全 文 ：·综述与专论· 2012年第1期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 : 2011-05-30
基金项目 : 转基因生物新品种培育重大专项（2009ZX08005-022B）
作者简介 : 王达 , 男 , 硕士研究生 , 研究方向 : 植物基因工程 ; E-mail:cleaner123456@126.com
通讯作者 : 马纪 , 女 , 博士 , 教授 , 博士生导师 , 研究方向 : 昆虫抗冻蛋白分子生物学 ; E-mail:majibrge@sina.com
植物耐寒机理与耐寒植物新品种培育
王达 马纪
（新疆大学生命科学与技术学院 新疆生物资源与基因工程重点实验室，乌鲁木齐 830046）
摘 要: 低温灾害是普遍存在的对植物造成严重伤害的自然灾害，研究植物耐寒的分子机理并积极培育耐寒植物新品种对农
业等生产活动具有重要意义。主要介绍植物抵御低温时的生理生化变化和关键基因，以及抗冻蛋白在耐寒植物新品种培育中的应用，
并探讨植物耐寒育种的发展趋势。
关键词: 耐寒植物 育种 转基因 低温伤害 抗冻蛋白
Mechanism of Plant Cold Tolerance and Breeding of
Cold Tolerant Plant
Wang Da Ma Ji
（Xinjiang Key Laboratory of Biological Resources and Genetic Engineering, College of Science and
Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046）
Abstract: Low temperature is a common phenomenon in nature which can cause great damage to plant, thus it is important to research the
molecular mechanism about how plant to resist low temperature and breed anti-chill plant culture, which can greatly benefit the agriculture. This
paper mainly summarized the physiological and biochemical reaction and the key genes found in the plant facing low temperature, as well as the
application of antifreeze proteins（AFPs） in the breeding of antifreeze plant. The future development of antifreeze plant breeding were discussed
in the end.
Key words: Antifreeze plant Breeding Transgene Low temperature damage Antifreeze protein（AFPs）
在自然环境中，温度是影响植物生长、发育的
关键因素，低温会导致植物受到严重损伤或使植株
死亡。低温灾害是农业、园林生产中一种严重且普
遍存在的自然灾害。据统计，1996 年新疆北疆地区
因夏季持续低温造成全疆棉花单产减产达 7％左右 ；
2001 年北疆大部分棉区 7 月底出现的障碍型低温冷
害致使北疆沿天山一带大部分棉区棉花单产减产幅
度达 30％-50％［1］。低温灾害导致农林植物受伤害
而造成巨大的经济损失，因此，研究植物抗寒性的
生理机制并积极培育抗冻耐寒植物新品种，具有重
要的理论意义和解决实际生产问题的应用价值。
1 低温对植物造成的伤害
研究表明，冷害引起的植物损伤首先发生在细
胞膜系统［2］。冷冻造成的脱水现象导致膜系统损
伤［2，3］。低温引起植物胞外或胞内结冰，由于胞外空间
