摘要：對植物低溫脅迫適應(yīng)性應(yīng)答的研究進展，包括低溫誘導(dǎo)蛋白、低溫轉(zhuǎn)錄因子、低溫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、不飽和脂肪酸酶，以及低溫次級氧脅迫進行了綜述。

關(guān)鍵詞：植物；低溫脅迫；適應(yīng)應(yīng)答

中國分類號：Q945.78；Q78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439—8114(2009)01—0227—06

低溫脅迫包括0-12℃之間的冷脅迫(chillingstress)和0℃以下的冰凍脅迫(freezing stress)兩種。它是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，不僅限制作物的區(qū)域分布和生存，還對作物產(chǎn)量有很大影響。探討植物在低溫脅迫下的生理生化變化及其抗寒凍機理。對改善作物抗寒凍性能，提高經(jīng)濟作物產(chǎn)量，改善環(huán)境綠化狀況均有十分重要的理論與經(jīng)濟意義和社會效益，是人們關(guān)注和研究解決的植物生理學(xué)和農(nóng)業(yè)問題之一。

1 低溫脅迫下的植物損傷

環(huán)境溫度改變會引起物質(zhì)在水溶液中發(fā)生物理化學(xué)變化。隨著溫度降低，水分子的粘滯性可以增大幾倍。使得溶劑以及水分子的擴散速率下降，鹽的溶解性也降低，而氣體的溶解性增大。生物體緩沖系統(tǒng)的pH提高。另外，細(xì)胞結(jié)冰往往伴隨著脫水。使細(xì)胞內(nèi)滲透壓增大，細(xì)胞體積縮小。質(zhì)膜系統(tǒng)和細(xì)胞骨架受到損傷，氣體交換受阻，生物大分子結(jié)構(gòu)改變并導(dǎo)致功能喪失，有害物質(zhì)積累，植物細(xì)胞器如線粒體、葉綠體、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能也受到影響。植物體內(nèi)包括光合、呼吸、生長發(fā)育、代謝、蒸騰以及營養(yǎng)水分吸收等在內(nèi)的幾乎所有的生命活動都會不同程度地受到寒冷脅迫的干擾。

有關(guān)植物冷害的最早學(xué)說是Lyons在1973年提出的“膜脂相變”學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為，與熱激脅迫所引起的蛋白質(zhì)變性以及折疊受阻不同，低溫對冷敏感植物的傷害首先是改變了磷脂雙層膜的膜相，尤其是改變了質(zhì)膜的空間構(gòu)象和物理狀態(tài)，使從片層(lamellar)轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧瑢?non-lamellar)或六方晶Ⅱ(hexagonalⅡ)，從液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槟z相。膜相的改變可能抑制細(xì)胞膜發(fā)揮正常功能，而構(gòu)象的改變影響了膜的穩(wěn)定性，使蛋白質(zhì)從膜上解聚下來，發(fā)生膜融合。

2 低溫脅迫對植物細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)的響應(yīng)

