植物抗冷性生理生化研究进展

作者:未知

  摘要:我国在植物种植领域已经有多年的应用历史,对于植物生长而言,低温胁迫是非常普遍的一种影响因素,也能够极大的阻碍农作物正常生长。一些经济性植物生长过程中如果遇到低温条件会大大影响整体的应用效率,降低社会经济的应用价值。
  关键词:低温影响;农作物探究;生理技术;研究进展
  我国对农作物实际的抗寒抗冷效果已经有几十年的研究历史了,植物的实际研究效果、理化性质应用、运行机制等基本性内容已经有了一部分基础,目前国内对于分子水平上提升植物抗冷性能已经有了很先进的研究,同时提取了一些高耐寒的基因进行抗冷。
  1寒冷导致细胞膜通透性受到损害
  对于任何一个国家而言,气温低下是影响农作物正常生长的一种普遍性灾害,温度不同对植物产生不同程度的损害。目前常见的主要有冷害及冻害两种。冷害主要是指气温在零度以上,植物长时间处于这种状态下引起其正常的生理机能受到损害。而冻害则主要是指气温在零度以下造成植物生理机能受损,目前冷害是造成植物受到损害的一种普遍情况。
  植物体最基本的应用单位就是细胞膜,对于植物来说细胞膜保持良好的流动性及稳定性也是整个植物正常生长的重要根本。上个世纪就有部分科学家曾经提出,温度降低时会导致植物的细胞膜发生损害,这也是整个植物最容易受到损害的部分。植物处于低温状态下,细胞膜会由正常状态下的液晶状态冷凝变成凝胶状,这种变化会导致细胞膜遇冷收缩收到损害,这种损伤是不可逆的。细胞膜等生物膜表面有很多脂质流动分子、脂肪酸,这些物质都能够维持细胞膜的抗寒冷性能。细胞膜表面的不饱和脂肪酸越多,那么膜的整体流动性就较强,植物受到寒冷温度的影响就越小,抗寒能力优良。植物长时间处于低温状态下会大大降低细胞膜的流动性引起膜通透性增强,细胞膜内部的溶质也会相应的向外渗透,长时间处于这种状态下会大大增加细胞膜的损伤,提升细胞整体的电解质渗透能力,由此可以看出电解质渗透能力与植物的抗寒抗冷能力息息相关。目前电解质渗透能力可以完整的表示细胞膜受到损害的程度,也是一个简单的指标。有研究学者将不同品种的黄瓜均放在低温环境下进行处理,这样会大大增强电解质的实际处理效率,效果l卜分显著。而将西葫芦放在低温环境下进行处理也会增强电解质的实际渗透能力,一些品种的抗冷性能一般,而超强抗冷性的品系数量最少。也有学者证明这一结论在玉米及西瓜等农作物的研究中也得到了证实。
  2寒冷温度导致细胞膜脂质过氧化
  植物长时间处于低温状态下,会引起细胞膜内部的自由基及活性氧发生过氧化,最终破坏蛋白质的稳定性造成膜系统功能损伤。丙二醛是整个细胞膜系统内部的一种主要抗氧化的物质,它的含量的变化与膜通透性息息相关,丙二醛含量增高则膜的通透性也会大大提高,如果长时间处于累积的状态会对大大增加细胞毒性。将两种不同品系的黄瓜放置在低温环境中,研究发现当黄瓜受到低温影响时会影响植物体内的MDA,抗冷性能强的黄瓜品种内部产生的丙二醛含量远远小于抗冷性能弱的品种。对西瓜进行实验时表明,一些植物幼苗对温度敏感,而对寒冷较敏感植物体内的丙二醛含量上升趋势远远超过了耐寒的植物品种。当将其放置在寒冷环境中超过八天以后,抗冷植物体内的MDA含量也会有所变化。低温处理的时间加长会大大影响细胞内的丙二醛含量。对黄瓜胚芽进行研究时会发现,黄瓜胚芽体内的丙二醛含量会随着低温处理的时间延长而呈现上升的趋势。这种研究结果在水稻幼苗领域的研究也得到了证实。但是也有一些学者对黄瓜幼苗进行深入研究后发现,将黄瓜幼苗放在低温环境下处理48小时后,细胞内部的丙二醛含量会呈现增加的趋势,而当低温处理时间达到72小时后,细胞膜内部的丙二醛含量会有降低趋势。
  3脯氨酸
  脯氨酸是一种无毒的中性物质,溶解度高,能够维持细胞的膨压;同时脯氨酸还具有极性,对生物多聚体的空间结构有保护作用,增加结构的稳定性。王荣富认为植物在处于低温胁迫时,脯氨酸能维持细胞结构、细胞运输和调节渗透压等,使植物具有一定的抗性和保护作用。姚明华等对8个茄子品种的脯氨酸含量进行了测定,发现常温25℃下品种间的脯氨酸含量存在差异,且与品种的抗冷性呈极显著正相关;在分别受5℃和15℃低温诱导24后,这种差异更加明显。刘慧英等在证实嫁接的西瓜苗比白根苗抗冷性强的基础上,进一步测定了脯氨酸含量,发现低温胁迫后,白根苗和嫁接苗的脯氨酸含量均增加,但白根苗增加最小,5种嫁接苗脯氨酸含量的增加幅度均显著高于白根苗。由此可见,植物体内的脯氨酸含量与植物抗冷性有很重要的关系。
  4保护酶系统
  植物体内的白由基与活性氧具有很强的氧化能力,对许多生物功能分子有破坏作用,同时,植物体内也存在一些清除自由基和活性氧的酶类和非酶类物质。自由基、活性氧和清除它们的酶类和非酶类物质在正常条件下维持平衡状态,低温下可以保护膜结构,减轻有毒物质对生物细胞的毒害,延迟或阻止细胞结构的破坏,从而使植物能在一定程度上忍抗减缓或抵抗逆境胁迫,因此把这些酶类和非酶类物质称为抗氧化系统也称保护系统。
  5蛋白质
  按照生物化学和分子生物学概念,生物的任何变化最终与蛋白质生物合成的变化有关,低温引起蛋白质谱系的变化是一个普遍的规律。一般认为可溶性蛋白质和总蛋白质与抗冷性呈正相关。马德华等研究表明,随着组织可溶性蛋白质含量的增加,黄瓜抗低温能力也随着增加。龚明等在研究低温下水稻叶片中蛋白质含量的变化中指出,当由常温转入低温后,抗冷性强的粳稻和抗冷性弱的籼稻叶中可溶性蛋白质含量均下降,而以抗冷性弱的秈稻下降幅度更大。关于冷害对植物蛋白质含量变化的作用机理已有许多研究。
  6结束语
  总览全文可以发现,植物处于低温处理状态下,细胞膜通透性、丙二醛含量、脯氨酸、保护酶成分及蛋白质等都会受到影响。上述内容仅供参考,希望能够对相关工作者有所助益。
  参考文献
  [1]黄永芬,汪清胤,付桂荣,等.美洲拟蝶抗冻蛋白基因导入番茄的研究.生物化学杂志,1997,13(4):418-422.
  [2]赵晓祥,黄永芬,张钰,等.转美洲拟蝶抗冻蛋白基因(afp)番茄过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧歧化酶活性测定.哈尔滨师范大学自然科学学报,1998,14(4):188-193.
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