冰点较高且有一些杂质作为冰核，所以胞外先于胞
内形成冰晶。冰晶溶液比液态溶液的水势低得多，
并且温度越低水势差值越大，因而胞内的水分通过
质膜流出，导致细胞严重脱水［4］。脱水会对细胞造
成严重伤害，包括膜结构的改变和功能的丧失。脱
水后升温，原生质迅速膨胀而裂解 ；脂分子双层被
破坏，部分膜脂疏水头部聚在一起形成直径 2 nm 的
六角锥形结构 （lamellar-hexagonal- phaser transitions,
HexII）；在经低温驯化的原生质体中，可以观察到
膜片跳跃（fracture-jump lesion, Fjl）现象，可能是由
于质膜与其他细胞膜，尤其叶绿体被膜融合而引起。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第1期8
HexII 损伤只发生在没有驯化的细胞中，而 Fjl 则在
低温驯化细胞中广泛存在，而且在许多植物中都能
发现［5，6］。此外，由于低温诱导而产生的过氧化物
也能损伤膜结构，胞外形成的冰晶刺伤细胞壁或细
胞膜引起细胞的破裂［7］。这些均使质膜失去渗透反
应能力。低温还会使温度敏感的蛋白质变性［7］，冷
敏感水稻细胞液泡膜 ATP 酶等酶活性降低，而质膜
ATP 酶活性变化小［8］。
总体来看，低温会造成细胞内冰晶形成和生长、
渗透势的改变及低温直接导致的细胞活性降低，进
而使植物细胞膜结构受损、部分蛋白失活，影响到
细胞正常的生理功能，甚至造成细胞的破裂死亡，
影响了植物的生长发育或导致植物死亡。
2 植物耐寒的分子机理
植物对低温的应激是一个复杂的过程，包括低
温信号的感受、信号转导和转录调控等阶段。低温
时，质膜流动性降低，细胞可以通过质膜上的钙离
子通透性通道、组氨酸激酶、受体激酶和磷酸酯酶
等各种感受器而感知低温，并通过不同的信号传导
途径最终激活相关基因表达。图 1 是我们汇总的植
物对低温响应的示意图。这里主要讨论在植物体内
起到抗冻作用的主要基因和产物。目前所发现的植
物体内具有抗冻作用的物质主要有抗冻蛋白［9］、脯
氨酸［10］、SOD［11］等，这些物质起到抑制冰晶生成、
维持渗透压平衡及抗氧化等相关作用，最终达到维
持细胞膜系统稳定性和酶活性的目的，从而增强了
植物在低温下的耐受性。
图 1 植物抗寒的分子机理及反应过程示意图
2.1 抗冻蛋白基因
抗 冻 蛋 白（antifreeze proteins，AFPs） 是 一
类能够抑制冰晶生长的蛋白质，可非依数性（non-
colligatively）地降低水溶液的冰点，但对熔点的影响
很小，使水溶液的熔点和冰点间产生差值即热滞值
（thermal hysteresis，TH），从而起到抗冻的作用。目
前已从鱼类、植物、昆虫及细菌中克隆得到多种抗
冻蛋白基因，其中昆虫体内的抗冻蛋白具有最强的
阻止冰晶生长的能力。Graham［12］从黄粉虫中分离
出的一种抗冻蛋白 THP8.4，其降低冰点的活性比鱼
抗冻蛋白高 10-100 倍。
植物自身的抗冻蛋白可通过冷驯化获得。1970
2012年第1期 9王达等 ：植物耐寒机理与耐寒植物新品种培育
年，Werser 首次提出了植物抗寒性诱导过程可改
变基因表达的观点。随后，人们研究了冷驯化过程
中产生的特异性蛋白或基因，并对这些蛋白与植物
耐寒性之间的关系进行了研究。胡萝卜 AFP 基因
在非冷驯化状态下不表达，冷驯化状态下表达水平
迅速而特异性地提高［13］。Huang 等［14］从冬季欧白
英（Solanum dulcamara L.）中克隆得到一种热滞蛋
白基因 sthp-64，将其以融合基因的形式克隆于大肠
杆菌表达载体，得到了全长的热滞蛋白 STHP-64，
STHP-64 蛋白抗冻活性很低，但柠檬酸盐作为活
性增强剂能提高其抗冻活性。Zhang 等［15］从腊梅
（Chimonanthus praecox L.）的花瓣中分离得到一种
33 kD 的质外体几丁质酶 CpCHT1 及其 cDNA，该基
因在叶、树皮和根等组织中都是组成型表达的。这
种几丁质酶可以修饰冰晶形态形成并具有较高的热
滞活性，说明其具有抗冻蛋白特性，而且这种几丁
