共112页。(1)(1)冷害冷害l喜温性蔬菜和耐热性蔬菜易发生冷害。发生的季节主要是春喜温性蔬菜和耐热性蔬菜易发生冷害。发生的季节主要是春季，育苗阶段和定植以后，不管是露地还是设施内比较常见，季，育苗阶段和定植以后，不
7、管是露地还是设施内比较常见，l冷害的临界温度冷害的临界温度 因蔬菜种类、品种不同，约在因蔬菜种类、品种不同，约在5 51313之间。之间。l在冷害临界温度以下，环境温度越低，延续时间越长，蔬菜受在冷害临界温度以下，环境温度越低，延续时间越长，蔬菜受害越重，若温度不很低，时间又较短，转入常温后可恢复正常害越重，若温度不很低，时间又较短，转入常温后可恢复正常的生理机能而不表现冷症状，如果温度虽不很低，但时间延长，的生理机能而不表现冷症状，如果温度虽不很低，但时间延长，或时间虽短而温度很低，植株将受到不可逆转的生理伤害。或时间虽短而温度很低，植株将受到不可逆转的生理伤害。第10页，共112页。根据低
8、温对作物的危害特点，可分为：根据低温对作物的危害特点，可分为：l延迟型冷害：延迟型冷害：多出现在营养生长阶段，如苗期使蔬菜生长发育推迟、延后，多出现在营养生长阶段，如苗期使蔬菜生长发育推迟、延后，生长速度变慢，物候期出现的晚。生长速度变慢，物候期出现的晚。l障碍型冷害：障碍型冷害：多出现在生殖生长阶段，使生殖器官的生理机能受到破坏。多出现在生殖生长阶段，使生殖器官的生理机能受到破坏。如露地春番茄定植后遇到低温，会造成花粉发育不良、花如露地春番茄定植后遇到低温，会造成花粉发育不良、花粉管萌发不良，导致授粉受精不良，最后落花、落果。粉管萌发不良，导致授粉受精不良，最后落花、落果。第11页，共112
9、页。混合型冷害混合型冷害l延迟型冷害与障碍型冷害混合发生，危害严重。冷害的延迟型冷害与障碍型冷害混合发生，危害严重。冷害的症状因蔬菜不同，冷害的结果会使幼苗衰弱，植株生长症状因蔬菜不同，冷害的结果会使幼苗衰弱，植株生长迟缓，萎焉、黄化、局部坏死、坐果率低、产量降低和迟缓，萎焉、黄化、局部坏死、坐果率低、产量降低和品质下降等。最常见的是出现水浸状或凹陷斑点，长大品质下降等。最常见的是出现水浸状或凹陷斑点，长大的绿色果实不能成熟，组织坏死，机能衰退，易感染病的绿色果实不能成熟，组织坏死，机能衰退，易感染病害。冷害俗称害。冷害俗称 倒春寒倒春寒，素有，素有 哑吧灾哑吧灾 之称。之称。第12页，共11
10、2页。(2)(2)冻害冻害l耐寒性蔬菜和半耐寒性蔬菜易发生冻害。耐寒性蔬菜和半耐寒性蔬菜易发生冻害。初冬温度骤降型初冬温度骤降型l指初冬受强冷空气的影响，造成气温骤然下降，达到或指初冬受强冷空气的影响，造成气温骤然下降，达到或超过植物所能承受的能力。如秋白菜采收期掌握不好的超过植物所能承受的能力。如秋白菜采收期掌握不好的话，很容易遭霜冻，对其影响很大，一般不要超过霜降。话，很容易遭霜冻，对其影响很大，一般不要超过霜降。第13页，共112页。冬季长寒型冬季长寒型l冬季持续低温，对露地越冬菜影响大冬季持续低温，对露地越冬菜影响大(特别在南方特别在南方)，设施越冬蔬菜最寒冷的时期。设施越冬蔬菜最寒冷
11、的时期。融冻型融冻型l指冬末春初之际，天气回暖，植株提前萌动，而指冬末春初之际，天气回暖，植株提前萌动，而后天气又转冷，这样冻融交替，骤暖骤冷所造成后天气又转冷，这样冻融交替，骤暖骤冷所造成的危害。如越冬菠菜，这种冻害是造成越冬菠菜的危害。如越冬菠菜，这种冻害是造成越冬菠菜死亡的主要原因，特别是在积雪的年份，化冻后死亡的主要原因，特别是在积雪的年份，化冻后水量大、缺氧窒息，造成冻害与缺氧窒息同时发水量大、缺氧窒息，造成冻害与缺氧窒息同时发生，危害更大。生，危害更大。第14页，共112页。二、抗寒的生理基础二、抗寒的生理基础(抗寒生理抗寒生理)1.1.抗寒植物的形态特征抗寒植物的形态特征l株型较