雖然植物不能像動物那樣靠運動來趨利避害，但在長期進化過程中也形成了多種在寒凍環(huán)境下生存的適應(yīng)機制，包括被動適應(yīng)機制和主動適應(yīng)機制。前者指植物體自身具有的結(jié)構(gòu)障礙，如葉片較小、柵欄組織發(fā)達(dá)、細(xì)胞壁衍化成角質(zhì)層、蠟質(zhì)、木質(zhì)、栓質(zhì)、表皮毛和特殊氣孔等附屬結(jié)構(gòu)，這些附屬結(jié)構(gòu)以及木質(zhì)部間的導(dǎo)管組織能阻止水分子和冰的擴散運動。后者與植物的誘導(dǎo)性抗寒凍防衛(wèi)反應(yīng)有關(guān)，包括改變酶系統(tǒng)以及植物激素調(diào)控系統(tǒng)的表達(dá)：修飾膜組成，增加能降低相變溫度的不飽和脂肪酸含量；增加能抑制冰晶生長速率、提高熔點的細(xì)胞壁上的阿拉伯木聚糖：增加與細(xì)胞識別有關(guān)的細(xì)胞表面糖蛋白：提高微管的低溫穩(wěn)定性：提高細(xì)胞內(nèi)一些抗凍分子物質(zhì)如簡單的糖類(蔗糖、葡萄糖、海藻糖等)、多元醇、內(nèi)銨鹽/甜菜堿(對ycinebetaine)、脯氨酸、多銨、自由氨基酸、可溶性蛋白質(zhì)或親水性多肽和脫落酸等的含量，這些抗凍分子含有(多)羥基，能結(jié)合水分，因而能降低細(xì)胞水分的減少，穩(wěn)定大分子和膜的結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)提高植物耐受凍害的方法主要有：①根據(jù)形態(tài)(如株高、產(chǎn)量)或生理生化指標(biāo)，采用傳統(tǒng)遺傳育種手段，培育抗寒凍品種；②改變作物的栽培方式，適地適種，深翻地，涂白。樹盤培土，覆蓋雜草薄膜。熏煙驅(qū)寒等；③使用抑制植物生長的激素如脫落酸(ABA)、矮壯素(CCC)、比久(B-9)，以及化學(xué)保溫劑如煤油乳劑和農(nóng)業(yè)泡沫精(agrifoam)等來調(diào)節(jié)植物代謝活動，影響植物生長狀態(tài)。改善植物抗凍害能力。這些傳統(tǒng)方法對提高植物抗寒凍能力有一定實用效果，但存在作用周期長，并且植物葉面有較厚蠟質(zhì)，藥物難以進入葉內(nèi)細(xì)胞，不能有效改變植物抗寒凍性等問題。用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，從分子水平上進一步闡明植物抗寒凍機制，將有助于對植物抗寒凍作用本質(zhì)的了解，為有效改良植物抗寒凍能力建立基礎(chǔ)。

3 植物的抗寒凍機制

雖然低溫是限制生物生存和分布的主要因素之一，即使在像南極和北極那樣極端寒冷的環(huán)境下，也有生物生存。多數(shù)植物經(jīng)低溫馴化(cold ac—elimation)后，其抗寒凍能力都增強。經(jīng)過大量研究，目前人們對植物冷馴化機制有了一定的了解。植物在人工低溫冷馴化下，通過上游調(diào)控來維持呼吸作用、光合作用和蛋白質(zhì)合成代謝的進行而獲得對寒凍的抗性。在人工低溫冷馴化過程中，一系列低溫誘導(dǎo)基因被誘導(dǎo)表達(dá)，植物系統(tǒng)獲得性抗寒凍性是與低溫誘導(dǎo)基因的誘導(dǎo)表達(dá)密切相關(guān)的。

目前研究低溫誘導(dǎo)基因及其表達(dá)調(diào)控的方法主要有3種：①運用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)包括高通量cDNA微陣列或基因芯片技術(shù)、酵母單(或雙)雜交方法、DNA標(biāo)簽法和差別展示技術(shù)等直接分離與冷馴化相關(guān)的基因；②運用傳統(tǒng)/正向遺傳學(xué)和反向遺傳學(xué)方法包括圖位克隆法、轉(zhuǎn)座子或T-DNA插入的定向基因失活技術(shù)、反義RNA和共抑制技術(shù)以及基因沉默技術(shù)，篩選并研究大量突變?nèi)后w中的低溫脅迫基因作用位點和功能；③運用分子探針分析酶切擴增多態(tài)序列(CAPS)、限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)和數(shù)量性狀座位(quantitative trait loci，QTL)譜，確定低溫誘導(dǎo)基因遺傳圖。運用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，大量與植物低溫誘導(dǎo)表達(dá)相關(guān)的基因已得到分離和鑒定，但一些組成性基因表達(dá)與植物耐冷機制之間的關(guān)系還未全面揭示?；诿{迫損傷或耐性表型的遺傳篩選方法，與現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相輔相成，在植物低溫轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)、脅迫信號傳遞和代謝途徑的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。

3.1 豐富多樣的植物低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)

分析低溫誘導(dǎo)基因編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸組成、序列、結(jié)構(gòu)特征以及進行同源性比較，發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)中有直接與提高植物抗寒凍性、保護細(xì)胞免受凍害的功能性蛋白質(zhì)如胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(LEA蛋白)、抗凍蛋白、DNA結(jié)合蛋白、mRNA結(jié)合蛋白、分子伴侶、離子通道蛋白、bZip蛋白以及能保護其他酶類的蛋白質(zhì)等：有改變膜脂組成的合成酶如脂肪酸不飽和酶：有降解毒性物的抗氧化脅迫酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)等；也有調(diào)控寒冷信號傳導(dǎo)、抗寒凍基因表達(dá)和抗寒凍蛋白質(zhì)活性的調(diào)控性蛋白質(zhì)包括低溫轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶以及一些蛋白酶。