质酶还可以抑制 4 种致病真菌孢子的萌发，从而使
植物具有抗病能力，说明该酶是一种多功能的蛋白
质。Sidebottom 等［16］在过冬的多年生黑麦草（Lolium
perenne）中分离出一种热稳定性极高的抗冻蛋白，
能耐受 100℃高温，其重结晶抑制活性约为大洋条
鳕 AFP Ⅲ的 200 倍，这种能力使黑麦草可以承受组
织间的结冰而不至于受到伤害，这表明相比于阻止
结冰，控制冰晶的生长才是黑麦草存活于低温的关
键因素。但该抗冻蛋白的热滞值（0.10-0.45℃）远
远低于鱼类（1.0-1.5℃）和昆虫（5-6℃）。
植物抗冻蛋白的基本特性表明，它具有热滞活
性，可以抑制冰晶生长，具有较高的重结晶抑制能力，
因此，它对植物的保护作用是直接的 ；其他冷诱导
蛋白只是间接调节酶或通过信号传导等一系列温度
适应机制来调节植物的抗寒性［17］。
2.2 抗渗透胁迫相关基因
在低温和干旱等环境胁迫时，植物通过诱导渗
透调节物质的生物合成酶基因的大量表达，增加这
类物质的积累，从而调节离子的平衡状态，维持渗
透压的平衡。植物的渗透调节物质主要包括脯氨酸、
甜菜碱等。大量试验证明，通过转化脯氨酸合成酶
基因可增强转基因植物的耐寒性。Nnajo［18］将脯氨
酸脱氢酶（脯氨酸降解关键酶）反义基因 AtproDH
的 cDNA 转入到拟南芥中，有效地抑制了此酶的产
量，提高了胞内脯氨酸水平，增强了植物抗渗透胁
迫能力。对玉米研究表明［19］，低温能诱导玉米胚芽
中编码两种脯氨酸富集蛋白基因 HyRP（杂种脯氨酸
富集蛋白）和 HRGP（羟脯氨酸富集蛋白）的表达，
这两种蛋白都具有明显提高玉米抗寒的能力。
甜菜碱是另一类常见的渗透调节物质。植物受
到低温和干旱胁迫时，甜菜碱醛脱氢酶（BADH）活
性增强，BADH 基因的表达量增加，从而使甜菜碱
大量积累［20］。某些植物种类在低温胁迫下积累甜菜
碱以适应低温，提高对冰冻的忍受力。把编码甜菜
碱生物合成酶的基因转到某些原来非积累甜菜碱植
物上，也能积累甜菜碱并提高抗寒性［21］。
2.3 抗氧化酶基因
在正常情况下细胞具有抗氧化能力，由超氧化
物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和还氧化氢
酶（CAT）组成的防御系统可以清除体内一定量的
活性氧，但是在低温下由于酶活性下降以及活性氧
簇（ reactive oxygen species, ROS） 产量剧增，这
种防御能力很有限。研究表明，细胞抗氧化能力与
植物的抗逆性呈正相关。Gupta 等［22］将外源 Cu/Zn
SOD 基因导入烟草中，转化株的叶绿体中 SOD 超表
达，活性升高，同时抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate
peroxidase，APX）活性升高，增加了烟草抵抗低温
造成光抑制的能力。Allen 等［23］研究发现，将 SOD
基因转入烟草增强了烟草的抗氧化能力，将其转入
棉花使其抗冻性增强。Kornyeyev 等［24］发现，棉花
叶片过量表达叶绿体中定位的抗氧化酶基因 SOD、
APX 可以提高光能的利用，减轻冷诱导条件下对光
系统Ⅱ的抑制。
2.4 抗膜脂相改变的基因
冻害引起的质膜伤害包括 ：膨胀引起的破裂、
片层相位的相变和断裂伤害。许多植物在低温驯化过
程中发生了膜脂成分的变化，这种变化与膜在低温
下的稳定性相关。近年来对膜脂改变的分子机理有
了较深刻认识，研究发现，甘油 -3- 磷酸酰基转移酶
（glycerol-3-ph-osphate acyhransferase，GPAT）和去饱
和酶 desA 蛋白（desatured A） 是与膜脂流动性有关
的蛋白。Kodama 等［25］将从拟南芥中克隆的 ω-3 脂
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第1期10
肪酸去饱和酶基因（FAD7）导入烟草中，转基因烟
草中十六碳三烯酸和十八碳三烯酸含量提高，在低
温下表现出明显的抗寒性，证明了三烯脂肪酸水平
的提高对植物耐寒性有较重要的作用。
