植物抗冻蛋白研究进展

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食品冷冻技术研究现状及进展

食品科技冷冻是一种利用接近或低于冰点的温度处理食品，以达到改善其加工或保藏特性的食品加工方法。

食品冷冻历史悠久，最早可追溯至史前时期，人们在那时就已经开始利用山洞、泉水以及天然冰对食物进行冷冻处理。

而现代食品冷冻技术则最早出现在19世纪后半叶的美国，机械制冷系统的迅速发展，使冷冻食品的产业化、现代化成为可能[1-2]。

根据处理采用的温度不同，食品冷冻技术可以分为食品冷却技术和食品冻结技术两类，其中食品冷却技术所采用的温度在食品的冰点以上，而食品冻结技术的温度则在食品的冰点以下。

这两种方法的处理温度虽然不同，但是其处理过程均为降低温度至适宜水平后再长期保持。

由于处理过程中，待处理的食品处在低温条件下，其中催化生化反应的酶的活性下降，水的流动性、溶解性减弱，致使食品中发生的各类生化反应速率减慢，并使大部分微生物的生长受到抑制。

此外，冻结过程中产生的冰晶还会改变食品原有的组织结构，同时进一步抑制微生物的生长。

因此，对食品进行冷冻处理可以达到延长食品保藏期、改变其加工特性的目的。

在食品工业中，常见的食品冷冻方法有：间接接触冷冻法、鼓风冷冻法以及浸渍冷冻法等[3]。

这些方法均是通过食品直接与低温介质接触而发生热交换，导致食品的温度降低至所设定的温度，从而实现对食品的冷冻处理，具有设备结构简单、操作简便等优点。

然而，这些冷冻方法大多具有耗费时间长，冻结时产生的冰晶大小不易控制以及得到的冷冻食品中的冰晶的体积过大等不足，因而无法适用于某些组织结构较为脆弱的食品的冷冻。

近几年，为解决食品冷冻过程中冰晶体积过大、能耗较高等问题，人们进行了深入研究，提出了超声波辅助浸渍冷冻法、食品减压冷冻技术以及冰核细菌冷冻技术等一系列新兴的冷冻技术，并在实践中取得了较为良好的成果。

1 食品冷冻新技术原理及应用1.1 超声辅助浸渍冷冻技术直接浸渍冷冻技术是一种在低温条件下将食品或食品原料浸没于以丙二醇、乙醇、食盐以及水为主要成分的载冷剂中，通过食品与载冷剂的热量传递以及食品内部的游离水分与载冷剂中所含溶质间的相互迁移，达到降低食品表面及内部温度的目的的冷冻技术[4]。

植物的抗寒性与冷冻保护机制

料。
水分管理
控制土壤水分，避免过度灌溉导致植物体内水分过多而降低抗寒性。
覆盖保护
在寒冷季节前对植物进行覆盖保护，减少热量
散失和水分蒸发。
锻炼植物
通过逐渐降低温度等方法锻炼植物，提高其耐
寒能力。
生物技术在提高植物抗寒性中应用
蛋白质组学技术
研究植物在低温胁迫下的蛋白质表达变化，寻找与抗寒性相关的关键蛋白质。
农作物抗寒育种策略
选育耐寒品种
通过人工选择和杂交育种等方法，选育出具有更强耐寒性的农作物品种，提高农作物的抗寒能力。
基因工程技术
利用基因工程技术导入抗寒相关基因，培育出具有优良抗寒性的转基因农作物新品种。
诱变育种
利用物理或化学诱变剂处理农作物种子，诱发基因突变，从中筛选出具有优良抗寒性的突变体作为育种材料。
未来研究方向和挑战
未来研究应关注植物抗寒性的分子机制，揭示抗寒基因的表达调控网络。
加强植物抗寒性与其他抗逆性（如抗旱性、耐盐性）之间的关联研究，培育多抗性植物品种。
面临的主要挑战包括：气候变化的不确定性、植物抗寒性机理的复杂性以及实验条件的局限性等。
2023
PART 06
提高植物抗寒性途径和方法
一年生和多年生植物比较
1 2 3
生长周期
一年生植物完成一个生长周期后便会死亡，而多年生植物则能够存活多年，因此它们在抗寒性方面存在差异。
抗寒策略
一年生植物主要通过种子休眠来度过寒冷季节，而多年生植物则通过调节自身生理功能和形态结构来适应低温环境。
遗传特性
多年生植物在遗传上具有更强的抗寒性，因为它们需要长期适应各种环境变化，包括极端低温天气。

