氨基寡糖素對抗寒有何作用

2021-01-08 氨基寡糖

低溫危害是農作物生長期間,遭到低於其生育適宜溫度的連續或短期的影響,使農作物生育延遲甚至死亡的一種氣象災害,是我國農業生產上的主要氣象災害之一。植物的低溫危害包括冷害和凍害,凍害是由0℃以下的低溫造成,溫度下降到冰點以下,植物體內水分結冰,因此霜害與冰害都屬於凍害。冷害是由0℃以上的低溫引起,指冰點以上的低溫對作物的傷害,溫度下降並不太低,可是植物體內的生理機能受到障礙,代謝過程的協調受到破壞,作物逐漸出現傷害引起死亡。寒潮和霜凍能使植物受到傷害,受害的程度決定於作物的生育期及其組織器官、植物的年齡、健康狀況、降溫幅度的大小、持續時間長短以及結冰融冰的快慢。

各種植物的抗寒性不同,我們把植物的抗寒性劃分為以下五種類型:

不抗寒植物:

這類植物生物膜的膜脂相變溫度在植株細胞液的冰點溫度之上,因此不可避免地要產生細胞內結冰。它們在遭受寒害時,總是因為細胞內結冰而死亡。例如番茄、黃瓜、水稻、香蕉、菠蘿等起源於熱帶的各種喜溫植物、在10℃以下就會發生冷害。

低度抗寒植物:

它們的膜脂相變溫度,稍低於植物細胞液的結冰溫度,它們的膜脂不飽和脂肪酸含量較高,在不很低的溫度下,能避免細胞內結冰,但缺少其他抗寒特性,如缺少糖的積

累,所以它們避免和抵抗冰凍脫水的能力低,只能在不低於-5℃的溫度中生存。例如柑橘、馬鈴薯等熱帶的植物。

中度抗寒植物:

它們具有較低的膜脂相變溫度,並能在抗寒鍛鍊中積累糖或者其他保護物質。因此它們的細胞液具有較高的濃度,能夠避免細胞內結冰。但是抗冰凍脫水的能力很低,能在-5℃到-10℃條件下生存。例如油菜中的許多品種,菠菜、枇把、茶樹、油桐等南溫帶的植物。

高度抗寒植物:

它們的膜脂相變溫度很低。在抗寒鍛鍊中除了增加膜脂的不飽和脂肪酸和積累糖類保護物質外,還能積累膜磷脂和膜蛋白質,增加可溶性蛋白質的親水性,能防止和避免質膜ATP酶的失活。它們不僅避免細胞內結冰,而且具有相當強的抗冰凍脫水的能力,能在-10℃到-20℃低溫下生存。例如我國北方的冬小麥品種,以及桃、杏、梨、蘋果等溫帶的植物。

非常抗寒植物:

這類植物的膜脂相變溫度更低,膜結構的低溫穩定性很高。在抗寒鍛鍊中,①積累糖、胺基酸和可溶性蛋白質,以及膜蛋白和膜磷脂,還能增加酶的還原能力,防止膜脂的過氧化反應,避免膜半透性的喪失。②還能增加脂膜的量,使膜變成彎曲的波浪狀,具備很高的抗冰凍脫水性能。③產生阻止冰晶形成的物質,使細胞液處在過冷或超冷狀態,幾乎完全能夠避免質膜ATP酶的失活。這類植物能夠在-20℃以下的低溫下生存。例如北方的楊樹、柳樹、槐、松柏、雲杉等北溫帶、寒帶及高寒地區的植物。

為了減少低溫冷害對農作物的影響,人們採取了多種措施,包括培育抗寒凍品種,適地適種,樹盤培土,覆蓋薄膜保,燻煙驅寒等;使用影響植物生長的激素如脫落酸(ABA)、矮壯素(CCC)等來調節植物代謝活動;以及施加有保溫作用的化學試劑,如煤油乳劑和農業泡沫精( aeriform)等在眾多植物抗寒劑中,氨基寡糖素類藥劑是一種可以提高植物自身抗寒性的植物免疫誘抗劑。氨基寡糖素能激發植物自身的抗寒能力,抵禦一定的低溫侵襲。

氨基寡糖素提高植物抗寒性主要表現在如下幾個方面:

(1)提高植物體內脯氨酸含量、可溶性糖含量:低溫使植物細胞含有的水冷凍結冰,生成的冰晶可以刺傷植物的細胞器,是低溫對植物最直接的傷害。脯氨酸和可溶性糖類可以降低植物細胞含有的水的冰點,使植物細胞內的水在更低的溫度下才結冰,間接提高了植物的抗低溫能力。植物施用氨基寡糖素後可以使氨酸和可溶性糖的含量提高,讓植物能夠耐受更低的溫度。

(2)提高植物細胞膜的穩定性,使丙二醛(MDA)的累積減少:細胞膜是由脂類為主要成分構成的,低溫可以使細胞膜的脂類物質過氧化。過氧化的脂類最終分解成為丙二醛。這些丙二醛會和細胞中的蛋白、核酸反應,使其喪失功能:丙二還可使細胞結構鬆散,最終導致細胞的損傷。氨基寡糖素可以抑制細胞膜中脂類物質的過氧化,減少丙二醛的形成和積累,保護細胞內蛋白與核酸的功能。

(3)提高植物自身各種抗氧化酶的活性:植物受到低溫侵襲後,自身會產生各種氧化物質。這些氧化物質會破壞植物細胞的結構,改變植物體內各種化合物的平衡,最終導致植株死亡。而植物中本身存在能夠消除這些氧化物的酶類,即抗氧化酶,包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)。施用氨基寡糖素後,會促進這些抗氧化酶的產生,同時提高抗氧化酶消除各種氧化物的能力,進而減少植物受到的低溫傷害。

(4)提高葉綠素含量:植物的光合作用為植物生長存活提供能量,而在光合作用中主要發揮作用的是葉綠素。植物細胞受到低溫侵襲後,葉綠素的含量會降低,進而影響到植物的光合作用,破壞植物的能量供給。氨基寡糖素可以促進葉綠素的合成,進而提高植物的光合功能,保障植物在低溫下的能量供應。使用氨基寡糖素來提高植物對低溫抗性的機制還有很多機制不甚明了,需要進一步研究。但可以確定的是,應用氨基寡糖素來降低外界環境災害對植物的損害是環保、高效的措施,也是植物抗性應用研究的重要方向。

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