Matsuda 等［26］发现，拟南芥体内两种 ω-3 脂肪
酸去饱和酶 FAD7 和 FAD8 尽管有高度的结构同源
性，但对温度的应答机制完全不同。拟南芥中表达
反义氨基磷脂移位酶基因则会使其冷敏感性增加，
说明这种跨膜的双层脂非对称与植物的冷驯化相关。
将拟南芥的甘油 -3- 磷酸酰基转移酶转入水稻，提
高了水稻中磷酸甘油非饱和脂肪酸的含量，提高了
水稻在低温下的光合速率和生长速率［27］。将去饱和
酶基因转入烟草体内后，转基因植株体内大多数膜
脂的 C16 和 C18 饱和脂肪酸含量水平降低，植株的
耐寒性显著增强［28］。
2.5 冷诱导基因
植物冷诱导基因（cold induced genes）是一种
诱发基因，只有在特定条件（主要是低温和短日照）
下才得以启动和表达，进而使细胞表现出抗寒能
力。COR 基因（cold-regulated gene，又称 LTI 基因）
是拟南芥中研究最多的冷诱导基因，还被称为 KIN
基 因、RD 基 因， 包 括 COR6.6、COR15a、COR78
和 COR47 等。拟南芥叶绿体的 COR15a 能有效地
防止乳酸脱氢酶的冷冻失活，其效果比蔗糖高 106
倍，比其他蛋白高 102-103 倍［29］。Artus 等［30］将
COR15a 基因转入未经冷驯化的拟南芥属植物，获
得抗寒性增强的转基因植物。Kaye 等［31］将 CAP85
和 CAP160 基因转入烟草，证实其减缓了冰冻造成
的细胞损伤过程。研究发现，拟南芥的 COR15a 基
因受低温、干旱或 ABA 处理时能诱导表达产生 15
kD 的多肽［32］，此多肽与叶绿体结合后转变为 94
kD 的多肽 COR15am。将组成型表达的 COR15am 基
因导入拟南芥［33］，发现转基因植株的叶绿体和原
生质体的抗冻性提高 1-2℃，增强了原生质体膜的
稳定性，但是没有发现对整个植株水平的抗冻性有
明显作用，其原因可能是低温驯化诱导多个 COR
基因共同表达并协同发挥抗冻作用，如果仅提高其
中一种 COR 基因的表达不足以使植物表现出复杂
的抗冻性状［34］。
3 抗冻蛋白在培育植物耐寒新品种中的应用
植物的冷耐受能力是由微效多基因控制的数量
性状［34］，虽然全面提高植物的抗寒能力需要多种基
因的协同作用，但是由于抗冻蛋白阻止冰晶生长的
特性，所以植物在抵抗零下气温的冻害时，抗冻蛋
白的作用更加重要和不可或缺。Antikainen 等［35］发
现，经 2-5℃低温驯化后，AFPs 只在抗冻的单子叶
植物叶片质外体中积累，而在不耐寒的玉米中则无
AFPs 积累。在所研究的双子叶植物中无论抗寒性较
强的菠菜、油菜和羽衣甘蓝，还是不耐寒的烟草等，
均未检测到 AFPs 的存在。研究表明，只有部分生
长于低温环境中的植物或一些经过冷驯化后的植物
可以产生抗冻蛋白，而且由于植物抗冻蛋白的热滞
活性不高，所产生的抗冻蛋白量较少，不足以形成
较强的抗冻能力。因此，利用基因工程方法将外源
抗冻蛋白基因转化植物是提高植物抗冻能力的有效
方式。
3.1 植物抗冻蛋白基因的利用
研究表明，提高植物抗冻能力的一个基本措施
就是避免冰晶在体内的形成及阻止冰晶的生长［36］。
而植物 AFPs 有别于其他低温诱导基因表达所产生的
蛋白，它具有类似于一些昆虫或鱼类 AFPs 的阻止
冰晶形成、调控胞外冰晶的增长及抑制冰的重结晶
等特殊作用，被认为是植物细胞内重要的抗冻剂［37］，
其抗冻基因的导入或许更有利于转基因植物抗冻性
的提高。因此，近年来人们还尝试将克隆到具有
热滞活性的植物抗冻蛋白基因导入植物来改良植
物 抗 冻 性。Worrall 等［38］ 将 胡 萝 卜 AFPs 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，其中有两株叶提取物的热滞活性分别为
0.35℃ 和 0.56℃，这是首次利用植物 AFPs 基因进
行植物抗冻改良的成功报告。随后，该抗冻基因
再次被成功地转入到烟草，转基因植株的抗冻性
明显高于对照［39］。
3.2 动物抗冻蛋白基因的利用
Davies 等［40］首次将美洲拟鲽抗冻基因整合在
Ti 质粒上，用叶圆片法转化郁金香、烟草和油菜等
