| 1990年，Georges等借助于电激法把冬比目鱼合成基因引入玉米原生质体，并在此原生质体中得到表达，在无细胞提取液中明显地鉴定到该抗冻蛋白。1991年Hightower等将北极鱼的抗冻蛋白基因导入烟草和番茄中，抑制细胞再结晶而使抗寒性增加。1997年，Wallis等将人工合成的比目鱼AFP基因以及AFP与编码植物凝集素pha基因的组成嵌合基因分别导入马铃薯，均能减少转基因马铃薯细胞在低温下电解质的渗漏。1998年，Worrall等首次利用植物基因进行植物抗冻改良，将胡萝卜基因导入烟草，所获得的转基因烟草叶提取物能抑制冰晶生长从而提高作物抗冻性。随后，将抗冻蛋白基因再次被成功转入到烟草，转基因植株的抗冻性明显高于对照。2001年Holmberg等首次将云杉蚜虫抗冻蛋白(SbwAFP)基因与CaMV35s及胭脂碱合成酶基因组成嵌合基因后导入烟草，发现转基因烟草中质外体SbwAFP的表达能抑制冰晶重结晶，并提高了热滞活性。最近几年研究最多的是将菌的抗冻蛋白转入作物中，将曲霉菌的抗冻蛋白基因转移到水稻中，不仅提高水稻的抗冻性还增强了水稻对稻瘟病抵抗性。
3作物生理生化变化研究
3.1细胞膜的生理变化
细胞膜是植物耐受低温和抵抗低温伤害的关键结构，细胞电解质渗漏的多少常反应在低温下植物受伤害的严重程度。一些农作物比较能忍受胞外结冰，其原因在于：细胞膜的抗冻性强阻止胞外冰晶向胞内生长。低温胁迫下，细胞膜不饱和脂肪酸含量增加，它能与细胞表层结合，阻止水分子透过，并调节质膜相变温度，有利于抵御冻害。抗寒锻炼后燕麦和黑麦不饱和脂肪酸增加，但黑麦比燕麦增加的多。抗寒锻炼后黑麦半乳糖基甘油二酯降低，双乳糖基甘油二酯和卵磷脂增高保护膜稳定性使其抗冻性增强，并且低温诱导，果聚糖增了加膜的稳定性并且降低膜的结晶率确保减少对膜的伤害。冷处理的小麦抗冻性增加，离子渗透性和存活率都增加，热处理的番茄也能减轻冷害导致离子渗漏的发生。低温胁迫初期油麦菜幼苗叶片的电解质外渗率显著上升，但随着低温胁迫时间的延长略有下降。这说明油麦菜幼苗在一定程度上对低温胁迫有抵抗能力。
3.2可溶性糖的变化
许多研究认为，经低温锻炼后，植物体内可溶性糖有明显增加，这表明低温可以诱发可溶性糖的转化合成及积累。果梅不同品种间枝皮可溶性糖含量存在差异，越冬期间可溶性糖含量及变幅大小与品种抗寒性之间有一定的相关性。这与张纪林等研究结论一致：温度和植物中可溶性糖含量呈负相关。研究发现，与未转基因的玉米相比，转基因的玉米随低温处理时间延长叶中可溶性糖增加幅度增高。可溶性糖增加农作物抗寒性的生理作用是由于糖可以提高细胞质液的浓度使冰点下降，又可以缓冲原生质过度脱水，保持原生质体不遇冷凝固，还可以缓解对膜有毒害物质的伤害。
3.3脯氨酸与作物抗冻性
游离氨基酸的存在使细胞液的浓度增加，从而对细胞起保护作用。此外游离氨基酸具有很强的亲和性，对原生质的保水能力及胶体稳定性有一定的作用。因此，脯氨酸作为重要的渗透调节物质，脯氨酸与植物抗寒性的关系受到广泛的关注。通过季节周期性对假山毛榉树实验室和野外的成年和幼苗做冷诱导和非冷诱导处理观察发现，野外和实验室的成年树种在秋天和冬天可溶性糖和脯氨酸含量升高，但是，不同物种幼苗在不同程度冷处理中叶中脯氨酸含量不同。除季节周期性处理外，短期处理也有同样的效果，冷适应一周后小麦脯氨酸含量增加，其幅度随着抗冻性的减弱而减少。低温处理后3、6、9、12天各西葫芦品种幼苗叶片的脯氨酸含量均高于其对照，并随低温处理的延长而呈现出先下降后升高的趋势，而常温对照品种的脯氨酸含量前后较稳定。转基因的烟草在冷冻条件下处理24小时脯氨酸积累量增加，并且相关的氧化酶活性增强而减少了低温对植株的伤害。
3.4保护酶与作物抗冻性
农作物遇低温会积累大量对膜和膜相关的生物大分子有害的活性氧(AOS)，抗冻锻炼可使农作物体内抗氧化物酶系统加强，从而减少活性氧对农作物的伤害。POD、SOD和CAT作为内源活性氧清除剂能够在低温逆境中清除过量的活性氧，维持其代谢平衡，保持膜结构的稳定性，从而消除或减轻伤害。茄子在低温胁迫POD活性增加明显，而CAT、SOD活性快速下降，加快了一些活性氧与自由基的分解，迅速消除它们在组织内的不良影响提高植物的抗冻性。对玉米研究表明，低温胁迫下玉米超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等活性改变，使玉米其抗氧化系统活力增强；耐低温胁迫的能力也明显增强，说明低温对这些酶有一定诱导作用，而低温诱导产生的酶在一定程度上缓解了植物氧化性伤害；但随氧化程度的加重，植株细胞受到伤害加重甚至死亡，酶合成的量降低以及不断氧化，使酶含量和活性降低并最终失活。在酶促防御活性氧伤害的保护系统看，作为作物体内主要的抗氧化酶，SOD是植物细胞最重要的清除氧自由基的酶之一，主要功能是清除氧自由基，产生HO，而HO可与氧自由基相互作用产生更多的氧自由基，而POD和CAT可以清除HO，维持活性氧代谢平衡，保护了膜系统，从而减缓或抵抗了逆境胁迫。 3/4 首页 上一页 1 2 3 4 下一页 尾页 |
