冰核细菌和植物霜冻

百度文库 冰核细菌的其他应用
冰核细菌和人工降雪
• 1980 年，用冰核细菌研制成冰蛋白人工降雪催化剂， 并申请专利。 • 1985 年由美国生产了商品名为Snomax 的冰蛋白人 工降雪催化剂，在美国18 个滑雪场使用，获得巨大成 功。
冰核细菌和食品冷冻浓缩
冰核细菌应用于食品冷冻浓缩中，冰核细菌具 有在较高温度（ -2----5℃）下形成规则、细 腻、异质冰晶的能力。因此，将一定浓度的冰 核菌液喷于待冷冻的食品上，可在（ -2---5℃）条件下贮藏。 一方面可以提高冻结的温度，缩短冻结时间， 节约能源，另一方面又可避免由于过冷却现象 造成冷冻食品风味与营养成分损失过多等弊端， 最大限度地保持食品原料中的芳香组分，改善 冷冻食品的质地。
结冰的原因
过冷却状态：水在摄氏零度以下仍能保持液体状态的现象, 叫作过冷却状态。小体积纯水可过冷却到-40℃而不结冰。
冰核：水从液态向固态转变需要一种称为冰核的物质来催 化，。由水分子自身形成的冰核称同质冰核,它在-40℃时 催化水结冰;非水分子形成的冰核称为异质冰核。非生物 冰核催化水结冰温度都在-10℃左右，如碘化银-8℃,高岭 土-9℃,尘埃颗粒-10℃。
植物霜冻与冰核细菌
L/O/G/O
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植物霜冻的原因 生物冰核和植物霜冻
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冰核细菌与防霜冻技术 冰核细菌的其他应用
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植物霜冻的原因
低温使作物受到 不同程度的伤害 以至死亡，按照 低温的不同程度 、作物受到寒害 可分为冷害与冻 害两大类。 冻害：温度下降 到冰点以下，植 物体内水分结冰 ，因之霜害与冰 害都属于冻害。
细菌有拮抗作用、营养竞争能力强、抑杀或寄生 性强的菌株，对其进行了人工生产繁殖，再喷洒 在植物体上，以期控制或杀灭INA细菌，达到防 御霜冻的目的。
①拮抗菌防霜
• 中国农科院植保所研究人员经过人工霜箱防霜 试验，从83 株对INA细菌有拮抗作用的菌株 中筛选获得6株细菌，用于番茄、烟草和黄瓜， 具有一定防霜效果，可使霜冻温度降低1.5— —2℃.
冰核细菌与促冻杀虫
• 昆虫体重的60%-80% 由水分组成，由于水的过 冷却特性，使得昆虫在一定的低温条件下不会因 体内结冰而死亡。这也是昆虫具备抗寒能力，越 冬后仍能生存的主要原因。 • 冰核活性细菌能提高昆虫的过冷却点，使其在较 高的亚零下温度下体内结冰，从而提高避免结冰 类型昆虫的越冬死亡率。
冰核基因的应用
• 冰核基因及分子生物学的研究已成为国内 外的研究热点,涉及多个领域:构建冰核细 菌的表面展示系统、用作报告基因、促冻 杀虫和病原微生物高敏检测等,显示了良 好的应用前景。
A
展望
20 世纪70年代生物冰核发现以来，美国、日本和加拿 大等30多个国家对其进行了研究，召开了7次国际生物 冰核研讨会，在生物冰核的种类、影响成冰活性的因 素、冰核基因、冰蛋白以及生物冰核与植物霜冻和病 害、冰核细菌的应用等方面取得了较大进展，但还有 一些问题需要进一步研究和突破，特别是在冰核细菌 的应用水平还有待进一步的提高。 我国于1986年开展对冰核细菌的研究，起步较晚，在 生物冰核的基础理论和应用研究上远远落后于美国、 日本等国家，因此亟待加强冰核细菌方面的研究及其 开发应用。