植物，转基因植株都获得了一定的抗冻性，这是植
物抗冻性基因工程的开端。Georges 等［41］将人工合
2012年第1期 11王达等 ：植物耐寒机理与耐寒植物新品种培育
成的冬鲽鱼的 afp 基因和编码氯霉素酰基转移酶的
Cat 基因构成嵌合基因后导入玉米原生质体并获得表
达。Hightower 等［42］将冬季比目鱼中的 spa-afa5 和
afa3 基因导入烟草和番茄中，发现转基因所表达的
蛋白具有抑制冰晶形成的作用。Wallis 等［43］将人工
合成的冬鲽鱼 afp 基因以及 afp 与植物凝集素 Pha 基
因组成的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。黄永芳等［45］
采用花粉管道法及子房注射法，将美洲拟鲽 afp 基
因导入番茄，转基因番茄在低温下的生长优于对照，
而且致死温度也比对照降低 2℃。
由于昆虫抗冻蛋白热滞活性明显高于鱼类，其
抗冻基因的导入有望更有效地提高转基因植物的抗
冻性，据此人们尝试开展昆虫抗冻蛋白基因导入
植物的研究。Holmberg 等［45］首次将云杉卷叶蛾抗
冻蛋白基因（sbwAFP）与 CaMV35S 及胭脂碱合成
酶基因组成嵌合基因后导入烟草，基因的氨基酸
编码序列按照烟草大量表达的核基因优化，发现
转基因烟草中质外体 sbwAFP 的表达能抑制冰重结
晶，并提高了热滞活性。Huang 等［46］将赤翅甲科
昆虫（Dendroides canadensis）AFPs 基因（dafps）通
过农杆菌介导法转化拟南芥，在有或无信号肽条件
下，AFPs 基因在转基因植株中都得到表达，但与
野生型株系相比，转基因株系的耐冻性并未明显提
高。Wang 等［47］将荒漠昆虫小胸鳖甲抗冻蛋白基因
Mpafp149 通过农杆菌介导转化烟草，在 -1℃处理 3
d 的情况下，转基因烟草的电导率和丙二醛含量变
化显著低于野生型烟草，表明转化小胸鳖甲抗冻蛋
白基因 Mpafp149 赋予了烟草抗冻能力。
目前，来源于动物的抗冻蛋白普遍比植物抗冻
蛋白具有更高的热滞活性，迄今为止人们发现的具
有超高热滞活性的抗冻蛋白来源于昆虫，昆虫抗冻
蛋白的热滞活性往往是植物抗冻蛋白热滞活性的几
十至几百倍。这可能是由于昆虫恶劣的生存环境及
昆虫特殊的生理特点导致的。所以在转基因抗冻植
物研究中使用动物抗冻蛋白基因，特别是昆虫抗冻
蛋白基因将会使植物产生更好抗冻能力。但是由于
种间差异性的存在，动物抗冻蛋白基因在植物体内
可能由于编码差异或蛋白表达后加工方式的不同，
导致在植物体内不能将动物抗冻蛋白基因准确地表
达，无法产生有效的抗冻蛋白，从而无法赋予植物
抗冻能力。相对地，由于不同植物的种间差异性较小，
所以使用植物抗冻蛋白基因转化植物发生这种情况
的可能性较小。因此，在应用动物抗冻蛋白基因转
化植物时，最好对该抗冻蛋白的表达与加工特性有
一定的了解，并根据植物的编码特性对该抗冻蛋白
基因进行密码子优化，以期获得更好的抗冻效果。
4 讨论
通过研究植物抗冻机理，人们发现了多个可以
提高植物抗冻能力的基因或相关产物，也有很多基
因转化植物并赋予了植物抗冻能力。但这些植物大
部分是烟草、拟南芥等模式植物，虽然证明了相关
基因的功能，但并没有实际应用于生产实践。人们
对一些植物的抗冻品种培育研究并不多，例如，棉
花的转基因育种目标主要集中于抗虫、抗病及抗除
草剂等方面，开展抗冻棉花培育的很少，而实际上
低温灾害对棉花的生产造成的危害并不亚于虫害、
病害。因此，开展某些受低温灾害影响巨大的经济
作物的抗冻品种培育工作，具有重要意义。
现在通过外源基因转化提高植物抗冻能力的报
道中，多数只转化一种或几种具有相同功能的基因，
这样难以充分提高植物的抗冻能力。所以利用现有
的具有不同抗冻机理的多基因联合转化植物，以期
在冰晶抑制、抗渗透胁迫、抗氧化及保持膜脂相的
稳定等各方面系统地提高植物的抗冻能力，将会使
抗冻植物研究达到新的高度。
虽然植物抗冻品种培育研究起步较晚，但目前
对植物抗冻机理研究较深入，而且已得到了抗冻蛋
白等很多抗冻相关基因或产物，其中相当一部分基
因已经转化模式植物并验证了其抗冻能力，在此广