12、矮、接近原始类型的品种一般都比较抗寒，株型较矮、接近原始类型的品种一般都比较抗寒，如大白菜，散叶不结球的较包心结球的抗寒性强；如大白菜，散叶不结球的较包心结球的抗寒性强；l茎粗、色泽深的植株抗寒性强，说明锻炼的好；茎粗、色泽深的植株抗寒性强，说明锻炼的好；l根系发达、粗壮也是抗寒品种的特征。根系发达、粗壮也是抗寒品种的特征。第15页，共112页。l叶面积小、叶片厚多为抗寒的品种，如菠菜，尖叶叶面积小、叶片厚多为抗寒的品种，如菠菜，尖叶类型较圆叶类型抗寒；类型较圆叶类型抗寒；l叶片颜色深的较颜色浅的抗寒，小白菜的抗寒性依次为叶片颜色深的较颜色浅的抗寒，小白菜的抗寒性依次为:黑绿色深绿色浅绿色；黑
13、绿色深绿色浅绿色；l在解剖学特征上，抗寒品种叶片的栅栏组织层数多，在解剖学特征上，抗寒品种叶片的栅栏组织层数多，栅栏层厚；叶片上表面气孔指数大。这些特征为选择栅栏层厚；叶片上表面气孔指数大。这些特征为选择抗寒性强的栽培品种提供了依据。抗寒性强的栽培品种提供了依据。第16页，共112页。2.2.抗寒植物的生理特性抗寒植物的生理特性（1 1）细胞的某些特性与抗冻性的关系）细胞的某些特性与抗冻性的关系l细胞越小抗冻性越强；细胞的水化程度（自由水细胞越小抗冻性越强；细胞的水化程度（自由水含量的多少）越低抗性越强；原生质膜的透性大含量的多少）越低抗性越强；原生质膜的透性大抗性越强；细胞质结构粘滞性低有利
14、于抗冻；原抗性越强；细胞质结构粘滞性低有利于抗冻；原生质亲水性强（即束缚水量多）和抗凝固性强，生质亲水性强（即束缚水量多）和抗凝固性强，抗冻性强。抗冻性强。第17页，共112页。(2)(2)生物膜维持正常的液晶相生物膜维持正常的液晶相 不会发生相变不会发生相变l在温度降低时，必须维持植物体内生物膜（由类脂和蛋在温度降低时，必须维持植物体内生物膜（由类脂和蛋白质组成的流动镶嵌模型）正常的液晶相，不会发生相白质组成的流动镶嵌模型）正常的液晶相，不会发生相变。变。l在抗寒锻炼中，能增加膜脂中不饱和脂肪酸的含量，在抗寒锻炼中，能增加膜脂中不饱和脂肪酸的含量，是防止膜相变的重要因素。是防止膜相变的重要因
15、素。第18页，共112页。(3)(3)细胞骨架对膜结构的稳定性具有重要作用细胞骨架对膜结构的稳定性具有重要作用l细胞骨架是真核细胞普遍存在的蛋白纤维网架体系，细胞骨架是真核细胞普遍存在的蛋白纤维网架体系，植物中主要指植物中主要指微管微管和和微丝微丝。由于微管通过微管连接。由于微管通过微管连接蛋白与脂膜紧密相连形成蛋白与脂膜紧密相连形成脂膜脂膜-微管复合体微管复合体，这种复，这种复合体的形成对稳定脂膜液晶结构动态稳定具有重要作用。合体的形成对稳定脂膜液晶结构动态稳定具有重要作用。l低温锻炼和低温锻炼和ABAABA、GAGA处理可以提高微管、微丝对低温处理可以提高微管、微丝对低温的抗性，这种抗性的
16、提高与微管、微丝自身结构稳定的抗性，这种抗性的提高与微管、微丝自身结构稳定性以及微管性以及微管-微丝的连接有关。微丝的连接有关。第19页，共112页。l细胞骨架的这种结构稳定性与细胞骨架的这种结构稳定性与微管蛋白微管蛋白和和60kD60kD磷酸磷酸化蛋白化蛋白/肌动蛋白的比率相关肌动蛋白的比率相关。l植物激素可以促进微管蛋白翻译后修饰，并提高植物激素可以促进微管蛋白翻译后修饰，并提高微管对低温的抗性。微管对低温的抗性。l微管蛋白翻译后修饰主要包括微管蛋白翻译后修饰主要包括微管蛋白酪氨酸化微管蛋白酪氨酸化和和去去酪氨酸化酪氨酸化、乙酰基化乙酰基化以及以及微管蛋白多聚谷氨酸化微管蛋白多聚谷氨酸化和
17、和多聚甘氨酸化多聚甘氨酸化。第20页，共112页。（4 4）必须避免细胞内结冰）必须避免细胞内结冰 以防止冰晶对膜的破坏以防止冰晶对膜的破坏l办法是在抗寒锻炼的过程中，增加细胞液中的溶质含办法是在抗寒锻炼的过程中，增加细胞液中的溶质含量，可以量，可以降低冰点降低冰点，甚至形成，甚至形成过冷却过冷却状态，即水在降状态，即水在降温到略低于冰点时往往不立即冻结。如果植物组织内温到略低于冰点时往往不立即冻结。如果植物组织内的水处于过冷状态而不结冰晶，它就能忍受更低的温的水处于过冷状态而不结冰晶，它就能忍受更低的温度而不死。但是过冷状态并不稳定，他很少能保持几度而不死。但是过冷状态并不稳定，他很少能保持