生物冰核和植物霜冻
• 生物冰核的一般性质 • 生物冰核的成核活性是由冰核基因赋予的。冰核主要组成 部分是冰蛋白,其次有糖类、脂类、多胺等。一般是质量 越大的冰核,成冰活性越强。 • 不同生物及其不同种属产生的冰核是有差异的,其成冰活 性也有所不同。 • 冰核生物一般在温度较低的条件下产生冰核。 • 不同生物产生的冰核,其稳定性是不同的。
• 生物冰核和植物霜冻 • 保持过冷却状态是植物对付低温逆境以保存自己的一种能 力。生物冰核会打破过冷却状态,诱发植物体内水分结冰, 使不耐结冰的和中度耐结冰的植物发生霜冻害。无菌的植 株能保持过冷到-6 ～ -7℃,而接种冰核菌的植株在2.5 ～ -3℃就发生结冰而造成霜冻害。因此,生物冰核是 诱发植物霜冻的一个重要因素。 • 自然降雨和人工灌溉都会使低洼地的水分比平地多,空气 较湿润,植物较柔嫩,有利于冰核菌繁殖,霜冻前生物冰核 数比平地高4.5倍,是霜害较重的一个原因。 • 生物冰核使植物霜冻害加重是因为它们开始发生结冰的时 间较早,到日出升温前结冰持续时间较长,致使细胞膜伤害 较重的缘故。
②基因工程菌防霜
• 基因工程菌防霜就是选择有拮抗作用，营养竞争、定殖能 力和抗逆性强，又对植物无致病性的INA 细菌，采用生物 技术手段，将INA细菌的冰核活性基因切除或缺失，从而 获得无冰核活性的变异基因工程菌，该菌除无冰核活性特 性外，仍保持原INA细菌的优异生物学特性，用于防除INA 细菌来防御植物霜冻。 • 这种方法比从自然界筛选拮抗生防菌成功率高，效果好。
为什么很多时候，植物在-2 ～ 5℃就发生霜冻 了呢？
• 1974年Maki首次从赤杨树叶中分离到一类细菌能 使值物体内的水在-2～-5℃结冰而发生霜冻,后被 称为冰核细菌(Ice nucleation active bacteria,简称 冰核细菌的发现引起人们的关注，国内外 INA细菌) 大量研究证明,在自然界广泛存在着冰核活 • 1988年Kieft首次发现一种在-1.9℃具有冰核活性 性细菌,它可在-2～-3℃诱发植物细胞水结 地衣真菌。这些冰核细菌和冰核真菌产生的冰核 冰而发生霜冻;无INA细菌存在的植物,一般 称为生物冰核,在-2～-5℃条件下具有冰核活性,是 可耐-6～-7℃的低温不发生或发生轻微霜 自然界冰核活性最强的异质冰核。 冻。因此,这一发现为研究和防御植物霜冻 开辟了一条新途径。
• 本产品是采用进口高质 防冻、抗冻生物酶，添 加特殊因子，激活生物 酶，杀灭冰核细菌和阻 止冰核细菌繁殖；施用 后形成的保护膜，增强 植株保水和抗冻能力， 抑制和破坏冰冻蛋白成 冰活性，增加热量，降 低结冰能力，显著提高 植株对低温的抵抗力。
2)生物方法防霜
• 从自然界植物体上的多种微生物中，筛选对INA
谢谢！
冰核细菌与防霜冻技术
• 除去生物冰核有助于植物保持过冷却状态而防止 霜冻。现已查明,田间作物叶片上的生物冰核绝 大多数是冰核细菌产生的。霜冻发生前不但要把 已有的冰核除去,而且要使冰核菌不再产生新的 冰核,才能起到防霜的作用。
1）药剂防霜
• 研制或筛选防除INA 细菌的药剂，必须具有杀灭 INA 细菌和破坏冰蛋白成冰活性的功能，方能取 得防霜效果。 • 美国用一羧酸脂化丙烯酸聚合物喷洒叶面，形成 薄膜，阻止INA细菌繁殖来防御果树和蔬菜霜冻。 • 国内也研制了一系列防霜药剂