泛、明确的研究基础之上，植物的抗冻品种培育必
将得到迅速进展。
参 考 文 献
［1］ 孙忠富 . 霜冻灾害与防御技术 ［M］. 北京 : 中国农业科技出版社 ,
2001:109-119.
［2］ Steponkus PL. Role of the plasma membrane in freezing injury and
cold acclimation. Annu Rev Plant Physiol，1984, 35: 543-584.
［3］ Steponkus PL，Uemura M, Wlebb MS. Membrane destabilization
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第1期12
during freeze induced dehydration. Curr Topics Plant Physio1,1993,
10:37-47.
［4］ Guy CL. Cold acclimation and freezing stress tolerance:role of
protein metabolism. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol , 1990,
41:187-223.
［5］ Webb MS, Uemura M, Steponkus PL. Acomparison of freezing injury
in oat and rye:two cerealsat the extremes of freezing tolerance. Plant
Physiol, 1994, 104:467-478.
［6］ Uemura M, Joseph RA, Steponkus PL. Cold acclimation of Arabidopsis
thaliana （Effect on plasma membrane lipid composition and freeze-
induced lesiom）. Plant Physiol, 1995,109:15-30.
［7］ Guy C, Haskell D, Li QB. Association of protein with the stress 70
molecular chaperones at low temperature:evidence for the existence
of cold labile proteins in spinach. Cryobiology, 1998, 36:401-314.
［8］ Kasamo K. Response of tonoplast and plasma membrane ATPases in
chilling-sensitive and insensitive rice（Oryza sativa L.）culture cells
to low temperature. Plant Cell Physiol, 1988, 29:1085-1094.
［9］ Griffith M，Yaish MWF. Antifreeze proteins in overwintering plants: a
tale of two activities. Trends in Plant Science, 2004, 9（8）: 399-
405.
［10］ Szabados L, Savour A. Proline: a multifunctional amino acid.
Trends in Plant Science, 2010,15（2）: 89-97.
［11］ Gill SS, Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant
machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology
and Biochemistry, 2010, 48（12）: 909-930.
