蔬菜抗寒生理

1、蔬菜抗寒生理,（高級(jí)蔬菜栽培生理、碩士生課程）沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 何莉莉,抗寒性（抗寒能力）,植物對(duì)低溫寒冷環(huán)境的長(zhǎng)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(zhǎng)、結(jié)實(shí)，不僅僅是活著。,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

2、。,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，地上部分枯死，而以地下的根系以宿根形式越冬，能耐零下10～15℃的低溫，韭菜可耐零下30℃的低溫。,(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1～2℃的低溫。短期內(nèi)可耐零下5～10℃。同化作用適宜溫度為15～20℃，某些極抗寒菠菜品種可耐零下30℃低溫。,(3)半耐寒蔬菜,如蘿卜、

3、胡蘿卜、芹菜、白菜類、甘藍(lán)類、萵苣、豌豆、蠶豆等?？煽顾荒烷L(zhǎng)期的零下1～2℃低溫。在長(zhǎng)江以南均能露地越冬。同化作用在17～20℃最佳，超過20℃，同化機(jī)能減弱，超過30℃時(shí)，同化作用所積累的物質(zhì)幾乎全為呼吸所消耗。,(4)不耐寒蔬菜,喜溫性蔬菜如黃瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆等,最佳同化溫度為20～30℃。當(dāng)溫度超過40℃時(shí)，生長(zhǎng)幾乎停止。當(dāng)溫度在10～15℃以下時(shí),授粉不良,引起落花。因此，在長(zhǎng)江以南，可以春播或秋播，北方則

4、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1～2℃的低溫,因此北方地區(qū)在定植時(shí)應(yīng)安排在霜凍結(jié)束之后。,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(zhǎng)良好。耐熱性蔬菜一般都不耐短時(shí)的輕霜凍。,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

5、傷害，由于組織內(nèi)出現(xiàn)冰晶而受害,(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5～13℃之間。在冷害臨界溫度以下，環(huán)境溫度越低，延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，蔬菜受害越重，若溫度不很低，時(shí)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(shí)間延長(zhǎng)，或時(shí)間雖短而溫度很低，植株將受到不可逆轉(zhuǎn)的生理傷害。,根據(jù)低溫

6、對(duì)作物的危害特點(diǎn)，可分為：,①延遲型冷害： 多出現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，如苗期使蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育推遲、延后，生長(zhǎng)速度變慢，物候期出現(xiàn)的晚。②障礙型冷害： 多出現(xiàn)在生殖生長(zhǎng)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(huì)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。,③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(huì)使幼苗衰弱，植株生長(zhǎng)遲緩，萎焉、黃化、

7、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(zhǎng)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。,(2)凍害,耐寒性蔬菜和半耐寒性蔬菜易發(fā)生凍害。①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(duì)其影響很大，一般不要超過霜降。,②冬季長(zhǎng)寒型

8、,冬季持續(xù)低溫，對(duì)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(shí)期。 ③融凍型指冬末春初之際，天氣回暖，植株提前萌動(dòng)，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(shí)發(fā)生，危害更大。,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

9、包心結(jié)球的抗寒性強(qiáng)；莖粗、色澤深的植株抗寒性強(qiáng)，說明鍛煉的好；根系發(fā)達(dá)、粗壯也是抗寒品種的特征。,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)。,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

10、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)。,(2)生物膜維持正常的液晶相 不會(huì)發(fā)生相變,在溫度降低時(shí)，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(dòng)鑲嵌模型）正常的液晶相，不會(huì)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。,(3)細(xì)胞骨架

11、對(duì)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(duì)穩(wěn)定脂膜液晶結(jié)構(gòu)動(dòng)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(duì)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-微絲的連接有關(guān)。,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(dòng)蛋白的比率相關(guān)。植物激素可以促進(jìn)微

12、管蛋白翻譯后修飾，并提高微管對(duì)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?。,（4）必須避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰 以防止冰晶對(duì)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(shí)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，

13、他很少能保持幾小時(shí)以上。另一方面是增加膜對(duì)水的透性，以便在溫度降低時(shí)，使細(xì)胞內(nèi)的水分能夠迅速地流到細(xì)胞外去結(jié)冰。,(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(huì)造成傷害。這一方面是因?yàn)楸鶅雒撍?，?huì)引起細(xì)胞干旱使蛋白質(zhì)變性。另一方面，會(huì)使細(xì)胞發(fā)生收縮凹陷，使細(xì)胞膜遭到破壞?？购参锏倪m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)