北方园林彩叶植物抗寒性研究进展

国土与自然资源研究
・
９・０
ＴＥＲＲＩＴＯＲＹ＆ＮＡＴＵＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳＳＴＵＤＹ
２１．０２Ｎｏ４文献标识码：Ａ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文章编号：０３７５（０２）４０９－３１０－８３２１０－０００基金项目：黑龙江省科学院青年创新基金项目
ＡｂｔａｔｈｏｅｅａｕｅｉｔｅｔｃｈｅａｔｒｔａｏｔｆＣｏｏ－ｅｆｄｓｅｉｓｄｖｌｐ．Ｔｉｐｐｒｂｅｙｉｔｄｃｓｓｒｃ：ＴｅｌｗｔｍｐｒｔｒｓｏｒｓｒｔｔｅｋｙｆｃｏｈｔＮｒｏｌｒｌａｅｐｃｅｅｅｏｓｈｓａｅｒｆｎｒｕｅｉｈｉｌｏ
ｐｏｒｓｉｅｓａｆｐａｔｒｅｉｇｉｕｙｍｃａｉｐａｔｏｄｒｓｔｔｒｅｉｇｐｙｉｏｉｌａｄｂｏｈｍｃｌｉｌｎｏｄｒｓ — ｒｇｅｓｎｔｔｙｏｌｎｅｚｊｒｅｈｎｓｈｒｆｎｎｍ，ｌｎｌ — ｅｉａｅｄ，ｈｓｌｇａｎｉｅｉａｎｐａｔｌｅｉｃｓｎｂｎｏｃｃｃｓ
ｔｎｅｓｄｎｒｔ，ｐａｔｇｏｔｅｕａｏｓｏｅｉａｔｏｌｎｏｄｒｓｓａｃ，ｃｌｒｌａｅｌｎｅｉａｃｈｓｏｏｎＳｎ．ａｃｔｙｉａｓｌｎｒｗｈｒｇｌｔｒｎｔｍｐｃｐａｔｃｌｅｉｔｎｅｏｏｅｄｐａｔｒｓｓｎｅｐｙｉｌｇａｄＯｏｕｈｆｆｔｙＷｅｈｖｒｕｈｏｗｒｈｘｓｅｔｐｏｌｍｎｒｓａｃｅｆｃｌｅｉｔｎｅａｄｏｒｅｐｃａｉｎｉｈｕｕｅａｅｂｏｇｔｆｒａｄｔｅｅｉｔｎｒｂｅｉｅｅｒｈｓｏｏｄｒｓｓａｃｎｕｘｅｔｔｎｔｅｆｔｒ．ｏ

热激蛋白及其在抗性方面的研究

植物热激蛋白及其在植物抗性方面的研究进展摘要热激蛋白是生物体在受到逆境刺激后大量表达的蛋白，本文论述了热激蛋白的分类、特点、诱导合成与分布以及在植物抗性方面的研究，并提出热激蛋白的研究展望。

关键词植物；热激蛋白；特点；植物抗性自然界的植物在生长过程中几乎不可避免的要遭受干旱、冷冻、高温、盐渍、病虫害、大气污染等不良环境的影响，逆境条件是目前农业面临的严峻问题之一，严重影响农作物的生长发育，对植物的产量和品质构成了巨大威胁，通过长时间的进化，植物可通过其自身的防御机制抵抗各种不利的生长环境。

热激蛋白（Heat Shoct Proteins ，简称HSPs）是在高温、低温、激素、高盐、干旱、缺氧、重金属离子以及机械损伤等多种环境胁迫条件下生物体内正常蛋白受到抑制而诱导合成的新的或功能增强的应激蛋白，又被称作是热休克蛋白。

它最早是1962年在果蝇中发现并于1974年首先分离得到[1]，现已证明它普遍存在于动物、植物、微生物中。

相对于动物和微生物，植物热激蛋白的研究较晚出现在上世纪八十年代，但也取得一些进展。

植物应激蛋白一般被认为是高温诱导植物产生的蛋白,是植物对逆境胁迫短期适应的必需组成成分，对减轻逆境胁迫引起的伤害有很大的作用[2]。

现在热激蛋白已成为生命科学研究的热点内容之一。

本文结合植物的研究着重介绍热激蛋白的分类、特点、诱导合成、主要功能及其在植物抗逆性上的研究进展，旨在为植物热激蛋白的研究提供依据。

1 HSPs的分类和特点1．1 HSPs的分类1.1.1根据分子量根据在十二烷基磺酸钠-聚丙烯酞胺凝胶电泳（SDS-PAGE）上表现的分子量，分子量，HSPs一般可被分为五个家族[3]，为HSP100家族、HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族和小分子热激蛋白家族（smHSPs）。