［12］ Graham LA, Liou YC, Walker VK，et al. Hyperactive antifreeze
protein from beetles. Nature, 1997, 388（6644）:727-728.
［13］ Meyer K, Keil M, Naldrett MJ. A leucine-rich repeat protein of
carrot that exhibits antifreeze activity. FEBS Letters,1999, 447（2-3）:
171-178.
［14］ Huang T, Duman JG. Cloning and characterization of a thermal
hysteresis（antifreeze）protein with DNA-binding activity from
winter bittersweet nightshade，Solanum dulcamara. Plant Mol Biol,
2002，48（4）: 339-350.
［15］ Zhang SH, Wei Y, Liu JL, et al. An apoplastic chitinase CpCHT1
isolated from the corolla of wintersweet exhibits both antifreeze and
antifungal activities. Biologia Plantarum, 2011,55（1）, 141-148.
［16］ Sidebottom C, Buckley S, Pudney P, et al. Phytochemistry: heat-
stable antifreeze protein from grass. Nature, 2000,406（6793）:
249-251.
［17］ Thomashow MF. Role of cold-responsive genes in p1ant freezing
tolerance. Plant Physiol,1998, （118）: 1-8.
［18］ Nanjo T, Kobaysshi M, Yoshiba Y, et al. Antisense suppression of
proline degradation improves tolerance to freezing and salinity in
Arabidopsis thaliana. Febs Letter, 1999, 461:205-221.
［19］ Jos -Estanyol M, Puigdom nech P. Rapid changes induced in
developmental programmes of the maize embryo detected by analysis
of the expression of genes encoding proline-rich proteins. FEBS
Letters, 1998, 422（3）: 400-402.
［20］ Szabados L, Kov cs H, Zilberstein A, et al.Plants in extreme
environments: importance of protective compounds in stress
tolerance. Advances in Botanical Research, 2011, 57（4）:
105-150.
［21］ Ashraf M, Foolad MR. Roles of glycine betaine and proline in
improving plant abiotic stress resistance. Environmental and
Experimental Botany, 2007, 59（2）: 206-216.
［22］ Gupta AS, Webb RP, Holadya AS. Over expression of superoxide
dismutase protects plants. Plant Physiol, 1993, 103:1067-1073.
［23］ Allen RD. Dissection of oxidase stress tolerance using transgenic
plants. Plant Physiol, 1995, 107:1049-1054．
［24］ Kornyeyev D, Logan BA, Payton P, et al. Enhanced photochemical
light utilization and decreased chilling-induced photoinhibition
of photosystem II in cotton overexpressing genes encoding chloro
plast-targeted antioxidant enzymes. Physiol Plantarum, 2001, 113
（3）:323-331．
［25］ Kodama H, Nishiuchi T, Seo S, et al. Possible involvement of protein
phosphorylation in the wound-responsive expression of Arabidopsis
plastid ω-3 fatty acid desaturase gene. Plant Science, 2000, 155
（2）: 153-160.
［26］ Matsuda O, Sakamoto H, Hashimoto T, et al. A temperature sensitive
mechanism that regulates post-translational stability of a plastidial
ω-3 fatty acid desaturase（FAD8） in Arabidopsis leaf tissues. J Biol
Chem, 2005, 280: 3597-3604.
［27］ Yokoi S, Higashi SI, Kishitani S, et al. Introduction of the cDNA for
shape Arabidopsis glycerol-3-phosphate acyltransferase （GPAT）
confers unsaturation of fatty acids and chilling tolerance of
photosynthesis on rice. Molecular Breeding,1998,4（3）: 269-275.
［28］ Craig W, Lenzi P, Scotti N, et al. Transplastomic tobacco plants
expressing a fatty acid desaturase gene exhibit altered fatty acid
profiles and improved cold tolerance. Transgenic Research, 2008,
2012年第1期 13王达等 ：植物耐寒机理与耐寒植物新品种培育
17（5）: 769-782.
