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[农林气象]植物霜冻,一次说清楚 [复制链接]

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离线细雨农评

— 本帖被 静雯 执行加亮操作(2018-03-18) —
一、
霜冻,是一种较为常见的农业气象灾害,是指空气温度突然下降,地表温度骤降到0℃以下,使农作物受到损害,甚至死亡。通常出现在秋、冬、春三季。
植物受冻害时,叶片就像烫伤一样,细胞失去膨压,组织柔软、叶色变褐,最终干枯死亡。
造成植物冻害的主要是冰晶伤害,包括胞外结冰与胞内结冰:胞外结冰又叫胞间结冰,是指在温度下降时,细胞间隙和细胞壁附近的水分结成冰;胞内结冰是指温度迅速下降,除胞间结冰外,细胞内的水分也结冻。
冻害机理:
1、  胞间结冰的伤害
  使原生质脱水,细胞间隙的水势降低,原生质会发生过度脱水,造成蛋白质或原生质发生不可逆变性
  冰晶的机械损伤,对周围细胞产生机械压力会使细胞变形,甚至将细胞壁和质膜挤破。
胞内结冰的伤害
  结构破坏,代谢紊乱,生命活动无法进行,在自然环境下生存的植物,胞内结冰一般不会发生,一旦发生就会导致植物死亡。
2、  膜的伤害:
低温造成细胞间结冰时,可产生脱水、机械和渗透三种胁迫,这三种胁迫同时作用,使蛋白质变性或改变膜中蛋白和膜脂的排列,膜受到伤害,透性增大,溶质大量外流。
另一方面膜脂相变使得一部分与膜结合的酶游离而失去活性,光合磷酸化和氧化磷酸化解偶联,ATP形成明显下降,引起代谢失调,严重时则使植株死亡。
根据霜冻发生的季节不同,可分为春霜冻和秋霜冻二种:
1 春霜冻又称晚霜冻,也就是春播作物苗期、果树花期、越冬作物返青后发生的霜冻。随看温度的升高,晚霜冻发生的频率逐渐降低,强度也减弱,但是发生得越晚,对作物的危害也就越大。
2 秋霜冻又称早霜冻,秋收作物尚未成熟,露地蔬菜还未收获时发生的霜冻。随着季节推移,秋霜冻发生的频率逐渐提高,强度也加大。

二、
霜冻是一种严重的自然灾害,能够在短短几小时内毁掉大片农作物,多年来人们普遍认为植物霜冻是由低温和植物的霜冻敏感性所决定,但难以圆满地解释霜冻的实质。
0℃是水的液相与固相的平衡点,成为冰点。水在0℃以下仍能保持液体状态,这种现象称为过冷却作用。实验室中曾经有过-48.3℃的液态纯水。水从液态向固态转变需要一种称为冰核的物质来转化。冰核不要求能溶于水,但要求其分子结构与冰晶类似,便于水分子在核面上按一定的规则排列成为冰晶。水分子自身形成的冰核称为同质冰核,在-40℃时催化水结冰;非水分形成的冰核称为异质冰核,多数异质冰核催化水结冰温度都在-10℃以上,如碘化银-8℃,尘埃颗粒-10℃。后研究发现某些微生物也能使植物体内的水在-2~-5℃结冰而发生霜冻,而没有冰核细菌的植物,一般可耐-6~-7℃的低温不发生或发生轻微霜冻。这些冰核细菌和冰核真菌产生的冰核称为生物冰核,是自然界冰核活性最强的异质冰核。
我们知道造成霜冻往往是寒潮的突然降温引起的,缓慢的季节性气候降温植物会自行调节不会造成伤害。而寒潮虽然降温幅度较大,但是最低温一般也在-4℃左右,很少出现极端低温情况,因此,研究冰核细菌引起霜冻的机理及其防治措施,在生产上具有极大实践意义。

三、
目前已发现423种或变种的细菌、411种或变种真菌分泌物和一种病毒具成冰活性。
据中国农科院植物保护研究所,自1986-1993年间,从全国不同地区的68种植物上,分离250株冰核细菌样本进行分析得出,我国冰核细菌种,主要以凤梨欧文氏菌(53.2%),丁香假单胞菌丁香治病变种(23.6%)为主,是我国冰核细菌的优势种类,而黑腐黄单胞菌出现频率少,仅限在北方寒冷地区的禾本科植物上。但冰核活性以丁香假单胞菌种群为高。
经研究人员调查研究证明,冰核细菌种类和数量分布受地理纬度、气候条件、植物种类和不同季节的影响而有明显差异。如我国云南、广西亚热带地区,主要分布的是凤梨欧文氏冰核细菌,占80%以上;在东北、西北和华北的温带地区,主要有丁香假单胞菌,占52%,其次是凤梨欧文氏菌,占40%;同一种植物上可同时存在几种冰核细菌,但因职务种类不同,冰核细菌种类间出现频率差异较大,如在水稻、小麦、玉米、香蕉等植物上分布着欧文氏菌;在白菜、番茄和黄瓜上主要分布着丁香假单胞菌,占有绝对优势。而在松树和柏树上尚未分离到冰核细菌。冰核细菌在植物提上的数量消长变化,受温度高低、雨露多少,湿度大小影响较大,当气温平均在10-25℃、雨露多、湿度大、又逢春、秋霜冻易发生季节时,其冰核细菌出现频率高、数量大;相反,当平均气温高于30℃,处于炎热盛夏季节时,冰核细菌分布数量就很少,甚至难以分离到。
而冰核真菌方面4个属11个种,除3种为地衣真菌外,其余8个种均属镰刀菌属,我国鉴定出4个种:燕麦镰刀菌、串珠镰刀菌、禾谷镰刀菌核拟枝孢镰刀菌。冰核真菌与植物冻害确切关系暂时没有找到相关资料。已知有6种冰核真菌都是镰刀菌,对植物有一定致病性或兼性寄生菌,特别是我国三北地区越冬农作物、牧草、果蔬和林木冻害发生严重,可能与大量冰核真菌存在有关。