但盘毅等把其分为六个家族，其中也包括泛素家族（18-30kD）[4]。

武斌等也认为可分为六个家族，其中包括HSP40家族[5]。

外源ABA提高甘蔗抗寒性的生理及分子机制研究

外源ABA提高甘蔗抗寒性的生理及分子机制研究一、内容综述甘蔗作为一种重要的能源作物，在全球范围内具有重要的经济价值。

甘蔗对低温敏感，易受寒害影响，严重影响了其产量和品质。

提高甘蔗的抗寒性是当前甘蔗研究的重要课题。

外源脱落酸（ABA）在提高植物抗寒性方面取得了显著成果。

本文综述了近年来关于外源ABA提高甘蔗抗寒性的生理及分子机制的研究进展，旨在为甘蔗抗寒性研究提供参考。

外源ABA可以通过多种途径提高甘蔗的抗寒性。

ABA可以调节甘蔗体内激素平衡，促进抗寒基因的表达。

ABA可以抑制赤霉素（GA）的合成，从而降低GA对细胞分裂的促进作用，防止低温导致的细胞死亡。

ABA可以增强抗氧化酶系统，降低膜脂过氧化物的含量，减少低温对细胞的氧化损伤。

ABA还可以通过调节基因表达，影响甘蔗体内糖代谢、蛋白质合成以及抗冻蛋白的合成等生理过程，从而提高甘蔗的抗寒性。

在分子机制方面，研究发现ABA信号通路在调控甘蔗抗寒性中起到关键作用。

ABA通过与受体蛋白结合，激活下游信号分子，如钙调蛋白（CaM）、蛋白激酶（PKs）等，进而调控抗寒基因的表达。

ABA 还可能通过调节microRNA的表达，影响基因的翻译和降解，从而调控甘蔗的抗寒性。

外源ABA通过调节激素平衡、增强抗氧化能力、改变基因表达等途径，提高甘蔗的抗寒性。

目前关于外源ABA提高甘蔗抗寒性的分子机制仍存在许多未知，需要进一步深入研究。

1. 甘蔗的重要性甘蔗作为一种重要的经济作物，其重要性不仅体现在其产糖量高的优势上，更在于其在全球粮食安全中的重要地位。

甘蔗是全球范围内食糖、能源和生物燃料的主要来源之一，特别是在发展中国家，甘蔗产业的发展对于保障农民收入、促进经济发展和提高人民生活水平具有不可替代的作用。

甘蔗还是生物质能源的重要原料，对于减少化石能源的依赖和实现可持续发展具有重要意义。

深入研究甘蔗的抗寒性，提高其耐寒能力，对于拓展甘蔗的种植区域、提高产量和质量以及推动相关产业的发展具有重要意义。

抗冻蛋白对猪精液保存影响的应用

抗冻蛋白对猪精液保存影响的应用艾子凯1，何仁伟1，黄涛1，2 *（1.石河子大学动物科技学院，新疆石河子 232003；2.新疆生猪种业工程技术研究中心，新疆昌吉 831199）目前新疆生猪养殖行业中，其核心养殖场的首要问题为种公猪精液利用率不足，大多数猪场人工授精所用精液多数来自当天采集，或来自17℃存储1～2 d的精液；市场上中效、中长效和长效等猪鲜精稀释粉大部分被养猪发达国家所垄断，价格较高，给生猪养殖业带来较大经济压力，增加了企业生产成本。

随着养猪业养殖水平的逐步提高以及人工授精技术在集约化养猪场的推广应用，精液保存技术已变得重要，并日益显示出减少生猪养殖数量和成本、加快猪品种改良、减少疾病传播等方面的优势。

由于引进优良的种公猪精液可以取缔引进活体种猪，从而降低繁殖成本，因此提高优秀种公猪精液高效保存与利用技术在生猪养殖中尤为重要。

相关研究表明抗冻蛋白对生活在冰冷海水中的过冷鱼类的生存至关重要，可以抑制冰晶的生长，并且可以保护一些动植物免受低温冻伤。

但在精液保存中的应用还不多见。

1 抗冻蛋白的分类抗冻蛋白是一类特殊的蛋白质，根据其来源和性质的不同，可以将其分为：生物源抗冻蛋白、合成抗冻蛋白、糖蛋白类抗冻蛋白、多肽类抗冻蛋白。

生物源抗冻蛋白主要来源于极地生物，例如南极的鱿鱼、甲壳类动物等。

这些生物之所以在极端低温环境下能够存活和繁殖，是因为抗冻蛋白起到了非常重要的保护作用。

合成抗冻蛋白是通过基因工程技术合成的，具有较高的抗冻能力。

目前已有许多研究对该类抗冻蛋白进行了合成和应用研究。

糖蛋白类抗冻蛋白结构中包含有较多的糖类，能够在极低的温度下保护细胞膜的完整性，从而有效地保护细胞免受冻害。

多肽类抗冻蛋白通常由氨基酸组成，能够有效地保护细胞膜的完整性，从而发挥抗冻的作用。

1.1 海源性抗冻蛋白已知的海源性抗冻蛋白主要存在于极地鱼类和冷水鱼体内，包括antifreeze protein （AFP）、antifreeze glycoprotein（AFGP）和ice-binding protein （IBP）等。