晚期胚胎發(fā)育蛋白(LEA蛋白)主要出現(xiàn)在種子胚發(fā)育的晚期，具有富含Lys的K節(jié)和富含Gly的φ節(jié)。研究低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的結(jié)果表明，許多低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)與LEA蛋白在氨基酸序列上有高度同源性，結(jié)構(gòu)上普遍具有以下幾個特點：含有大量親水性氨基酸，在沸點下保持穩(wěn)定：氨基酸組成簡單，僅由幾個氨基酸構(gòu)成，Gly、Ala含量較高；具有重復(fù)序列結(jié)構(gòu)。內(nèi)部缺少折疊區(qū)，受熱難于聚集；形成雙親α-螺旋，其疏水區(qū)與部分變性蛋白質(zhì)及膜相互作用，阻止蛋白質(zhì)和膜進一步變性，而親水區(qū)與其它蛋白質(zhì)結(jié)合，可能具有蛋白質(zhì)分子伴侶作用。在低溫下穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)與功能。

3.2 低溫轉(zhuǎn)錄因子DREB1/CBF可以同時調(diào)控多個植物低溫誘導(dǎo)基因表達(dá)，增強植物耐凍性

高等模式植物擬南芥低溫誘導(dǎo)基因COT(cold—regulated)基因，也稱kin(cold-induced)、rd(respon-sive to dehydration)、lti(low-temperature induced)或erd(early responsive to dehydration)基因，所編碼的多肽根據(jù)氨基酸組成可分成四類：COR6.6/KIN2、CORl5a、RD29A/LTl78/COR78和COR47/RD17，其中COR6.6蛋白與富含丙氨酸的魚類抗凍蛋白I在氨基酸組成上極為相似，RD29A和RDl7蛋白類似于LEAⅡ蛋白，CORl5a蛋白可能與質(zhì)膜相互作用，阻止六方晶Ⅱ相發(fā)生，提高質(zhì)膜冷穩(wěn)定性，增強葉綠體和原生質(zhì)體的抗凍能力。

研究基因缺失和堿基突變的結(jié)果表明，cor15a基因啟動子的順式作用元件包括上游的C-repeat元件。也稱CRT，或DRE(dehvdration-responsive el-ement)，或LTRE(low temperature responsive ele—ment)，其核苷酸序列是TGGCCGAC，以及下游的ABA響應(yīng)元件ABRE，具有保守的6核苷酸序列TACGTG。此外，在rd29A基因啟動子的順式作用元件中也發(fā)現(xiàn)ABRE以及類似于CRT的脫水響應(yīng)元件DRE，其核苷酸序列是TACCGACAT。CRT/DRE/LTRE元件或其核心序列CCGAC，廣泛存在低溫、高鹽及脫水應(yīng)答中一些誘導(dǎo)基因的啟動子中，但它對ABA的快速誘導(dǎo)沒有響應(yīng)。

采用擬南芥corl5a或rd29A基因的CRT/DRE元件。以及酵母單雜交方法。經(jīng)凝膠移位和基因芯片技術(shù)，結(jié)合位點選擇分析以及反式激活分析。已經(jīng)分離和克隆了與低溫脅迫耐性相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子CBFl，2，3/DREBlB，1C，1A。CBFs具有AP21ERF DNA結(jié)合域。可以識別和結(jié)合CRT/DRE元件。正常生長條件下，野生型擬南芥植物中的CBF_s、cor6.6、cor15a、cor47和rd29A基因不表達(dá)。植物經(jīng)低溫冷馴化15min后。體內(nèi)的CBFs基因開始表達(dá)，約2h左右。上述cor基因表達(dá)。CBFl或CBF3組成性過量表達(dá)，促進下游的cot基因也組成性地高水平表達(dá)，與cor15a單獨表達(dá)相比，它可以使整株轉(zhuǎn)基因植物耐凍性提高3.3℃。用含基因的啟動子控制DREBIA在轉(zhuǎn)基因擬南芥植物中表達(dá)，植物的抗凍、抗干旱和耐鹽性提高。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，ICEl(inducer of CBF expressionl)作為CBF3的激活子，能識別和結(jié)合CBF3啟動子的MYC/B序列。轉(zhuǎn)ICEl基因植株的CBF3，RD29和cor15a在低溫下高表達(dá)。最近發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子CBF4顯示了植物對低溫和干旱脅迫反應(yīng)進化上的相近性。CBF4受干旱脅迫誘導(dǎo)。但不受低溫脅迫誘導(dǎo)。在轉(zhuǎn)基因植株中，過量表達(dá)的CBF4不但植物抗干旱能力增強，而且植物的抗凍性提高。CBF4的原始基因很可能具有調(diào)控植物對干旱脅迫作出響應(yīng)的功能，經(jīng)過基因復(fù)制、啟動子趨異及選擇、外顯子重組等作用，逐漸具有調(diào)控植物耐低溫的特性。由于CBF/DREB1能誘導(dǎo)多種與脅迫相關(guān)的基因表達(dá)，而極大地增強植物抗逆性，因此具有廣泛的應(yīng)用價值，目前已成為人們研究的熱點之一，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)已經(jīng)利用導(dǎo)入該轉(zhuǎn)錄因子來提高植物的抗寒性、抗旱性，并且獲得了一定的成功。