14、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。,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?？购云贩N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。

15、,(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(huì)降低，植物的抗寒力對(duì)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(hào)分子茉莉酸（JA）的合成前體。,抗寒品種或經(jīng)過低溫鍛煉品種葉片膜脂中含不飽合脂肪酸多。品種間不飽合脂肪酸含量的差異，在任何生長(zhǎng)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

16、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)。,(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9～12℃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

17、的受害低溫相似?？估涞奶鸩烁ⅠR鈴薯塊莖的線粒體琥珀酸氧化酶在9～12℃間，沒有發(fā)生活化能的變化，也沒有發(fā)生冷害。他們推測(cè)9～12℃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。,（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

18、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，ω-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,4.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(shì)，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。,(2)酶類的變

19、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(duì)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。,將常溫下生長(zhǎng)的甜椒幼苗經(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(duì)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

20、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15～20℃，夜間0～5℃的鍛煉溫度，對(duì)辣椒、茄子的種子進(jìn)行鍛煉，結(jié)果培育出的植株對(duì)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(duì)照高，,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(zhǎng)在溫度為20℃，相對(duì)濕度為70%的控溫溫室內(nèi)，自然光照，6周后取其一部分在

21、5℃、光照1萬Lx下鍛煉5周。然后測(cè)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(shí)這些關(guān)鍵酶與激活脂肪酸重新合成酶直接有關(guān)。,Shmer(1975)冷鍛煉誘導(dǎo)白菜中1.5—2磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)發(fā)生變化，酶的兩個(gè)亞基形成兩個(gè)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

22、酶，在低溫條件下由四聚體變成二聚體，在溫度回復(fù)時(shí)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、NAD+一蘋果酸脫氫酶等酶或同工酶的量變。,(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10—20KD，這些蛋白能十分有效地防止結(jié)冰時(shí)離體類囊體膜的光合磷酸化失活。Guy(1985)等以冷鍛煉和未

23、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。,kurkela(1988)等對(duì)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2

24、0倍以上，并且其擴(kuò)增能被水分脅迫和ABA有效誘導(dǎo)。,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)葉綠體膜脂的不飽和度。,(4)氨

25、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(cè)定了大白菜從秋至冬的生長(zhǎng)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(shí)對(duì)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(duì)于只能忍耐霜凍的抗寒

26、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(duì)低溫生長(zhǎng)和貯藏期間的抗凍性是有一定作用的。,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(zhǎng)和抗寒性是矛盾的，活躍生長(zhǎng)的植物不抗寒。,（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（

27、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,2.日照長(zhǎng)短,因?yàn)樵诳购憻捴?，需要能源來自光合作用，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(zhǎng)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(zhǎng)也能提高

28、植物的抗寒性。,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(shí)間催芽，胚芽將要萌發(fā)時(shí)，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2～5℃處進(jìn)行2~5小時(shí)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,低溫處理可增強(qiáng)幼苗的抗低溫能力，也就是利用萌動(dòng)種子對(duì)環(huán)境適應(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

29、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1～5℃的低溫下12-18小時(shí)，接著提高到18～22℃的溫度下6-12小時(shí)，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。,(2)幼苗鍛煉,前期鍛煉，在子葉展開真葉未出來之前是一個(gè)關(guān)鍵時(shí)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(duì)秧苗進(jìn)行的鍛煉，使之適應(yīng)露地環(huán)境條件,(3)田間

30、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(zhǎng)速度，保證上凍時(shí)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(zhǎng)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(shí)，低溫鍛煉的效果最明顯，越冬的死苗率最低。,2.低溫范圍、鍛煉時(shí)間與抗寒效果,不同低溫、鍛

31、煉時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)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(duì)番茄幼苗抗寒性的影響時(shí)指出，15℃的溫度即可開始影響番茄的耐寒性，在0～15℃范圍內(nèi)，耐寒力基本上隨著鍛煉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(shí)鍛煉),第一段：12～15℃，作用很小，經(jīng)過12～15℃溫度鍛煉的番茄幼苗其致死低溫比對(duì)照僅下降0.5℃。第二段：5～12℃，在此溫度范圍內(nèi)的低溫鍛煉能