植物抗寒基因工程研究

面取得广泛进展，有关植物抗寒的分子生物学研
究成为近１的研究热点之一。随着生物技术的０年
发展和广泛应用，对抗寒分子机理的认识不断加
命科学研究的热点课题之一。１９９８年，Ｗｏｒｌ等ｒｌａ从胡萝卜中发现第一个植物ＡＦｓ因，将胡萝卜Ｐ基ＡＰ的ｃＮＦｓＤＡ连接在表达载体的双ＣＭ２动ａＶ３Ｓ启子之后导人烟草，让其组成型表达，检测这些含有胡萝卜ＡＰ的烟草提取物时，发现它们可以抑制Ｆｓ冰晶生长［６ｔ后，人们又在冬麦草、冬黑麦、雪。此
深，人们开始采用基因工程手段培育抗寒新品种，
本文就这一领域的研究现状做一综述。
收稿日期：２０ — ４１０６０—３
不良环境作用于植物，会引起植物体内发生
一
系列的生理代谢反应，表现为代谢和生长的可
１植物抗冻蛋Βιβλιοθήκη 白的研究１１抗冻蛋白的特性．
逆性抑制，严重时甚至引发不可逆伤害导致整个
植株死亡【 ” 。在各种胁迫中，低温对植物的影响尤
研究植物对低温的耐受性及抗性，在提高植
物对低温的忍耐能力方面有着重要的现实意义。Ｗｅｅ首次提出植物在适应低温的过程中基因表ｉｒｓ

小麦抗寒生理生化特性与分子机理研究进展

（山东省农业科学院原子能农业应用研究所，山东济南２５０１００），研究小麦抗寒性机理具有重要意义。本文从内源激素和游离氨基酸
含量及保护性酶活性变化、抗寒基因的染色体定位、冷诱导基因、小麦抗冻蛋白等方面对国内外小麦抗寒性研
减产和品质下降，严重时甚至导致植物死亡、颗粒
达数千亿元 … 。自２００９年１１月份以来我国华北
地区气候异常，低温造成小麦冻害，严重影响到华北粮食产量。因此，小麦抗寒性机理和抗寒育种
一
行综述。无收。全球每年因低温伤害造成的农作物损失高 ’
温度是影响植物分布、产量和品质的重要环
境因素，低温不仅限制植物的种植范围，还会造成
文从内源激素和游离氨基酸含量变化、保护性酶
活性变化、抗寒基因的染色体定位、冷诱导基因、抗冻蛋白等方面对国内外小麦抗寒性研究进展进
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｎｓｍ
Ｗｈｅａｔ；Ｃｏｌｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｍｅｃｈａ —
ＡｂｓｔｒａｃｔＷｈｅａｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｓｅｖｅｒｅｌｙｔｈｒｅａｔｅｎｅｄｂｙｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＳＯｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ

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TheEnzymologicalResearchesinReverseMicellarSystems.ZHUHao,SHINai(DepartmentofTechnicalPhysics,Peking

University,Beijing100871,China);FANYing2xin,ZHOUJun2mei(InstituteofBio

physics,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China).Abstract　Reversemicellesarenewsystemsforenzymaticresearches.Enzymaticpropertiesinreversemicellarsystemsaredifferentfromthatinaqueousbuffer.Thepropertiesofreversemicellarsystemsandthechangesofenzymaticactivityandstructureinreversemicellesarereviewedandthefactorswhichaffectenzymaticpropertiesinreversemicellesarealsodiscussed.Finally,thenewprogressinenzymologicalresearchesandapplicationsofreversemicellarsystemsaredescribed.Keywords　reversemicelles,surfactant,enzyme

植物抗冻蛋白研究进展3

卢存福1)　王　红　简令成　匡廷云(中国科学院植物研究所,北京100093)

摘要　抗冻蛋白(AFPs)最初是从极区海鱼中发现的一种适应低温的特异蛋白质,它能阻止体液内冰核的形成与生长,维持体液的非冰冻状态.对近年来植物AFPs的发现过程,AFP的生化特性,抗冻作用机制,抗冻蛋白基因工程及其应用前景等作了系统的综述.