3.3 遺傳突變研究正逐步揭示CBF/DREBl與輔助因子相互作用調(diào)控下游基因表達(dá)的機制

在一些基因表達(dá)過程中，轉(zhuǎn)錄因子并不直接與順式作用元件結(jié)合，經(jīng)過輔助因子活化后才能調(diào)控下游基因表達(dá)。在擬南芥植物中發(fā)現(xiàn)類似酵母的適配器(adaptor)ADA2和具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)活性的GCN5蛋白。目前推測，CBFs激活冷誘導(dǎo)基因表達(dá)依賴GCN5和ADA2的相互作用。CBFs的酸性C端可能引導(dǎo)復(fù)合物到基因啟動子，使HAT修飾組蛋白，改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，使之更容易與mRNA聚合酶結(jié)合。T-DNA插入ADA2和GCN5中，導(dǎo)致擬南芥突變體植物的cot基因轉(zhuǎn)錄本降低，但對CBFs表達(dá)沒有影響。用遺傳突變方法篩選到一些能影響cot基因表達(dá)，但對CBF/DREBl轉(zhuǎn)錄因子沒有影響的遺傳突變位點可能會成為研究低溫脅迫信號傳導(dǎo)和脅迫基因功能的有力工具。擬南芥冷敏感突變體sfr6就是其中的一個。Knight等利用基因敲除及分子標(biāo)記技術(shù)。篩選到一些擬南芥冷凍敏感突變體sfr(sensitive to freezing)，它們分別對冷凍處理顯示出不同的生長發(fā)育和細(xì)胞生理損傷行為。分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，sfr6突變體植物中檢測不到cor基因表達(dá)，但與cor基因啟動子CRT/DRE元件結(jié)合的CBF/DREBl基因表達(dá)正常。因此他們認(rèn)為。SFR6蛋白可能對CBF/DREBl激活下游基因表達(dá)起正調(diào)控作用。

植物是一個復(fù)雜而精致的有機體，體內(nèi)代謝物的合成與分解總是處于微妙的動態(tài)平衡狀態(tài)以感應(yīng)外部環(huán)境變化，維護機體進行正常代謝。Ishitani等在擬南芥植物中發(fā)現(xiàn)的HOSl蛋白(high ex-pression of osmotically responsive genes)可能參與降解與CBF/DREBl表達(dá)相關(guān)的一種正調(diào)節(jié)器(positive regulators)，對冷信號傳遞進行負(fù)調(diào)控。擬南芥hosI突變體植物能在低溫下提前開花，其CBF/DREBl表達(dá)水平高于野生型植物，并且cor基因也過量表達(dá)。研究還發(fā)現(xiàn)，HOS1具有泛素功能，可以降解ICEl。隨后發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子HOS9能對cor基因表達(dá)進行負(fù)調(diào)控，但不依賴CBF途徑。通過遺傳突變發(fā)現(xiàn)的另一個對低溫脅迫有負(fù)調(diào)控作用的基因是eskimol(eskl)。eskl突變體植株含有比野生型植株高的脯氨酸、總糖、以及高表達(dá)的RABl8(LEAⅡ)，從而能耐受寒凍，但對COR基因的表達(dá)沒有影響。擬南芥植物轉(zhuǎn)錄組一表達(dá)譜的研究結(jié)果也證明了冷馴化過程中存在低溫誘導(dǎo)基因表達(dá)的抑制途徑。