［29］ Lin C, Thomashow MF. A cold-regulated Arabidopsis gene encodes a
polypeptide having potent cryoprotective activity. Biochem Biophys
Res Commun,1992 ,183（3）:1103-11038.
［30］ Artus NN, Uemura M, Steponkus PL, et al. Constitutive expression
of the cold-regulated Arabidopsis thaliana COR15a gene afects both
chloroplast and protoplast freezing tolerance. Proc Natl Acad Sci
USA, 1996, 93:13404-13409．
［31］ Kaye C, Neven L, Hofig A, et al. Characterization of agene for
spinach CAP160 and expression of two spinach cold-acclimation
proteins intobacco. Plant Physiol, 1998, 116:1367-l377．
［32］ Thomashow MF. PLANT COLD ACCLIMATION: Freezing tolerance
genes and regulatory mechanisms. Plant Biology, 1999, 50（1）:
571-599.
［33 ］ Artus NN, Uemura M, Steponkus PL, et al. Constitutive expression
of the cold-regulated Arabidopsis thaliana. COR15a gene affects
both chloroplast and protoplast freezing tolerance. PNAS, 1996,93
（23）: 13404-13409.
［34］ Thomashow MF. So whats new in the field of plant cold
acclimation? lots!. Plant Physio1, 2001, 125（1）: 89-93.
［35］ Antikainen M, Griffith M. Antifreeze protion accumulation in
freezing-tolerant cereals. Physiol Plant, 1997, 99（3）:423-432.
［36］ 江勇 , 贾士荣 , 费云标 , 谭克辉 . 抗冻蛋白及其在植物抗冻生
理中的作用 . 植物学报 , 1999, 41（7）:677-685.
［37］ 康国章 , 王正询 , 孙谷畴 . 植物的冷调节蛋白 . 植物学通报 ,
2002, 19（2）:239-246.
［38］ Worrall D, Elias L, Ashford D, et al. A carrot leucine-rich-
repeat protein that inhibits ice recrystallization. Science, 1998,
282:115-117.
［39］ Fan Y, Liu B, Wang HB, et al. Cloning of an antifreeze protein gene
from carrot and its influence on cold tolerance in transgenic tobacco
plants. Plant Cell Rep, 2002, 21:296-301.
［40］ Davies PL, Hew CL, Fletcher GL. Biochemistry of fish antifreeze
proteins. FASEB J, 1987, 4:2460-2467.
［41］ Georges F, Saleem M, Cutler AJ. Design and cloning of a synthetic
gene for the flounder antifreeze protein and its expression in plant
cells. Gene, 1990, 91:159-165.
［42］ Hightower R, Raden C, Penzes E, et al. Expression of antifreeze
proteins in transgenic plants. Plant Mol Biol, 1991, 17:1013-1021.
［43］ Wallis JG, Wave HY, Guerra DJ. Expression of a synthetic an
tifreeze protein in potato reduces electrolyte release at freezing
temperature. Plant Mol Biol, 1997, 35:323-330.
［44］ 黄永芬 , 汪清胤 , 付桂荣 , 等 . 美洲拟鲽抗冻蛋白基因（afp）
导入番茄的研究．生物化学杂志 , 1997, 13（4）:418-419.
［45］ Holmberg N, Farres J, Bailey JE. Targeted expression of a synthetic
codon optimized gene, encoding the spruce budworm antifreeze
protein, leads to accumulation of antifreeze activity in the apoplasts
of transgenic tobacco. Gene, 2001, 275（1）: 115-124.
［46］ Huang T, Nicodemus J, Zarka DG, et al. Expression of an insect
（Dendroides canadensis）antifreeze protein in Arabidopsis thaliana
results in a decrease in plant freezing temperature. Plant Mol Biol,
2002, 50: 333-344.
［47］ Wang Y, Qiu LM, Dai CY,et al. Expression of insect （Microdera
puntipennis dzungarica） antifreeze protein MpAFP149 confers
the cold tolerance to transgenic tobacco. Plant Cell Rep, 2008,27:
1349-1358.

（责任编辑 狄艳红）