18、几小时以上。小时以上。l另一方面是另一方面是增加膜对水的透性增加膜对水的透性，以便在温度降低时，以便在温度降低时，使细胞内的水分能够迅速地流到细胞外去结冰。使细胞内的水分能够迅速地流到细胞外去结冰。第21页，共112页。(5)(5)必须具备抗冰冻脱水的性能必须具备抗冰冻脱水的性能l细胞内的水分流到细胞外结冰，虽然能够避免细胞内结细胞内的水分流到细胞外结冰，虽然能够避免细胞内结冰的严重冻害，在细胞外，结冰也会造成伤害。这一方冰的严重冻害，在细胞外，结冰也会造成伤害。这一方面是因为冰冻脱水，会引起细胞干旱使蛋白质变性。另面是因为冰冻脱水，会引起细胞干旱使蛋白质变性。另一方面，会使细胞发生收缩凹陷，
19、使细胞膜遭到破坏。一方面，会使细胞发生收缩凹陷，使细胞膜遭到破坏。l抗寒植物的适应办法是，在抗寒锻炼中，大量抗寒植物的适应办法是，在抗寒锻炼中，大量积累亲水积累亲水性物质性物质，如糖和糖醇等。另外还可增加质膜的含量，使，如糖和糖醇等。另外还可增加质膜的含量，使质膜成为弯曲的波浪状，以避免冰冻脱水引起细胞收缩质膜成为弯曲的波浪状，以避免冰冻脱水引起细胞收缩中的损伤破坏。中的损伤破坏。第22页，共112页。3.3.生物膜系统与抗寒性生物膜系统与抗寒性(1)(1)膜脂组分与抗寒性膜脂组分与抗寒性l高等植物膜脂中含有磷脂酰胆碱高等植物膜脂中含有磷脂酰胆碱(PC)(PC)、磷脂酰醇胺、磷脂酰醇胺(PE)
20、(PE)、磷脂酰甘油磷脂酰甘油(PG)(PG)、磷酯酰肌醇、磷酯酰肌醇(PI)(PI)、磷脂酸、磷脂酸(PA)(PA)等等磷脂磷脂和单半乳糖二甘油脂和单半乳糖二甘油脂(MGDG)(MGDG)、双半乳糖二甘油脂、双半乳糖二甘油脂(DGDG)(DGDG)、硫脂硫脂(SL)(SL)等等糖脂糖脂。l抗寒性品种膜脂中抗寒性品种膜脂中MGDGMGDG、DGDGDGDG、PCPC和和PEPE的含量，都比不的含量，都比不抗寒品种含量高，而抗寒品种含量高，而PGPG、PI PI、SLSL的含量，都比不抗寒的含量，都比不抗寒品种的含量低。品种的含量低。第23页，共112页。(2)(2)膜脂中脂肪酸成分膜脂中脂肪酸
21、成分l膜脂不饱和脂肪酸含量高，膜脂相变温度会降低，膜脂不饱和脂肪酸含量高，膜脂相变温度会降低，植物的抗寒力对应提高。植物体内的膜脂中通常植物的抗寒力对应提高。植物体内的膜脂中通常含有特定组成的脂肪酸，含有特定组成的脂肪酸，多聚不饱和脂肪酸约占多聚不饱和脂肪酸约占脂肪酸的脂肪酸的60%60%。l其中其中三烯脂肪酸三烯脂肪酸的多少与植物的抗冷性关系密切，的多少与植物的抗冷性关系密切，它还是信号分子茉莉酸（它还是信号分子茉莉酸（JAJA）的合成前体。）的合成前体。第24页，共112页。l抗寒品种或经过低温锻炼品种叶片膜脂中含不饱合脂肪酸多。品抗寒品种或经过低温锻炼品种叶片膜脂中含不饱合脂肪酸多。品种
22、间不饱合脂肪酸含量的差异，在任何生长温度下都能表现出来，种间不饱合脂肪酸含量的差异，在任何生长温度下都能表现出来，可作为一些作物鉴定抗寒性指标，例如可作为一些作物鉴定抗寒性指标，例如MGDGMGDG的不饱合脂肪酸指数，的不饱合脂肪酸指数，抗寒品种较不抗寒品种高出抗寒品种较不抗寒品种高出35%35%以上，亚麻酸以上，亚麻酸/亚油酸比值高一倍。亚油酸比值高一倍。由此可见，由此可见，不饱合脂肪酸指数不饱合脂肪酸指数或或不饱合脂肪酸间的比值不饱合脂肪酸间的比值，都与，都与品种的抗寒性有关。但也有例外的，如在苹果、西蕃莲属品种的抗寒性有关。但也有例外的，如在苹果、西蕃莲属植物中，细胞膜系统中不饱合脂肪酸
23、与抗寒性并没有表现植物中，细胞膜系统中不饱合脂肪酸与抗寒性并没有表现出正相关的关系。因此，不能当做抗寒之高低的唯一指标。出正相关的关系。因此，不能当做抗寒之高低的唯一指标。第25页，共112页。(3)(3)膜结合酶的变化膜结合酶的变化lLyonsLyons等等(1970)(1970)研究指出，不抗冷的番茄、黄瓜果实的线粒体，琥研究指出，不抗冷的番茄、黄瓜果实的线粒体，琥珀酸氧化酶在珀酸氧化酶在9 91212间，发生明显的活化能间，发生明显的活化能(Ea)(Ea)变化，氧化酶活变化，氧化酶活化能的转折温度，与它们的受害低温相似。抗冷的甜菜根、马铃化能的转折温度，与它们的受害低温相似。抗冷的甜菜根