　3中国博士后科学基金资助项目.　1)现通讯地址:北京林业大学生物中心,北京100083.

　收稿日期:1997201217,修回日期:1997212228

・012・生物化学与生物物理进展 Prog.Biochem.Biophys. 1998;25(3

)关键词　植物,抗冻蛋白,分子生物学学科分类号　Q51

低温寒害是农业生产中的一种严重的自然灾害,查明植物抗寒性的生理机制及其遗传因素,不仅在基础理论上具有重要意义,在解决生产实际问题上也具有广泛的应用价值.一个世纪以来,植物冻害机理的研究受到世界各国学者的重视.在植物冻害的成因,植物在抗寒锻炼过程中的代谢途径,细胞结构(膜磷脂含量、膜脂脂肪酸不饱和度、细胞骨架的冷稳定性等)的变化,以及已经对农业生产产生良好的经济效益的水稻育秧抗寒剂的研制成功等诸方面都取得了很大进展.许多研究表明,植物要抵抗冰冻的危害,需要具备两个最基本的要素:一是避免细胞内结冰;二是细胞膜结构及核酸蛋白质等生命物质的低温稳定性.大量研究表明,细胞外结冰和细胞液的过冷却是植物避免细胞内结冰伤害的最主要和最普遍的两种适应机制[1].鉴于前人的研究结果和结论,Guy[2]曾推测植物体内可能存在能够阻止冰核形成的物质,并且这种物质在植物中的含量随季节温度起伏而消长.可以改变水结冰性质的物质,即抗冻蛋白(AFP)最先是从动物中获得的.在植物中发现AFP是近几年的事.为了弄清抗冻蛋白的生化特性,作用机制等,我们以动物方面的研究资料及近年发表的有关植物AFP的文献为基础,进行分析归纳.1　AFP的两个特性海洋鱼类血清中的AFP可以使体液的冰点降至-110℃左右.其降低水或血液冰点的效率较高.按重量比较,比NaCl效率大二倍;按摩尔浓度比较,比NaCl的效率高200～500倍.一般溶液(如NaCl、蔗糖溶液等)的冰点是固、液两相蒸气压平衡时的温度,因而冰点应等于熔点.而抗冻蛋白这类大分子只影响结冰过程,几乎不影响熔化过程,使冰点低于熔点.例如:2%抗冻糖蛋白溶液-019℃结冰,而结的冰直至温度上升到-0102℃也不熔化,这种现象叫做热滞效应,热滞是一种非理想溶液的行为,抗冻蛋白的冰点不由溶液的依数性决定,而它的熔点却由溶液的依数性决定,使两者出现差值,冰点和熔点的差值称为热滞值[3].

抗冻蛋白的另一个特性是依赖于浓度的对冰晶形态的效应.在纯水中,冰通常以平行于晶格基面(a轴)的方式生长,而在垂直于基面(c轴)很少生长,因此冰晶格看起来呈扁圆状.低浓度AFP

(

mol/L)优先抑制冰沿a

轴的生长,因此冰晶格的六边柱表面变得明显.在高浓度下冰晶主要沿c轴生长而形成六边双棱锥及针形晶体[4].

以上两个特性可作为判定AFP存在的依据.

2　植物中的AFP211　植物AFP的发现AFPs从本世纪60年代被发现以来,先后引起许多实验室的研究兴趣,研究对象先后从极区鱼到昆虫.植物中是否存在AFP,一直是科学家们感兴趣的问题.植物中的低温保护蛋白及结构类似鱼类AFP的蛋白是否是AFP,

最初的研究没有给出明确的答案.直到1992

年,加拿大Griffith等才第一次明确提出获得植物内生AFP.他们从经低温锻炼的能够忍受细胞外结冰的冬黑麦中发现了内源产生的AFP,并从冬黑麦叶片的质外体中提取并部分纯化了该蛋白.由于它能改变冰晶的正常生长模式以及非依数性地降低水的冰点,他们认为该蛋白就是植物中类似鱼类AFP的抗冻蛋白[5].同年,在Griffith等的发现稍后,美国

圣母大学的Duman实验室在多种植物中发现了有热滞效应的蛋白质[6].两年之后,中国

学者费云标等从常绿抗冻植物沙冬青(Ammopiptanthusmonglicus)叶片分离到了

抗冻蛋白[7].从1994年始,我们在高山植物

・112・1998;25(3) 生物化学与生物物理进展 Prog.Biochem.Biophys.