四、
影响冰核细菌与冰核真菌成冰活性因素
1、菌液浓度  
对于冰核真菌,当菌液浓度在5×1025×108cell/ml、温度在-2-7℃范围内,当温度一定时,菌液浓度越浓冰核活性越强,当菌液浓度一定时,温度越低冰核活性越强。对于冰核真菌则没有搜集到相关资料,理论上应该与冰核细菌性质相同(仅个人猜测)
2、温度  
培养冰核细菌的最佳温度为20℃,超过25℃时成冰活性明显下降,温度越高下降幅度越大。若把在20℃培养好的冰核细菌的菌苔或菌悬液,置放于04℃的低温条件下处理数小时或过夜后,将会显著地提高其成冰活性,置放20d后其冰核活性仍然稳定;相反,在37℃保存24h后就完全丧失冰核活性。而冰核真菌,测试菌株在40℃以下冰核活性稳定,50℃时仍有冰核活性。
3pH  
冰核细菌生长的pH值范围为5.0-9.0,最适为7.0。但pH 2 -4的酸性溶液或pH10的碱
性溶液都会破坏冰核细菌的冰核活性。供试冰核真菌在PH2-12间对冰核活性表达无明显影响,其中在PH6-7范围内冰核活性最强,而在PH1PH14时则无冰核活性。
4、其他
研究表明冰核细菌产生的冰核活性物质是一种冰蛋白,它对重金属离子、硫制剂、脲素、巯基试剂、SDS、蛋白酶、植物外源凝集素等试剂敏感,对紫外线、钴的照射也敏感。有些杀菌剂能杀灭冰核细菌,但不一定能破坏冰蛋白的成冰活性。同样部分杀菌剂也能杀灭真菌,同样也不一定能够破坏冰蛋白活性。

五、
中国农科院植保所和气象所合作,开展了冰核细菌与植物霜冻关系研究,证明冰核细菌能够诱发和加重植物霜冻,其作用机理概述如下:
作物发生霜冻害是大部分情况是细胞间水发生结冰引起的。而结冰的必要条件是温度降到冰点以下和存在冰核。采用人工模拟霜箱和自然诱发霜冰方法,以玉米、大豆、番茄、黄瓜和菜豆等植物做试验。结果表明,喷施冰核细菌的,叶温达到-2.5~-3℃就发生严重霜冻,而对照无菌苗则在-6~-7℃时才发生霜冻,两者相差3-4℃,而寒潮、倒春一般最低温度只能降到0~-3℃左右,这几度温差在生产上具有非常重要的意义。
有冰核细菌的植株,在温度降到-2~-3℃时发生冻结,生物膜加速损伤,其电导率急剧增大,在短短10min内就超过半致死值。结冰持续时间越长,伤害越严重,直至完全冻死,而无冰核细菌的植株则保持过冷却状态,其导电率虽然随温度降低而逐渐增大,但是温度降低到-6℃时也远未达到半致死值,日出升温后植株仍能恢复生长。从而表明大量冰核细菌的植株在霜冻中受害较重是因为它们开始发生冻结的温度较高,时间较早,至日出解冻前的冻结持续时间较长,致使细胞膜遭受严重伤害的缘故。
冰核细菌诱发霜冻与作物的关系
不同类型农作物的形态特征不同,植株小气候不一样。在同一个霜叶,叶片宽、薄又呈水平伸展型的叶温比叶片窄、厚而竖直的要低1℃多,在有冰核细菌存在的条件下,前者易发生结冰。不同作物对胞间结冰的反应是不一样的。据此可分为不耐霜冻作物:这类作物组织内一旦发生结冰,不论结冰温度高低,解冻速率如何缓慢,都不能恢复生长,如甘薯、黄瓜、西瓜和棉花等;中等耐霜冻作物:这类作物在-2.4~-3.5℃范围内,组织内发生结冰、生物膜体系对其有一定忍耐能力,经缓慢解冻可恢复生长,如玉米、番茄、烟草等;耐霜冻植物:这类作物对组织内发生结冰有相当强的忍耐能努力,只要不低于-6℃,解冻后可恢复生长,如甘蓝、白菜和芹菜等作物。依此应将防冰核细菌,减轻作物霜冻的重点放在不耐和中等耐霜作物上,阻止组织内结冰。
大量的研究证明,植物遭受霜冻危害的轻重程度是由低温强度大小、植物抗霜能力强弱和植物体上冰核细菌数量多少这3个因素决定的。冰核细菌是诱发和加重植物霜冻的重要因素,因此研究如何防除冰核细菌减轻农作物霜冻危害,是防御霜冻研究的重要组成部分。