24、、马铃薯块茎的线粒体琥珀酸氧化酶在薯块茎的线粒体琥珀酸氧化酶在9 91212间，没有发生活化能的变间，没有发生活化能的变化，也没有发生冷害。他们化，也没有发生冷害。他们推测推测9 91212是不抗冷植物线粒体是不抗冷植物线粒体膜的相变温度膜的相变温度，因为不同植物的线粒体膜脂成分不同，膜脂的相，因为不同植物的线粒体膜脂成分不同，膜脂的相变温度也就不同，因而膜结合酶的活力，受膜脂相变的影响而改变温度也就不同，因而膜结合酶的活力，受膜脂相变的影响而改变。变。第26页，共112页。（4）膜脂脂肪酸去饱和酶增加植物抗寒性）膜脂脂肪酸去饱和酶增加植物抗寒性l脂肪酸去饱和脂肪酸去饱和是指以与载体结合的饱和
25、脂肪酸或不饱是指以与载体结合的饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸为底物，由脂肪酸去饱和酶催化在脂肪链上形和脂肪酸为底物，由脂肪酸去饱和酶催化在脂肪链上形成双键的反应。成双键的反应。l根据作用底物结合的载体不同可以分为三类：根据作用底物结合的载体不同可以分为三类：脂酰脂酰CoA去饱和酶去饱和酶 脂酰脂酰ACP去饱和酶去饱和酶 脂酰脂酰-脂去饱和酶，脂去饱和酶，-3-3脂肪酸去饱和酶脂肪酸去饱和酶是其中重要的是其中重要的一种一种膜脂脂肪酸去饱和酶膜脂脂肪酸去饱和酶第27页，共112页。4.4.蛋白质变化与抗寒性蛋白质变化与抗寒性(1)(1)可溶性蛋白的变化可溶性蛋白的变化l经过低温锻炼的大白菜、小白菜、菠菜
26、等，可溶性蛋经过低温锻炼的大白菜、小白菜、菠菜等，可溶性蛋白质含量均表现增加，在喜温性蔬菜中也表现增加的白质含量均表现增加，在喜温性蔬菜中也表现增加的趋势，这一变化说明在抗冷锻炼中，抗冷性的增加需趋势，这一变化说明在抗冷锻炼中，抗冷性的增加需要的蛋白质的重新合成。在多种其它植物上的实验也要的蛋白质的重新合成。在多种其它植物上的实验也同样显示出有蛋白质合成增加的现象。同样显示出有蛋白质合成增加的现象。第28页，共112页。(2)(2)酶类的变化酶类的变化 l主要是保护酶系统主要是保护酶系统(超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)、过氧化氢、过氧化氢酶、过氧化物酶酶、过氧化物酶)的变化。
27、植物细胞中存在着可以伤的变化。植物细胞中存在着可以伤害膜的活性氧，这些保护酶的作用主要是清除这些活害膜的活性氧，这些保护酶的作用主要是清除这些活性氧，以保护细胞膜。性氧，以保护细胞膜。l叶绿体和线粒体中的叶绿体和线粒体中的SODSOD同工酶对低温较敏感，而同工酶对低温较敏感，而细胞质部分的细胞质部分的SODSOD同工酶，在不同低温下无明显的同工酶，在不同低温下无明显的变化。变化。第29页，共112页。l将常温下生长的甜椒幼苗经将常温下生长的甜椒幼苗经11低温锻炼，低温锻炼，SODSOD活性有不同程度增活性有不同程度增强，耐寒品种酶活性较对照增加了强，耐寒品种酶活性较对照增加了57.5%57.5
28、%，同一条件下不耐寒品种，同一条件下不耐寒品种CATCAT活性也得到促进。这些酶活性的提高，意味着幼苗清除活性氧活性也得到促进。这些酶活性的提高，意味着幼苗清除活性氧能力得到提高，从而也增加了抵御低温伤害能力。能力得到提高，从而也增加了抵御低温伤害能力。lA.C.KpymunA.C.Kpymun和和M.A.(1954)M.A.(1954)，采用白天，采用白天15152020，夜间，夜间0 055的锻炼温度，对辣椒、茄子的种子进行锻炼，结果培育出的的锻炼温度，对辣椒、茄子的种子进行锻炼，结果培育出的植株对低温有较好的适应性，锻炼植株叶片中过氧化物酶活植株对低温有较好的适应性，锻炼植株叶片中过氧化