32、較好地增強(qiáng)番茄的耐凍力，致死低溫穩(wěn)定在-2.5℃，比對(duì)照下降了1.2℃。第三段：0～2℃，能顯著提高番茄的耐凍力，致死低溫下降到-3.5～-4.0℃。同時(shí)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。,使番茄獲得最大耐凍力所需的鍛煉天數(shù)隨鍛煉溫度而變，鍛煉溫度低，所需時(shí)間短；反之，時(shí)間要長(zhǎng)。鍛煉溫度為5

33、.0℃時(shí)，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(shí)，只需2天即能得到預(yù)期效果。延長(zhǎng)鍛煉天數(shù)，也不能再繼續(xù)增強(qiáng)其耐凍性。,油 菜,Kacpersks-Palacz（1978）對(duì)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)，

34、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(shí)間延長(zhǎng)，引起細(xì)胞脫水而繼續(xù)提高抗寒性。,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(shí)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(zhǎng)鍛煉時(shí)間，幼苗耐冷性不再提高。,馬鈴薯,低溫和短日照是誘導(dǎo)抗寒性的兩個(gè)主要條件，馬鈴薯在足夠的光照下，不論光周期長(zhǎng)短

35、如何，低溫能使其受到鍛煉。馬鈴薯結(jié)冰的溫度是1～2℃，如果遇到結(jié)冰的溫度就會(huì)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(shí)，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℃。,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；

36、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；,原生質(zhì)的粘滯性增大，新陳代謝活動(dòng)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(duì)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(shí)，細(xì)胞內(nèi)的水分就能迅速地轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外

37、，以避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰發(fā)生凍害,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(dòng)(激活)某個(gè)基因位點(diǎn)，接受低溫信號(hào)，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),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(cè)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(shí)間內(nèi)低溫處理較多的植物材料，但是

38、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(shí)間較短，不能觀察和測(cè)定植物整個(gè)生育期的耐低溫反應(yīng)。,田間自然降溫鑒定,對(duì)春提早、秋延晚的露地葉菜及設(shè)施果菜；對(duì)耐寒的越冬菜；對(duì)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(gè)時(shí)期是對(duì)實(shí)際抗寒能力檢驗(yàn)的關(guān)鍵時(shí)期(對(duì)低溫的實(shí)際反映期)。,（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

39、溫度?，F(xiàn)在是指單個(gè)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(shí)的溫度作為組織的半致死溫度。,（2）致死溫度,請(qǐng)參考《植物生理實(shí)驗(yàn)》或《園藝學(xué)報(bào)》1988,15(1):51-56(朱月林、曹壽椿),（3）過冷點(diǎn),過冷是指水溶液冷卻到冰點(diǎn)以下的溫度時(shí)，也不會(huì)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

40、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℃。,2.形態(tài)指標(biāo),（1）生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo) 種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、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(jí)數(shù)×各級(jí)株數(shù)）（2）冷害指數(shù)= ————————————

41、 最高級(jí)數(shù)×總株數(shù),∑（凍害級(jí)數(shù)×各級(jí)株數(shù)）（3） 凍害指數(shù)= ———————————— 最高級(jí)數(shù)×總株數(shù) 未恢復(fù)時(shí)凍指－恢復(fù)后凍指（4） 恢復(fù)能力 = ——————————————×100 未恢復(fù)時(shí)凍指 冷害分

42、級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：（5）死株率,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、α-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,（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（DGD

43、G）、磷脂酰膽堿（PC）、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,（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(cè)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,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

44、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(huì)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。,（2）TTC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(zhǎng)處測(cè)定。當(dāng)組織受凍害后，還原能力降低，與TT

45、C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(duì)草本植物葉片組織測(cè)定效果較好。,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。,五、低溫的防御對(duì)策及主要技術(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(cè)一般南坡0～30厘米日平均

46、土溫比東、西坡高3℃，比北坡高5～6℃，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0.6～0.7℃，比北坡高1.0℃。,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(duì)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(duì)較暖抬升，陸面空氣相對(duì)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、湖泊

47、、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),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)。,2.改善菜田生態(tài)環(huán)境,(1)營(yíng)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(shí)保溫性能都較差，再加上保水性能差

