自然界中广泛存在着冰核活性细菌,可诱发植物细胞间隙水结冰引起霜冻。自1974年L.R.梅基[注]等首次从赤杨树叶中分离到冰核细菌,截至2018年,已知有3个属19个种冰核细菌,如菠萝泛生氏菌、噬夏孢欧文氏菌、丁香假单胞菌、丁香假单胞菌流泪致病变种和丁香假单胞菌未定变种、成团泛菌、大黄欧文氏菌等等。中国幅员辽阔,基本涵盖了冰核细菌的种类。
冰核活性细菌广泛附生于植物表面,尤其是叶表面上。冰核活性细菌的种类和数量受地理纬度、气候条件、植物种类及季节的影响而有明显差异。冰核的数量在20℃以下随温度下降而增加;较大降水后和有机质多的土壤上,植物冰核数量多;干燥地区和季节较少,潮湿条件下较多;甘蓝、玉米、大豆上较多,棉花、番茄、菜豆上较少。
冰核活性细菌产生的冰核能显著提高植物发生结冰的温度,是诱发不耐结冰植物发生霜冻的重要因素。正常情况下植物细胞中的游离水即使处于-8~-7℃的低温下也不会结冰,而产生过冷却现象,但当冰核活性细菌存在时,这种微生物作为强的异质冰核因子,诱发冰晶生成而使植物组织中失去了过冷却作用,进而引起对宿主植物组织的冻伤损害。已知的各种冰核菌都能在-5℃以上诱发结冰,不同种属的冰核细菌活化温度不同,高的可达-1℃,低的在-5℃左右。冰核活性细菌的成冰活性受菌株基因型、细菌浓度、温度等诸多因素综合作用的影响。冰核细菌活性越强,结冰温度越高;冰核细菌的密度越大,结冰温度越高。如,玉米叶温降到-4℃时,无菌苗尚无一株发生结冰,而有菌苗已有61%的植株结冰;降到-6℃时,有菌苗全部冻结而无菌苗只有37%的植株结冰。
冰核活性细菌不仅是诱发霜冻的关键因素,而且在冻害发生时还能诱发植物病害。利用药物及微生物防治等方法,防除植物上的冰核细菌,可以达到控制和减轻植物霜冻害的目的。防除冰核活性细菌可减轻农作物霜冻害,是防霜研究的新方向。防治方法有:①药剂防治。利用冰核活性细菌对药剂的敏感性,选用适当的生物制剂控制植物上的冰核细菌,可达到减轻霜冻危害的目的。②生物防治。从自然界植物体上的多种微生物中,筛选对冰核活性细菌有拮抗作用、营养竞争能力强、抑杀或寄生性强的微生物菌株,对其进行人工生产繁殖,再喷洒到植物体上,以期控制或杀灭冰核活性细菌,达到防御霜冻的目的。