29、物酶活性、抗坏血酸含量都较对照高，性、抗坏血酸含量都较对照高，第30页，共112页。lShoji(1986)Shoji(1986)以菠菜为试材研究了脂肪酸合成酶系统与抗冻以菠菜为试材研究了脂肪酸合成酶系统与抗冻性的关系。将菠菜品种性的关系。将菠菜品种AtlasAtlas生长在温度为生长在温度为2020，相对湿度，相对湿度为为70%70%的控温温室内，自然光照，的控温温室内，自然光照，6 6周后取其一部分在周后取其一部分在55、光照光照1 1万万LxLx下锻炼下锻炼5 5周。然后测定脂肪酸合成酶周。然后测定脂肪酸合成酶(FAS)(FAS)、乙酰、乙酰COACOA羧化酶羧化酶(AC)(AC)、乙酰
30、、乙酰COACOA酰基载体蛋白转酰基酶酰基载体蛋白转酰基酶(AT)(AT)、丙二、丙二酰酰COACOA酰基载体蛋白转酰基酶酰基载体蛋白转酰基酶(MT)(MT)的活性，在锻炼初期下降的活性，在锻炼初期下降很快，随后又明显上升，可见锻炼时这些关键酶与激活脂肪很快，随后又明显上升，可见锻炼时这些关键酶与激活脂肪酸重新合成酶直接有关。酸重新合成酶直接有关。第31页，共112页。l Shmer(1975)Shmer(1975)冷锻炼诱导白菜中冷锻炼诱导白菜中1.521.52磷酸核酮糖羧化酶磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)(RuBPCase)发生变化，酶的两个亚基形成两个截然不同的峰。发生变化，酶的两
31、个亚基形成两个截然不同的峰。lC4C4植物光合过程中一关键酶植物光合过程中一关键酶丙酮酸磷酸双激酶，在低丙酮酸磷酸双激酶，在低温条件下由四聚体变成二聚体，在温度回复时又可以变化温条件下由四聚体变成二聚体，在温度回复时又可以变化功能状态的四聚体。功能状态的四聚体。l在有些植物中，还能观察到乳酸脱氢酶、在有些植物中，还能观察到乳酸脱氢酶、ATPATP酶、蔗糖合成酶、酶、蔗糖合成酶、核酸酶类、核酸酶类、NAD+NAD+一苹果酸脱氢酶等酶或同工酶的量变。一苹果酸脱氢酶等酶或同工酶的量变。第32页，共112页。(3)(3)逆境蛋白逆境蛋白(抗冷蛋白或冷训化蛋白抗冷蛋白或冷训化蛋白)的产生的产生 lHeb
32、er(1970)Heber(1970)研究小组在抗冻的菠菜和白菜叶中研究小组在抗冻的菠菜和白菜叶中分离出两套分离出两套“冰冻保护性叶蛋白冰冻保护性叶蛋白”，其分子量在，其分子量在1020KD1020KD，这些蛋白能十分有效地防止结冰时离，这些蛋白能十分有效地防止结冰时离体类囊体膜的光合磷酸化失活。体类囊体膜的光合磷酸化失活。lGuy(1985)Guy(1985)等以冷锻炼和未锻炼的菠菜叶为材料，等以冷锻炼和未锻炼的菠菜叶为材料，标记分析体内蛋白质合成类型，结果表明，在冷标记分析体内蛋白质合成类型，结果表明，在冷锻炼组织内出现锻炼组织内出现82KD82KD的蛋白质，并与离体翻译产的蛋白质，并与离
33、体翻译产物一致。物一致。第33页，共112页。lkurkela(1988)kurkela(1988)等对芥菜的研究首次提出了植物低等对芥菜的研究首次提出了植物低温锻炼中特异性表达的基因温锻炼中特异性表达的基因KinlKinl及多肽及多肽6.5KDa6.5KDa的形的形成。成。l诱导形成的诱导形成的6.5KDa6.5KDa多肽有不同寻常的氨基酸组成：多肽有不同寻常的氨基酸组成：富含丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸，这与北极鱼类中发富含丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸，这与北极鱼类中发现的抗冻蛋白的组成十分类似；现的抗冻蛋白的组成十分类似；lNorthern BlotNorthern Blot显示显示KinlKinl
