霜凍害與冰核細菌研究(一)

茶園生態化建設模式,涵蓋茶葉品種、栽培、土壤、生物、植保、肥料等領域。秉承以人類為中心的理性生態倫理學思想,為復興茶產業而努力。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

(TakahiroMakino,1983;MasaoGoto,1990)發現,茶樹的凍害與其莖葉上附生冰核細菌也密切相關。冰核細菌具有很高的冰核活性,冰核形成溫度平均為-2.7℃,能誘發葉片凍害,加重茶樹凍害的程度。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

1冰核現象和冰核細菌

自然界和植物體上廣泛存在具冰核活性的細菌(IceNucleationactiveBacteria,簡稱INA細菌),目前已知的有3個屬中的23個種或變種,它是誘發植物霜凍的關鍵因素,可在-2~-5℃誘發植物細胞水結冰而發生霜凍,相反,無冰核細菌存在的植物,能耐受-7~-8℃的低溫而不發生霜凍。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

國外在20世紀80年代中期即開展了冰核細菌方面的研究,1974年Maki(Maki,1974)首次從赤楊樹葉中分離到在-2~-5℃下誘發植物結冰發生霜凍的冰核細菌,此後,冰核細菌的研究引起了科學家的極大興趣,在冰核活性細菌的鑑定、生理特性及營養要求、INA基因的序列分析和克隆以及冰核細菌的應用等方面進行了廣泛的研究(Lindowetal。,1978;Azadetal。,1988)。我國學者對冰核細菌的研究始於1986年(孫福在,1989),對我國存在的冰核細菌的種群和分佈進行了調查研究,並運用PCR技術克隆到了一個冰核基因(唐朝榮,2002)。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

攝氏零度是水的液相與固相的平衡點,稱為冰點。水在攝氏零度以下仍能保持液體狀態,這種現象叫做過冷卻作用(Supercooling),小體積純水可過冷卻到-40℃(Bigg,1953)而不結冰。水從液態向固態轉變需要一種稱為冰核的物質來催化。由水分子自身形成的冰核稱為同質冰核(homogeneousicenuclei),它在-40℃時催化水結冰;非水分子形成的冰核稱為異質冰核(heterogeneousicenuclei),多數異質冰核催化水結冰的溫度都在-10℃以上,如:碘化銀-8℃、高嶺土-9℃、塵埃顆粒-10℃。INA細菌,是一類能在-2~-5℃條件下催化誘發植物體內水分產生冰核而引起霜凍的細菌。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

冰核活性細菌廣泛附生於植物表面尤其是葉表面上,正常情況下,植物細胞中的遊離水即使處於-7~-8℃的低溫下也不會結冰,不產生過冷卻現象,但當冰核活性細菌存在時,這種微生物作為最強的異質冰核因子誘發冰晶的生成而使植物組織中失去了過冷卻作用,進而引起對宿主植物組織的凍傷損害。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

根據Vali(1971)推導後又由Lindow(1982)等人改進的冰核率公式,以-3℃下產生一個冰核所需細菌數作為分級標準,將INA細菌的冰核活性劃分4個等級:特強(102個細菌/冰核);強(103~104個細菌/冰核);中(105~106個細菌/冰核);弱(107以上個細菌/冰核)。

霜凍害與冰核細菌研究(一)

(安根團隊摘自黃曉琴:山東茶樹冰核細菌的分離、鑑定及其與霜凍害關係研究)

霜凍害與冰核細菌研究(一)

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