48、，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，從而減輕凍害或霜凍。 (4)設(shè)施栽培,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

49、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。,(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,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。,(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

50、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,脫落酸(ABA),是一種內(nèi)源激素，對(duì)植物的生長(zhǎng)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100～200ppm、灌施10～20ppm)的ABA可增加鍛煉效果。一般對(duì)抗寒性強(qiáng)的品種的效應(yīng)比抗寒性弱的品種顯著。,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“倒春寒”的危害。 B-9(SADH)

51、 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。,2,4-D,對(duì)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

52、使用方便，可噴施。2,4—D只能蘸花，濃度大(重復(fù)蘸花)可產(chǎn)生藥害。 MH(馬來酰肼) 對(duì)提高耐寒性有一定效應(yīng),氯化鈣（CaCl2）,是一種生物膜穩(wěn)定劑。一般用0.1～0.3%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(zhǎng)、抑制莖的伸長(zhǎng)、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。,(7)進(jìn)行植

53、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。,4.應(yīng)急措施,(1)煙霧法(2)加熱法 成本高，國(guó)外試驗(yàn)田(3)鼓風(fēng)法 成本高，國(guó)外試驗(yàn)田(4)抑制冰核活性細(xì)菌,冰核活性細(xì)菌,自從80年代初國(guó)外發(fā)現(xiàn)冰核活性細(xì)菌(INA)的存在以來，我國(guó)到1989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(shí)開始結(jié)

54、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。,美國(guó)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(guó)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

55、工程技術(shù)，切除冰核活性細(xì)菌染色體中產(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。,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(duì)低溫的適應(yīng)可能需要兩個(gè)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(hào)、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

56、因素的誘導(dǎo)。,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)。,抗凍蛋白（antifreeze protrin，AFP）,最初是在極區(qū)魚的血清中發(fā)現(xiàn)的一

57、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。,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)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、β-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

58、同的反應(yīng)機(jī)制。在其轉(zhuǎn)化植物基因表達(dá)產(chǎn)物對(duì)冰的形成產(chǎn)生影響。,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。,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(shí)增加，與保持酶在高溫下的活性和維持機(jī)體的穩(wěn)定有關(guān)。是一個(gè)很大的家

59、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。,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

60、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HAV1，菠菜的CAP85，苜蓿的CASl7，擬南芥的COR47、LTl30、RABl8等。,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

61、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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中其重要作用。,2.植物ω-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。ω-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ω-3，以與載體結(jié)合的不飽和脂肪酸為底物，催化與甘油脂

62、結(jié)合的二烯脂肪酸形成第三個(gè)雙鍵。,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。,在模式植物擬南芥中存在的ω-3脂肪酸去飽和酶,FAD3基因編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型ω-3脂肪酸去飽和酶FAD7、FAD8基因編碼的質(zhì)體型同工酶。其中

63、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)ω-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ω-3脂肪酸去飽和酶基因。,ω-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(hào)分子茉莉酸

64、（JA）的合成前體。,眾多的ω-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(gè)雙鍵。是這一合成途徑的關(guān)鍵酶。它們?cè)诟淖冎参锬ぶ舅岬慕M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。,3.植物抗寒分子機(jī)理,植物細(xì)胞膜在感受外界

65、低溫信號(hào)時(shí)，細(xì)胞膜的流動(dòng)性發(fā)生改變，同時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的生化信號(hào)。將鈣流與下游信號(hào)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（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(hào)。,轉(zhuǎn)錄因子CBF調(diào)控信號(hào)路徑,低溫信號(hào)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(dòng)子區(qū)域都含有CRT

66、/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(duì)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(gè)啟動(dòng)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 表達(dá)。,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

67、7個(gè)基因，它們有降低冷馴化植株抗凍性的作用。其中SFR6對(duì)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(jì)在植物體內(nèi)有eskl信號(hào)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(duì)CBF調(diào)控子的表達(dá)沒有影響。其作用機(jī)理不清

68、楚。,HOS1和HOS2也是一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)因子基因。通過位移克隆技術(shù)鑒定的HOS1基因編碼一個(gè)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(gè)負(fù)調(diào)節(jié)因子，作用于CBF/DREB1的上游。,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：