34、基因基因mRNAmRNA的转录水平在低的转录水平在低温锻炼条件能扩增温锻炼条件能扩增2020倍以上，并且其扩增能被水分倍以上，并且其扩增能被水分胁迫和胁迫和ABAABA有效诱导。有效诱导。第34页，共112页。l在植物抗低温基因工程方面的工作已有明显的进展。在植物抗低温基因工程方面的工作已有明显的进展。如鱼类抗冻蛋白基因已被导入番茄和烟草中，产生如鱼类抗冻蛋白基因已被导入番茄和烟草中，产生的融合蛋白具有抑制冰晶形成的作用的融合蛋白具有抑制冰晶形成的作用(Hightower1991)(Hightower1991)，l人工化学合成的比目鱼抗冻蛋白基因成功导入玉米原人工化学合成的比目鱼抗冻蛋白基因成
35、功导入玉米原生质体，并得到表达生质体，并得到表达(Georges,1990)(Georges,1990)；l最近日本科学家最近日本科学家Murata(1994)Murata(1994)通过向烟草导入拟南芥通过向烟草导入拟南芥菜叶绿体的甘油一菜叶绿体的甘油一3 3一磷酸乙酰转移酶基因，以调节叶一磷酸乙酰转移酶基因，以调节叶绿体膜脂的不饱和度。绿体膜脂的不饱和度。第35页，共112页。(4)(4)氨基酸的变化氨基酸的变化l植物处在逆境条件下植物处在逆境条件下体内游离脯氨酸体内游离脯氨酸异常大量地异常大量地积累积累。何若韫。何若韫等等(1986)(1986)测定了大白菜从秋至冬的生长和冷驯化期游离脯
36、氨酸测定了大白菜从秋至冬的生长和冷驯化期游离脯氨酸含量的变化，结果指出，球叶的耐冻性与游离脯氨酸含量的变化，结果指出，球叶的耐冻性与游离脯氨酸(FPRO)(FPRO)含含量呈一定的正相关。量呈一定的正相关。FPROFPRO是一种胞质氨基酸是一种胞质氨基酸(Leigh(Leigh等等,1981),1981)，大白菜叶中含量如此高的大白菜叶中含量如此高的FPROFPRO如果主要是局限在占细胞容积很如果主要是局限在占细胞容积很小比例的胞质中小比例的胞质中的话，可以设想，其在组织结冰时对原生质的的话，可以设想，其在组织结冰时对原生质的保护作用要远比主要分布在液泡中的糖重要得多。因此，对于保护作用要远比
37、主要分布在液泡中的糖重要得多。因此，对于只能忍耐霜冻的抗寒性较低的大白菜而言，含有大量游离脯氨只能忍耐霜冻的抗寒性较低的大白菜而言，含有大量游离脯氨酸，作为渗透调节剂和冰冻保护剂对低温生长和贮藏期间的抗酸，作为渗透调节剂和冰冻保护剂对低温生长和贮藏期间的抗冻性是有一定作用的。冻性是有一定作用的。第36页，共112页。三、低温锻炼与抗寒性的提高三、低温锻炼与抗寒性的提高l并不是所有的植物经过低温锻炼抗寒能力提高很并不是所有的植物经过低温锻炼抗寒能力提高很多，那些喜温蔬菜抗寒能力只能提高的多，那些喜温蔬菜抗寒能力只能提高的00左右，左右，耐寒蔬菜的耐寒能力能提高到零下耐寒蔬菜的耐寒能力能提高到零下
38、1010、2020甚甚至至3030。而且从植物本身来说，生长和抗寒性是。而且从植物本身来说，生长和抗寒性是矛盾的，活跃生长的植物不抗寒。矛盾的，活跃生长的植物不抗寒。第37页，共112页。（一）提高抗寒能力的方法（一）提高抗寒能力的方法1.1.化学调控化学调控 l 脱落酸（脱落酸（ABAABA）、聚乙二醇（）、聚乙二醇（PEGPEG）、聚乙）、聚乙烯醇（烯醇（PVAPVA）丁酰肼（）丁酰肼（B9B9）、赤霉素（）、赤霉素（GAGA）、）、氯化钙（氯化钙（CaCICaCI2 2）、矮壮素（）、矮壮素（CCCCCC）、甜菜）、甜菜碱（碱（CBCB）、水杨酸（）、水杨酸（SASA）、乙硫铵酸）、乙硫
39、铵酸（ETHETH）、半胱氨酸、）、半胱氨酸、BRBR、黄腐酸、脯氨酸、黄腐酸、脯氨酸、蔗糖、蔗糖、V VC C第38页，共112页。2.2.日照长短日照长短l因为在抗寒锻炼中，需要能源来自光合作用，光照影响因为在抗寒锻炼中，需要能源来自光合作用，光照影响碳水化合物的积累多少，短日照反而减少植物的抗寒能碳水化合物的积累多少，短日照反而减少植物的抗寒能力。力。l另方面，光照可以通过形态建成影响锻炼过程，缩短日另方面，光照可以通过形态建成影响锻炼过程，缩短日照和低温处理，导致植物生长停顿，这与提高抗寒性是照和低温处理，导致植物生长停顿，这与提高抗寒性是一致的。一致的。3.3.控制水分控制水分 l缺