3.4 Ca²⁺、ABA及蛋白質(zhì)磷酸化上游調(diào)控低溫誘導(dǎo)基因表達(dá)

細(xì)胞膜上的鈣離子通道和雙組分蛋白激酶等信號感受器接受低溫脅迫信號后，誘導(dǎo)(保衛(wèi))細(xì)胞釋放Ca²⁺，或者誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生二級信號分子如肌醇多聚磷酸鹽、環(huán)ADP核糖以及煙酸腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽等，刺激細(xì)胞釋放ca²⁺，激活蛋白激酶參加蛋白質(zhì)磷酸化代謝過程。誘導(dǎo)脅迫靶基因表達(dá)。

用Ca²⁺螯合劑、Ca²⁺通道阻斷劑和轉(zhuǎn)鈣離子通道蛋白基因技術(shù)的研究結(jié)果表明，作為第2信使的Ca²⁺參與植物對低溫響應(yīng)過程，并與一些植物低溫誘導(dǎo)基因的表達(dá)調(diào)控相關(guān)。如擬南芥的cor6.6/kinl和苜蓿的cas15。通過改變二級信號分子的生化代謝途徑，影響鈣離子流釋放水平，可以調(diào)節(jié)低溫脅迫基因表達(dá)，影響植物的耐凍性。擬南芥FRYl基因編碼肌醇多聚磷酸鹽1-磷酸酶，能降解信號分子肌醇1，4，5一三磷酸鹽(IP3)，對冷信號傳遞進行負(fù)調(diào)控。frvl突變體植物的IP3含量比野生型高，cor基因表達(dá)增強，其抗凍性也提高㈣。與Ca²⁺耦合的Ca²⁺依賴蛋白激酶(CDPKs)，其結(jié)構(gòu)上具有顯著的Ca²⁺感受器特點：C端具有EF-hand基序，能與ca²⁺結(jié)合，N端可以與細(xì)胞膜結(jié)合。低溫誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的Ca²⁺量增加，激活CDPK，增強水稻耐低溫和耐干旱能力。用基因沉默技術(shù)可抑制分解CDPK的蛋白質(zhì)磷酸酶2C基因表達(dá)和促進冷誘導(dǎo)基因表達(dá)。提高轉(zhuǎn)基因植物的冷馴化水平。

ABA參與植物中許多生理代謝活動，如調(diào)控一些與種子成熟、脫水和外界脅迫相關(guān)基因的表達(dá)等。早在20世紀(jì)80年代初，人們就注意到植物抗寒性與ABA有關(guān)。雖然低溫馴化(4℃/2℃)或用外源ABA處理能誘導(dǎo)低溫誘導(dǎo)基因表達(dá)和增強植物抗寒能力，并且ABA缺失突變體aba-1植物或不敏感突變體abi-1植物的ABA合成受阻或?qū)BA的不敏感，會導(dǎo)致植物耐凍性下降。但是aba-1突變體植物的cor基因表達(dá)正常。并且abi-1能影響ABA誘導(dǎo)的COF基因表達(dá)，對低溫誘導(dǎo)的COF基因表達(dá)沒有影響，而ABRE缺失也不影響低溫脅迫因子對CRT/DRE的誘導(dǎo)表達(dá)。以前研究的結(jié)果認(rèn)為ABA可以誘導(dǎo)植物低溫誘導(dǎo)基因表達(dá)，與這里的植物低溫誘導(dǎo)基因的表達(dá)并不依賴ABA的結(jié)果似乎是相悖的。但現(xiàn)在的一些遺傳學(xué)研究證明，植物低溫誘導(dǎo)基因的表達(dá)不存在不依賴ABA的調(diào)控途徑。用螢火蟲熒光素酶基因(RD29A-LUC)轉(zhuǎn)基因植物為材料，分離到兩個擬南芥突變體los5和los6。這兩個突變體植物不能合成ABA，rd29A、corl5a和cor47等的表達(dá)也比野生型低。遺傳學(xué)分析表明，10s5是aba3的等位基因，los6是abal的等位基因。

3.5 不飽和脂肪酸酶基因的表達(dá)

