玉米的低溫冷害研究與分析

郭志磊

玉米是我國主要的糧食作物，我國的玉米產量和種植面均位列世界第二名。由于玉米是喜溫作物，在它的生長發育期內對溫度比較敏感。因此，低溫冷害是影響玉米生產的主要氣象災害。玉米的質量和產量都受到低溫冷害的強烈影響和作用。近年來，多方專家、學者針對低溫冷害對于玉米生長發育、生理生化等方面的影響做了大量學術研究，并提出了多種玉米抗冷性的科學措施和積極建議。本文針對玉米的低溫冷害研究和分析做出詳細綜述。

1 玉米的生長發育過程受低溫冷害作用與影響

1.1 玉米的呼吸作用與低溫冷害

史占忠等人用玉米龍單3號幼苗進行低溫冷害處理，把兩株二完全葉幼苗分別處于14℃和10℃的低溫下持續10天，檢測結果表明：兩株幼苗的呼吸強度比在18℃常溫下分別下降了19.16% 和30.14%；而四完全葉苗分別在15℃、11℃下持續10天比在19℃常溫下分別下降了7.11% 和21.14%。李月梅等人用玉米龍單3號二展葉期做比對，在10℃、14℃處理下呼吸強度比對照18℃分別降低36.13% 和22.16%，而在四展葉期、灌漿期11℃、14℃處理后，比對19℃分別降低了35.14% 和25.18%。以上研究結果均表明：低溫能明顯降低玉米呼吸作用，降低幅度隨低溫強度和持續時間的增加而增強。

1.2 玉米的生殖生長與低溫冷害

低溫冷害對玉米生殖生長的影響主要發生在玉米生育的后期。若玉米生育后期遭遇低溫冷害， 玉米的生殖生長就會產生嚴重的受阻，導致最終的玉米產量降低。在灌漿期，低溫冷害使得玉米上部葉片光合能力減弱從而導致玉米干物質積累速率降低，灌漿期溫度若低于16℃， 玉米的灌漿過程將趨近停止。而低溫冷害會對玉米的籽粒產生直接傷害， 由于玉米籽粒比葉片受傷害程度要嚴重得多，所以這也是導致玉米生育期生殖生長受阻的主要原因。

1.3 玉米的種子發芽與低溫冷害

由于玉米原產于熱帶和亞熱帶地區，因為玉米種子發芽對溫度有較高的要求。低溫不僅影響玉米種子的萌發，還影響玉米種子出苗的整齊度，降低成苗率，嚴重時甚至使種子喪失生活力，出現爛種和粉種的現象。吳紹驥提出玉米種子發芽的最低溫度為6℃。如果溫度過低，不僅會影響種子的萌發，降低種子發芽勢和發芽率，還將影響幼苗的生活力，造成延遲出苗，出現種子發芽進程減緩等現象。龔文娟等在玉米種子發芽下限溫度試驗中研究發現，當溫度低于5℃時，玉米種子不發芽；當溫度為6℃，玉米種子開始發芽。李俊娥等以丹玉系列玉米雜交種為材料，在4℃、8℃和25℃的3個溫度處理下發芽試驗表明，種子的發芽勢、發芽率隨溫度的降低而降低。

我國北方尤其是東北地區玉米受低溫冷害現影響嚴重，而在南方地區特別是西南玉米產區春季低溫冷害發生頻繁，而此時又正值玉米的播種期和出苗期。因此，低溫對玉米的出苗和幼苗生長帶來嚴重的影響，最終都會嚴重降低玉米產量。

2 玉米的生理生化過程受低溫冷害作用與影響

2.1 玉米的核酸含量與低溫冷害

核酸是生物體內最重要的組分之一，它與蛋白質一起構成生命的主要物質基礎。低溫冷害發生時，玉米內部的核酸含量會明顯下降。王矛雁（1989）采用田間分期播種和室內電導法鑒定相結合的方法，選出兩個抗冷性有明顯差別的玉米自交系在幼苗期進行低溫處理，發現兩個玉米品種體內核酸含量都有所下降，并且隨處理時間的延長而減少。相關研究結果表明：低溫導致核酸含量減少不但與其合成有關，還可能和它的分解增強有關。

2.2 玉米的脯氨酸含量與低溫冷害

脯氨酸與構成蛋白質的其他氨基酸的不同之處在于其含有亞氨基，亞氨基能夠促進蛋白質水合作用，使可溶性蛋白質沉淀，對植物具有抗性和保護的作用。研究表明，玉米游離脯氨酸含量與耐寒性呈正相關。高燦紅等指出，玉米幼苗中胚軸對低溫冷害反應最敏感，其中中胚軸脯氨酸含量變化率與玉米耐寒性關系最密切。王迎春等研究表明，脯氨酸濃度提高顯著的玉米品種具有較強的耐寒特性。簡令成等研究表明，經過低溫鍛煉的玉米種苗脯氨酸含量較常溫下生長的顯著增加，可保護鍛煉植株在冷脅迫中膜結構的穩定性。

此外，脯氨酸也可作為膜穩定劑防止細胞冰凍脫水。低溫可以明顯地增加玉米體內脯氨酸含量，玉米細胞內游離脯氨酸含量的增加可以提高細胞的抗逆能力，增加細胞對不良環境的適應性，從而減輕細胞膜的受害程度。

2.3 玉米對抗低溫冷害的方法和措施

研究表明， 多效唑和嘧啶醇合用可有效地防止玉米幼苗受低溫脅迫的傷害。經多效唑和嘧啶醇處理的玉米幼苗葉綠素明顯增加，幼苗光合效率較對照高17%-26%。高妙真在研究了玉米低溫對幼苗生長后期糖代謝及淀粉酶影響的基礎上，采用噴施乙烯利和矮壯素的方法防御冷害取得了明顯的效果。抗寒劑最先應用于水稻育秧上，王連敏等人將抗寒劑應用于玉米幼苗上。試驗表明，玉米幼苗3葉期噴施抗寒劑可以在隨后的低溫條件下，不同程度地提高葉片的葉綠素含量、單株干重和粗蛋白含量，從而提高幼苗的耐低溫能力。另外，作物對低溫的抵抗是一個適應鍛煉過程，許多植物如預先給予適當的低溫處理，以后就可經受更低溫度而不會受害。

3 低溫冷害

是指0℃以上的低溫對植物生長發育造成影響甚至死亡的現象，由于玉米是我國排名前三的糧食作物，玉米種植和生產在我國農業生產中占有非常關鍵的比重和比例。因此，研究低溫冷害對玉米的生育、生理及遺傳機制的作用和影響就顯得尤為重要。玉米低溫冷害的生育、生理及遺傳機制非常復雜，涉及呼吸作用，生殖生長與種子發芽，抗氧化脅迫和氨基酸合成等多條代謝途徑，因此，今后應進一步加強玉米低溫冷害生育、生理和遺傳機制方面的研究，為玉米對抗低溫冷害提供更多的技術與理論支撐。endprint