40、水限制植物生长也能提高植物的抗寒性。缺水限制植物生长也能提高植物的抗寒性。第39页，共112页。4.4.低温锻炼低温锻炼(1)(1)种子锻炼种子锻炼 l蔬菜种子的低温处理蔬菜种子的低温处理(也叫冷冻处理也叫冷冻处理)，把已经浸胀的，把已经浸胀的种子进行一段时间催芽，胚芽将要萌发时，进行冷冻种子进行一段时间催芽，胚芽将要萌发时，进行冷冻处理。处理。l冷冻处理一般用冷冻处理一般用00左右的低温冻左右的低温冻1-21-2天，有的放天，有的放在零下在零下2 255处进行处进行2 25 5小时的处理，没有设备条小时的处理，没有设备条件的可放入雪堆中，处理后放在凉水里缓冻，然后件的可放入雪堆中，处理后放在
41、凉水里缓冻，然后再进行催芽再进行催芽 第40页，共112页。l低温处理可增强幼苗的抗低温能力，也就是利用萌动种子对低温处理可增强幼苗的抗低温能力，也就是利用萌动种子对环境适应性强的特点，使之产生适应低温的特性。环境适应性强的特点，使之产生适应低温的特性。l如黄瓜发芽最低温度为如黄瓜发芽最低温度为12.712.7，低温处理后，低温处理后1010就能发芽。就能发芽。l再如变温处理番茄催芽的种子，每天在再如变温处理番茄催芽的种子，每天在1 155的低温下的低温下12-1812-18小时，小时，接着提高到接着提高到18182222的温度下的温度下6-126-12小时，反复进行几天，糖和维小时，反复进行
42、几天，糖和维生素生素C 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。性。第41页，共112页。(2)(2)幼苗锻炼幼苗锻炼l前期锻炼，在子叶展开真叶未出来之前是一个关键前期锻炼，在子叶展开真叶未出来之前是一个关键时期，特别是甘蓝，在温度管理上，一般较正常温时期，特别是甘蓝，在温度管理上，一般较正常温度下降度下降33管理；管理；l中期锻炼，在移植缓苗后需降温；中期锻炼，在移植缓苗后需降温；l后期锻炼，在定植前对秧苗进行的锻炼，使之适应露地后期锻炼，在定植前对秧苗进行的锻炼，使之适应露地环境条件环境条件 第42页，共112页。(3)
43、(3)田间锻炼田间锻炼指越冬菜在越冬前的锻炼。指越冬菜在越冬前的锻炼。l例如越冬菠菜在越冬前的温度逐渐降低过程中，通过采取措施，例如越冬菠菜在越冬前的温度逐渐降低过程中，通过采取措施，使其体内的含糖量增加，提高越冬期间的抗寒能力。使其体内的含糖量增加，提高越冬期间的抗寒能力。l主要措施是控制播种期、控制水分、控制生长速度，保证主要措施是控制播种期、控制水分、控制生长速度，保证上冻时达到上冻时达到6 6片叶，不能少也不能超过。如达不到片叶，不能少也不能超过。如达不到6 6片叶，片叶，根系扎的浅，生长点暴露在外面，易被冻死；超过根系扎的浅，生长点暴露在外面，易被冻死；超过6 6片叶，片叶，植株体过
44、大，地上部分消耗过多的糖分，抗寒性降低。只植株体过大，地上部分消耗过多的糖分，抗寒性降低。只有有6 6片叶时，低温锻炼的效果最明显，越冬的死苗率最低。片叶时，低温锻炼的效果最明显，越冬的死苗率最低。第43页，共112页。2.2.低温范围、锻炼时间与抗寒效果低温范围、锻炼时间与抗寒效果l不同低温、锻炼时间的长短对植物抗寒性是有影响的。植不同低温、锻炼时间的长短对植物抗寒性是有影响的。植物的抗寒锻炼是分阶段逐步进行的物的抗寒锻炼是分阶段逐步进行的番番 茄茄l沈征言等（沈征言等（19831983年）在研究低温锻炼对番茄幼苗抗寒性的年）在研究低温锻炼对番茄幼苗抗寒性的影响时指出，影响时指出，1515的