作為細(xì)胞與外界接觸的第一道屏障的細(xì)胞膜在感受傳導(dǎo)外界信號，維持生物體正常生理代謝中有很重要的作用。Rou出art研究74種植物膜脂的PG脂肪酸組成與抗寒性之間的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜脂肪酸的不飽和度對植物抗寒性有很大影響，細(xì)胞膜脂的不飽和脂肪酸含量越高，植物的抗寒性越強。用脂質(zhì)體原生質(zhì)體融合和基因轉(zhuǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)化甘油3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶基因和轉(zhuǎn)ω-3脂肪酸去飽和酶基因FAD2-8，以影響轉(zhuǎn)基因植株脂肪酸的不飽和度后，可以降低或增強轉(zhuǎn)基因植株抗寒性。但擬南芥的另一個突變體fabl的PG飽和脂肪酸表達(dá)水平卻提高。植株的抗低溫性也增強，這顯示PG飽和度并不是唯一影響植株抗寒性的因素，可能還有其他因子參與低溫調(diào)控。不飽和脂肪酸含量增加，能降低熔點，改變相變溫度，增加膜脂的流動性，從而有利于細(xì)胞膜的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)脂肪酸不飽和酶基因的研究進一步驗證了低溫冷害的“膜脂相變”學(xué)說。也是目前采用基因工程改良植物抗寒冷性的途徑之一。

3.6 低溫下的植物次級氧脅迫

活性氧(O^-₂、H₂O₂、OH、¹O₂)是細(xì)胞正常代謝產(chǎn)物。正常情況下，細(xì)胞內(nèi)活性氧的生成和分解保持平衡。若這種代謝平衡遭到破壞，如低溫脅迫下，活性氧生成速度快于降解速度，由于沒有降解的活性氧在細(xì)胞內(nèi)積累，將攻擊膜，使蛋白質(zhì)變性降解，導(dǎo)致DNA突變，于是發(fā)生次級氧脅迫。維持活性氧平衡并防止活性氧氧化作用的發(fā)生是一些還原劑如脂溶性的維生素E(VE)和水溶性的維生素C(VC)、谷胱甘肽(GSH)以及一些抗氧化酶類：CAT、POD、SOD、谷胱甘肽過氧化物酶(APX)和谷胱甘肽還原酶(GR)。

低溫氧化脅迫的研究結(jié)果表明，冷馴化能誘導(dǎo)GSH含量增加和抗氧化酶類SOD、APX、GR、POD活性提高，從而增強植物抗低溫脅迫能力：采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物活性氧清除劑含量也能降低植物寒冷損傷。提高植株抗寒性。關(guān)于氧脅迫與ABA、Ca²⁺以及其他信號分子在低溫脅迫中的關(guān)系還有待進一步研究。

4 結(jié)語

植物在感受到寒冷信號如氣溫降低、短日照等之后，將產(chǎn)生抗寒促進因子(如ABA)，與鈣信號系統(tǒng)共同完成抗寒信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，啟動抗寒基因的表達(dá)。植物在感受和轉(zhuǎn)導(dǎo)寒冷信號的過程中。有多種調(diào)控基因參與編碼產(chǎn)生信號傳遞因子和調(diào)控蛋白質(zhì)，這包括各種轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)激酶。目前對植物感受和轉(zhuǎn)導(dǎo)寒冷信號的機制，以及植物抗寒凍的確切分子機制尚不很清楚。ABA與Ca²⁺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是如何協(xié)同作用將寒冷脅迫信號傳遞到細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)錄因子又是如何調(diào)控各種抗寒基因的表達(dá)，各種抗寒基因又是如何發(fā)揮抗寒活性等問題的分子機制研究是植物抗寒凍基因工程的基礎(chǔ)。植物低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的研究雖然已取得很大進展，但迄今對低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的研究主要還是通過分析其與已知蛋白質(zhì)的同源性及一些生理現(xiàn)象確定的，除少數(shù)確定為植物適應(yīng)脅迫過程中的必需蛋白質(zhì)外，大部分低溫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的功能及其表達(dá)機制仍不清楚。隨著全序列測定物種的增加以及大量表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)的產(chǎn)生，精細(xì)遺傳和物理圖譜的構(gòu)建。反向遺傳學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和比較基因組學(xué)在基因功能研究中越來越顯示其重要性，人們對復(fù)雜信號的表達(dá)、傳遞和代謝系統(tǒng)的了解必將越來越清晰。