六、
冰点以下低温对植物的危害叫冻害,植物对冰点以下低温的适应能力叫抗冻性。
提高植物抗冻(寒)性的措施:
1、  抗冻锻炼
通过锻炼之后,植物的含水量发生变化,自由水减少,束缚水相对增多;膜不饱和脂肪酸也增多,膜相变的温度降低;同化物积累明显,特别是糖的积累。
如部分农作物是利用糖水冰点低来保护自己的,因为青菜里含有淀粉(几乎所有绿色植物都含淀粉),淀粉不仅不甜,而且不容易溶于水。但温度低了后,淀粉就在体内淀粉酶的作用下,由水解作用变成麦芽糖酶,又经过麦芽糖的作用,变成葡萄糖。葡萄糖很容易溶解在细胞液水中,这就降低了细胞液的冰点,使细胞不容易冻坏,保护了农作物。因葡萄糖是甜的,所以这些菜打了霜也就有了甜味。所以冬天菠菜、白菜、萝卜、油菜打了霜的会好吃。
经过低温锻炼后,植物组织含糖量增多,还有一些多羟醇,如山梨醇、甘露醇与乙二醇等也增多。
2、  化学调控
用矮壮素与其他生长延缓剂来提高小麦抗冻性已开始应用于生产。
脱落酸可提高植物抗冻性已得到比较肯定的证明,如20μg·L-1脱落酸即可保护苹果苗不受冻害;也已经产品化
细胞分裂素对许多作物,如玉米、梨树、甘蓝、菠菜等都有增强其抗冻性的作用。
3、  农业措施
及时播种、培土、控肥、透气、促进幼苗健壮,防止徒长,增强秧苗素质。
寒流霜冻来前实行冬灌、熏烟、盖草,以抵御强寒流袭击
实行合理施肥,如用厩肥与绿肥作基肥,提高钾肥比例等,可提高越冬或早春作物的御寒能力
早春育苗,采用薄膜苗床、地膜覆盖等对防止冻害和冷害都很有效。
4、  防治冰核真、细菌,破坏冰核蛋白。要求既能杀菌又能破坏蛋白质结构。这个大家自由发挥吧,检验自身水平高低的时候到了。
5、  植物防冻液,所谓的植物防冻液无非是一些植物激素或具备激素活性的物质、可溶性盐、氨基酸、糖、醇等,增加水中的溶质,降低冰点。别听忽悠,理性分析(估计又会得罪人)。这些产品的主要成分:海藻类提取物、黄腐酸类等天然植物调节剂及部分合成调节剂,可溶性糖类、醇类、氨基酸、蛋白质等有机质,磷酸二氢钾、微量元素等盐类。

个人认为具备一定内吸渗透性的杀真菌、细菌剂+破坏冰核蛋白的物质+植物营养,是植物防冻产品的一个方向。有心的厂家、种植老板们可以一试。
 
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离线dos0001

只看该作者 沙发  发表于: 03-18
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在线静雯

只看该作者 板凳  发表于: 03-18
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离线酸甜果缘

只看该作者 地板  发表于: 03-18
感谢楼主分享!

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离线矢志不渝
只看该作者 4楼 发表于: 03-18

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学习了,感恩分享

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只看该作者 6楼 发表于: 03-18
离线紫水晶2

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学习了  谢谢

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谢谢
离线吕贵仓

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在线土巴克1

只看该作者 10楼 发表于: 03-20
感谢楼主分享!
土巴克,只为健康土壤。
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只看该作者 11楼 发表于: 03-20
这几天上海的反常现象写实,冻死人
离线kakanuo

只看该作者 12楼 发表于: 03-21
谢谢分享
加油,壮大我新农人
离线leejiankun

只看该作者 13楼 发表于: 03-22
学习了
离线加淝猫

只看该作者 14楼 发表于: 03-22
谢谢楼主
离线caizigff

只看该作者 15楼 发表于: 03-25
好文章
离线石头。

只看该作者 16楼 发表于: 03-27
学了
离线余超

只看该作者 17楼 发表于: 03-27
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离线liu5566

只看该作者 18楼 发表于: 03-29
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肥料研发十余年,个人申报专利280余件,肥料相关170余件。微信67045425。欢迎喜欢对知识产权感兴趣的朋友一起探讨!
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只看该作者 19楼 发表于: 04-08
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