45、温度即可开始影响番茄的耐寒性，在的温度即可开始影响番茄的耐寒性，在0 01515范围内，耐寒力基本上随着锻炼温度的降低而呈范围内，耐寒力基本上随着锻炼温度的降低而呈阶梯式地增强，大致可分为三段阶梯式地增强，大致可分为三段(幼苗幼苗3-43-4片真叶时锻炼片真叶时锻炼)第44页，共112页。l第一段第一段：12121515，作用很小，经过，作用很小，经过12121515温度锻炼的番茄幼温度锻炼的番茄幼苗其致死低温比对照仅下降苗其致死低温比对照仅下降0.50.5。l第二段第二段：5 51212，在此温度范围内的低温锻炼能较好地，在此温度范围内的低温锻炼能较好地增强番茄的耐冻力，致死低温稳定在增强番
46、茄的耐冻力，致死低温稳定在-2.5-2.5，比对照下降，比对照下降了了1.21.2。l第三段第三段：0 022，能显著提高番茄的耐冻力，致死低温下降到，能显著提高番茄的耐冻力，致死低温下降到-3.5-3.5-4.0-4.0。同时看到在。同时看到在2.02.0下锻炼的番茄叶片组织的细胞下锻炼的番茄叶片组织的细胞液外渗百分率还略低于液外渗百分率还略低于00的，可以认为的，可以认为2.02.0是提高番茄耐冻是提高番茄耐冻力的最适锻炼温度，力的最适锻炼温度，l这一结果与这一结果与ChenChen等（等（19801980）在马铃薯上所获结果完全一致。）在马铃薯上所获结果完全一致。第45页，共112页。l
47、 使番茄获得最大耐冻力所需的锻炼天数随锻炼温度使番茄获得最大耐冻力所需的锻炼天数随锻炼温度而变，锻炼温度低，所需时间短；反之，时间要长。而变，锻炼温度低，所需时间短；反之，时间要长。l锻炼温度为锻炼温度为5.05.0时，最少需锻炼时，最少需锻炼6 6天才能表现其最天才能表现其最大耐冻力；大耐冻力；l锻炼温度下降到锻炼温度下降到2.02.0时，只需时，只需2 2天即能得到预期效果。天即能得到预期效果。延长锻炼天数，也不能再继续增强其耐冻性。延长锻炼天数，也不能再继续增强其耐冻性。第46页，共112页。油油 菜菜lKacpersks-PalaczKacpersks-Palacz（19781978）
48、对油菜低温锻炼提高抗寒性的研究）对油菜低温锻炼提高抗寒性的研究表明，油菜抗寒锻炼的温度为表明，油菜抗寒锻炼的温度为55-2-2（00是油菜和甘蓝的是油菜和甘蓝的结冰温度）分结冰温度）分3 3阶段进行：阶段进行：l第一阶段：第一阶段：由降至由降至55或或22的低温诱导，可使油菜的原有抗寒的低温诱导，可使油菜的原有抗寒水平水平-5-5左右提高几度。左右提高几度。l第二阶段：第二阶段：由亚结冰温度由亚结冰温度00至至-2-2或或-3-3诱导，可引起组织诱导，可引起组织最大抗寒性的发展完成。最大抗寒性的发展完成。l第三阶段：第三阶段：依赖于冰冻时间延长，引起细胞脱水而继续提高依赖于冰冻时间延长，引起细
49、胞脱水而继续提高抗寒性。抗寒性。第47页，共112页。黄黄 瓜瓜l杨阿明等杨阿明等(1992)(1992)在研究低温锻炼提高黄瓜幼苗耐寒性在研究低温锻炼提高黄瓜幼苗耐寒性效应时指出，以较低的夜温锻炼黄瓜幼苗可有效地提效应时指出，以较低的夜温锻炼黄瓜幼苗可有效地提高其耐冷性，高其耐冷性，1111以下以下的低温锻炼效果比较明显，的低温锻炼效果比较明显，以以66锻炼效果最佳锻炼效果最佳。在。在66温度条件下温度条件下锻炼锻炼6 6天天，幼，幼苗可获得最大耐冷性，延长锻炼时间，幼苗耐冷性不苗可获得最大耐冷性，延长锻炼时间，幼苗耐冷性不再提高。再提高。第48页，共112页。马铃薯马铃薯l低温和短日照是诱
50、导抗寒性的两个主要条件，马铃薯在足低温和短日照是诱导抗寒性的两个主要条件，马铃薯在足够的光照下，不论光周期长短如何，低温能使其受到锻炼。够的光照下，不论光周期长短如何，低温能使其受到锻炼。l马铃薯结冰的温度是马铃薯结冰的温度是1 122，如果遇到结冰的温度就会降低，如果遇到结冰的温度就会降低其抗寒能力。其抗寒能力。l马铃薯在白天马铃薯在白天/夜间温度夜间温度25/1525/15，15/1015/10，10/510/5，5/05/0，每天日照，每天日照1515小时，处理小时，处理5 5天，天，1010天，天，1515天，天，2020天，不抗天，不抗寒品种抗寒能力没有多大提高，寒品种抗寒能力没有多
